Dipartimento di Oncologia - test

Responsabile Scientifico: Prof. Marco Arese

Argomento della ricerca:

Questo laboratorio  è dedicato allo studio dei rapporti tumore-microambiente e al loro ruolo nella progressione della malattia. In particolare, si vuole sfruttare la presenza di proteine nervose nel tumore, e tutta la conoscenza relativa derivante dal campo neurobiologia, per portare nuovi strumenti terapeutici in campo oncologico. Neurexina e Neuroligina, due proteine sinaptiche, rappresentano i nostri obiettivi paradigmatici. 

Stato dell'arte:

La crescita e la diffusione del cancro sono fortemente dipendenti dal suo “microambiente” cellulare e molecolare: fibroblasti stromali, cellule immunitarie infiltranti, tessuti vascolari e perivascolari e matrice extracellulare. Da tempo è stabilito che la crescita del tessuto neoplastico dipende dal rilascio fattori di differenziazione vascolare (neoangiogenesi). Questo fenomeno è essenziale per la progressione e la diffusione di quasi tutti i tipi di tumori (1). Un gran numero di segnali molecolari che governano la crescita e il rimodellamento del sistema vascolare svolgono un ruolo anche nei neuroni. Analogamente, diverse proteine neuronali sono coinvolte nella trasformazione maligna e diverse famiglie di marcatori neuronali sono espressi nel cancro: proteine nucleari e citosoliche, proteine di membrana e vescicolari, fattori neurotropici e i loro recettori (2).  Un'ipotesi relativamente nuova è che alcuni tumori possano produrre anche segnali pro-innervazione, per indurre un processo chiamato neo-neurogenesi (3). L’innervazione del tumore ha due conseguenze: i segnali del dolore e la diffusione delle cellule maligne lungo i rami del nervo, un processo chiamato invasione perineurale (PNI) (4). Nel corso della PNI, si verificano delle interazioni neuro-neoplastiche i cui eventi cellulari e molecolari sono ancora poco noti, ma probabilmente passano attrevarso un contatto selettivo noto come sinapsi neuro-neoplastica (5). Abbiamo recentemente scoperto che Neurexina (Nrxn) e Neuroligina (NLGN) , due proteine sinaptiche, sono espresse nelle cellule endoteliali e muscolari lisce dove  modulano il tono vascolare e l'angiogenesi (6-9). In parallelo abbiamo dimostrato che l'espressione delle due proteine è fortemente regolata durante la tumorigenesi. Nella sinapsi,
 NLGN è localizzata sulla membrana post –sinaptica ed interagisce con Nrxn dal lato opposto (in trans) dello spazio sinaptica in modo Ca++ dipendente. A seguito della loro interazione, Nrxn e NLGN promuovono la formazione di sinapsi i n vitro e la trasmissione sinaptica in vivo. Entrambe le proteine sono coinvolte nella esocitosi (10-12)

 Obiettivi:

Come prodotti delle cellule tumorali, dei vasi sanguigni e dei nervi, e Nrxn e Nlgn potrebbero giocare un ruolo cardine nella progressione tumorale 
Vogliamo verificare questa ipotesi e, in particolare, vogliamo raggiungere questi obiettivi:
1. definire i ruoli vascolari e tumorali-autonomi di NLGN e Nrxn.
2. definire il ruolo di Nrxn e NLGN come mediatori della comunicazione tra il tumore e il suo microambiente in due contesti: a) nel rilascio di fattori autocrini / paracrini che modulano la neoangiogenesi e la neurogenesi b) nei contatti diretti tra cellule tumorali e nervose ( sinapsi neuroneoplastica) 
3. determinare il percorso molecolare attraverso cui Nrxn e NLGN giocano i loro ruoli nelle cellule tumorali o vascolari, e la misura in cui ila macchina neuronale viene “cooptata” in queste cellule.

