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Biochemistry and Molecular Biology (BMB)

Biochemistry and Molecular Biology (BMB)

Componenti

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Settore ERC

LS1_2 - Biochemistry
LS1_9 - Molecular mechanisms of signalling processes

Attività

Il gruppo è interessato alla caratterizzazione biochimica e molecolare di enzimi/proteine, di recettori e ligandi coinvolti in differenti pathways associati al cancro, al microambiente tumorale (es. vasi sanguigni e cellule immunitarie) a patologie neurodegenerative. Inoltre il gruppo ha avviato alcune collaborazioni per la caratterizzazione di enzimi in matrici alimentari.
Nello specifico, i progetti del gruppo riguardano:

  1. Enzimi della sintesi del colesterolo e di ormoni steroidei, con particolare attenzione all’intreccio con malattie congenite post-squaleniche e patologie tumorali
  2. Enzimi/proteine della sintesi dei gruppi prostetici ferro-zolfo in Mycobacterium tuberculosis, l’agente patogeno delle tubercolosi
  3. Proteine coinvolte nella neurodegenerazione con particolare attenzione alla SLA e all’Atassia di Friedreich
  4. Proteine bioattive ed enzimi in prodotti naturali e alimentari
  5. Ruolo delle semaforine e dei loro recettori plexine nel regolare il microambiente tumorale e la formazione delle metastasi e nella modulazione del cross-talk tra i vasi tumorali e il sistema immunitario nel tumore al pancreas, colon e alla mammella.
  6. Ruolo delle semaforine e delle plexine nell’immunoterapia nel tumore pancreatico e alla mammella.
  7. Ruolo dei bisfosfonati (zoledronic acid) nel «normalizzare» i vasi tumorali e i «cancer-associated fibroblasts (CAFs)» e nel bloccare la crescita neoplastica nel tumore alla mammella e al pancreas.

1. Enzimi della sintesi del colesterolo e di ormoni steroidei, con particolare attenzione all’intreccio con malattie congenite post-squaleniche e patologie tumorali

- Enzimi (OSC, HSD17B7,…) della fase post-squalenica della biosintesi degli steroli in diversi organismi.

La nostra ricerca all’interno del DSTF ci ha portato a perseguire costantemente le connessioni tra le caratteristiche biochimiche e farmaceutiche della biosintesi degli steroli, sviluppando inibitori efficaci e specifici per colpire gli enzimi di questa via.

Uno di questi enzimi, l'HSD17B7, è anche coinvolto nella biosintesi degli estrogeni, ed è sovraespresso nel cancro della mammella e dell'ovaio. Il progetto prevede la purificazione, la caratterizzazione e l'inibizione dell'HSD17B7 umano, al fine di progettare farmaci antitumorali efficaci.

- Enzimi AKR1C

Gli enzimi Aldo-cheto reduttasi AKR1C svolgono un ruolo vitale nelle vie biosintetiche degli androgeni, degli estrogeni e delle prostaglandine. La sovraespressione delle diverse isoforme (nello specifico AKR1C3 e AKR1C1) è uno dei meccanismi più comuni di resistenza ai farmaci in diversi tumori, tra cui il tumore prostatico resistente alla castrazione (CRPC), il tumore del colon, il tumore esofageo e la leucemia LLA.  

In questo progetto, l'efficacia e la selettività di nuovi composti sull’attività biologica di alcune isoforme AKR1C vengono valutate mediante saggi biochimici e cellulari. Inoltre, il progetto prevede la valutazione dei nuovi inibitori AKR1C in associazione con i chemioterapici in uso, per potenziare l'effetto della sola chemioterapia e/o rendere le cellule tumorali meno resistenti agli stessi agenti chemioterapici.

2. Enzimi/proteine della sintesi dei gruppi prostetici ferro-zolfo in Mycobacterium tuberculosis, l’agente patogeno delle tubercolosi

Il propagarsi di nuove infezioni di M. tubercolosis multi-resistenti agli antibiotici richiede l’immediata identificazione e caratterizzazione di nuovi pathways biochimici per sviluppo di nuovi farmaci antimicrobici. Il progetto prevede la purificazione e caratterizzazione enzimatica di SufS da solo e in complesso con altre proteine per poter poi identificare possibili inibitori specifici per M. tuberculosis.

