miR-15a and 16-1 Are Downregulated in CD4(+) T Cells of Multiple Sclerosis Relapsing Patients

The pathology of relapsing-remitting multiple sclerosis (RR-MS) is largely attributed to activated autoreactive effector T lymphocytes. The influence of microRNAs on the immune response has been shown to occur in different pathways of lymphocyte differentiation and function. Here, the expression of the miRNAs miR-15a/161 in PBMC, CD4(+), and CD8(+) from RR-MS patients has been investigated. BCL2, a known miR-15a/16-1 target, has also been analyzed. The results have shown that miR-15a/16-1 is downregulated in CD4(+) T cells, whereas BCL2 is highly expressed in RR-MS patients only. Our data suggest that miR-15a/16-1 can also modulate the BCL2 gene expression in CD4(+) T cells from RR-MS patients, thereby affecting apoptosis processes.

Rationale, study design, and analysis plan of the Alveolar Recruitment for ARDS Trial (ART): Study protocol for a randomized controlled trial

Background: Acute respiratory distress syndrome (ARDS) is associated with high in-hospital mortality. Alveolar recruitment followed by ventilation at optimal titrated PEEP may reduce ventilator-induced lung injury and improve oxygenation in patients with ARDS, but the effects on mortality and other clinical outcomes remain unknown. This article reports the rationale, study design, and analysis plan of the Alveolar Recruitment for ARDS Trial (ART). Methods/Design: ART is a pragmatic, multicenter, randomized (concealed), controlled trial, which aims to determine if maximum stepwise alveolar recruitment associated with PEEP titration is able to increase 28-day survival in patients with ARDS compared to conventional treatment (ARDSNet strategy). We will enroll adult patients with ARDS of less than 72 h duration. The intervention group will receive an alveolar recruitment maneuver, with stepwise increases of PEEP achieving 45 cmH(2)O and peak pressure of 60 cmH2O, followed by ventilation with optimal PEEP titrated according to the static compliance of the respiratory system. In the control group, mechanical ventilation will follow a conventional protocol (ARDSNet). In both groups, we will use controlled volume mode with low tidal volumes (4 to 6 mL/kg of predicted body weight) and targeting plateau pressure <= 30 cmH2O. The primary outcome is 28-day survival, and the secondary outcomes are: length of ICU stay; length of hospital stay; pneumothorax requiring chest tube during first 7 days; barotrauma during first 7 days; mechanical ventilation-free days from days 1 to 28; ICU, in-hospital, and 6-month survival. ART is an event-guided trial planned to last until 520 events (deaths within 28 days) are observed. These events allow detection of a hazard ratio of 0.75, with 90% power and two-tailed type I error of 5%. All analysis will follow the intention-to-treat principle. Discussion: If the ART strategy with maximum recruitment and PEEP titration improves 28-day survival, this will represent a notable advance to the care of ARDS patients. Conversely, if the ART strategy is similar or inferior to the current evidence-based strategy (ARDSNet), this should also change current practice as many institutions routinely employ recruitment maneuvers and set PEEP levels according to some titration method.

Adoção da certificação leed em meios de hospedagem: esverdeando a hotelaria?

A pesquisa objetivou analisar o processo de adoção da certificação "Leadership in Energy and Environmental Design" (LEED) a partir dos estabelecimentos do setor hoteleiro que já a adotaram. Para sua concretização procedeu-se uma pesquisa bibliográfica, coleta de dados secundários em sites institucionais, periódicos e material documental, bem como de dados primários por meio de entrevistas semiestruturadas. Foram 21 entrevistados, sendo 02 do Green Building Council Brasil e 19 de meios de hospedagem (31% dos certificados). A análise deu-se por meio da análise de conteúdo com auxílio do software ATLAS.ti. Os resultados permitiram identificar a cronologia dos processos de certificação e o perfil das categorias hoteleiras que adotam o programa LEED. Além disso, as entrevistas possibilitaram a discussão das motivações iniciais de busca pela certificação, bem como as vantagens e os entraves percebidos quanto à sua adoção.

Evaluating methods for the isolation of marine-derived fungal strains and production of bioactive secondary metabolites

In the present investigation we evaluate methods for the isolation and growth of marine-derived fungal strains in artificial media for the production of secondary metabolites. Inoculation of marine macroorganisms fragments in Petri dishes proved to be the most convenient procedure for the isolation of the largest number of strains. Among the growth media used, 3% malt extract showed the best result for strains isolation and growth, and yielded the largest number of strains from marine macroorganisms. The percentage of strains isolated using each of the growth media which yielded cytotoxic and/or antibiotic extracts was in the range of 23-35%, regardless of the growth media used. Further investigation of extracts obtained from different marine-derived fungal strains yielded several bioactive secondary metabolites, among which (E)-4-methoxy-5-(3-methoxybut-1-enyl)-6-methyl-2H-pyran-2-one is a new metabolite isolated from the Penicillium paxilli strain Ma(G)K.

