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Anno X Numero I
Gennaio-Marzo 2015
Rivista trimestrale on-line
DOTTORATO INTERNAZIONALE
IN NEUROSCIENZE
IL PROMETEO
Bollettino di Dottorato
ANNO X
Direttore: Prof. Filippo Drago
Direttore: Prof. Filippo Drago
Ruolo del recettore dopaminergico D3
nel controllo della via mesolimbica e
mesocorticale
DOTTORATO
INTERNAZIONALE
IN
NEUROSCIENZE
Università degli Studi di Catania
Dipartimento di Scienze
Biomediche e Biotecnlogiche
Viale Andrea Doria, 6 - Catania
Tel.: +39 095 7384237
Tel.: +39 095.7384238
[email protected]
http://www.unict.it/dfsc
E
videnze sperimentali di-
smissione dopaminergica e sembra
mostrano che la neurotra-
essere coinvolto nei meccanismi
smissione dopaminergica
fondamentali di diverse patologie
svolge un ruolo di fonda-
quali la schizofrenia, la tossicodipen-
mentale importanza nella fisiopato-
denza, i disturbi d’ansia e la depres-
logia di numerose malattie neurop-
sione. In queste patologie, la ricerca
sichiatriche. Il gruppo di ricerca del
di nuovi targets farmacologici che
Prof. Filippo Drago, di cui faccio par-
potrebbero comprendere il recet-
te, si sta occupando da diversi anni
tore D3R, è di notevole importanza
dello studio della via dopaminergica
per la messa a punto di nuove stra-
mesolimbica e mesocorticale. Più
tegie terapeutiche. Infatti, le terapie
specificamente, il nostro interesse
oggi disponibili mostrano una serie
si è focalizzato sullo studio del re-
di limiti. Ad esempio, nella schizo-
cettore dopaminergico D3 (D3R), il
frenia i sintomi positivi sono trattati
quale sembra avere un ruolo pri-
in maniera soddisfacente con gli an-
mario nel controllo della neurotra-
tipsicotici di seconda generazione,
1
mentre il trattamento dei sintomi negativi e cognitivi è an-
ni di trattamento, mentre nei topi WT occorrono 14-21
cora insoddisfacente nella maggior parte dei casi. Inoltre,
giorni di trattamento. Inoltre il trattamento con diazepam
il trattamento delle tossicodipendenze dispone di farmaci
non modifica i livelli di espressione di alfa 6 nei topi D3R
di limitatissima efficacia.
KO, che peraltro presentano un livello di espressione basa-
Nei nostri studi abbiamo utilizzato modelli sperimentali
le molto alto, mentre determina un aumento progressivo
in vivo ed in vitro. In particolare, abbiamo utilizzato topi
nell’espressione di tale subunità nei topi WT.
knock-out (KO) per il recettore D3R ed antagonisti selet-
La contemporanea somministrazione di SB277011A (an-
tivi per tale recettore. Inoltre, l’utilizzo di paradigmi com-
tagonista selettivo per il recettore D3R) e di diazepam per
portamentali e di varie tecniche di biologia molecolare ci
sette giorni, induce un rapido sviluppo di tolleranza ed un
ha permesso di dimostrare il ruolo fondamentale di tale
notevole incremento nell’espressione della subunità alfa
recettore nel controllo della via mesolimbica e mesocor-
6 nei topi WT. In questo lavoro abbiamo anche valuta-
ticale.
to il possibile coinvolgimento del BDNF. Infatti tale neu-
Grazie a questi strumenti abbiamo potuto dimostrare che
rotrofina oltre a regolare l’espressione del recettore D3R,
la delezione del recettore D3R o l’antagonismo farmaco-
sembra avere un ruolo chiave nell’espressione delle varie
logico su tale recettore diminuisce l’assunzione volontaria
subunità che compongono il recettore GABAA. L’espres-
di etanolo. In particolare, l’assunzione di etanolo porta ad
sione del BDNF aumenta notevolmente dopo tre giorni di
un’attivazione della via di trasduzione del segnale RACK1/
trattamento con diazepam sia nei topi WT sia nei topi D3R
BDNF sia nei topi D3R KO sia nei topi wild-type (WT) ol-
KO per poi diminuire gradualmente dopo 14-21 giorni di
tre ad un aumento dell’espressione del recettore D3R nei
trattamento. Quindi il nostro lavoro dimostra l’esistenza di
topi WT a livello striatale. Quindi la contemporanea attiva-
un interazione tra sistema dopaminergico e sistema ga-
zione della via RACK1/BDNF e l’aumento dell’espressione
baergico a livello mesolimbico mediata dal recettore D3R.
del recettore D3R sembrano innescare un meccanismo di
Da un punto di vista clinico, questo meccanismo potrebbe
rinforzo positivo nell’assunzione volontaria di etanolo. In-
avere una rilevanza terapeutica nel trattamento cronico
fatti, il blocco dell’attivazione della via RACK1/BDNF trami-
con farmaci che agiscono sul recettore D3R. Tali risultati
te l’antagonismo selettivo sul recettore per il BDNF, TrkB,
sono stati pubblicati sulla rivista European Neuropsycho-
diminuisce l’assunzione di etanolo e riduce notevolmente
pharmacology (Leggio et al., 2014; in press).
l’espressione del recettore D3R nei topi WT.
