Toxoplasma gondii in animals and the environment

Toxoplasma gondii is an obligate intracellular parasite capable of infecting virtually all warm-blooded species, including humans, but cats are the only definitive hosts. Humans or animals acquire T. gondii infection by ingesting food or water contaminated with sporulated oocysts or by ingesting tissue cysts containing bradyzoites. Toxoplasmosis has the highest human incidence among zoonotic parasitic diseases, but it is still considered an underreported zoonosis. The importance of T. gondii primary infection in livestock is related to the ability of the parasite to produce tissue cysts in infected animals, which may represent important sources of infection for humans. Consumption of undercooked mutton and pork are considered important sources of human Toxoplasma gondii. The first aim of this thesis was to develop a rapid and sensitive in- house indirect ELISA for the detection of antibodies against T. gondii in sheep sera. ROC-curve analysis showed high discriminatory power (AUC=0.999) and high sensitivity (99.4%) and specificity (99.8%) of the method. The ELISA was used to test a batch of sheep sera (375) collected in the Forli-Cesena district. The overall prevalence was estimated at 41.9% demonstrating that T. gondii infection is widely distributed in sheep reared in Forli-Cesena district. Since the epidemiological impact of waterborne transmission route of T.gondii to humans is now thought to be more significant than previously believed, the second aim of the thesis was to evaluate PCR based methods for detecting T. gondii DNA in raw and finished drinking water samples collected in Scotland. Samples were tested using a quantitative PCR on 529 bp repetitive elements. Only one raw water sample (0.3%), out of the 358 examined, tested T. gondii positive demonstrating that there is no evidence that tap water is a source of Toxoplasma infection in Scotland.

Epidemiological studies on toxoplasma gondii infection in a one health perspective

The objective of the present Ph.D. thesis was to investigate with a One Health approach the epidemiological patterns of T. gondii infection in Italy, to better understand the transmission dynamics of the parasite, following different research lines. The results of a retrospective analysis in animals and human showed the widespread distribution of T. gondii in the study area, with specific antibodies found in various animal species and human populations, indicating its constant presence across diverse environments. The environment plays a significant role in T. gondii's epidemiology. Migratory aquatic birds, rodents, wolves, and wild boars were investigated as sentinels of their spread, highlighting the potential transmission across geographic areas and infection risks for wildlife in natural settings. The study also provided insights into seroprevalence in wolves. Dogs, subjected to serological investigations exhibited risk factors for T. gondii infection, such as cohabitation with cats, coprophagy behaviours, and continuous outdoor. Correlation between serological evidence of exposure to T. gondii and pathological anxiety in large-size dogs was observed, and the consumption of raw meat was associated with a higher risk of infection in these animals. Results of the investigations conducted in this thesis, demonstrate the dynamic nature of T. gondii infection in cattle, characterized by new infections and declining antibody levels over the production cycle. The study also describes a co-infection between T. gondii and Sarcocystis hominis in bovine eosinophilic myositis. In the final part of the Thesis, a comprehensive genotyping of T. gondii in Italy reveals the predominance of Type II strains, particularly in cases of ovine abortion and fatal toxoplasmosis among captive Lemur catta. This approach enhances our understanding of the parasite's genetic diversity and transmission patterns, vital for effective management of its impact on human and animal health in Italy.

RNA non-codificanti indotti da danno al DNA regolano il fattore di trascrizione HIF-1α

Recenti analisi sull’intero trascrittoma hanno rivelato una estensiva trascrizione di RNA non codificanti (ncRNA), le quali funzioni sono tuttavia in gran parte sconosciute. In questo lavoro è stato dimostrato che alte dosi di camptotecina (CPT), un farmaco antitumorale inibitore della Top1, aumentano la trascrizione di due ncRNA antisenso in 5’ e 3’ (5'aHIF-1α e 3'aHIF-1α rispettivamente) al locus genico di HIF-1α e diminuiscono i livelli dell’mRNA di HIF-1α stesso. Gli effetti del trattamento sono Top1-dipendenti, mentre non dipendono dal danno al DNA alla forca di replicazione o dai checkpoint attivati dal danno al DNA. I ncRNA vengono attivati in risposta a diversi tipi di stress, il 5'aHIF-1α è lungo circa 10 kb e possiede sia il CAP in 5’ sia poliadenilazione in 3’ (in letteratura è noto che il 3'aHIF-1α è un trascritto di 1,7 kb, senza 5’CAP né poliadenilazione). Analisi di localizzazione intracellulare hanno dimostrato che entrambi sono trascritti nucleari. In particolare 5'aHIF-1α co-localizza con proteine del complesso del poro nucleare, suggerendo un suo possibile ruolo come mediatore degli scambi della membrana nucleare. È stata dimostrata inoltre la trascrizione dei due ncRNA in tessuti di tumore umano del rene, evidenziandone possibili ruoli nello sviluppo del cancro. È anche noto in letteratura che basse dosi di CPT in condizioni di ipossia diminuiscono i livelli di proteina di HIF-1α. Dopo aver dimostrato su diverse linee cellulari che i due ncRNA sopracitati non potessero essere implicati in tale effetto, abbiamo studiato le variazioni dell’intero miRnoma alle nuove condizioni sperimentali. In tal modo abbiamo scoperto che il miR-X sembra essere il mediatore molecolare dell’abbattimento di HIF-1α dopo trattamento con basse dosi di CPT in ipossia. Complessivamente, questi risultati suggeriscono che il fattore di trascrizione HIF-1α venga finemente regolato da RNA non-codificanti indotti da danno al DNA.

