Untargeted mutation of the maternally derived mouse hypervariable minisatellite allele in F1 mice born to irradiated spermatozoa

Length change mutation at the Ms6hm hypervariable mouse minisatellite locus was analyzed in C57BL/6N × C3H/HeN F1 mice and the F1 of the reciprocal cross born to irradiated male parents. Spontaneous mutant frequencies were 8.4% and 9.8% for the paternally derived and maternally derived C3H/HeN alleles, respectively. The mutant frequencies for the paternally derived allele increased to 22% and 19% when the male parents were irradiated with 6 Gy at the postmeiotic spermatozoa stage and the spermatogonia stage, respectively. These increases in the mutant frequency were at least 10 to 100 times higher than those expected from the frequency of hits to the 3- to 4-kb allele, suggesting that the length change mutation at this minisatellite locus was not a targeted event due directly to DNA damage in the region. Further analysis demonstrated that the mutant frequency increased also at the maternally derived C3H/HeN allele to 20% when the male parents were irradiated at the spermatozoa stage. This increase in the maternal allele mutation was not observed in F1 born to irradiated spermatogonia. The present study suggests that introduction of DNA damage by irradiated sperm triggers genomic instability in zygotes and in embryos of subsequent developmental stages, and this genomic instability induces untargeted mutation in cis at the paternally derived minisatellite allele and in trans at the maternally derived unirradiated allele. Untargeted mutation revealed in the present study defines a previously unnoticed genetic hazard to the maternally derived genome by the paternally introduced DNA damage.

Endothelial cell surface F1-FO ATP synthase is active in ATP synthesis and is inhibited by angiostatin

Angiostatin blocks tumor angiogenesis in vivo, almost certainly through its demonstrated ability to block endothelial cell migration and proliferation. Although the mechanism of angiostatin action remains unknown, identification of F1-FO ATP synthase as the major angiostatin-binding site on the endothelial cell surface suggests that ATP metabolism may play a role in the angiostatin response. Previous studies noting the presence of F1 ATP synthase subunits on endothelial cells and certain cancer cells did not determine whether this enzyme was functional in ATP synthesis. We now demonstrate that all components of the F1 ATP synthase catalytic core are present on the endothelial cell surface, where they colocalize into discrete punctate structures. The surface-associated enzyme is active in ATP synthesis as shown by dual-label TLC and bioluminescence assays. Both ATP synthase and ATPase activities of the enzyme are inhibited by angiostatin as well as by antibodies directed against the α- and β-subunits of ATP synthase in cell-based and biochemical assays. Our data suggest that angiostatin inhibits vascularization by suppression of endothelial-surface ATP metabolism, which, in turn, may regulate vascular physiology by established mechanisms. We now have shown that antibodies directed against subunits of ATP synthase exhibit endothelial cell-inhibitory activities comparable to that of angiostatin, indicating that these antibodies function as angiostatin mimetics.

The structure of bovine F1-ATPase complexed with the peptide antibiotic efrapeptin.

In the previously determined structure of mitochondrial F1-ATPase determined with crystals grown in the presence of adenylyl-imidodiphosphate (AMP-PNP) and ADP, the three catalytic beta-subunits have different conformations and nucleotide occupancies. AMP-PNP and ADP are bound to subunits beta TP and beta DP, respectively, and the third beta-subunit (beta E) has no bound nucleotide. The efrapeptins are a closely related family of modified linear peptides containing 15 amino acids that inhibit both ATP synthesis and hydrolysis by binding to the F1 catalytic domain of F1F0-ATP synthase. In crystals of F1-ATPase grown in the presence of both nucleotides and inhibitor, efrapeptin is bound to a unique site in the central cavity of the enzyme. Its binding is associated with small structural changes in side chains of F1-ATPase around the binding pocket. Efrapeptin makes hydrophobic contacts with the alpha-helical structure in the gamma-subunit, which traverses the cavity, and with subunit beta E and the two adjacent alpha-subunits. Two intermolecular hydrogen bonds could also form. Intramolecular hydrogen bonds probably help to stabilize efrapeptin's two domains (residues 1-6 and 9-15, respectively), which are connected by a flexible region (beta Ala-7 and Gly-8). Efrapeptin appears to inhibit F1-ATPase by blocking the conversion of subunit beta E to a nucleotide binding conformation, as would be required by an enzyme mechanism involving cyclic interconversion of catalytic sites.