Attualmente stiamo portando avanti un altro progetto di
Tale trattamento invece, non modifica il basso consumo di
ricerca in collaborazione con l’Istituto Italiano di Tecno-
etanolo nei topi D3R KO. Inoltre in questa ricerca abbia-
logia (I.I.T.). di Genova. Questo progetto ha lo scopo di
mo utilizzato anche il buspirone, farmaco in commercio da
valutare il possibile ruolo del recettore D3R nei meccani-
più di 25 anni come ansiolitico, il quale si è dimostrato in
smi fisiopatologici della schizofrenia e in particolare nei
grado di diminuire l’assunzione di etanolo, un effetto rife-
disturbi cognitivi legati a questa patologia.
ribile alla sua azione antagonista sul recettore D3R. Quindi
Gli esperimenti effettuati dal nostro gruppo di ricerca ven-
questo studio suggerisce che il recettore D3R potrebbe
gono eseguiti presso il Dipartimento di Scienze Biomedi-
rappresentare un nuovo target terapeutico per la terapia
che e Biotecnologiche (Sezione di Farmacologia), dell’Uni-
della dipendenza da alcol. Tali risultati sono stati pubbli-
versità di Catania.
cati sulla rivista Neuropsychopharmacology (Leggio et al.,
Mi ritengo molto soddisfatto del lavoro che sto portando
2014; 39:2017-28).
avanti con impegno e passione. Vorrei ringraziare il Prof.
In un’ altra ricerca abbiamo dimostrato che sia la delezio-
Filippo Drago per avermi dato la possibilità di far parte del
ne del recettore D3R sia l’antagonismo farmacologico su
suo gruppo, il mio tutor Prof. Salvatore Salomone e il mio
tale recettore inducono un rapido sviluppo di tolleranza
co-tutor Dott. Gian Marco Leggio per i preziosi insegna-
agli effetti ansiolitici del diazepam oltre ad un forte incre-
menti e suggerimenti che mi hanno permesso di ampliare
mento nell’espressione della subunità alfa 6 del recettore
le mie conoscenze e ottenere risultati soddisfacenti.
GABAA a livello striatale. E’ noto che l’espressione della
subunità alfa 6 conferisce al recettore GABAA insensibilità
Sebastiano Alfio Torrisi
alle benzodiazepine.
In particolare, i topi D3R KO manifestano rapidamente tolleranza agli effetti ansiolitici del diazepam dopo tre gior-
2
Abstract
The low experimental Koff of ranibizumab has
been explained with higher number of stable
contacts, H-bonds and lower conformational
fluctuation compared to VEGFR1d2_R2d3 and
Fab-bevacizumab bound to VEGFA. Furthermore we carried out molecular modeling of
aflibercept binding domain bound to PlGF1
and VEGFB.
Conclusions: Molecular modeling approaches are feasible to evaluate binding features
of VEGFA in complex with binding domains
of anti-angiogenic drugs, indeed it is useful
for characterization of protein-protein complexes. This approach may be useful to develop more effective anti-VEGF agents.
The poster had been presented at the AOPT (Association of
Ocular Pharmacology and Therapeutics) meeting taken in
Charleston, SC (USA), 26th March-1st February 2015
Molecular features of interaction between
VEGF-A and anti-angiogenic molecules: a
biophysical computational study
Chiara Bianca Maria Platania1, Luisa Di Paola2,
Salvatore Salomone1,Gian Marco Leggio1, Filippo
Drago1, Claudio Bucolo1
1
Department of Biomedical and Biotechnological
Sciences. University of Catania, V.le Andrea Doria
6, 95125, Catania, Italy.
2
School of Engineering, University CAMPUS BioMedico, Via A. del Portillo, 21, 00128
Roma, Italy
Common miRNAs in Alzheimer’s disease
and retinal degenerative diseases
Giovanni Luca Romano, Chiara Bianca Maria
Platania, Stefano Forte, Salvatore Salomone,
Filippo Drago, Claudio Bucolo.
Keywords: VEGFA, angiogenesis, molecular modeling
Purpose: To analyze at atomistic level the energetic features of well characterized anti-angiogenic agents by means of computational approaches.
Methods: We carried out molecular modeling of
aflibercept binding domain (VEGFR1d2_R2d3).
