Il biologo molecolare con un debole per le scottature solari
Le cellule umane sono come piccole fabbriche versatili. Il biologo dell'ETH Gabriele Alessandro Fontana sta studiando come riparano i danni al DNA. I meccanismi che ha identificato consentono di comprendere meglio le malattie e di sviluppare nuovi farmaci.
Chiunque esponga la propria pelle al sole per troppo tempo senza protezione si scotta. Per essere più precisi: le radiazioni UV del sole provocano l'infiammazione delle cellule cutanee colpite. Se questo accade troppo spesso, si può prevedere un invecchiamento precoce della pelle, la formazione di rughe e un aumento del rischio di cancro della pelle. Ma cosa succede all'interno delle cellule cutanee quando vengono danneggiate dai raggi solari?
Gabriele Fontana, postdoc presso la cattedra di Tossicologia dell'ETH, prof. Shana Sturla,nel suo attuale progetto di ricerca. Il biologo, cresciuto vicino a Cremona, fa ricerca all'ETH di Zurigo dal 2019. Tuttavia, ha scoperto il suo fascino per il mondo molecolare delle cellule molto prima.
Un talento per la biologia molecolare
Fontana era già entusiasta della chimica e della biologia a scuola. Non ne ha mai abbastanza di esperimenti scientifici. Ma non è la biologia classica, con la sua attenzione alla botanica e alla zoologia, che lo attrae. Fontana è invece interessato al campo relativamente nuovo della biologia molecolare. Questa si occupa della regolazione e della funzione dei nostri geni e analizza la loro interazione con le proteine. Per Fontana, la chiave per comprendere meglio le malattie e migliorare le modalità d'azione e lo sviluppo dei farmaci si trova qui, all'interno delle cellule.
Quando ha iniziato gli studi di biologia a Milano nel 2001, l'analisi e il sequenziamento del DNA richiedevano ancora molto tempo e denaro. Mentre stava ancora studiando, Fontana ha sperimentato come anche il sequenziamento di interi genomi sia diventato facile e veloce. ? entusiasta delle possibilità offerte dai nuovi metodi genetici e vuole sperimentarli personalmente.
Per il suo dottorato, soggiorna all'Università di Milano-Bicocca e studia le cause molecolari della sclerosi laterale amiotrofica, una malattia incurabile del sistema nervoso motorio. Dopo aver completato la tesi di dottorato, ha deciso di fare un postdoc presso il Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research di Basilea.
Un cerotto per i danni al DNA
A Basilea, l'allora trentenne studia come le cellule riparano da sole i danni al DNA. Questi meccanismi sono essenziali, poiché i danni più gravi possono portare a mutazioni dannose e quindi al cancro. "I miei colleghi del Friedrich Miescher Institute e io abbiamo scoperto il ruolo chiave di una proteina chiamata Rif1", spiega Fontana. Questa proteina agisce come un cerotto molecolare per il DNA danneggiato".
Fontana si rende conto che questo processo avviene in punti molto specifici della cellula. "Quando un filamento di DNA si rompe", spiega, "il DNA danneggiato viene portato ai margini del nucleo della cellula, dove la proteina Rif1 è in attesa di ripararlo". Quando il ricercatore dell'ETH ha osservato questo processo al microscopio per la prima volta, non riusciva a crederci. Esiste quindi un luogo specifico nella cellula, una sorta di officina con servizio di consegna, dove vengono riparati alcuni danni al DNA. Nessuno era mai stato in grado di dimostrarlo con tanta precisione.
Cellule della pelle al microscopio
Nulla di ciò che riguarda la poco appariscente scatola grigia del Laboratorio di Tossicologia dell'ETH di Zurigo fa pensare che questo dispositivo sia la Ferrari dell'irradiazione UV. Schiacciata tra una centrifuga e una teca di vetro piena di attrezzature di laboratorio, la scatola quadrata in acciaio inossidabile è facile da ignorare per i profani. Ma per Fontana è uno strumento indispensabile per studiare gli effetti nocivi dei raggi UV sulla pelle umana.
Dopo cinque anni entusiasmanti a Basilea, nel 2019 si è trasferito all'ETH. Anche a Zurigo si occupa di danni al DNA e delle loro conseguenze patologiche. Tuttavia, a differenza del suo progetto di ricerca a Basilea, in cui lavorava principalmente con cellule di lievito, ora sta studiando le cellule della pelle umana. Queste sono costantemente esposte a influenze ambientali che destabilizzano il genoma e sono quindi particolarmente adatte a osservare questi danni.
Il ricercatore dell'ETH espone sistematicamente le cellule della pelle umana, coltivate in laboratorio, ai raggi UV. In seguito analizza al microscopio ciò che accade all'interno delle cellule utilizzando diversi metodi biochimici e genetici. In questo modo, scopre un meccanismo che finora abbiamo compreso solo in parte.
La base per nuove creme solari
"L'aumento delle radiazioni UV provoca danni e mutazioni in alcuni siti del DNA nucleare e mitocondriale. Possiamo utilizzare questi cambiamenti nelle cellule della pelle come un nuovo indicatore delle malattie della pelle e dell'invecchiamento cutaneo", afferma Fontana, riassumendo i risultati di uno studio condotto insieme al suo supervisore. pagina esternaHailey Gahlon scritto. Sulla base di tali biomarcatori, in futuro dovrebbe essere possibile riconoscere più precocemente e meglio le cellule cutanee patologiche.
Ma il biologo non sta solo scoprendo un legame molecolare tra i raggi UV e le mutazioni del DNA nelle cellule della pelle. In collaborazione con l'azienda svizzera Mibelle Group, sta studiando come ridurre questi danni utilizzando speciali principi attivi che in futuro potrebbero essere impiegati per i prodotti cosmetici. "Questi risultati potrebbero costituire la base per una nuova generazione di creme solari con filtri UV più efficienti", afferma con orgoglio il ricercatore dell'ETH.
La collaborazione come chiave del successo
Per la sua ricerca presso l'ETH di Zurigo, Fontana ha ricevuto il premio 2021 Premio James Mitchell premiato. Questo premio premia i giovani ricercatori che collaborano in modo trasversale alle loro ricerche. "Senza una collaborazione attiva con altre discipline", sottolinea Fontana, "nulla funziona in biologia molecolare". Solo nel suo gruppo di ricerca, chimici, fisici, biologi molecolari, tossicologi e bioinformatici lavorano insieme su questioni comuni.
Tutti perseguono un obiettivo comune: comprendere meglio i meccanismi molecolari delle malattie e porre così le basi per nuovi metodi di trattamento. ? soprattutto questo pensare al di fuori dei silos che affascina Gabriele Fontana nella biologia molecolare.