Analisi genetico-molecolare dei linfomi a cellule T periferiche

Molecular profiling of Peripheral T-cell lymphomas not otherwise specified Peripheral T-cell lymphomas (PTCLs) are a heterogeneous group of tumors that the WHO classification basically subdivides into specified and not otherwise specified (NOS). In Western countries, they represent around 12% of all non-Hodgkin's lymphomas. In particular, PTCL/NOS is the commonest subtype, corresponding to about 60-70% of all T-cell lymphomas. However, it remains a complex entity showing great variety regarding either morphology, immunophenotype or clinical behavior. Specially, the molecular pathology of these tumors is still poorly known. In fact, many alteration were found, but no single genes were demonstrated to have a pathogenetic role. Recently, gene expression profiling (GEP) allowed the identification of PTCL/NOS-associated molecular signatures, leading to better understanding of their histogenesis, pathogenesis and prognostication. Interestingly, proliferation pathways are commonly altered in PTCLs, being highly proliferative cases characterized by poorer prognosis. In this study, we aimed to investigate the possible role in PTCL/NOS pathogenesis of selected molecules, known to be relevant for proliferation control. In particular, we analyzed the cell cycle regulators PTEN and CDKN1B/p27, the NF-kB pathway, and the tyrosin kinase PDGFR. First, we found that PTEN and p27 seem to be regulated in PTCL/NOS as in normal T-lymphocytes, as to what expression and cellular localization are concerned, and do not present structural abnormalities in the vast majority of PTCL/NOS. Secondly, NF-kB pathway appeared to be variably activated in PTCL/NOS. In particular, according to NF-kB gene expression levels, the tumors could be divided into two clusters (C1 and C2). Specially, C1 corresponded to cases presenting with a global down-regulation of the entire pathway, while C2 showed over-expression of genes involved in TNF signaling. Notably, by immunohistochemistry, we showed that either the canonical or the alternative NK-kB pathway were activated in around 40% of cases. Finally, we found PGDFRA to be consistently over-expressed (at mRNA and protein level) and activated in almost all PTCLs/NOS. Noteworthy, when investigating possible causes for PDGFRA deregulation, we had evidences that PDGFR over-expression is due to the absence of miR-152, which appeared to be responsible for PDGFRA silencing in normal T-cells. Furthermore, we could demonstrate that its aberrant activation is sustained by an autocrine loop. Importantly, this is the first case, to the best of our knowledge, of hematological tumor in which tyrosin kinase aberrant activity is determined by deregulated miRNA expression and autocrine loop activation. Taken together, our results provide novel insight in PTCL/NOS pathogenesis by opening new intriguing scenarios for innovative therapeutic interventions.

Studio dei profili di espressione dei microRNA nell'epatocarcinoma umano

Il carcinoma epatocellulare (HCC) è il più frequente tumore maligno del fegato e rappresenta il sesto tipo di tumore più comune nel mondo. Spesso i pazienti con HCC vengono diagnosticati a stadi piuttosto avanzati, quando le uniche opzioni terapeutiche in grado di migliorarne la sopravvivenza sono la chemoembolizzazione dell'arteria epatica ed il trattamento con l'inibitore multi-cinasico, Sorafenib. In questo contesto, la scoperta del ruolo centrale dei microRNA (miRNA) nella tumorigenesi umana risulta di fondamentale importanza per lo sviluppo di nuovi marcatori diagnostici e bersagli terapeutici. I microRNA (miRNA) sono delle piccole molecole di RNA non codificante, della lunghezza di 19-22 nucleotidi, filogeneticamente molto conservati, ed esercitano un ruolo cruciale nella regolazione di importanti processi fisiologici, quali sviluppo, proliferazione, differenziamento, apoptosi e risposta a numerosi segnali extracellulari e di stress. I miRNA sono inoltre responsabile della fine regolazione dell'espressione di centinaia di geni bersaglio attraverso il blocco della traduzione o la degradazione dell'mRNA target. Studi di profiling hanno evidenziato l'espressione aberrante di specifici miRNA in numerosi tipi di tumore umano. Lo scopo del presente lavoro è stato quello di individuare un pannello di miRNA deregolati nell'epatocarcinoma umano e di caratterizzare il ruolo biologico di tre miRNA deregolati nell'HCC, al fine di individuare alcuni dei meccanismi molecolari alla base della trasformazione maligna miRNA-associata. La nostra ricerca è stata inoltre focalizzata nell'individuazione di nuovi bersagli e strumenti terapeutici, quali i microRNA, per il trattamento combinato di HCC in stadio intermedio-avanzato.