The structure of bovine F1-ATPase complexed with the antibiotic inhibitor aurovertin B.

In the structure of bovine mitochondrial F1-ATPase that was previously determined with crystals grown in the presence of adenylyl-imidodiphosphate (AMP-PNP) and ADP, the three catalytic beta-subunits have different conformations and nucleotide occupancies. Adenylyl-imidodiphosphate is bound to one beta-subunit (betaTP), ADP is bound to the second (betaDP), and no nucleotide is bound to the third (betaE). Here we show that the uncompetitive inhibitor aurovertin B binds to bovine F1 at two equivalent sites in betaTP and betaE, in a cleft between the nucleotide binding and C-terminal domains. In betaDP, the aurovertin B pocket is incomplete and is inaccessible to the inhibitor. The aurovertin B bound to betaTP interacts with alpha-Glu399 in the adjacent alphaTP subunit, whereas the aurovertin B bound to betaE is too distant from alphaE to make an equivalent interaction. Both sites encompass betaArg-412, which was shown by mutational studies to be involved in binding aurovertin. Except for minor changes around the aurovertin pockets, the structure of bovine F1-ATPase is the same as determined previously. Aurovertin B appears to act by preventing closure of the catalytic interfaces, which is essential for a catalytic mechanism involving cyclic interconversion of catalytic sites.

Rotation of subunits during catalysis by Escherichia coli F1-ATPase.

During oxidative and photo-phosphorylation, F0F1-ATP synthases couple the movement of protons down an electrochemical gradient to the synthesis of ATP. One proposed mechanistic feature that has remained speculative is that this coupling process requires the rotation of subunits within F0F1. Guided by a recent, high-resolution structure for bovine F1 [Abrahams, J. P., Leslie, A. G., Lutter, R. & Walker, J. E. (1994) Nature (London) 370, 621-628], we have developed a critical test for rotation of the central gamma subunit relative to the three catalytic beta subunits in soluble F1 from Escherichia coli. In the bovine F1 structure, a specific point of contact between the gamma subunit and one of the three catalytic beta subunits includes positioning of the homolog of E. coli gamma-subunit C87 (gamma C87) close to the beta-subunit 380DELSEED386 sequence. A beta D380C mutation allowed us to induce formation of a specific disulfide bond between beta and gamma C87 in soluble E. coli F1. Formation of the crosslink inactivated beta D380C-F1, and reduction restored full activity. Using a dissociation/reassembly approach with crosslinked beta D380C-F1, we incorporated radiolabeled beta subunits into the two noncrosslinked beta-subunit positions of F1. After reduction of the initial nonradioactive beta-gamma crosslink, only exposure to conditions for catalytic turnover results in similar reactivities of unlabeled and radiolabeled beta subunits with gamma C87 upon reoxidation. The results demonstrate that gamma subunit rotates relative to the beta subunits during catalysis.

Benefici del long route EGR sulla riduzione dei consumi: studio di fattibilità su motore diesel automobilistico