3. Proteine coinvolte nella neurodegenerazione con particolare attenzione alla SLA e all’Atassia di Friedreich

Un nuovo legame genetico tra calciclina e neuropatologie deriva dall'osservazione che gli aggregati formati nel tessuto del midollo spinale da una mutazione nell'annessina A11 (ANXA11) vengono aboliti dalla sovraespressione della calciclina. La famiglia del gene dell'annessina comprende proteine ​​leganti il ​​calcio costituite da due domini: un dominio C-terminale altamente conservato e un dominio N-terminale altamente variabile. I domini di annessina interagiscono tra loro in modo specifico e regolato dal calcio, mentre i determinanti delle interazioni di ANXA11 con la calciclina sono ancora sconosciuti.

Il progetto mira a indagare i determinanti strutturali delle interazioni all'interno dei domini ANXA11 e tra ANXA11 e calciclina, e di valutare la loro dipendenza dal calcio

4. Proteine bioattive ed enzimi in prodotti naturali e alimentari

Caratterizzazione di proteine bioattive ed enzimi da matrici naturali e alimentari

Questa attività si propone di identificare e valutare specifiche attività enzimatiche in diverse matrici alimentari. In particolare, il nostro studio considera enzimi lipolitici responsabili di fenomeni degradativi nelle nocciole, ed enzimi proteolitici dell’ananas che presentano un elevato interesse sia alimentare sia farmacologico. La caratterizzazione biochimica degli enzimi purificati attraverso idonee strategie di purificazione consente la comprensione dei meccanismi di azione degli enzimi ed un peculiare controllo della loro attività.

Produzione di lattice ipoallergenico

Questa attività si propone di determinare un protocollo scientifico/produttivo per la produzione di “lattice ipoallergenico” di buona qualità meccanica. In particolare, per la rimozione degli allergeni proteici si valuta l’applicazione in combinazione di metodologie meccaniche e biochimiche.

5. Ruolo delle semaforine e dei loro recettori plexine nel regolare il microambiente tumorale e la formazione delle metastasi e nella modulazione del cross-talk tra i vasi tumorali e il sistema immunitario nel tumore al pancreas, colon e alla mammella.

Le semaforine e plexine, inizialmente scoperte nel regolare l’orientamento assonale nel sistema nervoso sono state rivalutate negli ultimi anni come importanti regolatori della progressione neoplastica, dell’angiogenesi e cellule del microambiente tumorale e quindi come nuovi target farmacologici.

Questo progetto di ricerca è focalizzato nello studio dei meccanismi molecolari, interazioni biochimiche e le vie di trasduzione del segnale che modulano la reciproca regolazione tra cellule immunitarie, i vasi sanguigni e i fibroblasti per individuare le principali cause della resistenza alle terapie e dell’immuno-soppressione tipica nei pazienti con tumore al pancreas, colon e alla mammella. Questo studio sarà condotto impiegando modelli murini di cancro e Single cell and Visual Transcriptomics.

6. Ruolo delle semaforine e delle plexine nell’immunoterapia nel tumore pancreatico e alla mammella.

Sulla base del ruolo nel regolare il sistema immunitario delle Semaforine e delle Plexine recentemente descritto, il progetto è focalizzato nell’individuare nuove strategie terapeutiche e combinazioni di farmaci che hanno come target Semaforine e Plexine insieme a immuno-chekpoint inhibitors (per es. anti-PD1/PDL1; anti-CTL4; anti-CD40) per inibire la progressione tumorale in modelli di tumore pancreatico e alla mammella. I meccanismi molecolari d’azione e le variazioni biochimiche dei diversi farmaci saranno studiati nei tessuti tumorali derivati dai diversi gruppi di trattamento.

7. Ruolo dei bisfosfonati (zoledronic acid) nel «normalizzare» i vasi tumorali e i «cancer-associated fibroblasts (CAFs)» e nel bloccare la crescita neoplastica nel tumore alla mammella e al pancreas.

E’ stato ampiamente dimostrato come il bifosfonato, Zoledronic acid, utilizzato in clinica per bloccare le metastasi ossee in alcuni tipi tumorali, abbia un ruolo nel regolare i vasi tumorali e i macrofagi nei tumori. Abbiamo precedentemente dimostrato come il trattamento con Zoledronic acid di modelli animali di tumore alla mammella siano in grado di inibire le metastasi normalizzando i vasi tumorali e modificando e ri-programmando i cancer -associated fibroblasts (CAFs). Lo scopo di questo progetto è di studiare i meccanismi molecolari e interazioni biochimiche che regolano i vasi tumorali e i CAF dopo il trattamento con Zoledronic acid in diversi modelli di tumore alla mammella e al pancreas. Saranno inoltre valutati gli effetti dei trattamenti sul sistema immunitario, sull’immuno-soppressione e l’effetto anti-tumorale di trattamenti combinatori di Zoledronic acid con immuno-checkpoint inhibitors.

