Microscopia elettronica cellulare e dei tessuti

La struttura centrale di microscopia elettronica per cellule e tessuti dell'IFOM fornisce un'ampia gamma di tecniche di imaging avanzate a supporto della ricerca nella biologia del cancro e nell'ultrastruttura cellulare.

Tecniche attuali

• Microscopia elettronica a trasmissione (TEM) – Imaging ad alta risoluzione di strutture cellulari e subcellulari.
• vMicroscopia elettronica a trasmissione a scansione (STEM) – Combina la risoluzione TEM con capacità di scansione per analisi approfondite.
• Immuno-microscopia elettronica (Immuno-EM) – Consente la localizzazione di proteine specifiche all'interno delle cellule utilizzando la marcatura con nanoparticelle d'oro.
• Microscopia ottica ed elettronica correlativa (CLEM) – Unisce la microscopia a fluorescenza con la microscopia elettronica per collegare i dati molecolari e ultrastrutturali.
• Microscopia elettronica tridimensionale (3DEM) – Fornisce ricostruzioni 3D dettagliate delle strutture cellulari.

Metodi innovativi e direzioni future

Sviluppiamo e perfezioniamo continuamente metodologie per migliorare le applicazioni EM, tra cui:

• Video-CLEM, ideale per lo studio di organelli in rapido movimento.
• Rotatore discretizzato, uno strumento stereologico per una quantificazione strutturale precisa.
• Nuove tecniche di preparazione dei campioni per 3DEM, che ottimizzano la risoluzione e l'accuratezza dei dati.

Guardando al futuro, miriamo a:

• Migliorare le metodologie CLEM e 3DEM per una maggiore precisione.
• Sviluppare nuovi approcci di analisi quantitativa utilizzando stimatori stereologici assoluti.
• Progettare protocolli personalizzati di preparazione dei campioni per soddisfare le esigenze di ricerca specifiche degli scienziati IFOM.

Il nostro obiettivo finale è quello di stabilire linee guida moderne per le applicazioni della microscopia elettronica in oncologia, garantendo ai ricercatori l'accesso alle soluzioni di imaging più avanzate e affidabili.

Collaborazioni

La struttura collabora con gli scienziati dell'IFOM nell'ambito del piano strategico Athena:

• Alberto Bardelli
• Vincenzo Costanzo
• Giannino Del Sal
• Marco Foiani
• Giorgio Scita
• Claudio Vernieri

• Microscopio elettronico a trasmissione Tecnai G2 20 Twin - FEI Italia Srl (ora Thermo Fisher Scientific). Imaging (S)TEM ad alta qualità e alta risoluzione e tomografia elettronica.
• Leica EM HPM100 è un sistema di congelamento ad alta pressione per la vetrificazione di campioni con spessore fino a 200 μm. Congelatore ad alta pressione per la criofissazione di campioni biologici e industriali.
• Leica EM AFS2 esegue tecniche di sostituzione mediante congelamento e abbassamento progressivo della temperatura (PLT) e consente l'inclusione a bassa temperatura e la polimerizzazione delle resine.
• Leica EM UC7 (a temperatura ambiente) sezioni ultra-sottili o semi-sottili di alta qualità costante a temperatura ambiente
• Leica EM UC7 (CRYO-) La crioultramicrotomia consiste nel tagliare sezioni ultrasottili da un campione congelato. Queste sono abbastanza sottili da poter essere visualizzate in un criomicroscopio a trasmissione (cryo-TEM). Un crioultramicrotomo mantiene temperature inferiori a -140 °C e può tagliare sezioni criogeniche di spessore inferiore a 100 nm.
• Leica EM KMR 3 Il metodo di rottura bilanciata del Leica EM KMR3 garantisce coltelli di vetro perfetti in tre spessori: 6,4 mm, 8 mm e 10 mm.