Studio di marcatori immunoistochimici, analisi FISH e ruolo dei microRNA nelle neoplasie gliali di basso e di alto grado

Gliomas are the most common primary brain tumours. Despite advances in surgical techniques, postoperative supportive care, radiation and adjuvant systemic therapy, the life expectancy of patients with high grade glioma has remained essentially poor. Furthermore differential diagnosis among astrocytomas, oligodendrogliomas and oligoastrocytomas is very challenging and subject to inter-observer variability. The purpose of the research was: 1) to investigate a series of high grade and low grade gliomas at gene and protein (immunohistochemistry) levels to disclose possible genetic portraits of malignancy; 2) to verify the utility of Nogo-A, Olig-2 and synaptophysin in providing a correct histological diagnosis of oligodendroglioma and to investigate a possible complementary role in selecting the best areas suitable for detecting 1p/19q codeletion using FISH analysis; 3) to study the role of microRNA in high grade gliomas. In order to obtain these goals large series of brain tumors were studied with DNA microarrays, immunohistochemistry and RT-PCR The results demonstrated that: - Overexpression of IGFBP-2 and CDC20 is highly related to glioblastomas and their immunopositivity can be useful for the identification of glioblastoma in small biopsies. - Nogo-A is the most useful and specific marker in differentiating oigodendrogliomas from other gliomas. Furthermore, using a Nogo-A driven FISH analysis, it is possible to identify a larger number of 1p19q codeletions in gliomas. - microRNAs can be studied in paraffin embedded tissues better than in fresh tissues. A series of six microRNA, significatively deregulated in glioblastomas, may represent a genetic signature with prognostic and predictive value and could constitute candidates for novel anti-cancer therapeutics.

Bioinformatic methods in applied genomic research

Here I will focus on three main topics that best address and include the projects I have been working in during my three year PhD period that I have spent in different research laboratories addressing both computationally and practically important problems all related to modern molecular genomics. The first topic is the use of livestock species (pigs) as a model of obesity, a complex human dysfunction. My efforts here concern the detection and annotation of Single Nucleotide Polymorphisms. I developed a pipeline for mining human and porcine sequences. Starting from a set of human genes related with obesity the platform returns a list of annotated porcine SNPs extracted from a new set of potential obesity-genes. 565 of these SNPs were analyzed on an Illumina chip to test the involvement in obesity on a population composed by more than 500 pigs. Results will be discussed. All the computational analysis and experiments were done in collaboration with the Biocomputing group and Dr.Luca Fontanesi, respectively, under the direction of prof. Rita Casadio at the Bologna University, Italy. The second topic concerns developing a methodology, based on Factor Analysis, to simultaneously mine information from different levels of biological organization. With specific test cases we develop models of the complexity of the mRNA-miRNA molecular interaction in brain tumors measured indirectly by microarray and quantitative PCR. This work was done under the supervision of Prof. Christine Nardini, at the “CAS-MPG Partner Institute for Computational Biology” of Shangai, China (co-founded by the Max Planck Society and the Chinese Academy of Sciences jointly) The third topic concerns the development of a new method to overcome the variety of PCR technologies routinely adopted to characterize unknown flanking DNA regions of a viral integration locus of the human genome after clinical gene therapy. This new method is entirely based on next generation sequencing and it reduces the time required to detect insertion sites, decreasing the complexity of the procedure. This work was done in collaboration with the group of Dr. Manfred Schmidt at the Nationales Centrum für Tumorerkrankungen (Heidelberg, Germany) supervised by Dr. Annette Deichmann and Dr. Ali Nowrouzi. Furthermore I add as an Appendix the description of a R package for gene network reconstruction that I helped to develop for scientific usage (http://www.bioconductor.org/help/bioc-views/release/bioc/html/BUS.html).