 

Batteri e colture cellulari di mammifero

Clonazione, espressione e purificazione di proteine ​​ricombinanti

Tecniche di biologia molecolare (elettroforesi del DNA, PCR, RT-PCR, mutagenesi sito-specifica)

Quantificazione delle proteine ​​totali e allergeniche

Elettroforesi proteica e immunodosaggi (western Blot, ELISA)

Saggi enzimatici e di inibizione

Saggi di citotossicità su colture cellulari

UV-Vis, spettroscopia di fluorescenza

Single Cell Transcriptomics analysis

Visual Transcriptomics analysis

Saggi di migrazione, aptotassi e chemio-invasione in vitro e ex-vivo.

Colture 3D cellule tumorali pancreatiche e della mammella, cellule endoteliali e immunitarie

Microscopia confocale e Time-laps microscopy

RNA In situ hybridization

Apparecchio per cromatografia liquida a proteine ​​veloci AKTA prime plus (GE Helathcare Life Science)

laboratorio autorizzato MOGM

Microscale thermophoresis MST

Modelli murini di tumore al pancreas, alla mammella, e al colon

Progetto 1)

Prof.ssa Donatella Boschi – Dott.ssa Agnese Pippione (DSTF, Università di Torino)

Prof. Klaus Pors (Institute of Cancer Therapeutics, Bradford University -UK)

Prof. Tomasz Wróbel (Dept of Synthesis and Chemical Technology of Pharmaceutical Substances, Lublin University- Poland)

Prof.ssa Annamaria Buschini (COMT-Centro di Oncologia Molecoalre e Traslazionale- Università di Parma)

Dott.ssa Giovanna Chiorino (Laboratorio di Genomica – FEET, Biella)

 

Progetto 2)

Prof.ssa A. Pastore (London, UK)

Prof.ssa S. Leimkhuler (Potsdam, DE)

Prof.ssa Stefania Iametti (Defens - Milano)

 

Progetto 3)

Dr. Bradley Smith, King’s College (London, UK)

Prof. G. Gilardi (DSVBS, Università di Torino)

 

Progetto 4)

Prof. G. Cravotto (DSTF, Università di Torino)

Prof.ssa C. Cordero (DSTF, Università di Torino)

 

Progetti 5),6),7)

Prof. Doug Hanahan (ISREC, EPFL, Lausanne, Svitzerland)

Prof. Ilaria Cascone (Paris est University, Paris)

Prof. Luca Tamagnone (Università cattolica, Roma)

Prof. Letizia Lanzetti (Dip. di Oncologia, Italy)

Prof. Marco Lolli and Prof.ssa Donatella Boschi (DSTF, Università di Torino)

Prof. Kristian Pietras (Lund University, Sweden)

Prof. Daniela Taverna (Molecular and Biotechnological Center, MBC, Turin, Italy)

Prof. Junichi Takagi (Institute for Protein Research, Osaka University, Japan)

1) AKR1C, HSD17B7, Biosintesi steroli/steroidi

2) Tubercolosi, cluster ferro-zolfo, infezione

3) Malattia neurodegenerativa, SLA, Annessina A11

4) Proteine ​​bioattive, matrici naturali e alimentari, ipoallergenicità

5) Immunità tumorale, Plexine/semaforine, Microambiente tumorale

6) Immunoterapia, Plexine/semaforine, tumore pancreatico/mammella

7) Amino-bisfosfonato, tumore vessel, CAF

The group is interested in the biochemical and molecular characterization of enzymes/proteins, receptors and ligands involved in different pathways associated with cancer, with tumor microenvironment (e.g., immune cells and tumor vessels) and neurodegenerative pathologies. In addition, the group is involved in the characterization of enzymes in natural and food matrices

In particular, the research activity of the group focuses on:

1) Enzymes involved in the biosynthesis of cholesterol and steroid hormones, with a particular focus on the post-squalenic congenital diseases and tumor pathologies

2) Enzymes/proteins of the synthesis of iron-sulfur prosthetic groups in Mycobacterium tuberculosis, the pathogen of tuberculosis

3) Proteins involved in neurodegeneration with a particular attention to ALS and Friedreich’s Ataxia

4) Bioactive proteins and enzymes from natural and food sources

5) Role of semaphorins and of their receptors in the regulation of the tumor microenvironment, of metastatic spreading and in the modulation of the cross-talk between tumor vessels and immune system in pancreatic, breast and colon tumors.

6) Role of Semaphorins and plexins in the immunotherapy in pancreatic and breast cancer.

