Nonostante i notevoli progressi compiuti negli ultimi due decenni nella comprensione della patobiologia del mieloma multiplo (MM) e delle altre discrasie plasmacellulari, che hanno profondamente modificato il panorama terapeutico, la loro cura definitiva rappresenta ancora una sfida clinica irrisolta. Le cellule di MM mostrano una marcata plasticità metabolica, potendo alternare l’impiego della glicolisi a quello di vie mitocondriali ancora in gran parte non caratterizzate, al fine di supportare la sopravvivenza e la proliferazione.

In questo contesto, i mitocondri non si configurano più come organelli statici, ma come reti dinamiche soggette a continui cicli di fusione e frammentazione (fissione), un processo noto come “dinamica mitocondriale”. Uno sbilanciamento in questo equilibrio dinamico è stato associato a diverse condizioni patologiche, incluso il cancro. Il nostro gruppo ha recentemente identificato un’espressione deregolata di importanti mediatori della fissione mitocondriale, correlata a prognosi sfavorevole e a profonde alterazioni metaboliche nelle cellule di MM (Rocca et al., JTM 2023; Gallo Cantafio et al., Haematologica 2025). 

Tuttavia, l’impatto di specifiche alterazioni genomiche o epigenomiche della plasmacellula di MM sulle disfunzioni mitocondriali rimane ancora poco caratterizzato.

Il presente progetto si propone di analizzare funzionalmente il ruolo dei regolatori della dinamica mitocondriale, avvalendosi di modelli preclinici che ricapitolano fedelmente la complessità del microambiente midollare. Gli obiettivi specifici sono:

1. Caratterizzare la dinamica mitocondriale e il trasferimento mitocondriale intercellulare in cellule di MM con vari background genetici (t(4;14), amplificazioni 1q, del17p), al fine di esplorare possibili associazioni tra lesioni genetiche e fenotipo mitocondriale.

2. Delineare i pathway metabolici coinvolti nel trasferimento di mitocondri in stato post-fissione tra plasmacellule e cellule stromali midollari.

3. Inibire farmacologicamente i principali regolatori della dinamica e del trasferimento mitocondriale in modelli murini in vivo, utilizzando nuovi composti già identificati e validati all’interno del nostro network attraverso approcci di riposizionamento farmacologico.
In ultima analisi, il progetto permetterà l’identificazione di nuove proteine mitocondriali responsabili della riprogrammazione metabolica delle plasmacellule nel microambiente midollare, fornendo strumenti farmacologici innovativi per inibire vulnerabilità mitocondriali implicate nell’insorgenza e nella progressione del MM.
 

La cardiomiopatia diabetica (DCM) rappresenta una delle principali complicanze del diabete       mellito, ed è caratterizzata da un progressivo deterioramento strutturale e funzionale del miocardio, in assenza di ipertensione o malattia coronarica. Nonostante la sua rilevanza clinica, la patogenesi della DCM resta in gran parte poco compresa, in particolare per quanto riguarda il contributo dell’infiammazione cronica, caratteristica distintiva della disregolazione metabolica tipica del diabete. I recenti progressi nella biologia delle cellule staminali hanno reso possibile la generazione di organoidi cardiaci umani (hCOs), strutture tridimensionali (3D) in grado di riprodurre, sia a livello cellulare che funzionale, le caratteristiche del cuore umano. Questo progetto di dottorato si propone pertanto di generare hCOs diabetici come modello sperimentale per studiare i meccanismi molecolari alla base della DCM. A tal fine, si genereranno e caratterizzeranno hCOs a partire da cellule staminali pluripotenti indotte umane (hiPSCs), differenziate in cardiomiociti, cellule endoteliali e fibroblasti. Gli organoidi cardiaci umani saranno sottoposti a un microambiente simile a quello diabetico tramite l’esposizione a elevati livelli di glucosio, per studiare come l’iperglicemia modifichi l’espressione genica e comprometta la funzione delle cellule cardiache. Mediante RNA-Sequencing si effettuerà il transcriptomic profiling al fine di identificare geni chiave correlati a infiammazione, fibrosi e stress ossidativo. I dati ottenuti saranno poi integrati e supportati sia dall’analisi immunoistochimica, che da test funzionali, inclusa la valutazione dell’attività contrattile e l’imaging del calcio intracellulare, per valutare appieno la performance elettrofisiologica e meccanica degli hCOs diabetici rispetto agli hCOs non diabetici di controllo. Inoltre, diverse evidenze suggeriscono il ruolo chiave dei macrofagi, in particolare i macrofagi con fenotipo pro-rigenerativo (M2), nella modulazione della risposta infiammatoria e della rigenerazione del tessuto cardiaco. Pertanto, sulla base dei dati di RNA-Seq, gli hCOs diabetici saranno coltivati con un cocktail di citochine pro-infiammatorie e/o antinfiammatorie, al fine di approfondire le interazioni immuno-metaboliche che contribuiscono alla DCM. Gli hCOs diabetici rappresenteranno così una piattaforma preclinica per testare eventuali trattamenti farmacologici, volti a invertire o ridurre le alterazioni patologiche indotte dal diabete. Nel complesso, questo progetto promuove il concetto del “Cardiac Disease-in-a-Dish”, attraverso la generazione di organoidi cardiaci diabetici, utilizzati come modelli umanizzati di disfunzione immuno-metabolica.

