V. Poli


ANALISI DEL RUOLO DEL FATTORE DI TRASCRIZIONE STAT3 NELLA TRASFORMAZIONE E PROGRESSIONE TUMORALE E NELLE MALATTIE AUTO-IMMUNITARIE.



I fattori di trascrizione appartenenti alla famiglia degli STAT (Signal Transducers and Activators of Transcription) sono pedine fondamentali nel mediare il segnale e le funzioni di citochine, interferoni e fattori di crescita in quanto vengono attivati a valle di specifici recettori. STAT3 e' il principale mediatore delle funzioni della famiglia di citochine correlate all'IL-6, ma la sua attivazione e' causata da molte altre citochine e fattori di crescita tanto che, a differenza degli altri membri della famiglia STAT, l' inattivazione del suo gene porta a letalita' embrionale precoce. In particolare, Stat3 si e' rivelato avere importanti funzioni anti-infiammatorie nei monociti-macrofagi, in quanto media gli effetti anti-infiammatori dell'IL-10.

STAT3 e' considerato un oncogene, essendo costitutivamente attivato in molti tumori primari e linee tumorali, dove la sua inattivazione conduce ad arresto della proliferazione delle cellule tumorali e a morte cellulare per apoptosi. Inoltre, recentemente si e' dimostrato come l'attivazione di Stat3 sia nelle cellule tumorali che nelle cellule dendritiche induca anergia del sistema immunitario, contribuendo cosi' alla crescita incontrollata del tumore.

Noi siamo interessati ad approfondire la comprensione del ruolo molecolare di STAT3 in diversi fenomeni biologici, con particolare riferimento ai fenomeni legati alla trasformazione, crescita e invasivita' tumorale, in particolare del tumore alla mammella, e alla regolazione dell'infiammazione e dei fenomeni auto-immunitari. Abbiamo generato diversi ceppi di topi mutanti condizionali che mancano di Stat3 in diversi tessuti, nonche' topi in cui l'allele codificante STAT3 e' stato sostituito con una forma mutante costitutivamente attiva (STAT3C). Lo scopo finale di questi progetti e' quello di acquisire sufficienti informazioni sul ruolo di STAT3 nella trasformazione tumorale e nell'infiammazione al fine di sviluppare nuove strategie diagnostiche e terapeutiche per malattie neoplastiche e infiammatorie/auto-immunitarie. Di seguito sono riportati i piu' recenti risultati ottenuti dal laboratorio.

1) STAT3 nel tumore alla mammella.

Abbiamo analizzato il ruolo di STAT3 nell'insorgenza e progressione dei tumori alla mammella utilizzando sia modelli animali tipo "perdita di funzione", in cui il gene codificante STAT3 e' stato inattivato, sia modelli tipo "acquisizione di funzione", tramite l'espressione di una forma di STAT3 costitutivamente attiva. Nel primo caso, abbiamo dimostrato che STAT3 non e' necessario per l'insorgenza e la progressione dei tumori causati dall'espressione dell'oncogene attivato di ratto NeuT, ma la sua presenza e' invece richiesta per la formazione di metastasi (Barbieri et al., Molecular Carcinogenesis 2010). Queste conclusioni sono state confermate ed estese dall'osservazione che topi STAT3C esprimenti l' oncogene NeuT sviluppano tumori mammari piu' precoci ed aggressivi di quelli esprimenti solo la forma normale di STAT3 (Barbieri et al., Cancer Res. 2010). Le cellule tumorali NeuT,STAT3C sono risultate essere molto piu' aggressive, dimostrando molto maggiore capacita' di migrare, invadere una matrice circostante e dare luogo a metastasi in vivo. Abbiamo anche potuto identificare alcuni geni bersaglio di STAT3, e in particolare dimostrato che cten, un membro della famiglia delle tensine finora solo riportato mediare la migrazione a valle del recettore dell'EGF, e' attivato a valle di STAT3 costitutivamente attivo e media almeno parte del fenotipo invasivo di queste cellule.

2. Ruolo metabolico di STAT3 nei tumori

Analizzando fibroblasti primari Stat3C/C abbiamo dimostrato che Stat3 costitutivamente attivo esercita una forte influenza sul metabolismo mitocondriale inducendo il cosiddetto effetto Warburg, cioe' un metabolismo del glucosio basato principalmente sulla glicolisi aerobica, una caratteristica condivisa dalla grande maggioranza delle cellule tumorali (Demaria et al., Aging 2010). Questa osservazione ha imprtanti implicazioni sia per spiegare il motivo per cui circa il 70% dei tumori primari presenti STAT3 costitutivamente attivo e dipenda da STAT3 per la crescita e /o sopravvivenza, sia dal punto di vista terapeutico, suggerendo che strategie terapeutiche mirate a inibire STAT3 unitamente alla glicolisi potrebbero risutare molto efficaci in un gran numero di tumori di diverso tipo e origine.

