Giudizio della Commissione per l’attribuzione del Premio Galileo Galilei dei Rotary Club Italiani Anno 2013 Sezione Scienze Biologiche
Verbale della Giuria designata dal Rettore dell’Università di Pisa Prof. Massimo Mario Augello:
Professori: Vladimir Kovac – Filippo Rijli – Steve Wilson – Jochen Wittbrodt
Antonio Pieretti, Presidente
Saverio Sani, Segretario
La Giuria, composta dai professori Vladimir Kovac, Filippo Rijli, Steve Wilson e Jochen Wittbrodt ha designato all’unanimità come studioso italiano delle Scienze biologiche idoneo a ricevere il Premio Galileo Galilei per l’anno 2013 l’insigne scienziato Stefano Piccolo con la seguente motivazione Il Professor Stefano Piccolo ha fatto scoperte scientifiche fondamentali che hanno significativamente favorito la nostra comprensione di come le cellule percepiscono il loro ambiente e elaborano tali informazioni per la costruzione dei tessuti e il mantenimento del loro normale funzionamento. Questi studi sono di una grande importanza anche per la comprensione dei meccanismi molecolari del cancro. Il Professor Piccolo e il suo gruppo utilizzano un insieme interdisciplinare di approcci, che vanno dalle tecniche di biologia molecolare, biochimica e biologia cellulare, a modelli animali. La ricerca del Professor Piccolo si concentra su tre temi volti a decifrare il controllo molecolare dello sviluppo embrionale e della trasduzione del segnale, e del cancro. Per esempio, un focus di ricerca consiste nell’investigare come le forze meccaniche influenzano la forma delle cellule e l’architettura del tessuto con l’obiettivo di scoprire i meccanismi molecolari con cui le cellule interpretano stimoli meccanici. Una seconda area di ricerca è dedicata a svelare la composizione molecolare delle cellule staminali del cancro. Queste cellule si trovano all’interno del tumore e, in maniera simile alle cellule staminali embrionali, possiedono la capacità di dare origine a tutti i tipi di cellule che compongono la massa tumorale. Inoltre, il Professor Piccolo studia i meccanismi con cui le cellule lasciano il tumore primario e cominciano la metastasi. Una terza area affronta questioni connesse con i meccanismi molecolari di azione dei fattori di crescita durante lo sviluppo embrionale. Questi studi non soltanto hanno rivelato principi fondamentali del controllo molecolare della comunicazione intra- e inter-cellulare, ma hanno reso possibile identificare nuovi geni con cui i fattori di crescita regolano la normale morfologia e l’organizzazione collettiva dei tessuti, cosi come la specificazione del destino cellulare. Attraverso lo studio di meccanismi molecolari che sono conservati tra i processi di sviluppo embrionale e del cancro il Professor Piccolo sta cominciando a risolvere l’interrogativo di come la perturbazione di tali meccanismi porti alla formazione del tumore, alla sua progressione e alla metastasi.). In sintesi, la giuria ritiene il professor Balzani una scelta eccellente per il conferimento del Premio Galileo Galilei per le scienze di quest’anno.
Uno sguardo nuovo sulla natura “meccanica” del comportamento cellulare e delle malattie
Aprire un atlante di anatomia umana corrisponde ad intraprendere un viaggio tra meraviglie architettoniche ed incredibili forme che caratterizzano la struttura, l’organizzazione cellulare di ogni singolo organo. Tali strutture sono sostenute da forze meccaniche microscopiche che, agendo su ogni singola cellula, ne definiscono la forma, le relazioni con altre cellule, il tutto definendo la microarchitettura tridimensionale e funzionale dei nostri tessuti. Si puo’ ben dire che tutti i nostri organi esistano in uno stato di “tensione” meccanica, come se i nostri tessuti fossero sostenuti da un flusso di forze che passano da una cellula all’altra, dal substrato ove esse si appoggiano (detto matrice extracellulare) fino allo “scheletro” stesso delle cellule. Quest’ultimo e’ costituito da una impalcatura di filamenti, a loro volta di varie forme e disposizioni spaziali, che letteralmente sostiene e conferisce turgore e capacita’ di appiglio alle cellule, appiglio alla stessa matrice extracellulare ed altre cellule. In questa visione, i tessuti ci sembrano una fitta rete di filamenti (filamenti della matrice in continuita’ con quelli citoscheletrici, in continuita’ attraverso tutta la comunita’ cellulare), tutti ben tesi, con delicate organizzazione spaziali, a tirare l’un contro l’altro cosi’ da sostenersi secondo un meccanismo definito come “tensegrita’”.
