Analisi del circuito di regolazione responsabile del controllo trascrizionale dei geni Heat-Shock in Helicobacter pylori

Helicobacter pylori, un patogeno umano in grado di colonizzare la nicchia gastrica, è associato a patologie del tratto gastrointestinale di varia gravità. Per sopravvivere nell’ambiente ostile dello stomaco dell’ospite, e mettere in atto un’infezione persistente, il batterio si serve di una serie di fattori di virulenza che includono anche le proteine Heat Shock (chaperone). I principali geni codificanti le proteine chaperone in H. pylori sono organizzati in tre operoni trascritti dall’RNA polimerasi contenente il fattore sigma vegetativo σ80. La trascrizione di due dei tre operoni è regolata negativamente da due regolatori trascrizionali, HspR e HrcA, mentre il terzo operone è represso solo da HspR. Fino ad ora, studi molecolari per la comprensione del ruolo di ciascuna proteina nel controllo trascrizionale dei geni heat shock sono stati ostacolati dalla citotossicità ed insolubilità di HrcA quando espressa in sistemi eterologhi. In questo lavoro, è stata analizzata la sequenza amminoacidica di HrcA ed è stata confermata sperimentalmente la predizione bioinformatica della sua associazione con la membrana interna. La citotossicità e l’insolubilità di HrcA in E. coli sono state alleviate inducendone l’espressione a 42°C. Saggi in vitro con le proteine ricombinanti purificate, HspR e HrcA, hanno consentito di definire i siti di legame dei due repressori sui promotori degli operoni heat shock. Ulteriori saggi in vitro hanno suggerito che l’affinità di HrcA per gli operatori è aumentata dalla chaperonina GroESL. Questi dati contribuiscono parzialmente alla comprensione del meccanismo di repressione della trascrizione espletato da HrcA e HspR e permettono di ipotizzare il coinvolgimento di altri regolatori trascrizionali. L’analisi di RNA estratti dal ceppo selvatico e dai mutanti hrcA, hspR e hrcA/hspR di H.pylori su DNAmacroarrays non ha evidenziato il coinvolgimento di altri regolatori trascrizionali, ma ha permesso l’identificazione di un gruppo di geni indotti da HrcA e/ HspR. Questi geni sono coinvolti nella biosintesi e regolazione dell’apparato flagellare, suggerendo un’interconnessione tra la risposta heat shock e la motilità e chemiotassi del batterio.

Modellizzazione numerica e caratterizzazione sperimentale di macchine e componenti oleodinamici

Nella prima parte di questa tesi di dottorato sono presentate le attività svolte, di carattere numerico, ai fini della modellizzazione di macchine volumetriche ad ingranaggi esterni. In particolare viene dapprima presentato un modello a parametri concentrati utilizzato per l’analisi dei fenomeni che coinvolgono l’area di ingranamento della macchina; un codice di calcolo associato al modello è stato sviluppato ed utilizzato per la determinazione dell’influenza delle condizioni di funzionamento e delle caratteristiche geometriche della macchina sulle sovra-pressioni e sull’eventuale instaurarsi della cavitazione nei volumi tra i denti che si trovano nell’area di ingranamento. In seguito vengono presentati i risultati ottenuti dall’analisi del bilanciamento assiale di diverse unità commerciali, evidenziando l’influenza delle caratteristiche geometriche delle fiancate di bilanciamento; a questo proposito, viene presentato anche un semplice modello a parametri concentrati per valutare il rendimento volumetrico della macchina ad ingranaggi esterni, con l’intenzione di usare tale parametro quale indice qualitativo della bontà del bilanciamento assiale. Infine, viene presentato un modello completo della macchina ad ingranaggi esterni, realizzato in un software commerciale a parametri concentrati, che permette di analizzare nel dettaglio il funzionamento della macchina e di studiare anche l’interazione della stessa con il circuito idraulico in cui è inserita. Nella seconda parte della tesi si presentano le attività legate alla messa in funzione di due banchi prova idraulici per la caratterizzazione sperimentale di macchine volumetriche e componenti di regolazione, con particolare attenzione dedicata alla messa a punto del sistema di acquisizione e gestione dei dati sperimentali; si presentano infine i risultati di alcune prove eseguite su componenti di regolazione e macchine volumetriche.