La psoriasi e una malattia infiammatoria della pelle, cronica ed autoimmune, caratterizzata dall’iperproliferazione e da un non corretto differenziamento dei cheratinociti. E inoltre sostenuta da un infiltrato infiammatorio principalmente composto da linfociti Th17 e Th1. Sebbene la predisposizione genetica e i fattori ambientali contribuiscano allo sviluppo della malattia, recenti studi suggeriscono un forte legame tra il metabolismo cellulare, in particolare del ferro, e la disregolazione immunitaria. Il ferro e essenziale sia per il rinnovamento delle cellule epidermiche, sia per il corretto funzionamento delle cellule immunitarie. Infatti, la disregolazione del metabolismo del ferro e implicata in diverse malattie infiammatorie croniche, in quanto può indurre stress ossidativo, l’attivazione dell'inflammasoma e la riprogrammazione metabolica delle cellule immunitarie. Diversi studi hanno dimostrato l’alterazione dei livelli di ferro nel siero e nelle lesioni dei pazienti psoriasici, in associazione ad una aumentata espressione dei livelli di ferritina, del recettore della transferrina e della lipocalina-2. Tuttavia, il ruolo meccanicistico del ferro nel microambiente infiammatorio psoriasico e nella progressione della malattia rimane poco chiaro. Questo progetto si propone di esaminare in maniera sistematica come il ferro influenzi il comportamento delle cellule immunitarie, l'attivazione dei cheratinociti e l'infiammazione cutanea cronica, e di esplorare nuove strategie terapeutiche basate sulla modulazione dei livelli di ferro. Gli obiettivi di questo progetto sono:

1. Caratterizzare il metabolismo del ferro nelle lesioni psoriasiche e nella circolazione sistemica rispetto ai controlli sani.
2. Definire l'effetto del sovraccarico e della deplezione di ferro sulla proliferazione dei cheratinociti, sul rilascio di citochine e sullo stress ossidativo.
3. Indagare in vitro come la disponibilità di ferro influenzi le diverse sottopopolazioni di cellule immunitarie, in particolare le cellule Th17, i macrofagi e i neutrofili.
4. Valutare l'efficacia terapeutica di composti che modulano i livelli di ferro (es. deferoxamina, nanoparticelle di ferro, analoghi dell’epcidina) in modelli preclinici di psoriasi.

Metodologia

1. Raccolta biopsie cutanee da pazienti psoriasici e controlli sani.
   1. Misurazione dei livelli di ferro, ferritina, transferrina e lipocalina-2 (ELISA,ICPMS).
   2. Immunoistochimica e analisi di espressione genica per i trasportatori del ferro (DMT1, FPN1), le proteine di storage (FTH1, FTL) e le citochine infiammatorie (IL-17A, IL-23, TNF-α).
2.  Modelli In Vitro
   1. Somministrazioni di compound a base di ferro (ferlixit e FAC) e chelanti del ferro (deferoxamina, DFO) in linee cellulari di cheratinociti umani immortalizzati (HaCaT) e cheratinociti umani primari (NHEK).
   2. Sistemi di co-coltura con cellule mononucleate del sangue periferico (PBMCs) o Th17 polarizzati per valutare gli effetti paracrini.
   3. Misurazione di ROS (saggio DCFH-DA), valutazione del profilo citochinico (Luminex) e analisi del ciclo cellulare.
3. Studi sulle cellule immunitarie
   1. Isolamento di cellule T CD4+, macrofagi e neutrofili dal sangue dei pazienti.
   2. Modulazione del ferro per valutare gli effetti sul differenziamento, secrezione di citochine e riprogrammazione metabolica (saggi di citofluorimetria e Seahorse).

Questo progetto contribuirà a chiarire il ruolo del metabolismo del ferro nella regolazione della risposta immunitaria nella psoriasi e valuterà l'efficacia di interventi basati su chelanti del ferro o sul targeting delle vie metaboliche del ferro come strategie terapeutiche complementari.

Il carcinoma polmonare non a piccole cellule (NSCLC) è la principale causa di morte correlata al cancro nel mondo. Le proteine BET (Bromodomain and Extra-Terminal domain) agiscono come lettori epigenetici nella regolazione della trascrizione genica. Tuttavia, l'efficacia clinica degli inibitori delle proteine BET (iBET) è fortemente limitata dalla diversa sensibilità osservata tra i sottotipi di NSCLC. Ad oggi, i meccanismi di azione e gli effetti dell'inibizione di BET nel carcinoma polmonare non sono stati completamente chiariti. Pertanto, è importante identificare gli effettori a valle che mediano queste risposte e chiarire i meccanismi molecolari sottostanti.