7) Role of the amino-bisphosphonate (Zoledronic acid) in tumor vessel normalization and in cancer-associated fibroblasts (CAFs) and in their anti-tumor activities in breast and pancreatic cancer

1. Enzymes involved in the biosynthesis of cholesterol and steroid hormones, with a particular focus on the post-squalenic congenital diseases and tumor pathologies

- Enzymes (OSC, HSD17B7, …) of the post-squalene steps of sterol biosynthesis in different organisms.

Our academic environment (the Drug Science and Technology Department) led us to steadily address the connections between biochemical and pharmaceutical features of sterol biosynthesis, often developing effective and specific inhibitors to target the enzymes of this pathway.

One of these enzymes, the HSD17B7, is also involved in the estrogen biosynthesis, and it is overexpressed in breast and ovarian cancer. The project involves the purification, characterization and inhibition of human HSD17B7, aimed to the design of effective anticancer drugs.

-  AKR1C enzymes  

Aldo-keto reductase AKR1C enzymes play a crucial role in the androgen, estrogen and prostaglandin biosynthetic pathways.  The overexpression of the AKR1C isoforms (in particular AKR1C3 and AKR1C1), is one of the most common mechanisms of drug resistance in different tumors, such as the Castration Resistant Prostate Cancer (CRPC), colon cancer, esophageal cancer and ALL leukaemia.

In this project, biochemical and cellular-based assays are used to evaluate the efficacy and the selectivity of novel compounds on the bioactivity of AKR1C isoforms.

In addition, the project involves the evaluation of AKR1C inhibitors in association with chemotherapy drugs to enhance the effect of chemotherapy in tumor cells resistant to the same chemotherapeutic agents.

2. Enzymes/proteins of the synthesis of iron-sulfur prosthetic groups in Mycobacterium tuberculosis, the pathogen of tuberculosis

The spread of new infections of M. tuberculosis multi-resistant to antibiotics requires the immediate identification and characterization of new biochemical pathways for the development of new antimicrobial drugs. The project involves the purification and enzymatic characterization of SufS, alone, and in complex with other proteins in order to identify potential new drugs for M. tuberculosis.

3. Proteins involved in neurodegeneration with a particular attention to ALS and Friedreich’s Ataxia

A new genetic link between calcyclin and neuropathologies stems from the observation that aggregates formed in spinal cord tissue by a specific mutation in Annexin A11 (ANXA11) are abolished by the over-expression of calcyclin. The annexin gene family comprises Ca-binding proteins made up of four homologous domains, with a highly conserved C-terminus and a highly variable N-terminus. Annexin domains interact among themselves in a specific and calcium-regulated fashion, whereas the determinants of ANXA11 interactions with calcyclin are still unknown.

The project aims at investigating the structural determinants of interactions within ANXA11 domains and among ANXA11 and calcyclin, and to assess their dependence calcium.

4. Bioactive proteins and enzymes from natural and food sources

Characterization of bioactive proteins and enzymes from natural and food sources

This research focuses on identifying and addressing specific enzymatic activities in various food sources that either are detrimental to food quality (lipases in hazelnuts) or possess relevant healthy-related properties (bromelain from pineapple). The purification of these enzymes and their subsequent characterization allow the understanding of their mechanism of action, and appear essential to control and tune their activity.

Production of hypo-allergenic latex

This project involves the combination of physical and biochemical approaches to remove the allergenic proteins and obtain a latex with good mechanical properties, but with a decreased allergenic potential.

5. Role of semaphorins and of their receptors in the regulation of the tumor microenvironment, of metastatic spreading and in the modulation of the cross-talk between tumor vessels and immune system in pancreatic, breast and colon tumors.

Semaphorins and plexins, initially discovered to regulate axonal orientation in the nervous system, have been re-evaluated in recent years as important regulators of neoplastic progression, of angiogenesis and cells of the tumor microenvironment and therefore as new pharmacological targets.

This research project is focused on the study of the molecular mechanisms, biochemical interactions and signal transduction pathways that modulate the reciprocal regulation between immune cells, blood vessels and fibroblasts to identify the main causes of therapy resistance and typical immunosuppression in patients with pancreatic, colon and breast cancer. This study will be performed employing mouse models of cancer and Single cell and Visual Transcriptomics.