High-performance switching architectures for optical networks

The need for high bandwidth, due to the explosion of new multi\-media-oriented IP-based services, as well as increasing broadband access requirements is leading to the need of flexible and highly reconfigurable optical networks. While transmission bandwidth does not represent a limit due to the huge bandwidth provided by optical fibers and Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) technology, the electronic switching nodes in the core of the network represent the bottleneck in terms of speed and capacity for the overall network. For this reason DWDM technology must be exploited not only for data transport but also for switching operations. In this Ph.D. thesis solutions for photonic packet switches, a flexible alternative with respect to circuit-switched optical networks are proposed. In particular solutions based on devices and components that are expected to mature in the near future are proposed, with the aim to limit the employment of complex components. The work presented here is the result of part of the research activities performed by the Networks Research Group at the Department of Electronics, Computer Science and Systems (DEIS) of the University of Bologna, Italy. In particular, the work on optical packet switching has been carried on within three relevant research projects: the e-Photon/ONe and e-Photon/ONe+ projects, funded by the European Union in the Sixth Framework Programme, and the national project OSATE funded by the Italian Ministry of Education, University and Scientific Research. The rest of the work is organized as follows. Chapter 1 gives a brief introduction to network context and contention resolution in photonic packet switches. Chapter 2 presents different strategies for contention resolution in wavelength domain. Chapter 3 illustrates a possible implementation of one of the schemes proposed in chapter 2. Then, chapter 4 presents multi-fiber switches, which employ jointly wavelength and space domains to solve contention. Chapter 5 shows buffered switches, to solve contention in time domain besides wavelength domain. Finally chapter 6 presents a cost model to compare different switch architectures in terms of cost.

Internal Model Principle: extension to the switching case and applications

This thesis deals with a novel control approach based on the extension of the well-known Internal Model Principle to the case of periodic switched linear exosystems. This extension, inspired by power electronics applications, aims to provide an effective design method to robustly achieve the asymptotic tracking of periodic references with an infinite number of harmonics. In the first part of the thesis the basic components of the novel control scheme are described and preliminary results on stabilization are provided. In the second part, advanced control methods for two applications coming from the world high energy physics are presented.

