Laboratorio di Genomica funzionale e Proteomica dei sistemi modello

Laboratorio di Genomica funzionale e Proteomica dei sistemi modello, Dipartimento di Biologia e Biotecnologie C.Darwin, Sapienza Università di Roma

Referente: Rodolfo Negri

Il gruppo ha molta esperienza nello studio dell’influenza di condizioni di gravità alterata e di radiazioni ionizzanti sul trascrittoma delle cellule eucariotiche.

• Negli anni 2000-2001 Rodolfo Negri ha partecipato alla messa a punto di progetti scientifici sugli effetti della radiazione cosmica a bordo di palloni areostatici dell’ASI dalla base di Milo (missioni BIRBA1 e BIRBA2). Nel corso delle missioni si sono messe a punto condizioni per la conservazione di payload contenenti colture cellulari termostatate e mantenute a pressione controllata. 

• Ha partecipato ad un progetto dell’ESA sugli effetti della microgravità sul trascrittoma di linfociti effettuato sul razzo sonda MASER9 da Kiruna (2002).

• Ha coordinato insieme a Giuseppe Palumbo uno dei sottoprogetti principali (sottoprogetto XMAB da 900000 euro) del progetto ASI MOMA “From Molecules to Man: Space Research Applied to the improvement of the Quality of Life of the Ageing Population on Earth” (2005-2009) coordinato da Saverio Ambesi Impiombato. Durante questo progetto abbiamo prodotto il primo studio trascrittomico su topi sottoposti a ipergravità (Del Signore et al., 2004) e messo a punto il primo database relazionale di geni modulati da irradiazione (Chiani et al., 2009). Inoltre, insieme alla Thales Alenia Space abbiamo messo a punto uno strumento innovativo (Multiwell_SC) capace di monitorare l’attivazione genica in voli spaziali (tramite sistemi reporter con luciferasi) e spedire dati a terra in tempo reale in telemetria.

Partecipazione al Progetto Nazionale Biomedicina dell’Agenzia Spaziale Italiana - progetto MARS-PRE MARcatori biologici e funzionali per la medicina aStronautica di PREcisione .

Il nostro gruppo partecipa al progetto MARS-PRE MARcatori biologici e funzionali per la medicina aStronautica di PREcisione (2019-2022). Nell’ambito di questo progetto il laboratorio è Responsabile dell’Unità “Effetti della gravità ridotta sui profili di espressione genica e sull’epigenoma nelle cellule staminali neurali umane”. È ormai evidente che l’alterazione della gravità provoca modulazioni nell’espressione genica delle cellule del cervello, alcune delle quali potrebbero essere correlate con le alterazioni del sistema vestibolare, della coordinazione motoria e dei processi cognitivi negli equipaggi delle missioni spaziali. Non è però chiaro quanto permanenti possono essere queste modulazioni e se esse siano accompagnate da modificazioni epigenetiche che possano renderle stabili e trasmissibili alle cellule figlie. Proponiamo quindi uno studio sistematico delle modulazioni geniche (trascrittoma) e delle principali modificazioni epigenomiche (metiloma e stato di metilazione delle lisine 4 e 27 dell’istone H3) indotte da microgravità simulata in cellule staminali neurali (NSC) umane. Inoltre, vista l’importanza degli aspetti nutrizionali nelle missioni spaziali, proponiamo di chiarire gli effetti della microgravità sul network regolativo della Leptina, ormone chiave del bilancio energetico, nelle NSC umane e in campioni provenienti da altri sistemi modello utilizzati nel network.

The group has a lot of experience in studying the influence of conditions of altered gravity and ionizing radiation on the transcriptome of eukaryotic cells.

• In the years 2000-2001 Rodolfo Negri participated in the development of scientific projects on the effects of cosmic radiation aboard ASI aerostatic balloons from the Milo base (BIRBA1 and BIRBA2 missions). During the missions, conditions were developed for the conservation of payloads containing cell cultures that were thermostated and kept at controlled pressure.

• He participated in an ESA project on the effects of microgravity on the lymphocyte transcriptome carried out on the MASER9 sounding rocket by Kiruna (2002).

• He coordinated together with Giuseppe Palumbo one of the main subprojects (XMAB subproject worth 900,000 euros) of the ASI MOMA project "From Molecules to Man: Space Research Applied to the improvement of the Quality of Life of the Aging Population on Earth" (2005-2009 ) coordinated by Saverio Ambesi Impiombato. During this project we produced the first transcriptomic study on mice subjected to hypergravity (Del Signore et al., 2004) and set up the first relational database of genes modulated by irradiation (Chiani et al., 2009). Furthermore, together with Thales Alenia Space we have developed an innovative instrument (Multiwell_SC) capable of monitoring gene activation in space flights (through luciferase reporter systems) and sending data to the ground in real time via telemetry.

Participation in the National Biomedicine Project of the Italian Space Agency - MARS-PRE project Biological and functional markers for PREcision astronautical medicine.

Our group participates in the MARS-PRE project Biological and functional markers for PREcision astronautical medicine (2019-2022). Within this project, the laboratory is responsible for the Unit "Effects of reduced gravity on gene expression profiles and on the epigenome in human neural stem cells". It is now evident that the alteration of gravity causes modulations in the gene expression of brain cells, some of which could be correlated with the alterations of the vestibular system, motor coordination and cognitive processes in space mission crews. However, it is not clear how permanent these modulations can be and whether they are accompanied by epigenetic modifications that can make them stable and transmissible to daughter cells. We therefore propose a systematic study of the gene modulations (transcriptome) and of the main epigenomic modifications (methylome and methylation status of histone H3 lysines 4 and 27) induced by simulated microgravity in human neural stem cells (NSC). Furthermore, given the importance of nutritional aspects in space missions, we propose to clarify the effects of microgravity on the regulatory network of Leptin, a key hormone of energy balance, in human NSCs and in samples from other model systems used in the network.