Key Publications

1. Martin S, Scorzoni S, Cordone S, Mazzagatti A, Beznoussenko GV, Gunn AL, Di Bona M, Eliezer Y, Leor G, Ben-Yishay T, Loffreda A, Cancila V, Rainone MC, Ippolito MR, Martis V, Bedin F, Garrè M, Vaites LP, Vasapolli P, Polo S, Parazzoli D, Tripodo C, Mironov AA, Cuomo A, Ben-David U, Bakhoum SF, Hatch EM, Ly P, Santaguida S.
   A p62-dependent rheostat dictates micronuclei catastrophe and chromosome rearrangements.
   Science. 2024 Aug 30;385(6712): eadj7446. doi: 10.1126/ science. adj 7446. Epub 2024 Aug 30. PMID: 39208097
2. Kakogiannos N, Scalise AA, Martini E, Maderna C, Benvenuto AF, D'Antonio M, Carmignani L, Magni S, Gullotta GS, Lampugnani MG, Iannelli F, Beznoussenko GV, Mironov AA, Cerutti C, Bentley K, Philippides A, Zanardi F, Bacigaluppi M, Sigismund S, Bassani C, Farina C, Martino G, De Giovanni M, Dejana E, Iannacone M, Inverso D, Giannotta M.
   GPR126 is a specifier of blood-brain barrier formation in the mouse central nervous system.
   J Clin Invest. 2024 Jun 6;134(15): e165368. doi: 10.1172/JCI165368. PMID: 39087467.
3. Popęda M, Kowalski K, Wenta T, Beznoussenko GV, Rychłowski M, Mironov A, Lavagnino Z, Barozzi S, Richert J, Bertolio R, Myszczyński K, Szade J, Bieńkowski M, Miszewski K, Matuszewski M, Żaczek AJ, Braga L, Del Sal G, Bednarz-Knoll N, Maiuri P, Nastały P.
   Emerin mislocalization during chromatin bridge resolution can drive prostate cancer cell invasiveness in a collagen-rich microenvironment.
   Exp Mol Med. 2024 Sep;56(9):2016-2032. doi: 10.1038/s12276-024-01308-w. Epub 2024 Sep 2. PMID: 39218980
4. Bastianello G, Porcella G, Beznoussenko GV, Kidiyoor G, Ascione F, Li Q, Cattaneo A, Matafora V, Disanza A, Quarto M, Mironov AA, Oldani A, Barozzi S, Bachi A, Costanzo V, Scita G, Foiani M.
   Cell stretching activates an ATM mechano-transduction pathway that remodels cytoskeleton and chromatin.
   Cell Rep. 2023
5. Poli A, Pennacchio FA, Ghisleni A, di Gennaro M, Lecacheur M, Nastały P, Crestani M, Pramotton FM, Iannelli F, Beznusenko G, Mironov AA, Panzetta V, Fusco S, Sheth B, Poulikakos D, Ferrari A, Gauthier N, Netti PA, Divecha N, Maiuri P.
   PIP4K2B is mechanoresponsive and controls heterochromatin-driven nuclear softening through UHRF1.
   Nat Commun. 2023 Mar 14;14(1):1432. doi: 10.1038/s41467-023-37064-0.PMID: 36918565
6. Frittoli E, Palamidessi A, Iannelli F, Zanardi F, Villa S, Barzaghi L, Abdo H, Cancila V, Beznoussenko GV, Della Chiara G, Pagani M, Malinverno C, Bhattacharya D, Pisati F, Yu W, Galimberti V, Bonizzi G, Martini E, Mironov AA, Gioia U, Ascione F, Li Q, Havas K, Magni S, Lavagnino Z, Pennacchio FA, Maiuri P, Caponi S, Mattarelli M, Martino S, d'Adda di Fagagna F, Rossi C, Lucioni M, Tancredi R, Pedrazzoli P, Vecchione A, Petrini C, Ferrari F, Lanzuolo C, Bertalot G, Nader G, Foiani M, Piel M, Cerbino R, Giavazzi F, Tripodo C, Scita G.
   Tissue fluidification promotes a cGAS-STING cytosolic DNA response in invasive breast cancer.
   Nat Mater. 2022 Dec 29. doi: 10.1038/s41563-022-01431-x. PMID: 36581770
7. Kidiyoor GR, Li Q, Bastianello G, Bruhn C, Giovannetti I, Mohamood A, Beznoussenko GV, Mironov A, Raab M, Piel M, Restuccia U, Matafora V, Bachi A, Barozzi S, Parazzoli D, Frittoli E, Palamidessi A, Panciera T, Piccolo S, Scita G, Maiuri P, Havas KM, Zhou ZW, Kumar A, Bartek J, Wang ZQ, Foiani M.
   ATR is essential for preservation of cell mechanics and nuclear integrity during interstitial migration.
   Nat Commun. 2020 Sep 24;11(1):4828. doi: 10.1038/s41467-020-18580-9.PMID: 32973141
8. Capaci V, Bascetta L, Fantuz M, Beznoussenko GV, Sommaggio R, Cancila V, Bisso A, Campaner E, Mironov AA, Wiśniewski JR, Ulloa Severino L, Scaini D, Bossi F, Lees J, Alon N, Brunga L, Malkin D, Piazza S, Collavin L, Rosato A, Bicciato S, Tripodo C, Mantovani F, Del Sal G.
   Mutant p53 induces Golgi tubulo-vesiculation driving a prometastatic secretome.
   Nat Commun. 2020 Aug 7;11(1):3945. doi: 10.1038/s41467-020-17596-5. PMID: 32770028
9. Bisi S, Marchesi S, Rizvi A, Carra D, Beznoussenko GV, Ferrara I, Deflorian G, Mironov A, Bertalot G, Pisati F, Oldani A, Cattaneo A, Saberamoli G, Pece S, Viale G, Bachi A, Tripodo C, Scita G, Disanza A.