La metilazione del DNA come meccanismo di regolazione dell'espressione genica

La regolazione dell’espressione genica è un processo molto complesso e finemente controllato da fattori multipli, tra i quali quelli epigenetici hanno richiamato l’attenzione nell’ultima decade. I meccanismi di regolazione epigenetica comprendono la metilazione del DNA a livello delle isole CpG nella regione del promotore del gene e le modifiche istoniche post-traduzionali, quali acetilazioni e metilazioni. Questa serie di elementi di regolazione concorre a determinare uno stato di impacchettamento della cromatina più o meno rilassato, che influenzerà la trascrizione di geni critici, per esempio nello sviluppo o nelle neoplasie. Gli ambiti nei quali lo studio del profilo epigenetico ha assunto maggiore rilievo sono effettivamente quello oncologico e quello del differenziamento di cellule staminali, due contesti nei quali si è svolto il mio programma di Dottorato, nel quale ho seguito in parallelo più progetti presentati nella tesi in modo indipendente. La ricerca in campo tumorale è centrata sull’indagine di nuovi marcatori e sull’individuazione di profili epigenetici specifici per un determinato tumore che possano aiutare la diagnostica precoce, la classificazione e la sorveglianza dell’evoluzione clinica della neoplasia. In questo contesto si inserisce il progetto finalizzato alla costruzione di quadri associativi di metilazione in due tumori cerebrali, il glioblastoma (GBM) e l’oligodendroglioma (ODG). La casistica di GBM e di ODG in dotazione è stata valutata dal punto di vista della metilazione dei promotori di geni (MGMT, EMP3,..) con funzioni oncosoppressive e trovati ipermetilati anche in altri tumori o localizzati in regioni citologicamente instabili, per poter correlare questi dati con la risposta terapeutica nel caso del GBM o con i dati di perdita di eterozigosità (LOH) 1p19q nel caso dell’ODG. Parallelamente all’individuazione di marcatori epigenetici in ambito oncologico, la ricerca si sta muovendo anche nell’indagine di nuove potenziali terapie farmacologiche antitumorali su base epigenetica. In questo contesto, con lo scopo di approfondire le relazioni tra i meccanismi alla base della regolazione epigenetica, ci si è riproposti di valutare la correlazione tra il meccanismo di metilazione/demetilazione del DNA e quello di acetilazione/deacetilazione istonica e la loro vicendevole influenza nel determinare silenziamento genico piuttosto che riattivazione dell’espressione di geni ipermetilati. Sono stati usati farmaci epigenetici demetilanti, quali Azacitidina e Decitabina, inibitori della istone deacetilasi, quali la Tricostatina A, e inibitori della via di sintesi di molecole, le poliammine, coinvolte nella regolazione dell’espressione genica con modalità ancora da precisare in modo definitivo. Sebbene i meccanismi di regolazione epigenetica vengano studiati per lo più nel cancro, a causa delle gravi conseguenze che una loro disregolazione porta in termini di silenziamento di geni oncosoppressori, essi sono implicati fisiologicamente anche nel differenziamento di cellule staminali. Gli ultimi due progetti trattati nella tesi si contestualizzano in questo ambito. In particolare viene presentata la messa a punto di una metodologia di immunoprecipitazione sequenziale della cromatina finalizzata all’individuazione di due modificazioni istoniche associate alla stessa regione di DNA. Le modifiche hanno riguardato i marcatori rappresenatativi di cromatina trascrizionalmente repressa H3K27me3 (trimetilazione della Lys27 dell’istone H3) e di cromatina trascrizionalmente attiva H3K24me2 (dimetilazione della Lys4 dell’istone H3) che definiscono i domini detti bivalenti, associati a geni che codificano per fattori di trascrizione che regolano lo sviluppo in cellule embrionali staminali, mantenendoli pronti per un veloce indirizzamento verso l’ attivazione trascrizionale. Il ruolo che la regolazione epigenetica svolge durante il differenziamento di cellule staminali non è ancora noto con precisione. È chiaro però che la memoria della linea cellulare verso la quale si differenzia una cellula staminale adulta, implica l’utilizzo di modifiche epigenetiche, quali la metilazione del DNA e correlati pattern di metilazione e acetilazione istonica. L’ultimo progetto, trattato, è stato finalizzato a verificare il coinvolgimento dell’epigenetica e in particolare della metilazione dei promotori di fattori trascrizionali precocemente attivati durante il differenziamento verso il fenotipo muscolare cardiaco di cellule staminali umane derivate da tessuto adiposo (ADSCs).

