Biologia quantitativa della divisione cellulare

Il gruppo di ricerca diretto da Andrea Ciliberto studia i meccanismi della divisione cellulare, ovvero il processo in cui una cellula madre si divide nelle sue due cellule figlie. La divisione cellulare, fondamentale per la vita, deve avvenire in maniera coordinata, in particolare negli organismi multicellulari. Quando invece alcune cellule iniziano a dividersi in modo "anarchico" e non controllato, allora il rischio è che la lora divisione avvenga a scapito della vita dell'intero organismo, come succede nel caso delle cellule tumorali.

Il nostro gruppo investiga un elemento fondamentale del processo di divisione cellulare, il momento in cui la cellula madre distribuisce alle due cellule figlie il proprio patrimonio genetico. In questa fase, nota come mitosi, è fondamentale che le due cellule figlie ricevano esattamente lo stesso corredo cromosomico della madre. Nel caso in cui, invece, la segregazione dei cromosomi non avvenisse nel modo corretto ne risulterebbero due cellule figlie con un numero di cromosomi diverso tra di loro, e soprattutto diverso dalla madre. La condizione in cui una cellula abbia ereditato un cromosoma in eccesso o uno in difetto e' nota come aneuploidia, ed e' una delle caratteristiche distintive essenziali delle cellule tumorali.

Nel corso dell'evoluzione, le cellule hanno sviluppato un meccanismo di controllo che è in grado di identificare situazioni che potrebbero portare ad una segregazione non corretta dei cromosomi. In conseguenza di tali situazioni di "rischio", le cellule arrestano la proliferazione cellulare in attesa che si creino le condizioni ottimali per avere una corretta ripartizione del materiale genetico. Il nostro gruppo di ricerca è interessato a comprendere il meccanismo di funzionamento di questo meccanismo di controllo, noto come il checkpoint mitotico, al fine di comprendere meglio come e perchè le cellule possano diventare aneuploidi.

Questo studio è tanto più importante perchè molti farmaci antimitotici, che arrestano la proliferazione cellulare, sono basati sull'attivazione del checkpoint mitotico. In breve, i farmaci in questione creano le condizioni per cui la segregazione dei cromosomi non possa avvenire in modo corretto, e così facendo attivano il checkpoint mitotico. È quindi il checkpoint che arresta la proliferazione cellulare. Sfortunatamente, l'attività dei farmaci antimitotici è limitata nel tempo. Le cellule tumorali, dopo un periodo di arresto, riprendono a dividersi nonostante la presenza dei farmaci e l'attivazione del checkpoint. Questo meccanismo, noto come adattamento, è in qualche modo "l'anticamera" della resistenza ai farmaci. Il nostro gruppo sta attivamente esplorando i meccanismi che permettono alle cellule di adattarsi ad una attivazione continua del checkpoint, e quindi di diventare insensibili alla presenza dei farmaci antimitotici.

Il nostro approccio combina strumenti di biologia cellulare e molecolare classica con l'uso di modello matematici. Grazie a questo approccio interdisciplinare possiamo avere una visione d'insieme del meccanismo di segregazione cromosomica, che solitamente non viene ottenuto con una descrizione riduzionista tipica della biologia cellulare e molecolare. Al tempo stesso usiamo parametri sperimentali, che raramente vengono impiegati nello sviluppo dei modelli matematici. Per questo motivo i nostri modelli non rimangono astratti ma possono essere realmente utilizzabili nella biologia sperimentale. La natura interdisciplinare del nostro gruppo di ricerca di biologia quantitativa si riflette anche nella composizione degli elementi che compongono il nostro gruppo, che provengono sia dalla biologia che da scienze quantitative quali la fisica e la matematica.

10.06.2016