   IRSp53 controls plasma membrane shape and polarized transport at the nascent lumen in epithelial tubules.
   Nat Commun. 2020 Jul 14;11(1):3516. doi: 10.1038/s41467-020-17091-x. PMID: 32665580
10. Kakogiannos N, Ferrari L, Giampietro C, Scalise AA, Maderna C, Ravà M, Taddei A, Lampugnani MG, Pisati F, Malinverno M, Martini E, Costa I, Lupia M, Cavallaro U, Beznoussenko GV, Mironov AA, Fernandes B, Rudini N, Dejana E, Giannotta M.
    JAM-A Acts via C/EBP-α to Promote Claudin-5 Expression and Enhance Endothelial Barrier Function.
    Circ Res. 2020 Sep 25;127(8):1056-1073. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.120.316742. Epub 2020 Jul 15. PMID: 32673519
11. Paulina Nastały, Divya Purushothaman, Stefano Marchesi, Alessandro Poli, Tobias Lendenmann, Gururaj Rao Kidiyoor, Galina V. Beznoussenko, Stefania Lavore, Orso Maria Romano, Dimos Poulikakos, Marco Cosentino Lagomarsino, Alexander A. Mironov, Aldo Ferrari, Paolo Maiuri.
    Role of the nuclear membrane protein Emerin in front-rear polarity of the nucleus.
    Nat Commun. 2020 May 1;11(1):2122. doi: 10.1038/s41467-020-15910-9.PMID: 32358486
12. Palamidessi A, Malinverno C, Frittoli E, Corallino S, Barbieri E, Sigismund S, Beznoussenko GV, Martini E, Garre M, Ferrara I, Tripodo C, Ascione F, Cavalcanti-Adam EA, Li Q, Di Fiore PP, Parazzoli D, Giavazzi F, Cerbino R, Scita G.
    Unjamming overcomes kinetic and proliferation arrest in terminally differentiated cells and promotes collective motility of carcinoma.
    Nat Mater. 2019 Nov;18(11):1252-1263.
13. Yang JS, Hsu JW, Park SY, Li J, Oldham WM, Beznoussenko GV, Mironov AA, Loscalzo J, Hsu VW.
    GAPDH inhibits intracellular pathways during starvation for cellular energy homeostasis.
    Nature. 2018 Sep;561(7722):263-267. doi: 10.1038/s41586-018-0475-6. Epub 2018 Sep 12.
14. Malinverno C, Corallino S, Giavazzi F, Bergert M, Li Q, Leoni M, Disanza A, Frittoli E, Oldani A, Martini E, Lendenmann T, Deflorian G, Beznoussenko GV, Poulikakos D, Haur OK, Uroz M, Trepat X, Parazzoli D, Maiuri P, Yu W, Ferrari A, Cerbino R, Scita G.
    Endocytic reawakening of motility in jammed epithelia.
    Nat Mater. 2017 May;16(5):587-596. doi: 10.1038/nmat4848. Epub 2017 Jan 30.
15. Beznoussenko GV, Parashuraman S, Rizzo R, Polishchuk R, Martella O, Di Giandomenico D, Fusella A, Spaar A, Sallese M, Capestrano MG, Pavelka M, Vos MR, Rikers YG, Helms V, Mironov AA, Luini A.
    Transport of soluble proteins the Golgi occurs by diffusion via continuities across cisternae.
    Elife. 2014 May 27;3. doi: 10.7554/eLife.02009.
16. Kumar A, Mazzanti M, Mistrik M, Kosar M, Beznoussenko GV, Mironov AA, Garrè M, Parazzoli D, Shivashankar GV, Scita G, Bartek J, Foiani M.
    ATR mediates a checkpoint at the nuclear envelope in response to mechanical stress.
    Cell. 2014 Jul 31;158(3):633-46. doi: 10.1016/j.cell.2014.05.046.
17. Venditti R, Scanu T, Santoro M, Di Tullio G, Spaar A, Gaibisso R, Beznoussenko GV, Mironov AA, Mironov A Jr, Zelante L, Piemontese MR, Notarangelo A, Malhotra V, Vertel BM, Wilson C, De Matteis MA.
    Sedlin controls the ER export of procollagen by regulating the Sar1 cycle.
    Science. 2012 Sep 28;337(6102):1668-72. doi: 10.1126/science.1224947.

Methodological papers:

1. Beznoussenko GV, and Mironov AA. Correlative video-light-electron microscopy of mobile organelles.
   Methods Mol Biol. 2015; 1270: 321-46. doi: 10.1007/978-1-4939-2309-0_23.
2. Beznoussenko GV, Pilyugin SS, Geerts WJ, Kozlov MM, Burger KN, Luini A, Derganc J, Mironov AA.
   Trans-membrane area asymmetry controls the shape of cellular organelles. Int J Mol Sci. 2015 Mar 9;16(3):5299-333. doi: 10.3390/ijms16035299.
3. Beznoussenko GV, Ragnini-Wilson A, Wilson C, Mironov AA.
   Three-dimensional and immune electron microscopic analysis of the secretory pathway in Saccharomyces cerevisiae. Histochem Cell Biol. 2016 Nov;146(5):515-527. Epub 2016 Sep 3.
4. Mironov AA. Beznoussenko GV, Algorithm for Modern Electron Microscopic Examination of the Golgi Complex.
   Methods Mol Biol. 2023;2557: 161-209. doi: 10.1007/978-1-0716-2639-9_12.PMID: 36512216 Review.