Nuovi meccanismi di regolazione dell'autoimmunità nella piastrinopenia immune

La Piastinopenia Immune (PTI) è una patologia autoimmune ad eziologia ignota caratterizzata da piastrinopenia. I linfociti T regolatori (Tregs) sono coinvolti nei meccanismi di tolleranza immunologica e agiscono regolando l’attività delle cellule T autoreattive e delle cellule dendritiche (DCs). Viceversa, le DCs, che esprimono Indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), partecipano al mantenimento della tolleranza agli auto-antigeni attraverso l’espansione dei Tregs. Inoltre, recenti studi hanno dimostrato che i linfociti T helper 17 (Th17) sono coinvolti nell’autoimmunità e che l’espressione di Interleuchina (IL)-17 è associata a numerose patologie autoimmuni. Il ruolo dell’interazione fra DCs e Tregs ed il ruolo dei Th17 nella patogenesi della PTI non sono mai stati studiati in maniera approfondita. Gli obiettivi principali di questa tesi sono stati: a) caratterizzare fenotipicamente e funzionalmente i linfociti Tregs e DCs; b) valutare il ruolo patogenetico dell’interazione tra Tregs e DCs; c) quantificare i Th17 circolanti. I risultati dimostrano che: 1) il numero dei Tregs circolanti dei pazienti, identificati tramite i marcatori Foxp3 e CD127, è significativamente ridotto rispetto alla controparte normale; 2) la conversione in vitro delle cellule CD4+CD25- in linfociti Tregs (CD4+CD25+Foxp3+) dopo stimolazione con DCs mature è significativamente ridotta nei pazienti rispetto ai controlli; 3) sia l’espressione dell’enzima IDO nelle DCs mature (mRNA) che i livelli di chinurenine prodotte (indice di attività enzimatica) sono risultati significativamente ridotti nei pazienti rispetto alla controparte normale. Questi risultati suggeriscono quindi che il ridotto numero dei Tregs circolanti nei pazienti con PTI può essere, almeno in parte, attribuito alla scarsa capacità di conversione delle DCs, in quanto tali cellule esprimono meno IDO. I risultati dimostrano inoltre che: 1) i Tregs dei pazienti con PTI hanno una capacità soppressoria che è significativamente inferiore rispetto ai soggetti normali; tale dato è stato confermato dal dosaggio di IFN- nel surnatante della coltura; 2) i Tregs di pazienti con PTI non sono in grado di inibire la maturazione delle DCs, a differenza di quanto avviene nei soggetti sani: infatti, l’espressione delle molecole costimolatorie CD80 e CD86 sulle DCs è risultata invariata in seguito a cocoltura con DCs immature; 3) il dosaggio delle citochine nel surnatante delle cocolture dimostra che la concentrazione di IL-10 e IL-6 è significativamente ridotta nei pazienti rispetto ai controlli. La scarsa abilità dei Tregs di inibire la maturazione delle DCs e l’alterato pattern di secrezione di citochine potrebbero quindi contribuire all’ insorgenza del fenotipo più maturo delle DCs nei pazienti con PTI. I linfociti Th17 circolanti di pazienti e controlli sono stati identificati in citofluorimetria come cellule CD4+CD161+CD196+. Da tale analisi è emerso che la frequenza dei Th17 circolanti non è significativamente diversa nei due gruppi. Questi dati dimostrano quindi che nella PTI l’interazione bidirezionale tra Tregs e DCs risulta alterata e svolge un ruolo patogenetico, in quanto, da un lato, ci sono Tregs con un deficit numerico e funzionale e, dall’altro, DCs con maggiore capacità immunogenica. Il numero dei Th17 non risulta invece alterato.

Metodi biochimici e biomolecolari applicati alla medicina clinica: rendimento della real-time TaqMan PCR per la valutazione della resistenza alla claritromicina in H.pylori e tests fecali nella diagnorstica del carcinoma colo-rettale: M2PK, calprotectina e FOBT

1) Background: The most common methods to evaluate clarithromycin resistance is the E-Test, but is time consuming. Resistance of Hp to clarithromycin is due to point mutations in the 23S rRNA. Eight different point mutations have been related to CH resistance, but the large majority of the clarithromycin resistance depends on three point mutations (A2142C, A2142G and A2143G). A novel PCR-based clarithromycin resistance assays, even on paraffin-embedded biopsy specimens, have been proposed. Aims: to assess clarithromycin resistance detecting these point mutation (E-Test as a reference method);secondly, to investigate relation with MIC values. Methods: Paraffin-embedded biopsies of patients Hp-positive were retrieved. The A2142C, A2142G and A2143G point mutations were detected by molecular analysis after DNA extraction by using a TaqMan real-time PCR. Results: The study enrolled 86 patients: 46 resistant and 40 sensible to CH. The Hp status was evaluated at endoscopy, by rapid urease test (RUT), histology and hp culture. According to real-time PCR, 37 specimens were susceptible to clarithromycin (wild type dna) whilst the remaining 49 specimens (57%) were resistant. A2143G is the most frequent mutation. A2142C always express a resistant phenotype and A2142G leads to a resitant phenotype only if homozigous. 2) Background: Colonoscopy work-load for endoscopy services is increasing due to colorectal cancer prevention. We tested a combination of faecal tests to improve accuracy and prioritize the access to colonoscopy. Methods: we tested a combination of fecal tests (FOBT, M2-PK and calprotectin) in a group of 280 patients requiring colonoscopy. Results: 47 patients had CRC and 85 had advanced adenoma/s at colonoscopy/histology. In case of single test, for CRC detection FOBT was the test with the highest specificity and PPV, M2-PK had the highest sensitivity and higher NPV. Combination was more interesting in term of PPV. And the best combination of tests was i-FOBT + M2-PK.