Valutazione del ruolo dell'espressione di IRS-1 nel differenziamento osteoblastico di cellule di osteosarcoma ed MSCs

L’osteosarcoma (OS) è il tumore primitivo dell’osso più comune in età pediatrica e adolescenziale. L’OS è stato recentemente riconsiderato come una patologia da de-differenziamento, legata all’interruzione del processo cui vanno incontro i precursori osteoblastici, quali le cellule staminali mesenchimali (MSCs), per trasformarsi in osteoblasti maturi. Il sistema IGF è coinvolto nella regolazione della proliferazione e del differenziamento di cellule di OS. IRS-1 è un mediatore critico di tale via di segnalazione e il suo livello di espressione modula il differenziamento di cellule ematopoietiche. Lo scopo di questa tesi è stato quello di definire il ruolo di IRS-1 nel differenziamento osteoblastico di MSCs e cellule di OS. Il potenziale differenziativo di cellule di OS umano e murino e di MSCs derivate da midollo osseo è stato valutato tramite Alizarin Red staining e Real Time-PCR. Dai dati ottenuti è emerso come i livelli di espressione di IRS-1 diminuiscano durante il differenziamento osteoblastico. Conseguentemente, i livelli di espressione di IRS-1 sono stati manipolati utilizzando shRNA per down-regolare l’espressione della proteina o un plasmide per sovra-esprimerla. Sia la down-regolazione sia la sovra-espressione di IRS-1 hanno inibito il differenziamento osteoblastico delle linee cellulari considerate. Allo scopo di valutare il contributo di IRS-1 nella via di segnalazione di IGF-1R è stato utilizzato l’inibitore di tale recettore, αIR-3. Anche in questo caso è stata osservata una riduzione della capacità differenziativa. L’inibitore del proteasoma MG-132 ha portato ad un aumento dei livelli di IRS-1, portando nuovamente all’inibizione del differenziamento osteoblastico e suggerendo che l’ubiquitinazione di questa proteina potrebbe avere un ruolo importante nel mantenimento di appropriati livelli di espressione di IRS-1. I risultati ottenuti indicano la criticità dei livelli di espressione di IRS-1 nella determinazione della capacità differenziativa sia di cellule di OS umano e murino, sia delle MSCs.

Caratterizzazione clinica, eziopatogenetica e ricerca di marker diagnostici nella poliradicoloneurite acuta idiopatica del cane

La poliradicoloneurite acuta idiopatica (ACIP) è una patologia infiammatoria che interessa le radici di più nervi spinali, descritta soprattutto nel cane, più raramente nel gatto, caratterizzata da insorgenza acuta di paresi/paralisi flaccida. L’ACIP mostra notevoli similitudini con la sindrome di Guillan-Barrè dell’uomo (GBS), in cui la patogenesi è su base autoimmunitaria ed è stata correlata con la presenza di alcuni fattori scatenanti (trigger). Lo scopo di questo lavoro è stato quello di caratterizzare l’ACIP in 26 cani, descrivendone la sintomatologia, l’evoluzione clinica, i risultati degli esami diagnostici. La diagnosi si è basata sui riscontri dell’anamnesi, della visita neurologica e del decorso confermata, quando possibile, dai rilievi elettrodiagnostici. Su tutti i cani è stata valutata l’esposizione a specifici agenti infettivi (Toxoplasma gondii, Neospora canunim, Ehrlichia canis, Leishmania infantum), o altri fattori (come vaccinazioni) che potrebbero aver agito da “trigger” per l’instaurarsi della patologia; sull’intera popolazione e su 19 cani non neurologici (gruppo di controllo), si è proceduto alla ricerca degli anticorpi anti-gangliosidi. La sintomatologia di più frequente riscontro (25/26) ha coinvolto la funzione motoria (paresi/plegia) con prevalente interessamento dei 4 arti (24/25) . Sei cani hanno ricevuto una terapia farmacologica, che non ne ha influenzato il decorso, favorevole in 24/26 casi. In 9 pazienti è stata rilevata una precedente esposizione a potenziali trigger; in 10 casi si è riscontrato un titolo anticorpale positivo ad almeno un agente infettivo testato. In 17/26 cani si è ottenuto un titolo anticorpale anti-GM2 e anti-GA1; nella popolazione di controllo solo un caso è risultato positivo. Questi risultati hanno contribuito a consolidare le conoscenze di questa patologia, validando l’utilità della ricerca anticorpale anti-gangliosidica per la diagnosi di ACIP e facendo intravedere la possibilità che l’ACIP possa essere assimilate alla GBS anche dal punto di vista patogenetico, per la quale potrebbe essere considerata come modello animale spontaneo.