We further modeled loops of ranibizumab and
Fab-bevacizumab. Three replicas of all-atom
molecular dynamics simulations of VEGFR1d2_
R2d3, ranibizumab and Fab-bevacizumab and
corresponding complexes with VEGFA were carried out. Binding energies of anti-angiogenic/
VEGFA complexes have been predicted with
MM-PBSA calculations.
Results: Protein-protein binding is strongly influenced by ionic strength, thus it is reported
that greater electrostatic stabilization energy of
a complex is associated to faster Kon. Papadopoulos et al. (2012) reported a higher Kon, upon
binding with VEGFA, for aflibercept compared
to ranibizumab and bevacizumab; we confirmed that VEGFR1d2_R2d3/VEGFA is stabilized
by electrostatic energy. Furthermore, hydrophobic effect is one of the driving forces of protein-protein binding. Apolar desolvation energy
accounts to hydrophobic effect, indeed we
found that the apolar contribution to desolvation energy was correlated (R2 =0.90, p=0.001)
with experimental KD of analyzed complexes.
Purpose: The aim of the study was to identify
common miRNAs in Alzheimer’s disease (AD),
age related macular degeneration (AMD) and
glaucoma. An important characteristic common to all these three diseases is the amyloid 
deposition in the brain of AD patients and in the
retina of AMD and glaucoma patients [1].
Methods: Human microRNA Disease Database (HMDD) and mir2Disease databases were
used. The first database, HMDD, is a collection
of experimentally supported human microRNA
(miRNA) and disease associations. The second,
miR2Disease, is a manually curated database,
aims at providing a comprehensive resource of
microRNA deregulation in various human diseases. Since no validated miRNAs are reported
for glaucoma and AMD, HMDD and mir2Disease have not given output miRNAs. Thus a literature search has been carried out on PubMed
and Scopus in order to identify miRNAs putatively involved in glaucoma and AMD. Hence, in
order to increase the information available, we
analyzed gene association studies on glaucoma and AMD, then the prediction of target miRNAs has been carried out by queries on microRNA.org database (http://www.microRNA.org/)
3
[2]. The potential combinatorial effect of microRNAs that are common between the three diseases
Department of Biomedical Sciences and Biotechnology
Section of Pharmacology
University of Catania
was studied by an enrichment analysis performed
by DIANA-miRPath v.2.0 [3], calculating the probability for each miRNA to be significantly associated
to a KEGG pathway.
Results: We found twenty deregulated miRNAs in
International PhD Program
in Neuroscience
only in AD (miR29b, miR107, miR106b, miR17-miR20
miR103a1, miR103a2, miR101, miR128-1/2, miR34c,
miR137,
miR181c,
miR124-1/2/3,
miR93-miR195,
COGNITION
THE TARGET
miR197, miR210); thirteen in glaucoma (miR204,
miR211, miR183, miR491, miR494, miR154, miR3615p, miR199a-5p, miR450a, miR377, miR590-5p,
miR340, miR431); nine in AMD (miR 30b, miR125b,
miR146b, miR 155,miR 124a, miR31 miR 150, miR 184,
mir 133b). miRNA–disease associations were found
in AD and AMD, and AD and glaucoma. In particular, we identified four miRNAs commonly deregulated in the AD vs. AMD comparison (miR34a,
miR9, miR146a, miR125b), and only one miRNA (miR29a) commonly deregulated in the AD vs. glaucoma comparison. We also identified five miRNAs
commonly deregulated by the comparison between glaucoma vs. AMD (miR200c, miR23a, miR27a,
miR182 miR24). Further, only one miRNA (miR21) was
found deregulated by the comparison of all three
neurodegenerative diseases. We enriched the information from literature predicting microRNA from
target genes associated to AMD and glaucoma,
and we found an increased number of common
microRNA between AD, AMD and glaucoma (miR107, miR-137, miR-146a, miR-181c, miR-197, miR-21,
13
miR-22, miR-590). We predicted the association of
these eight common miRNA to KEGG pathways
through TarBase annotation. The most representative KEGG pathways (higher number of miRNA and
best p-values) are: “apoptosis” (hsa04210), “cyto-
th
kine-cytokine receptor interaction” (hsa04060) and
“Toll-like receptor signaling pathway” (hsa04620).
Other output pathways are associated to cancer
Catania
disease since most of studies on microRNA are focused on cancer. Interesting the NF-kappa B signaling pathway is represented by one microRNA miR-
July 11 / 17
2015
146a-5p (p-value 2.6 e-10).
Conclusions: The implications of common miRNAs
in the pathogenesis of AD and retinal degenerative diseases offer a novel approach for elucidating
unclear molecular mechanisms underlying these diseases as well as for these molecules to be used as
potential therapeutic targets.
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