Approcci molecolari e bioinformatici volti alla caratterizzazione di Vgt1, QTL coinvolto nella regolazione dell'epoca di fioritura in Zea Mays

The genetic control of flowering time has been addressed by many quantitative trait locus (QTL) studies. A survey of the results from 29 independent studies reporting information on 441 QTLs led to the production of a QTL consensus map, which enabled the identification of 59 chromosome regions distributed on all chromosomes and shown to be frequently involved in the genetic control of flowering time and related traits. One of the major QTLs for flowering time, the Vegetative to generative transition 1 (Vgt1) locus , corresponds to an upstream (70 kb) non-coding regulatory element of ZmRap2.7, a repressor of flowering. A transposon (MITE) insertion was identified as a major allelic difference within Vgt1. One of the hypotheses is that Vgt1 might function by modifying ZmRap2.7 chromatin through an epigenetic mechanism. Therefore, the methylation state at Vgt1 was investigated using an approach that combines digestion with McrBc, an endonuclease that acts upon methylated DNA, and quantitative PCR. The analyses were performed on genomic DNA from leaves of six different maize lines at four stages of development. The results showed a trend of reduction of methylation from the first to the last stage with the exception of a short genomic region flanking the MITE insertion, which showed a constant and very dense methylation throughout leaf development and for both alleles. Preliminary results from bisulfite sequencing of a small portion of Vgt1 revealed differential methylation of a single cytosine residue between the two alleles. ZmRap2.7 expression was assayed in the four developmental stages afore mentioned for the six genotypes, in order to establish a link between methylation at Vgt1 and ZmRap2.7 transcription. To assess the role of Vgt1 as a transcriptional enhancer, two reporter vectors for stable transformation of plants have been developed.

Regolazione delle prestazioni indispensabili e poteri della Commissione di garanzia

La legge n. 146 del 1990 ha istituito la Commissione di garanzia per l’attuazione della legge sullo sciopero nei servizi pubblici essenziali, un’authority deputata al controllo dell’effettivo bilanciamento del diritto di sciopero con gli altri diritti della persona di rango costituzionale nel caso dei servizi pubblici essenziali. Ad essa spettano alcuni poteri tra di loro eterogenei. Accanto a poteri propulsivi e sanzionatori, essa possiede poteri di tipo normativo. La legge prevede, infatti, che le prestazioni indispensabili e le altre misure necessarie al contemperamento siano determinate da accordi tra il datore di lavoro e le associazioni sindacali, mentre per il lavoro autonomo da codici di autoregolamentazione forniti da ognuna delle categorie interessate. Gli accordi e i codici di autoregolamentazione devono essere, comunque, sottoposti al vaglio della Commissione di garanzia la quale in ultimo stabilisce se essi siano idonei a realizzare il bilanciamento dei diritti in questione. Quando i soggetti indicati dalla legge non provvedano alla redazione dei suddetti atti, la Commissione interviene con l’emanazione di una provvisoria regolamentazione, la quale possiede natura di regolamento, giacchè partecipa dei caratteri della generalità ed astrattezza propri delle norme di legge. In effetti, anche altre authorities possiedono un potere normativo, che si sostanzia alle volte in un regolamento indipendente, altre in un regolamento simile ai regolamenti delegati ed altre al regolamento esecutivo. Poiché la legge n. 146 del 1990 prevede quali siano gli istituti idonei a realizzare il bilanciamento (preavviso, proclamazione scritta, procedure di raffreddamento e conciliazione, intervallo minimo, misure indicative delle prestazioni indispensabili), la provvisoria regolamentazione possiede i caratteri del regolamento esecutivo.