L'EGR (Exhaust Gas Recirculation) è una tecnica comunemente sfruttata per la riduzione delle emissioni. In questo studio sono stati investigati i benefici, in termini di fuel economy, prodotti dall'aggiunta di un circuito EGR long route su un motore diesel per applicazioni automobilistiche dotato di sistema short route. L'indagine è stata svolta su di un modello motore su software GT-Power, adeguatamente calibrato e validato sui dati da piano quotato. Simulazioni sono state svolte al fine di valutare gli effetti del solo LP-EGR sul motore, per poi considerare un funzionamento combinato dai due sistemi di ricircolo (dual loop). Le maggiori portate che per il sistema long route interessano la turbina determinano un incremento nelle contropressioni. Ciò ha portato a considerare la possibilità di modificare il sistema turbo. Il layout originario comprendeva una turbina a geometria fissa (FGT), a cui ne sono stati affiancati due ulteriori con turbina a geometria variabile (VGT). I risultati sono stati analizzati vincolando la produzione di inquinanti ai valori registrati nei punti di calibrazione relativi al layout originale del motore. Effettivo risparmio di combustibile non è stato riscontrato nell'allestimento con turbina FGT a causa delle elevate contropressioni, mentre con turbine VGT è stata registrata una effettiva fuel economy grazie al sistema LP-EGR senza alcun deterioramento nelle emissioni di NOx e PM. I benefici riscontrati con il LP-EGR sono da attribure ad un incremento del rendimento indicato dovuto alla riduzione delle perdite per scambio termico a seguito di una minore temperatura caratterizzante i gas ricircolati.

Sviluppo di metodologie per la generazione automatica di calibrazioni di guidabilità motore e cambio

Il presente progetto ha riguardato lo studio e lo sviluppo di metodologie per la generazione automatica di calibrazioni di guidabilità motore cambio, dove con guidabilità si intende il legame intercorrente tra le richieste del conducente ed il reale comportamento del veicolo. La prima parte della tesi si è concentrata sullo studio delle calibrazioni motore e delle calibrazioni del cambio automatico attualmente sfruttate dai software di produzione, sviluppando un modello di simulazione in grado di verificare come queste calibrazioni influenzino il comportamento del veicolo, concentrandosi sugli andamenti delle accelerazioni e dei regimi motore risultanti. Dopo la validazione del modello, è stato creato uno strumento, in ambiente Matlab, che restituisce la calibrazione di guidabilità del cambio automatico, ovvero la mappa sfruttata dalla relativa centralina per gestire il cambio della marcia, ricevendo in ingresso le seguenti informazioni: le grandezze fisiche del veicolo nel suo complesso, quali la massa, i rapporti di trasmissione, il rapporto del differenziale, il raggio di rotolamento dinamico e tutte le inerzie dei componenti della driveline; le calibrazioni di guidabilità motore, costituite da otto mappe, una per ogni marcia, che definiscono la coppia motrice che si richiede al motore di erogare, in funzione della posizione del pedale acceleratore e del regime motore; il piano quotato del motore. Il codice, note queste informazioni, genera automaticamente la mappa di cambio marcia con le linee di Upshift (marcia innestata crescente) e Downshift (marcia innestata decrescente), in funzione della posizione del pedale e dei giri in uscita dal cambio. Infine, si è valutata una possibile strategia per la calibrazione delle otto mappe pedale con cui viene gestito il controllo motore. Si sono generate mappe a potenza costante in cui il pedale assume la funzione di regolatore di velocità.

Modellazione e verifica sperimentale delle dinamiche di aspirazione di un motore turbo GDI

Obiettivo di questo elaborato è quello di provvedere alla elaborazione dei dati geometrici necessari alla modellazione dei condotti di aspirazione e scarico di un motore 4 cilindri turbo benzina ad iniezione diretta (GDI) disponibile a banco prove. I dati sperimentali raccolti sono stati elaborati e sintetizzati, con lo scopo di fare avvicinare il più possibile le caratteristiche del modello a quelle del sistema a banco (cercando dunque di rendere il modello il più veritiero possibile). In primo luogo, saranno descritte le principali caratteristiche dei motori a combustione interna, con particolare enfasi rivolta ai componenti ed ai processi che caratterizzano i motori turbo GDI. In un secondo momento, sarà descritto come si è proceduto nella raccolta dei dati necessari alla modellazione e nell’elaborazione degli stessi. Il software cui l’elaborazione dei dati necessari alla modellazione è stata rivolta è GT-Suite, prodotto da Gamma Technologies e largamente utilizzato dalla maggior parte delle aziende del settore automotive.

