Developmental and Hormonal Regulation of Genes Coding for Proline-Rich Proteins in Female Inflorescences and Kernels of Maize1

The pattern of expression of two genes coding for proteins rich in proline, HyPRP (hybrid proline-rich protein) and HRGP (hydroxyproline-rich glycoprotein), has been studied in maize (Zea mays) embryos by RNA analysis and in situ hybridization. mRNA accumulation is high during the first 20 d after pollination, and disappears in the maturation stages of embryogenesis. The two genes are also expressed during the development of the pistillate spikelet and during the first stages of embryo development in adjacent but different tissues. HyPRP mRNA accumulates mainly in the scutellum and HRGP mRNA mainly in the embryo axis and the suspensor. The two genes appear to be under the control of different regulatory pathways during embryogenesis. We show that HyPRP is repressed by abscisic acid and stress treatments, with the exception of cold treatment. In contrast, HRGP is affected positively by specific stress treatments.

Identification of the coding region for a second poly(A) polymerase in Escherichia coli.

We had earlier identified the pcnB locus as the gene for the major Escherichia coli poly(A) polymerase (PAP I). In this report, we describe the disruption and identification of a candidate gene for a second poly(A) polymerase (PAP II) by an experimental strategy which was based on the assumption that the viability of E. coli depends on the presence of either PAP I or PAP II. The coding region thus identified is the open reading frame f310, located at about 87 min on the E. coli chromosome. The following lines of evidence support f310 as the gene for PAP II: (i) the deduced peptide encoded by f310 has a molecular weight of 36,300, similar to the molecular weight of 35,000 estimated by gel filtration of PAP II; (ii) the deduced f310 product is a relatively hydrophobic polypeptide with a pI of 9.4, consistent with the properties of partially purified PAP II; (iii) overexpression of f310 leads to the formation of inclusion bodies whose solubilization and renaturation yields poly(A) polymerase activity that corresponds to a 35-kDa protein as shown by enzyme blotting; and (iv) expression of a f310 fusion construct with hexahistidine at the N-terminus of the coding region allowed purification of a poly(A) polymerase fraction whose major component is a 36-kDa protein. E. coli PAP II has no significant sequence homology either to PAP I or to the viral and eukaryotic poly(A) polymerases, suggesting that the bacterial poly(A) polymerases have evolved independently. An interesting feature of the PAP II sequence is the presence of sets of two paired cysteine and histidine residues that resemble the RNA binding motifs seen in some other proteins.

Efficient expression of protein coding genes from the murine U1 small nuclear RNA promoters.

Few promoters are active at high levels in all cells. Of these, the majority encode structural RNAs transcribed by RNA polymerases I or III and are not accessible for the expression of proteins. An exception are the small nuclear RNAs (snRNAs) transcribed by RNA polymerase II. Although snRNA biosynthesis is unique and thought not to be compatible with synthesis of functional mRNA, we have tested these promoters for their ability to express functional mRNAs. We have used the murine U1a and U1b snRNA gene promoters to express the Escherichia coli lacZ gene and the human alpha-globin gene from either episomal or integrated templates by transfection, or infection into a variety of mammalian cell types. Equivalent expression of beta-galactosidase was obtained from < 250 nucleotides of 5'-flanking sequence containing the complete promoter of either U1 snRNA gene or from the 750-nt cytomegalovirus promoter and enhancer regions. The mRNA was accurately initiated at the U1 start site, efficiently spliced and polyadenylylated, and localized to polyribosomes. Recombinant adenovirus containing the U1b-lacZ chimeric gene transduced and expressed beta-galactosidase efficiently in human 293 cells and airway epithelial cells in culture. Viral vectors containing U1 snRNA promoters may be an attractive alternative to vectors containing viral promoters for persistent high-level expression of therapeutic genes or proteins.

Methylation of coding region alone inhibits gene expression in plant protoplasts.