Ruolo della Interleuchina-6 nella colite ulcerosa long-standing: regolazione della p53 ed induzione delle cellule mesenchimali epiteliali

L’infiammazione cronica è un fattore di rischio di insorgenza del cancro, e la citochina infiammatoria IL-6 gioca un ruolo importante nella tumorigenesi. In questo studio abbiamo dimostrato che L’IL-6 down-regola l'espressione e l'attività di p53. In linee cellulari umane, IL-6 stimola la trascrizione dell’rRNA mediante espressione della proteina c-myc a livello post-trascrizionale in un meccanismo p38MAPK-dipendente. L'up-regolazione della biogenesi ribosomiale riduce l'espressione di p53 attraverso l'attivazione della via della proteina ribosomale-MDM2. La down-regolazione di p53 produce l’acquisizione di modifiche fenotipiche e funzionali caratteristiche della epitelio mesenchimale di transizione, un processo associato a trasformazione maligna e progressione tumorale. I nostri dati mostrano che questi cambiamenti avvengono anche nelle cellule epiteliali del colon di pazienti affetti da colite ulcerosa, un esempio rappresentativo di una infiammazione cronica soggetta a trasformazione neoplastica, che scompaiono dopo trattamento con farmaci antinfiammatori. Questi risultati svelano un nuovo effetto oncogenico indotto dall’IL-6 che può contribuire notevolmente ad aumentare il rischio di sviluppare il cancro non solo in pazienti con infiammazioni croniche, ma anche in quei pazienti con condizioni patologiche caratterizzate da elevato livello di IL-6 nel plasma, quali l'obesità e e il diabete mellito di tipo 2.

Meccanismi replicativi e di regolazione dell'espressione genica di Parvovirus B19

Il Parvovirus B19, virus patogeno umano della famiglia Parvoviridae, mostra uno specifico tropismo per i precursori eritroidi e una limitata replicazione in alcune linee cellulari megacarioblastoidi. Allo scopo di sviluppare sistemi utili allo studio delle caratteristiche biologiche del virus, diversi laboratori si sono occupati della costruzione di cloni genomici di B19 dotati di competenza funzionale e capaci di generare virus infettante. Parte del presente lavoro ha riguardato l’analisi funzionale di diversi cloni genomici di B19 e ha permesso di caratterizzare le regioni terminali del virus e di identificare requisiti essenziali per la loro funzionalità. Nel contesto intracellulare, esistono differenti livelli di restrizione in relazione alla capacità della cellula di supportare la replicazione virale, non ancora del tutto caratterizzati. Inoltre si sono accumulate evidenze circa la capacità del B19 di instaurare persistenza in numerosi tessuti. Non sono ancora note le caratteristiche funzionali del genoma virale in questo stato, è possibile che il virus persista in forma silente e meccanismi epigenetici possano regolare tale silenziamento. In questo studio è stato analizzato lo stato di metilazione del genoma di B19 e il suo possibile effetto sul ciclo replicativo virale ed è stata investigata la possibile associazione del DNA virale agli istoni cellulari nel corso di infezione in vitro. I risultati ottenuti confermano la presenza di questi meccanismi epigenetici, potendo ipotizzare che giochino un importante ruolo nella regolazione della funzionalità virale e nell’interazione B19-cellula e siano un elemento critico per l’adattamento del virus nell’ambiente in cui si trova. Inoltre l’ipotesi che anche i microRNA possano assumere un importante significato nell’interazione B19-cellula è stata proposta da diversi lavori e nel presente studio è stata valutata la produzione di queste piccole molecole durante l'infezione in vitro, ricercando microRNA (cellulari e/o virali) con omologia di sequenza per il genoma di B19 e quindi specifici per il virus.