3. Ruolo di STAT3 nella miocardite autoimmune.

Topi omozigoti per l'allele costitutivamente attivo STAT3C muoiono attorno alle 5 settimane di vita per una forma di miocardite autoimmune. Lo sviluppo della miocardite e' dovuto all'azione costitutiva di STAT3 sia in cellule ematopoietiche che in cellule appartenenti a tessuti solidi. In particolare, abbiamo potuto dimostrare che STAT3 svolge un ruolo patologico a livello dell'induzione della produzione della proteina del complemento C3 da parte del fegato. In effetti neutralizzando C3 si ottiene una forte diminuzione dell'incidenza e gravita' della miocardite. Questa osservazione suggerisce che STAT3 attivato impropriamente possa intervenire nell'insorgenza della miocardite autoimmune, e probabilmente piu' in generale delle malattie autoimmunitarie. L'analisi dei geni la cui espressione e' alterata prima e dopo l'insorgenza della miocardite e' in corso, allo scopo di individuare geni bersaglio di STAT3 coinvolti nella patogenesi della miocardite. In parallelo, stiamo analizzando campioni di pazienti affetti da miocardite autoimmune per stabilire un parallelo tra il modello murino e la malattia umana.

Sede dei Laboratori: Dipartimento di Genetica, Biologia e Biochimica, Universita' di Torino

Email: valeria.poli@unito.it

Il Gruppo di ricerca e' composta da:

Pubblicazioni principali.

Alonzi T., Maritano D., Gorgoni B., Rizzuto G., Libert C., Poli V. Essential role of STAT3 in the control of the acute phase response as revealed by inducible gene inactivation in the liver. Mol Cell Biol. 21, 1621-1632, 2001

Costa-Pereira A.P., Tininini S., Strobl B., Alonzi T., Schlaak J.F., Is'harc H., Gesualdo I., Newman S.J., Kerr I.M., and Poli V. An Interferon-gamma-like response through IL-6 in the absence of STAT3. 2002 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 8043-8047, 2002

Maritano, D., Sugrue, M.L., Tininini, S., Dewilde, S., Strobl, B., Fu, XP, Murray-Tait, V., Chiarle, R. and Poli. V. (2004) The STAT3 isoforms, α and β, play unique and specific roles. Nat. Immunol. 5, 401-409.

Hilfiker-Kleiner, D; Kaminski, K, Podewski, E, Bonda, T; Schaefer, A, Sliwa, S., Forster, O, Quint, A, Landmesser, U, Doerries, C, Luchtefeld, M, Poli, V, Schneider, M, Balligand, J-L, Desjardins F, Ansari, A, Struman, I, Nguyen, NQ, Zschemisch, NH, Klein, G, Heusch, G, Schulz, R, Hilfiker, A, Drexler, H. A Cathepsin D-Cleaved 16kDa Form of Prolactin Mediates Postpartum Cardiomyopathy (2007) Cell 128, 589-600.

Dewilde S, Vercelli A, Chiarle R and Poli V. Of alphas and betas: distinct and overlapping functions of STAT3 isoforms. (2008) Frontiers in Bioscience 13, 6501-6514.

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Barbieri I, Pensa S, Pannellini T, Quaglino E, Maritano D, Demaria M, Voster A, Turkson J, Cavallo F, Watson CJ, Provero P, Musiani P and Poli V. Constitutively active Stat3 enhances Neu-mediated migration and metastasis in mammary tumors via upregulation of Cten. (2010) Cancer Res. 70:2558-67.

Demaria M, Giorgi C, Lebiedzinska M, Esposito G, D'Angeli L, Bartoli A, Gough DJ, Turkson J, Levy DE, Watson CJ, Wieckowski MR, Provero P, Pinton P and Poli V. A STAT3-mediated metabolic switch is involved in tumour transformation and STAT3 addiction. (2010) Aging 2:823-842.

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Bard-Chapeau EA, Li S, Ding J, Zhang SS, Zhu HH, Princen F, Fang DD, Han T, Bailly-Maitre B, Poli V, Varki NM, Wang H and Feng G-S. Ptpn11/Shp2 Acts as a Tumor Suppressor in Hepatocellular Carcinogenesis. (2011) Cancer Cell 19:629–639.

Schiavone D, Avalle L, Dewilde S, Poli V. The immediate early genes Fos and Egr1 become STAT1 transcriptional targets in the absence of STAT3. (2011) FEBS Lett. [Epub ahead of print] Jun 28, doi:10.1016/j.febslet.2011.06.020.

Demaria M and Poli V. From the nucleus to the mitochondria and back. The odyssey of a multitask STAT3. (2011) Cell Cycle (in press).