Functional characterization of Streptococcus pyogenes pili

Group A Streptococcus is a Gram-positive human pathogen able to colonize both upper respiratory tract and skin. GAS is responsible for several acute diseases and autoimmune sequelae that account for half a million deaths worldwide every year (Cunningham et al., 2000). As other bacteria, GAS infections requires the capacity of the pathogen to adhere to host tissues and to form cell aggregates. The ability to persist in distinct host niches like the throat and the skin and to trigger infections is associated with the expression of different GAS virulence factors. GAS pili has been described as important virulence factors encoded by different FCT-operon regions. Based on this information, we decided to study the possible effect of environmental conditions that could regulate the pili expression. In this study we reported the influence of pH environment variations in biofilm formation for strains pertaining to a panel of different GAS FCT-types. The biofilm formation was promoted, excepted in the FCT-1 strains, by a changing in pH from physiological to acidic condition of growth in in vitro biofilm assay. By analyzing the possible association between biofilm formation and pH dependence, we have found that in FCT-2 and FCT-3 strains, the biofilm is promoted by pH reduction leading to an increase of pili expression. These data confirmed a direct link between pH dependent pilus expression and biofilm formation in GAS. As pili are a multi component structure we decided to investigate the functional role of one of its subunits, the AP-1 protein. AP-1 is highly conserved through the different FCT-types and suggests a possible essential role for the pili function. We focused our attention on the AP-1 protein encoded by the FCT-1 strains (M6). In particular this AP-1 protein contains the von Willebrand Factor A (VWFA) domain, which share an homology with the human VWFA domain that has been reported to be involved in adhesion process. We have demonstrated that the AP-1 protein binds to human epithelial cells by its VWFA domain, whereas the biofilm formation is mediated by the N-terminal region of AP-1 protein. Moreover, analyzing the importance of AP-1 in in vivo experiments we found a major capacity of tissue dissemination for the wild-type strain compared to the isogenic AP-1 deletion mutant. Pili have been also reported as potential vaccine candidates against Gram positive bacteria. For these reason we decided to investigate the relationship between cross reaction of sera raised against different GAS and GBS pilin subunits and the presence of a conserved Cna_B domain, in different pilin components. Our idea was to investigate if, using pilus conserved domains, a broad coverage vaccine against streptococcal infection could be possible.

Modulation of hypoxia-inducible factors as a therapeutic target for multiple myeloma

Hypoxia-inducible factor-1 alpha (HIF-1α) plays a critical role in survival and is associated with poor prognosis in solid tumors. The role of HIF-1α in multiple myeloma is not completely known. In the present study, we explored the effect of EZN2968, an locked nucleic acid antisense oligonucleotide against HIF-1α, as a molecular target in MM. A panel of MM cell lines and primary samples from MM patients were cultured in vitro in the presence of EZN2968 . Under normoxia culture condition, HIF-1α mRNA and protein expression was detectable in all MM cell lines and in CD138+ cells from newly diagnosed MM patients samples. Significant up-regulation of HIF-1α protein expression was observed after incubation with IL6 or IGF-I, confirming that HIF-1α can be further induced by biological stimuli. EZN2968 efficiently induces a selective and stable down-modulation of HIF-1α and decreased the secretion of VEGF released by MM cell. Treatment with EZN2968 gave rise to a progressive accumulation of cells in the S and subG0 phase. The analysis of p21, a cyclin-dependent kinase inhibitors controlling cell cycle check point, shows upregulation of protein levels. These results suggest that HIF-1α inhibition is sufficient for cell cycle arrest in normoxia, and for inducing an apoptotic pathways.. In the presence of bone marrow microenvironment, HIF-1α inhibition blocks MAPK kinase pathway and secretion of pro-surviaval cytokines ( IL6,VEGF,IL8) In this study we provide evidence that HIF-1α, even in the absence of hypoxia signal, is expressed in MM plasma cells and further inducible by bone marrow milieu stimuli; moreover its inhibition is sufficient to induce a permanent cell cycle arrest. Our data support the hypothesis that HIF-1α inhibition may suppress tumor growth by preventing proliferation of plasma cells through p21 activation and blocking pro-survival stimuli from bone marrow microenvironment.