The development and introduction of the automotive turbocharger: a case of innovation in response to fuel economy regulation. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Office of Research and Development, Washington, D.C.

Studio dell'effetto di Hump in un motore a solido in piccola scala con metodi di produzione di punzonatura e colaggio

L’oggetto di questo elaborato riguarda lo studio prestazionale di un Solid Rocket Motor mediante l’introduzione del fattore di “Hump”, che va a compensare il discostamento tra il profilo delle pressioni sperimentali e teoriche, cercando di legare tali variazioni a spiegazioni fisiche. In particolare andremo ad investigare, all’interno di due differenti tipologie di colata, quale sia l’effetto predominante all’interno del propellente che genera proprio tali discostamenti della pressione, e quindi della spinta, rispetto alla condizione ideale. Nell’elaborato verranno anzitutto presentate le diverse tipologie di propulsori, i loro singoli componenti, i parametri fondamentali che regolano la meccanica di questa tipologia di motori, le tipologie di grain esistenti e le loro caratteristiche. Successivamente descriveremo le BARIA (Bomb ARIAne), usate per i test del grain nella ditta AVIO s.p.a., e le tipologie di riempimento di questo motore, investigando i fenomeni fisici a cui sarà legato l’effetto di “Hump”. In seguito si descriverà il fattore di “Hump”, evidenziando, per le differenti tipologie di riempimento, i fenomeni fisici a cui sarà legato il discostamento tra le pressioni sperimentali e teoriche. Verranno poi descritti i programmi utilizzati, gli script in Matlab prodotti, al fine di ottenere le mappe relative all’orientazione ed alla concentrazione delle particelle, da introdurre nel simulatore. Infine verranno esposti i risultati ottenuti e confrontati con i dati sperimentali forniti dalla ditta AVIO s.p.a., le conclusioni e gli sviluppi futuri.

Studio di un'imbarcazione a motore dotato di foiling a geometria variabile

Il presente elaborato tratta la progettazione preliminare di un’imbarcazione dotata di foils a geometria variabile. In particolare, il progetto riguarda un’imbarcazione da turismo che, sfruttando l’utilizzo di appendici al di sotto dello scafo, emerga completamente dall’acqua permettendo l’abbattimento della resistenza e consentendo il raggiungimento di velocità elevate anche mediante una motorizzazione modesta. A questo scopo sono state esaminate alcune componenti al fine di raggiungere gli obbiettivi proposti. In primo luogo, è stata fatta un’analisi dei concorrenti per avere un confronto con altre realtà già presenti sul mercato. In seguito, è stata eseguita una stima fondamentale per ogni parte del progetto successiva. La riduzione del peso dell’imbarcazione consente alla stessa di raggiungere velocità più elevate. Per tale ragione sono state discussi due possibili modelli dell’imbarcazione ovvero una con lo scafo costituito completamente da carbonio, l’altro costituito da un sandwich di carbonio e termanto. In seguito si è analizzata l’analisi statica dell’imbarcazione per cercare di comprendere se i pesi stimati in precedenza consentissero al natante di avere un assetto corretto. Alla luce delle predette risultanze, si sono affrontate le tematiche più complesse: l’analisi della resistenza all’avanzamento e lo studio delle appendici che permettano il foiling. Per quanto attiene l’analisi della resistenza si sono dovuti considerare sia il caso di avanzamento in dislocamento e planata sia il caso di avanzamento in foiling. Per il raggiungimento del foiling è stato necessario dimensionare le ali da applicare all’imbarcazione. Innanzitutto è stata eseguita un’analisi idrodinamica e in seguito un’analisi dell’equilibrio dell’imbarcazione, considerando tutte le sollecitazioni applicate. Infine, sono stati generati dei layout possibili per i foils in modo che tutte le caratteristiche determinate precedentemente sulla base degli studi fossero rispettate.