I canali ionici espressi sulle membrane di neuroni e cellule gliali sono fondamentali per il normale funzionamento del nostro sistema nervoso. La loro disfunzione può causare numerose malattie neurodegenerative, incluse alcune forme della neuropatia di Charcot-Marie-Tooth e del morbo di Parkinson, le due malattie attenzionate dai nostri studi biofisici. Crediamo molto nell’approccio di tipo “traslazionale”, in grado cioè di combinare assieme competenze diverse e complementari: fisica, bioinformatica, biologia, medicina. Abbiamo perciò formato un gruppo di giovani ricercatori ed esperti collaboratori molto eterogeneo in queste discipline. Le nostre tecniche di analisi molecolare e cellulare spaziano dai modelli computazionali agli esperimenti biofisici mediante elettrofisiologia e microscopia di fluorescenza, fino all’utilizzo di cellule staminali derivate dai pazienti al fine di ricreare in laboratorio un modello semplificato di sistema nervoso utile alla comprensione dei meccanismi neurodegenerativi ed alla ricerca di una cura.
Come il cervello controlla il comportamento e la vita mentale rimangono una delle ultime sfide della scienza. L’obiettivo principale della nostra ricerca è capire come diverse regioni del cervello si attivano e interagiscono, scambiando informazioni, durante il comportamento sia normale che patologico. Studiamo i circuiti cerebrali utilizzando varie metodiche di brain imaging, inclusi risonanza magnetica funzionale (fMRI), elettromagneto-encefalografia (EEG/MEG), tomografia ad emissione di positroni (PET), e imaging ottico. Siamo anche interessati a capire come lesioni focali del cervello (ictus) influenzano non solo le aree lese, ma l’intera organizzazione funzionale del cervello.
Capire questi effetti remoti e’ indispensabile per sviluppare nuovi trattamenti in queste condizioni altamente invalidanti.
La specificità delle connessioni tra i neuroni è essenziale per la normale funzione cerebrale. Siamo interessati a capire: 1. come un insieme di neuroni si unisce per formare circuiti neuronali specifici 2. come questi circuiti elaborano le informazioni neuronali.
Questi eventi sono molto dinamici, e possono andare incontro a modificazioni in risposta al continuo flusso di informazioni che arriva dall’ambiente, in condizioni fisiologiche e patologiche. Studiamo la formazione e la funzione dei circuiti neuronali, principalmente nel sistema olfattivo e nelle aree connesse, in condizioni fisiologiche e patologiche. Il sistema olfattivo è infatti coinvolto in molte patologie neurologiche.
Utilizziamo diversi approcci sperimentali, tra cui imaging, elettrofisiologia, anatomia quantitativa e comportamento.
Le malattie neurodegenerative rappresentano un grave onere sanitario per il mondo. L’invecchiamento rappresenta il principale fattore di rischio per queste malattie non trattabili. Siamo interessati a capire 1) Qual è il ruolo dei tessuti periferici nel processo neurodegenerativo; 2) Come l’identità di una singola cellula modella la vulnerabilità neuronale selettiva; 3) Qual è la relazione tra contesto proteico (struttura e funzione) e neurotossicità; 4) in che modo specifici percorsi di segnalazione extracellulare e intracellulare indirizzano direttamente la proteina correlata alla malattia attraverso modificazioni post-traduzionali per sopprimere o aumentare la tossicità; 5) Come possiamo usare le informazioni derivanti dall’indagine sui meccanismi di base della malattia per lo sviluppo della terapia.
Ogni secondo, nel nostro corpo muoiono di una morte silenziosa che si chiama “apoptosi” circa 800 mila cellule. Queste cellule morte vengono rapidamente eliminate dal nostro organismo per essere sostituite con nuove cellule. Nella maggior parte delle malattie dell’invecchiamento, l’apoptosi è difettosa: troppa, come nel caso delle malattie neurodegenerative (p. es. Parkinson e Alzheimer), o troppo poca, come nel caso dei tumori.
L’apoptosi è orchestrata dai mitocondri, le centrali energetiche della cellula, che funzionano come da interruttore per dire alla cellula quando è il momento di terminare la propria vita. Il nostro laboratorio negli scorsi 15 anni ha scoperto come i cambiamenti della forma di queste centrali energetiche sia fondamentale per inviare i giusti segnali di vita e di morte alla cellula.
Usando raffinate indagini genetiche, di microscopia e funzionali, studiamo il ruolo della forma dei mitocondri nelle malattie neurodegenerative, nei tumori, nel diabete e nelle malattie cardiovascolari. Il nostro laboratorio mira così a identificare nuovi farmaci che correggendo i cambiamenti della forma mitocondriale, contrastino queste malattie e stimolino un invecchiamento in salute.
Siamo attivamente impegnati a indagare il lungo elenco di malattie dovute alla disfunzione di OXPHOS nell’uomo, a spiegare la funzione dei nuovi geni che vengono scoperti in diversi pazienti con deficit di OXPHOS e a sviluppare terapie sperimentali basate sull’uso di farmaci che promuovono omeostasi mitocondriale o sostituendo i geni colpevoli utilizzando vettori ricombinanti.