Derivatives of the cauliflower mosaic virus 35S promoter lacking CG and CNG methylation targets were constructed and used to direct transcription of reporter gene constructs in transiently transformed protoplasts. Such methylation-target-free (MTF) promoters, although weaker than the 35S promoter, retain significant activity despite mutation of the as-1 element. The effect of methylation on gene expression in MTF- and 35S-promoter driven constructs was examined. Even when the promoter region was free of methylation targets, reporter gene expression was markedly reduced when cytosine residues in CG dinucleotides were methylated in vitro prior to transformation. Mosaic methylation experiments, in which only specific parts of the plasmids were methylated, revealed that methylation of the coding region alone has a negative effect on reporter gene expression. Methylation nearer the 5' end of the coding region was more inhibitory, consistent with inhibition of transcription elongation.

Creation of a novel protein-coding region at the RNA level in black pine chloroplasts: the pattern of RNA editing in the gymnosperm chloroplast is different from that in angiosperms.

The phenomenon of RNA editing has been found to occur in chloroplasts of several angiosperm plants. Comparative analysis of the entire nucleotide sequence of a gymnosperm [Pinus thunbergii (black pine)] chloroplast genome allowed us to predict several potential editing sites in its transcripts. Forty-nine such sites from 14 genes/ORFs were analyzed by sequencing both cDNAs from the transcripts and the corresponding chloroplast DNA regions, and 26 RNA editing sites were identified in the transcripts from 12 genes/ORFs, indicating that chloroplast RNA editing is not restricted to angiosperms but occurs in the gymnosperm, too. All the RNA editing events are C-to-U conversions; however, many new codon substitutions and creation of stop codons that have not so far been reported in angiosperm chloroplasts were observed. The most striking is that two editing events result in the creation of an initiation and a stop codon within a single transcript, leading to the formation of a new reading frame of 33 codons. The predicted product is highly homologous to that deduced from the ycf7 gene (ORF31), which is conserved in the chloroplast genomes of many other plant species.

A new adenoviral vector: Replacement of all viral coding sequences with 28 kb of DNA independently expressing both full-length dystrophin and beta-galactosidase.

Adenoviral vector-mediated gene transfer offers significant potential for gene therapy of many human diseases. However, progress has been slowed by several limitations. First, the insert capacity of currently available adenoviral vectors is limited to 8 kb of foreign DNA. Second, the expression of viral proteins in infected cells is believed to trigger a cellular immune response that results in inflammation and in only transient expression of the transferred gene. We report the development of a new adenoviral vector that has all viral coding sequences removed. Thus, large inserts are accommodated and expression of all viral proteins is eliminated. The first application of this vector system carries a dual expression cassette comprising 28.2 kb of nonviral DNA that includes the full-length murine dystrophin cDNA under control of a large muscle-specific promoter and a lacZ reporter construct. Using this vector, we demonstrate independent expression of both genes in primary mdx (dystrophin-deficient) muscle cells.

The 5' coding region of Paramecium surface antigen genes controls mutually exclusive transcription.

Paramecium tetraurelia stock 51 can express at least 11 different types of surface antigens, yet only a single type is expressed on the surface of an individual cell at any one time. The differential expression of stock 51 type A and B surface antigen genes (51A and 51B) is regulated at the level of transcription. Previously, we reported that nucleotide sequences upstream of position -26 (relative to the start of translation) in the 51A and 51B surface antigen genes are necessary for transcriptional activity but are not sufficient to direct differential transcriptional control. In this report we demonstrate that at least some of the critical elements necessary for differential transcription of the 51A and 51B genes lie within the 5' coding region. A hybrid gene that contains 51B upstream sequences (-475 to +1) attached to the ATG start codon of 51A is not cotranscribed with the 51B gene. In contrast, further substitution with 51B sequences (-1647 to +885) allows the chimeric gene to be coexpressed with 51B. A different hybrid gene containing a substitution of 51B sequence from -26 to +885 in the 51A gene is also coexpressed with 51B, revealing that the critical elements within the coding region of 51B do not require 51B upstream sequences for their effect. Coinjection of the 51A gene with the chimeric gene that contains 51B up to +885 showed that the same sequences that allow coexpression with 51B prevent cotranscription with 51A. Together, these results demonstrate that a region downstream of the transcriptional start site between nucleotide positions +1 and +885 (relative to translational start) is necessary to control differential transcriptional activity.