Influence of genetic variants and post transcriptional factors on imatinib transporters as determinants of the pharmacological response

Introduction – Although imatinib (IM) is a recognized gold standard in chronic myeloid leukemia (CML) therapy, resistance has emerged in a significant proportion of patients. Aim – The aim of this study was: (1) to investigate the role of genetic variants in genes encoding for IM transporters, as candidate of IM responsiveness and (2) to test the influence of miRNAs on IM response, focusing on efflux transporters. Methods – As a first step, a panel of polymorphisms (SNPs) was genotyped in a subgroup population of 189 patients enrolled in the Tyrosine Kinase Inhibitor Optimization and Selectivity (TOPS) trial. The association with cytogenetic response and molecular response (MR) was assessed for each SNP. As a second step, an in vitro IM-resistant model (K-562 CML cell line) was established. miRNAs profiles were analyzed using Taqman arrays and in silico search was performed for miRNAs deregulated after IM treatment. mRNA and protein expression were quantified using TaqMan realtime PCR and Western blotting, respectively. Results – (1) Among Caucasian patients, ABCB1 rs60023214 significantly correlated with complete MR (P = 0.005). Concerning SNPs combination in IM uptake transporters, the associations with treatment outcomes were statistically significant for both major and complete MR (P = 0.005 and P = 0.01, respectively). (2) ABCB1 protein was not expressed under any conditions of treatment, differently from ABCG2. Two deregulated miRNAs, namely miR-212 and miR-328, were identified to be inversely correlated with ABCG2 (r2= 0.57; p=0.03 and r2=0.47; p=0.06, respectively). Experiments of loss and gain of function confirmed the functional influence of these miRNAs on ABCG2. Conclusion – The multiple candidate gene approach identified single and combination of SNPs that can be proposed as predictor of IM response. The in vitro study suggested that IM resistance could be mediated by miRNA-dependent mechanism. Further studies are needed to validate these preliminary findings.

Analisi molecolare dei linfomi cutanei aggressivi

I linfomi primitivi cutanei riconosciuti nella classificazione della WHO/EORTC si presentano come “entità cliniche distinte” su base clinica, morfologica, immunofenotipica e molecolare. Il fenotipo linfocitario T helper CD4+ caratterizza i CTCL, ma alcune entità a prognosi aggressiva presentano un immunofenotipo citotossico CD8+. Numerosi studi di citogenetica (CGH) e gene-expression profiling (GEP) sono stati condotti negli ultimi anni sui CTCL e sono state riscontrate numerose aberrazioni cromosomiche correlate ai meccanismi di controllo del ciclo cellulare. Scopo del nostro studio è la valutazione delle alterazioni genomiche coinvolte nella tumorigenesi di alcuni CTCL aggressivi: il linfoma extranodale NK/T nasal-type, il linfoma primitivo cutaneo aggressivo epidermotropo (AECTCL) e il gruppo dei PTCL/NOS pleomorfo CD8+. Il materiale bioptico dei pazienti è stato sottoposto alla metodica dell’array-CGH per identificare le anomalie cromosomiche; in alcuni casi di AECTCL è stata applicata la GEP, che evidenzia il profilo di espressione genica delle cellule neoplastiche. I dati ottenuti sono stati valutati in modo statistico, evidenziando le alterazioni cromosomiche comuni significative di ogni entità. In CGH, sono state evidenziate alcune aberrazioni comuni fra le entità studiate, la delezione di 9p21.3, l’amplificazione di 17q, 19p13, 19q13.11-q13.32 , 12q13 e 16p13.3, che determinano la delezione dei geni CDKN2A e CDKN2B e l’attivazione del JAK/STAT signaling pathway. Altre alterazioni definiscono l’amplificazione di c-MYC (8q24) e CCND1/CDK4-6 (11q13). In particolare, sono state evidenziate numerose anomalie genomiche comuni in casi di AECTCL e PTCL/NOS pleomorfo. L’applicazione della GEP in 5 casi di AECTCL ha confermato l’alterata espressione dei geni CDKN2A, JAK3 e STAT6, che potrebbero avere un ruolo diretto nella linfomagenesi. Lo studio di un numero maggiore di casi in GEP e l’introduzione delle nuove indagini molecolari come l’analisi dei miRNA, della whole-exome e whole genome sequences consentiranno di evidenziare alterazioni molecolari correlate con la prognosi, definendo anche nuovi target terapeutici.

