Sviluppo di un biosensore a base cellulare per monitorare l'attività del recettore GPR87 negli organoidi polmonari

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a chronic and progressive lung disease which involves an altered wound healing process that entails epithelial reprogramming and increased extracellular matrix deposition, irreversible scarring and fibrosis in lung tissues leading to loss of lung function. A common feature observed with high-resolution computed tomography (HRCT) imaging in patients with IPF is the presence of honeycomb cysts in the alveolar space. At the cellular level these honeycomb cysts are composed of “aberrant basaloid” epithelial cells and, by analyzing single-cell RNA sequencing datasets from IPF patient lungs, our group and others have found GPR87 to be one of the most differentially expressed genes unique to this population of cells. This gene is an orphan G-protein coupled receptor without a known natural ligand. The aim of this study is to develop lung organoids that recapitulate the cellular pathophysiology of IPF, and within these organoids we will introduce a cellular-based biosensor for GPR87 that can monitor the activity of receptor and be used as a model system for identifying the natural ligand, its role in IPF, and whether it could be a significant therapeutic target to counteract the progression of this disease. The validity of the cell-based biosensor model for GPR87 will be demonstrated through its development using DRD2, whose ligand is already known. A series of results obtained from tests on the potential ligand of GPR87 will be presented. Following the establishment of the protocol for organoid generation, the model will be validated through experiments whose outcomes are exceptional in their conformity with expected results. Finally, an initial experimental design aimed at investigating the interaction between the biosensor expressing GPR87 and the organoid environment, once the organoids integrate the biosensor, will be presented.

La fibrosi polmonare idiopatica (IPF) è una malattia polmonare cronica e progressiva che comporta un processo di guarigione alterato, caratterizzato da riprogrammazione epiteliale e aumento della deposizione di matrice extracellulare, che porta a cicatrizzazione e fibrosi irreversibili nei tessuti polmonari, con conseguente perdita della funzionalità polmonare. Una caratteristica comune osservata tramite tomografia computerizzata ad alta risoluzione nei pazienti con IPF è la presenza di cisti a favo nello spazio alveolare. A livello cellulare, queste cisti a favo sono composte da cellule epiteliali “aberrant basaloid” e, analizzando i risultati del sequenziamento dell’RNA a singola cellula provenienti da polmoni di pazienti con IPF, il nostro gruppo e altri ricercatori hanno identificato GPR87 come uno dei geni più espressi, specifico per questa popolazione cellulare. Questo gene codifica per un recettore orfano accoppiato a proteine G, per il quale non è ancora noto il ligando naturale. Lo scopo di questo studio è sviluppare organoidi polmonari che riproducano la patofisiologia cellulare dell’IPF e all’interno di questi organoidi introdurremo un biosensore a base cellulare per GPR87, capace di monitorare l’attività del recettore e di servire come sistema modello per identificarne il ligando naturale, studiarne il ruolo nell’IPF e valutarne il potenziale come target terapeutico per contrastare la progressione della malattia. La validità del modello del biosensore a base cellulare per GPR87 verrà dimostrata attraverso il suo sviluppo iniziale utilizzando DRD2, un recettore il cui ligando è già noto. Verranno presentati una serie di risultati ottenuti da test sul potenziale ligando di GPR87. Una volta stabilito il protocollo per la generazione degli organoidi, il modello sarà validato mediante esperimenti, i cui risultati si distingueranno per l’eccezionale conformità con le aspettative. Infine, verrà illustrato un primo setup sperimentale volto a indagare l’interazione tra il biosensore che esprime GPR87 e l’ambiente organoidale, una volta che il biosensore sarà stati integrato negli organoidi stessi.