Circuitry for color coding in the primate retina.

Human color vision starts with the signals from three cone photoreceptor types, maximally sensitive to long (L-cone), middle (M-cone), and short (S-cone) wavelengths. Within the retina these signals combine in an antagonistic way to form red-green and blue-yellow spectral opponent pathways. In the classical model this antagonism is thought to arise from the convergence of cone type-specific excitatory and inhibitory inputs to retinal ganglion cells. The circuitry for spectral opponency is now being investigated using an in vitro preparation of the macaque monkey retina. Intracellular recording and staining has shown that blue-ON/yellow-OFF opponent responses arise from a distinctive bistratified ganglion cell type. Surprisingly, this cone opponency appears to arise by dual excitatory cone bipolar cell inputs: an ON bipolar cell that contacts only S-cones and an OFF bipolar cell that contacts L- and M-cones. Red-green spectral opponency has long been linked to the midget ganglion cells, but an underlying mechanism remains unclear. For example, receptive field mapping argues for segregation of L-and M-cone signals to the midget cell center and surround, but horizontal cell interneurons, believed to generate the inhibitory surround, lack opponency and cannot contribute selective L- or M-cone input to the midget cell surround. The solution to this color puzzle no doubt lies in the great diversity of cell types in the primate retina that still await discovery and analysis.

A transgene coding for a human insulin analog has a mitogenic effect on murine embryonic beta cells.

We have investigated the mitogenic effect of three mutant forms of human insulin on insulin-producing beta cells of the developing pancreas. We examined transgenic embryonic and adult mice expressing (i) human [AspB10]-proinsulin/insulin ([AspB10]ProIN/IN), produced by replacement of histidine by aspartic acid at position 10 of the B chain and characterized by an increased affinity for the insulin receptor; (ii) human [LeuA3]insulin, produced by the substitution of leucine for valine in position 3 of the A chain, which exhibits decreased receptor binding affinity; and (iii) human [LeuA3, AspB10]insulin "double" mutation. During development, beta cells of AspB10 embryos were twice as abundant and had a 3 times higher rate of proliferation compared with beta cells of littermate controls. The mitogenic effect of [AspB10]ProIN/IN was specific for embryonic beta cells because the rate of proliferation of beta cells of adults and of glucagon (alpha) cells and adrenal chromaffin cells of embryos was similar in AspB10 mice and controls. In contrast to AspB10 embryos, the number of beta cells in the LeuA3 and "double" mutant lines was similar to the number in controls. These findings indicate that the [AspB10]ProIN/IN analog increased the rate of fetal beta-cell proliferation. The mechanism or mechanisms that mediate this mitogenic effect remain to be determined.

Accelerated evolution in the protein-coding regions is universal in crotalinae snake venom gland phospholipase A2 isozyme genes.

The nucleotide sequences of four genes encoding Trimeresurus gramineus (green habu snake, crotalinae) venom gland phospholipase A2 (PLA2; phosphatidylcholine 2-acylhydrolase, EC 3.1.1.4) isozymes were compared internally and externally with those of six genes encoding Trimeresurus flavoviridis (habu snake, crotalinae) venom gland PLA2 isozymes. The numbers of nucleotide substitutions per site (KN) for the noncoding regions including introns were one-third to one-eighth of the numbers of nucleotide substitutions per synonymous site (KS) for the protein-coding regions of exons, indicating that the noncoding regions are much more conserved than the protein-coding regions. The KN values for the introns were found to be nearly equivalent to those of introns of T. gramineus and T. flavoviridis TATA box-binding protein genes, which are assumed to be a general (nonvenomous) gene. Thus, it is evident that the introns of venom gland PLA2 isozyme genes have evolved at a similar rate to those of nonvenomous genes. The numbers of nucleotide substitutions per nonsynonymous site (KA) were close to or larger than the KS values for the protein-coding regions in venom gland PLA2 isozyme genes. All of the data combined reveal that Darwinian-type accelerated evolution has universally occurred only in the protein-coding regions of crotalinae snake venom PLA2 isozyme genes.