Analisi molecolare delle fasi evolutive della micosi fungoide

Lo scopo del progetto triennale del dottorato di ricerca è lo studio delle alterazioni genetiche in un gruppo di pazienti affetti da micosi fungoide ed un gruppo di pazienti affetti da sindrome di Sezary. Dalle biopsie cutanee è stato estratto il DNA e analizzato, comparandolo con DNA sano di riferimento, utilizzando la tecnica array-CGH, allo scopo di identificare la presenza di geni potenzialmente implicati nel processo di oncogenesi. Questa analisi è stata eseguita, per ogni paziente, su biopsie effettuate ad una fase iniziale di malattia e ad una fase di progressione della stessa. Sugli stessi pazienti è stata inoltre eseguita un’analisi miRNA. Si ipotizza che il profilo d’espressione dei miRNA possa infatti dare informazioni utili per predire lo stato di malattia, il decorso clinico, la progressione tumorale e la riposta terapeutica. Questo lavoro è stato poi eseguito su biopsie effettuate in pazienti affetti da sindrome di Sezary che, quando non insorge primitivamente come tale, si può considerare una fase evolutiva della micosi fungoide. La valutazione delle alterazioni genetiche, ed in particolare la correlazione esistente tra duplicazione e delezione genetica e sovra/sottoespressione genetica, è stata possibile attraverso l’interpretazione e la comparazione dei dati ottenuti attraverso le tecniche array-CGH e miRNA. Sono stati comparati i risultati ottenuti per valutare quali fossero le alterazioni cromosomiche riscontrate nei diversi stadi di malattia. L’applicazione dell’array-CGH e della metodica di analisi mi-RNA si sono rivelate molto utili per l’identificazione delle diverse aberrazioni cromosomiche presenti nel genoma dei pazienti affetti da micosi fungoide e sindrome di Sezary, per valutare la prognosi del paziente e per cercare di migliorare o trovare nuove linee terapeutiche per il trattamento delle due patologie. Lo studio di questi profili può rappresentare quindi uno strumento di grande importanza nella classificazione e nella diagnosi dei tumori.

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.

Caratterizzazione del soppressore tumorale miR-101 nel colon carcinoma

I microRNA sono una classe di piccole molecole di RNA non codificante che controllano la stabilità di numerosi RNA messaggeri, perciò sono considerati come “master regulator” dell’espressione genica. Ogni tumore è caratterizzato da un profilo di espressione alterato dei microRNA. Il miR-101 è un oncosoppressore represso nei tessuti tumorali ed è candidato come biomarcatore del cancro colon-rettale. È regolato da numerosi eventi fisiologici e patologici, come angiogenesi e carcinogenesi. Gli eventi molecolari coinvolti nella regolazione dell’espressione del miR-101 sono scarsamente conosciuti, poiché è trascritto da due loci genici non caratterizzati. L’obiettivo di questo lavoro è di caratterizzare i geni del miR-101 ed individuarne i regolatori molecolari coinvolti nella cancerogenesi colon-rettale.

MicroRNA profiling nei linfomi a cellule T periferiche

I linfomi a cellule T periferiche rappresentano circa il 12% di tutte le neoplasie linfoidi.In questo studio, abbiamo effettuato un’analisi di miRNA profiling (TaqMan Array MicroRNA Cards A) su 60 campioni FFPE suddivisi in: PTCLs/NOS (N=25), AITLs (N=10), ALCLs (N=12) e cellule T normali (N=13). Abbiamo identificato 4 miRNA differenzialmente espressi tra PTCLs e cellule T normali. Inoltre, abbiamo identificato tre set di mirna che discriminano le tre entita di PTCLs nodali

Master Equation: Biological Applications and Thermodynamic Description

It is well known that many realistic mathematical models of biological systems, such as cell growth, cellular development and differentiation, gene expression, gene regulatory networks, enzyme cascades, synaptic plasticity, aging and population growth need to include stochasticity. These systems are not isolated, but rather subject to intrinsic and extrinsic fluctuations, which leads to a quasi equilibrium state (homeostasis). The natural framework is provided by Markov processes and the Master equation (ME) describes the temporal evolution of the probability of each state, specified by the number of units of each species. The ME is a relevant tool for modeling realistic biological systems and allow also to explore the behavior of open systems. These systems may exhibit not only the classical thermodynamic equilibrium states but also the nonequilibrium steady states (NESS). This thesis deals with biological problems that can be treat with the Master equation and also with its thermodynamic consequences. It is organized into six chapters with four new scientific works, which are grouped in two parts: (1) Biological applications of the Master equation: deals with the stochastic properties of a toggle switch, involving a protein compound and a miRNA cluster, known to control the eukaryotic cell cycle and possibly involved in oncogenesis and with the propose of a one parameter family of master equations for the evolution of a population having the logistic equation as mean field limit. (2) Nonequilibrium thermodynamics in terms of the Master equation: where we study the dynamical role of chemical fluxes that characterize the NESS of a chemical network and we propose a one parameter parametrization of BCM learning, that was originally proposed to describe plasticity processes, to study the differences between systems in DB and NESS.