Il ferro è un micronutriente essenziale coinvolto in numerosi procesi cellulari critici.

Poiché livelli non controllati di ferro sono citotossici, la sua omeostasi cellulare è regolata da meccanismi altamente sofisticati. La catena pesante della ferritina (FTH1), tradizionalmente nota per il suo ruolo nello stoccaggio del ferro e nel mantenimento dell'equilibrio redox, è stata recentemente definita una "moonlight protein" per le sue molteplici funzioni. Alcuni studi ne evidenziano l'importanza anche in processi nucleari come la regolazione trascrizionale.

Recentemente, il nostro gruppo di ricerca ha dimostrato un'interazione nucleare tra FTH1 e BRD2, un membro della famiglia BET. Abbiamo inoltre dimostrato che il prototipo di iBET, JQ1, in combinazione con il silenziamento di FTH1 promuove la ferroptosi (morte cellulare programmata dipendente dal Ferro) riducendo la crescita del tumore nelle cellule NSCLC aggressive che mostrano una scarsa risposta al trattamento con JQ1, in vitro. I nostri dati suggeriscono inoltre che FTH1 regola la stabilità di BRD2 a livello post-trascrizionale. Tuttavia, i meccanismi alla base di questa regolazione restano ancora sconosciuti.

Lo scopo di questo progetto è la comprensione dei meccanismi molecolari alla base del coinvolgimento di FTH1 nella regolazione della stabilità di BRD2 e quindi della sua attività nel carcinoma polmonare aggressivo non a piccole cellule.

Lo studio dell'interazione tra metabolismo del ferro e proteine BET rappresenta un approccio innovativo per l'identificazione di nuovi farmaci o strategie terapeutiche, in grado di superare la resistenza ai trattamenti con iBET.

Durante il programma di dottorato, lo studente acquisirà un'elevata competenza nelle tecniche all'avanguardia nel campo della biologia molecolare e cellulare, come l'imaging cellulare, la citofluorimetria a flusso e l'espressione genica (RT-PCR e sequenziamento RNA). I risultati di questo studio metteranno in evidenza l'importanza di sviluppare terapie nuove ed efficaci al fine di migliorare l'efficienza delle terapie tradizionali al fine di superare la resistenza ai farmaci.

Il cancro colorettale (CRC) rappresenta la seconda causa principale di mortalità per cancro a livello mondiale. Nonostante i progressi terapeutici, la recidiva, la metastatizzazione e la resistenza ai trattamenti rimangono ostacoli significativi. Un numero crescente di evidenze attribuisce questi fenomeni a una sottopopolazione di cellule tumorali nota come cellule staminali tumorali (CSC), caratterizzate da elevata plasticità, capacità di autorinnovamento e resistenza ai trattamenti

convenzionali.

Il microambiente tumorale (TME) svolge un ruolo cruciale nel modellare il comportamento delle CSC, ma i programmi trascrizionali e le reti regolatorie geniche (GRN) che definiscono l'identità delle CSC e le loro interazioni con il TME rimangono poco conosciuti. Questo progetto mira a sfruttare la trascrittomica a singola cellula (scRNA-seq), l’inferenza di GRN, e la validazione funzionale dei regolatori principali (Master Regulator) identificati in organoidi derivati da pazienti, che potrebbero sostenere i fenotipi CSC e mediare la resistenza terapeutica. Questi

MRs rappresentano nuove vulnerabilità potenzialmente targettabili.

Attraverso l’integrazione di dati single-cell ad alta risoluzione con studi funzionali, il progetto sposterà l’attenzione terapeutica al targeting mirato dei circuiti regolatori specifici delle CSC, colmando il divario tra ricerca di base e applicazione traslazionale nel cancro colorettale.

La zonulina è una proteina endogena umana che svolge un ruolo cruciale nella regolazione della permeabilità intestinale attraverso la modulazione delle giunzioni strette tra le cellule epiteliali del tratto gastrointestinale. Queste giunzioni agiscono come barriere selettive, consentendo l’assorbimento dei nutrienti e impedendo al contempo la traslocazione di microrganismi potenzialmente patogeni, tossine e antigeni. In condizioni fisiologiche, la zonulina contribuisce al controllo dinamico di tali giunzioni intercellulari; tuttavia, livelli elevati di zonulina possono determinarne il disassemblaggio, provocando un aumento della permeabilità intestinale, fenomeno comunemente noto come “leaky gut” (intestino permeabile). Negli ultimi quindici anni, la ricerca si è progressivamente concentrata sul ruolo della zonulina