Identificazione di miRNA correlati ad EGFR: nuovi potenziali biomarcatori di risposta alla terapia di 2a-3a linea in pazienti con NSCLC metastatico

La diagnosi di neoplasia epiteliale maligna polmonare è legata tradizionalmente alla distinzione tra carcinoma a piccole cellule (small-cell lung cancer, SCLC) e carcinoma non-a piccole cellule del polmone (non-small-cell lung cancer, NSCLC). Nell’ambito del NSCLC attualmente è importante di-stinguere l’esatto istotipo (adenocarcinoma, carcinoma squamocellulare e carcinoma neuroendocrino) perchè l’approccio terapeutico cambia a seconda dell’istotipo del tumore e la chemioterapia si dimostra molto spesso inefficace. Attualmente alcuni nuovi farmaci a bersaglio molecolare per il gene EGFR, come Erlotinib e Gefitinib, sono utilizzati per i pazienti refrattari al trattamento chemioterapico tradizionale, che non hanno risposto a uno o più cicli di chemioterapia o che siano progrediti dopo questa. I test per la rilevazione di specifiche mutazioni nel gene EGFR permettono di utilizzare al meglio questi nuovi farmaci, applicandoli anche nella prima linea di trattamento sui pazienti che hanno una maggiore probabilità di risposta alla terapia. Sfortunatamente, non tutti i pazienti rispondono allo stesso modo quando trattati con farmaci anti-EGFR. Di conseguenza, l'individuazione di biomarcatori predittivi di risposta alla terapia sarebbe di notevole importanza per aumentare l'efficacia dei questi farmaci a target molecolare e trattare con farmaci diversi i pazienti che con elevata probabilità non risponderebbero ad essi. I miRNAs sono piccole molecole di RNA endogene, a singolo filamento di 20-22 nucleotidi che svolgono diverse funzioni, una delle più importanti è la regolazione dell’espressione genica. I miRNAs possono determinare una repressione dell'espressione genica in due modi: 1-legandosi a sequenze target di mRNA, causando così un silenziamento del gene (mancata traduzione in proteina), 2- causando la degradazione dello specifico mRNA. Lo scopo della ricerca era di individuare biomarcatori capaci di identificare precocemente i soggetti in grado di rispondere alla terapia con Erlotinib, aumentando così l'efficacia del farmaco ed evitan-do/riducendo possibili fenomeni di tossicità e il trattamento di pazienti che probabilmente non ri-sponderebbero alla terapia offrendo loro altre opzioni prima possibile. In particolare, il lavoro si è fo-calizzato sul determinare se esistesse una correlazione tra la risposta all'Erlotinib ed i livelli di espressione di miRNAs coinvolti nella via di segnalazione di EGFR in campioni di NSCLC prima dell’inizio della terapia. Sono stati identificati 7 microRNA coinvolti nel pathway di EGFR: miR-7, -21, 128b, 133a, -133b, 146a, 146b. Sono stati analizzati i livelli di espressione dei miRNA mediante Real-Time q-PCR in campioni di NSCLC in una coorte di pazienti con NSCLC metastatico trattati con Erlotinib dal 1° gennaio 2009 al 31 dicembre 2014 in 2°-3° linea dopo fallimento di almeno un ciclo di chemioterapia. I pazienti sottoposti a trattamento con erlotinib per almeno 6 mesi senza presentare progressione alla malattia sono stati definiti “responders” (n=8), gli altri “non-responders” (n=25). I risultati hanno mostrato che miR-7, -133b e -146a potrebbero essere coinvolti nella risposta al trat-tamento con Erlotinib. Le indagini funzionali sono state quindi concentrate su miR-133b, che ha mo-strato la maggiore espressione differenziale tra i due gruppi di pazienti. E 'stata quindi studiata la capacità di miR-133b di regolare l'espressione di EGFR in due linee di cellule del cancro del polmone (A549 e H1299). Sono stati determinati gli effetti di miR-133b sulla crescita cellulare. E’ stato anche analizzato il rapporto tra miR-133b e sensibilità a Erlotinib nelle cellule NSCLC. L'aumento di espressione di miR-133b ha portato ad una down-regolazione del recettore di EGF e del pathway di EGFR relativo alla linea cellulare A549. La linea cellulare H1299 era meno sensibili al miR-133b up-regulation, probabilmente a causa dell'esistenza di possibili meccanismi di resistenza e/o di com-pensazione. La combinazione di miR-133b ed Erlotinib ha aumentato l'efficacia del trattamento solo nella linea cellulare A549. Nel complesso, questi risultati indicano che miR-133b potrebbe aumentare / ripristinare la sensibilità di Erlotinib in una frazione di pazienti.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