6Role of Semaphorins and plexins in the immunotherapy in pancreatic and breast cancer

Based on the recently described immune-regulating role of Semaphorins and Plexins, the project is focused on identifying novel therapeutic strategies and drug combinations that target Semaphorins and Plexins together with immuno-chekpoint inhibitors (e.g. anti- PD1/PDL1; anti-CTL4; anti-CD40) to inhibit tumor progression in pancreatic and breast cancer models. The molecular mechanisms and biochemical changes of action of the different drugs will be studied in the tumor tissues derived from the different treatment groups.

7. Role of the amino-bisphosphonate (Zoledronic acid) in tumor vessel normalization and in cancer-associated fibroblasts (CAFs) and in their anti-tumor activities in breast and pancreatic cancer

It has been widely demonstrated that the bisphosphonate, Zoledronic acid, used in the clinic to block bone metastases in some tumor types, has a role in regulating tumor vessels and macrophages in tumors. We have previously demonstrated that treatment of breast cancer animal models with Zoledronic acid is able to inhibit metastasis by normalizing tumor vessels and modifying and reprogramming cancer-associated fibroblasts (CAFs). The aim of this project is to study the molecular mechanisms and biochemical interactions regulating tumor vessels and CAFs after treatment with Zoledronic acid in different models of breast and pancreatic cancer. The effects of treatments on the immune system, immunosuppression and anti-tumor effect of combination treatments of Zoledronic acid with immuno-chekpoint inhibitors will also be evaluated.

Bacteria and mammalian cell culture

Cloning, Expression and purification of recombinant proteins

Molecular biology techniques (DNA electrophoresis, PCR, RT-PCR, site-specific mutagenesis)

Quantification of total and allergenic proteins

Protein electrophoresis and Immunoassays (western Blot, ELISA)

Enzymatic and Inhibition assays

Cytotoxicity assays on cell cultures

UV-Vis, Fluorescence spectroscopy

Single Cell Transcriptomics analysis

Visual Transcriptomics analysis

migrazione, aptotassis and chemio-invasio in vitro e ex-vivo assays.

3D Culture of breast and pancreatic tumor cells, endothelial cells and immune cells

Confocal and Time-laps microscopy

RNA In situ hybridization

Fast protein liquid chromatography apparatus AKTA prime plus (GE Helathcare life science)

authorized MOGM laboratory

Microscale thermophoresis MST

Retroviral infection and transduction in mammal cells

Mouse models of pancreatic, breast, cervical and colon cancer

Topic 1)

Prof.ssa Donatella Boschi – Dott.ssa Agnese Pippione (DSTF, Università di Torino)

Prof. Klaus Pors (Institute of Cancer Therapeutics, Bradford University -UK)

Prof. Tomasz Wróbel (Dept of Synthesis and Chemical Technology of Pharmaceutical Substances, Lublin University- Poland)

Prof.ssa Annamaria Buschini (COMT-Centro di Oncologia Molecoalre e Traslazionale- Università di Parma)

Dott.ssa Giovanna Chiorino (Laboratorio di Genomica – FEET, Biella)

Topic 2)

Prof.ssa A. Pastore (London, UK)

Prof.ssa S. Leimkhuler (Potsdam, DE)

Prof.ssa Stefania Iametti (Defens - Milano)

Topic 3)

Dr. Bradley Smith, King’s College (London, UK)

Prof. G. Gilardi (DSVBS, Università di Torino)

Topic 4)

Prof. G. Cravotto (DSTF, Università di Torino)

Prof.ssa C. Cordero (DSTF, Università di Torino)

Topics 5,6,7

Prof. Doug Hanahan (ISREC, EPFL, Lausanne, Svitzerland)

Prof. Ilaria Cascone (Paris est University, Paris)

Prof. Luca Tamagnone (Università cattolica, Roma)

Prof. Letizia Lanzetti (Dip. di Oncologia, Italy)

Prof. Marco Lolli and Prof.ssa Donatella Boschi (DSTF, Università di Torino)

Prof. Kristian Pietras (Lund University, Sweden)

Prof. Daniela Taverna (Molecular and Biotechnological Center, MBC, Turin, Italy)

Prof. Junichi Takagi (Institute for Protein Research, Osaka University, Japan)

1) AKR1C, HSD17B7, Sterol/steroid biosynthetic pathways

2) Tuberculosis, iron-sulfur cluster, infection

3) Neurodegenerative disease, ALS, AnnexinA11

4) Bioactive proteins, natural and food sources, hypoallergenicity

5) Tumor immunity, Plexins/semaphorins, Tumor microenvironment

6) Immunotherapy, Plexins/Semaphorins, Pancreatic/Breast Cancer

7) Amino-bisphosphonate, tumor vessel, CAF

Ultimo aggiornamento: 31/03/2023 10:55
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