Role of mRNA splicing regulation in cancer cachexia; finanziato dall’Unione europea – Next Generation EU

Intendiamo studiare i meccanismi con cui i fattori solubili di derivazione tumorale inducono la cachessia, ossia la perdita di massa muscolare e di funzione contrattile. La proposta si basa sui seguenti risultati: i) i fattori di derivazione tumorale stimolano l'attività delle isoforme PDE4D/B del cAMP, inducendo così la resistenza del muscolo scheletrico alla segnalazione tonica beta2-adrenergica sostenuta dal rilascio continuo di noradrenalina dai neuroni autonomi simpatici, che nel muscolo scheletrico mantiene la funzione mitocondriale e la produzione di ATP promuovendo la biogenesi mitocondriale. ii) Il Rolipram, un inibitore specifico della PDE4, risolve i difetti di forza contrattile e di biogenesi e funzione mitocondriale dei topi cachettici, sottolineando così il legame tra la segnalazione del cAMP e l'omeostasi mitocondriale. iii) Un numero emergente di prove indica che l'up-regulation dello splicing alternativo dell'mRNA (AS) è strettamente associata al deperimento muscolare nella cachessia indotta dal cancro, nell'atrofia indotta da denervazione e microgravità e nella sarcopenia associata all'invecchiamento. Questi dati suggeriscono che l'attivazione di AS è una risposta adattativa allo stress energetico, cioè alla perdita di ATP, finalizzata a ripristinare la forma energetica limitando il consumo di energia e stimolando la produzione di energia attraverso l'attivazione di vie cataboliche. Possiamo quindi avanzare l'ipotesi che la resistenza beta2-adrenergica indotta dal tumore comprometta sia la biogenesi mitocondriale sia il ripristino della fitness energetica, bloccando così l'AS in uno stato iperattivo pro-catabolico, che porta alla cachessia irreversibile. Verificheremo questa ipotesi indagando i seguenti obiettivi specifici: i) eseguire un'analisi dell'AS attraverso un RNA-Seq nel muscolo scheletrico di topi cachettici di controllo, cachettici e trattati con Rolipram. Poiché il Rolipram ripristina parzialmente il consumo di ossigeno e la fitness energetica, ci aspettiamo che la maggior parte dell'AS aberrante indotta dallo stress energetico venga normalizzata. ii) L'identificazione di eventi AS alterati consentirà di costruire mappe di splicing dell'mRNA di eventi AS aberranti nel muscolo cachettico che possono essere ripristinati da Rolipram (AS guidata dall'energia) o non ripristinati (AS indipendente dall'energia). Ci aspettiamo che la prima includa i geni che eseguono le vie cataboliche che producono energia, mentre la seconda includa i geni coinvolti nella rete di regolazione/segnalazione responsabile della deregolazione irreversibile dell'AS indotta dal tumore iii) indagheremo il ruolo dell'alterazione dell'AS indotta dal tumore nello stimolare l'attività della PDE4 favorendo la generazione delle "isoforme lunghe PDE4D/B" più attive. Ci aspettiamo che l'attivazione della PDE4D/B, putativamente attraverso un evento AS indipendente dall'energia che guida l'espressione della variante di splice più attiva della PDE4D/B, agisca a monte per impedire il ripristino della fitness energetica compromettendo la biogenesi e la fusione mitocondriale. iv) identificare i meccanismi molecolari responsabili dell'attivazione indotta dal tumore degli eventi AS, non invertiti dal Rolipram, che agiscono come coordinatori principali degli eventi iniziali che innescano l'instaurarsi della cachessia.