Ruolo di Clusterina nella progressione del tumore prostatico

Clusterina (CLU) è una proteina ubiquitaria, presente nella maggior parte dei fluidi corporei e implicata in svariati processi fisiologici. Dalla sua scoperta fino ad oggi, CLU è risultata essere una proteina enigmatica, la cui funzione non è ancora stata compresa appieno. Il gene codifica per 3 varianti trascrizionali identificate nel database NCBI con i codici: NM_001831 (CLU 1 in questo lavoro di tesi), NR_038335 (CLU 2 in questo lavoro di tesi) e NR_045494 (CLU 3 in questo lavoro di tesi). Tutte le varianti sono trascritte come pre-mRNA contenenti 9 esoni e 8 introni e si differenziano per l’esone 1, la cui sequenza è unica e caratteristica di ogni variante. Sebbene in NCBI sia annotato che le varianti CLU 2 e CLU 3 non sono codificanti, tramite analisi bioinformatica è stato predetto che da tutti e tre i trascritti possono generarsi proteine di differente lunghezza e localizzazione cellulare. Tra tutte le forme proteiche ipotizzate, l’unica a essere stata isolata e sequenziata è quella tradotta dall’AUG presente sull’esone 2 che dà origine a una proteina di 449 aminoacidi. Il processo di maturazione prevede la formazione di un precursore citoplasmatico (psCLU) che subisce modificazioni post-traduzionali tra cui formazione di ponti disolfuro, glicosilazioni, taglio in due catene denominate β e α prima di essere secreta come eterodimero βα (sCLU) nell’ambiente extracellulare, dove esercita la sua funzione di chaperone ATP-indipendente. Oltre alla forma extracellulare, è possibile osservare una forma intracellulare con localizzazione citosolica la cui funzione non è stata ancora completamente chiarita. Questo lavoro di tesi si è prefissato lo scopo di incrementare le conoscenze in merito ai trascritti CLU 1 e CLU 2 e alla loro regolazione, oltre ad approfondire il ruolo della forma citosolica della proteina in relazione al signaling di NF-kB che svolge un ruolo importante nel processo di sviluppo e metastatizzazione del tumore. Nella prima parte, uno screening di differenti linee cellulari, quali cellule epiteliali di prostata e di mammella, sia normali sia tumorali, fibroblasti di origine polmonare e linfociti di tumore non-Hodgkin, ha permesso di caratterizzare i trascritti CLU 1 e CLU 2. Dall’analisi è emerso che la sequenza di CLU 1 è più corta al 5’ rispetto a quella depositata in NCBI con l’identificativo NM_001831 e il primo AUG disponibile per l’inizio della traduzione è localizzato sull’esone 2. È stato dimostrato che CLU 2, al contrario di quanto riportato in NCBI, è tradotto in proteina a partire dall’AUG presente sull’esone 2, allo stesso modo in cui viene tradotto CLU 1. Inoltre, è stato osservato che i livelli d’espressione dei trascritti variano notevolmente tra le diverse linee cellulari e nelle cellule epiteliali CLU 2 è espressa sempre a bassi livelli. In queste cellule, l’espressione di CLU 2 è silenziata per via epigenetica e la somministrazione di farmaci capaci di rendere la cromatina più accessibile, quali tricostatina A e 5-aza-2’-deossicitidina, è in grado di incrementarne l’espressione. Nella seconda parte, un’analisi bioinformatica seguita da saggi di attività in vitro in cellule epiteliali prostatiche trattate con farmaci epigenetici, hanno permesso