Unità di Sviluppo e Rigenerazione Cardiaca
L'Unità “Cardiac Development and Regeneration”, diretta dalla Prof.ssa Paola Cattaneo, è dedicata allo studio dello sviluppo, del rimodellamento e della rigenerazione cardiaca. L’obiettivo principale della ricerca dell’Unità è comprendere i meccanismi molecolari e cellulari che regolano la maturazione dei cardiomiociti, l’attivazione dei fibroblasti cardiaci e le interazioni cellulari nel cuore, con l’ambizione di sviluppare terapie rigenerative innovative per il trattamento delle patologie cardiache.
L’approccio della ricerca si basa sulla comprensione dei processi fisiologici dello sviluppo cardiaco, e come questi possano fornire intuizioni fondamentali per promuovere la rigenerazione del cuore adulto danneggiato in seguito ad infarto del miocardio. Gli studi si concentrano sui processi di differenziamento e maturazione dei cardiomiociti, dalla fase embrionale fino all’età adulta, con lo scopo di comprendere, controllare e revertire i cambiamenti fenotipici delle cellule cardiache.
Grazie all’utilizzo di approcci interdisciplinari che includono scienze omiche avanzate, modelli murini sofisticati, bioinformatica, imaging ad alta risoluzione e fenotipizzazione cellulare, il gruppo ha identificato importanti fattori epigenetici e trascrizionali cruciali per l’espressione dei geni cardio-specifici e per il controllo del ciclo cellulare nei cardiomiociti postnatali.
L’unità è composta da un team internazionale di giovani scienziati con competenze in biologia, farmacologia e bioinformatica, impegnati a colmare il divario tra lo sviluppo fisiologico e le patologie cardiache congenite e acquisite, con l’obiettivo di sviluppare interventi terapeutici basati su approcci di terapia genica e cellulare.
Progetti
-
Regolazione Trascrizionale ed Epigenetica dello Sviluppo Cardiaco
Le cardiopatie congenite rappresentano una delle anomalie genetiche più comuni, colpendo circa 1 bambino su 100. Tuttavia, i fattori causali alla base di queste patologie rimangono in gran parte sconosciuti. Spesso, tali difetti sono associati a disfunzioni in percorsi molecolari chiave coinvolti nello sviluppo cardiaco.
La ricerca dell’Unità si focalizza sull'analisi dei meccanismi trascrizionali ed epigenetici che regolano la corretta morfogenesi cardiaca. Attraverso l’utilizzo di modelli murini transgenici avanzati, si stanno studiando come le alterazioni di questi meccanismi possano essere responsabili di difetti nello sviluppo del cuore. Le evidenze sperimentali del gruppo hanno dimostrato come ad esempio la metiltransferasi istonica Dot1L sia un elemento cruciale per garantire la corretta espressione dei fattori trascrizionali cardiospecifici durante lo sviluppo embrionale. Inoltre, questo enzima si è dimostrato fondamentale il processo di uscita dal ciclo cellulare dei cardiomiociti in età postnatale. I risultati della ricerca stanno offrono nuove prospettive per comprendere i meccanismi molecolari alla base delle cardiopatie congenite e pongono le basi per lo sviluppo di interventi terapeutici mirati e innovativi. Inoltre, i meccanismi trascrizionali ed epigenetici identificati per la corretta morfogenesi cardiaca sono in fase di studio anche come potenziali target per terapie rigenerative del cuore adulto danneggiato.
Esplorazione dei Micropeptidi per la Rigenerazione Cardiaca
I micropeptidi rappresentano una classe emergente di proteine, caratterizzate da dimensioni ridotte ma da un significativo impatto sulle funzioni cellulari. Grazie all’utilizzo di approcci translatomici e proteomici all’avanguardia, la ricerca dell’Unità è focalizzata sull’identificazione di micropeptidi conservati tra diverse specie e modulati durante la maturazione dei cardiomiociti. Oltre a identificarli, lo studio approfondisce le loro funzioni cellulari e il loro potenziale terapeutico, in particolare nell’induzione della proliferazione di cardiomiociti postmitotici e nel miglioramento della maturazione dei cardiomiociti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte (iPS). L’obiettivo finale è tradurre queste scoperte in nuove strategie di terapia genica e cellulare, offrendo soluzioni innovative per la rigenerazione del cuore danneggiato in seguito ad infarto del miocardio e contribuendo al progresso delle terapie rigenerative in ambito cardiologico.
Controllo Epigenetico della Fibrosi Cardiaca
La fibrosi cardiaca, caratterizzata dall’eccessivo deposito di matrice extracellulare da parte dei fibroblasti attivati, è considerata una caratteristica distintiva dello scompenso cardiaco, indipendentemente dall’eziologia. Una fibrosi cardiaca prolungata porta al rimodellamento del cuore, determinando un aumento della rigidità che può essere un ostacolo alla proliferazione dei cardiomiociti, e scaturisce in un deterioramento della funzione cardiaca fino allo scompenso cardiaco.
Sviluppare strategie per controllare l’entità del rimodellamento fibrotico è di fondamentale importanza, ed attualmente non esistono trattamenti anti-fibrotici efficaci. In questo contesto, i progetti dell’Unità si concentrano sull’individuazione di elementi regolatori che regolano l’attivazione dei fibroblasti e che possono essere manipolati con approcci di terapia genica per controllare le risposte fibrotiche.
Approcci sperimentali utilizzati:
- Isolamento e coltura di cellule primarie umane e murine da stadi embrionali neonatali e adulti, sia in condizioni fisiologiche che patologiche (cardiomiociti, fibroblasti cardiaci ed endoteliali) e differenziamento di cardiomiociti da cellule staminali indotte (iPS).
- Tecniche di cell sorting e purificazione mediante il metodo Langendorf.
- Modelli murini avanzati per generare modelli knockout genetici e modelli di lineage tracing.
- Analisi multiomiche, sia bulk che single-cell, transcriptomica, epigenomica e translatomica (es. RNA-seq, ATAC-seq, ChIP-seq, TRAP-seq).
- Tecniche di istologia e imaging con microscopia ad alta risoluzione.
- Tecniche di biologia molecolare, clonaggi e manipolazione genetica con CRISPR/Cas9.