Fatto ancor più straordinario, le forze meccaniche non solo permeano la vita ma sono cruciali nel generarla. Infatti, tutti gli animali, a partire dal concepimento, costruiscono un corpo a partire da una sferetta composta da poche cellule tutte uguali. Con il procedere delle fasi dello sviluppo embrionale, queste cellule vanno incontro a tutta una serie di movimenti e riposizionamenti reciproci. E’ come se il tessuto embrionale andasse incontro a tanti tipi di stress meccanici, quasi come fosse un origami vivente, attraverso ripiegamenti, migrazioni e formazioni di nuovi bordi tra un tessuto ed un altro e pieghe. E dove, ad ogni passaggio, un nuovo destino venisse acquisito da cellule inizialmente pluripotenti verso un loro differenziamento in una cellula specifica, in un organo specifico.
Nonostante le forze meccaniche siano quindi essenziali alla vita in molto modi, pochissimo e’ noto su come la fisicita’ dei tessuti impatti sulle singole cellule che li compongono e su come, viceversa, le forze esercitate dalla cellule possano contribuire alla normale fisiologia dell’intero organo.
In questo seminario affrontero’ questo argomento, partendo dalla nostra scoperta di un meccanismo con cui tutte le cellule percepiscono gli stimoli meccanici, ovvero attraverso l’attivazione di YAP/TAZ, due molecole informazionali che servono da interruttori per la meccanotrasduzione cellulare (Dupont et al., Nature 2011).
Un secondo argomento del mio intervento riguarda il ruolo di YAP/TAZ, e piu’ in generale degli stimoli meccanici in processi patologici, tra cui la tumorigenesi e la formazione di metastasi.
Infine, presentero’ nuove evidenze che suggeriscono come la riattivazione di meccanismi biomeccanici sia alla base della rigenerazione tissutale e di come l’attivazione farmacologica di YAP/TAZ possa essere strumentale al riparo delle ferite dopo un danno.
Stefano Piccolo
Dopo la laurea e il Dottorato di Ricerca conseguiti presso l’Università di Padova, Stefano Piccolo ha passato quattro anni in California, alla University of California a Los Angeles, studiando la biologia dello sviluppo embrionale nel laboratorio diretto dal professor Eddy De Robertis e sostenuto dal prestigioso Howard Hughes Medical Institute. Oggi Stefano Piccolo è professore ordinario di Biologia Molecolare presso il Dipartimento di Medicina Molecolare, Scuola di Medicina e Chirurgia dell’Università di Padova. La sua attività di ricerca ruota attorno allo studio di come le cellule si relazionano con l’ambiente, e i segnali che da esso derivano, per mantenere la propria forma e funzione. La rottura di questo equilibrio può portare al cancro, e questo è un altro tema al centro delle sue ricerche: in particolare i fattori di trascrizione YAP/TAZ che, come ha scoperto proprio Piccolo, sono usati dalle cellule come “meccanorecettori”, ovvero molecole che aiutano a tradurre in linguaggio molecolare l’informazione che deriva dalle caratteristiche fisiche e strutturali del microambiente e delle cellule stesse. Con questa scoperta Piccolo ha dato origine a un nuovo filone di ricerca, la “meccanobiologia”, e a un nuovo modo di guardare al cancro. Tanti i riconoscimenti scientifici ottenuti da Piccolo, che è anche membro dell’EMBO (dal 2007), dell’Accademia dei Lincei (dal 2014), e dell’Accademia Pontificia delle Scienza (dal 2019).
Prof. Paul Grendler