Risultati ottenuti:

Negli ultimi anni, abbiamo perseguito la ricerca della funzione di queste due proteine sinaptiche nel sistema vascolare e nelle cellule tumorali. Di seguito sono riportati i principali risultati conseguiti:
A) Abbiamo dimostrato che Nrxns e Nlgns sono prodotti ed elaborati da cellule endoteliali e muscolari lisce vascolari in tutto il sistema vascolare. Inoltre, interagiscono fisicamente nei vasi sangugni cosi come nel cervello. Abbiamo dimostrato che un anticorpo monoclonale ricombinante contro –una isoforma di Nrxn inibisce l'angiogenesi e il tono vasale, mentre la NLGN esogena ha un ruolo nella promozione dell'angiogenesi. Per approfondire il ruolo in Nrxn NLGN abbiamo studiato lo sviluppo vascolare di zebrafish (Danio rerio). Abbiamo dimostrato che l’annullamento dell’espressione di Nrxn e NLGN causa difetti nella angiogenesi e rimodellamento vascolare. Abbiamo poi verificato la presenza di una interazione funzionale tra Nrxn o Nlgn e il fattore angiogenico più studiato fino ad oggi: VEGFA. I nostri dati rappresentano la prima evidenza in vivo del ruolo di Nrxn e Nlgn nella formazione embrionale dei vasi sanguigni e forniscono importanti informazioni sul loro meccanismo d'azione.

B) In una separata serie di esperimenti ci siamo concentrati sulla biologia del cancro e abbiamo dimostrato che:
a. Nrxn è espressa da vasi sanguigni del tumore e parenchima del tumore in vivo (6)
b.L’espressione di NLGN è inibita pesantemente durante la progressione del cancro del colon-retto. I dati provengono sia da una analisi diretta di campioni di tessuto umano ottenuti in questo isitituto che dal “data mining” di banche dati pubbliche (Oncomine, TCGA)

Bibliografia

1. Hanahan, D., and R. A. Weinberg. 2011. Hallmarks of cancer: the next generation. Cell 144:646-674.
2. Hagel, C., and D. Stavrou. 2007. Neuronal markers in non-neuronal tissues. Prog Exp Tumor Res 39:64-77.
3. Entschladen, F., D. Palm, K. Lang, T. L. t. Drell, and K. S. Zaenker. 2006. Neoneurogenesis: tumors may initiate their own innervation by the release of neurotrophic factors in analogy to lymphangiogenesis and neoangiogenesis. Med Hypotheses 67:33-35.
4. Hirai, I., W. Kimura, K. Ozawa, S. Kudo, K. Suto, H. Kuzu, and A. Fuse. 2002. Perineural invasion in pancreatic cancer. Pancreas 24:15-25.
5. Palm, D., and F. Entschladen. 2007. Neoneurogenesis and the neuro-neoplastic synapse. Neuronal Activity in Tumor Tissue 39:91-98.
6. Bottos, A., E. Destro, A. Rissone, S. Graziano, G. Cordara, B. Assenzio, M. R. Cera, L. Mascia, F. Bussolino, and M. Arese. 2009. The synaptic proteins neurexins and neuroligins are widely expressed in the vascular system and contribute to its functions. Proc Natl Acad Sci U S A 106.
7. Arese, M., G. Serini, and F. Bussolino. 2011. Nervous vascular parallels: axon guidance and beyond. Int J Dev Biol 55:439-445.
8. Bottos, A., A. Rissone, F. Bussolino, and M. Arese. 2011. Neurexins and neuroligins: synapses look out of the nervous system. Cell Mol Life Sci 68:2655-2666.
9. Rissone A, Foglia E, Sangiorgio L, Cermenati S, Nicoli S, Cimbro S, Beltrame
M, Bussolino F, Cotelli F, Arese M. The synaptic proteins β-neurexin and
neuroligin synergize with extracellular matrix-binding vascular endothelial
growth factor a during zebrafish vascular development. Arterioscler Thromb Vasc
Biol. 2012 Jul;32(7):1563-72.
10. Sudhof, T. C. 2008. Neuroligins and neurexins link synaptic function to cognitive disease. Nature 455:903-911.
11. Missler, M. 2003. [alpha]-Neurexins couple Ca2+ channels to synaptic vesicle exocytosis. Nature 423:939-948.
12. Suckow, A. T.,et al. 2008. Expression of neurexin, neuroligin, and their cytoplasmic binding partners in the pancreatic beta-cells and the involvement of neuroligin in insulin secretion. Endocrinology 149:6006-6017.