di identificare, per la prima volta in uomo, una seconda regione regolatrice denominata P2, capace di controllare l’espressione di CLU 2. Rispetto a P1, il classico promotore di CLU già ampiamente studiato da altri gruppi di ricerca, P2 è un promotore debole, privo di TATA box, che nelle cellule epiteliali prostatiche è silente in condizioni basali e la cui attività incrementa in seguito alla somministrazione di farmaci epigenetici capaci di alterare le modificazioni post-traduzionali delle code istoniche nell’intorno di P2. Ne consegue un rilassamento della cromatina e un successivo aumento di trascrizione di CLU 2. La presenza di un’isola CpG differentemente metilata nell’intorno di P1 spiegherebbe, almeno in parte, i differenti livelli di espressione di CLU che si osservano tra le diverse linee cellulari. Nella terza parte, l’analisi del pathway di NF-kB in un modello sperimentale di tumore prostatico in cui CLU è stata silenziata o sovraespressa, ha permesso di capire come la forma citosolica di CLU abbia un ruolo inibitorio nei confronti dell’attività del fattore trascrizionale NF-kB. CLU inibisce la fosforilazione e l’attivazione di p65, il membro più rappresentativo della famiglia NF-kB, con conseguente riduzione della trascrizione di alcuni geni da esso regolati e coinvolti nel rimodellamento della matrice extracellulare, quali l’urochinasi attivatrice del plasminogeno, la catepsina B e la metallo proteinasi 9. È stato dimostrato che tale inibizione non è dovuta a un’interazione fisica diretta tra CLU e p65, per cui si suppone che CLU interagisca con uno dei componenti più a monte della via di segnalazione responsabile della fosforilazione ed attivazione di p65.

Behavioral expression of emotions and non-invasive assessment of physiological correlates in dogs (Canis familiaris)

The aim of this thesis was to validate the use of infrared thermography (IRT) to non-invasively measure emotional reactions to different situations in pet dogs (Canis familiaris). A preliminary test, aimed to evaluate the correlation between eye-temperature and rectal temperature in dog, was performed. Then, in three different situations, negative (veterinary visit), positive (palatable food rewards), and mildly stressing followed by mildly positive (separation from and reunion with the owner), variations in heat emitted from lacrimal caruncle (referred to as eye temperature) were measured with an infrared thermographic camera. In addition, heart rate and heart rate variability parameters were collected using a non-invasive heart rate monitor designed for human use and validated on dogs. All experiments were video recorded to allow behavioral coding. During the negative situation dogs’ level of activity and stress related behaviors varied across compared to the baseline and dogs showed an increase in eye temperature despite having a significant decrease in the level of activity. The positive situation was characterized by a peak in eye temperature and mean HR and dogs engaged in behaviors indicating a positive arousal, focusing on food treats and tail wagging but there were not variations in HRV during stimulation but only an increment in SDNN immediately after the stimulus. In the separation from and reunion with the owner dogs’ eye temperature and mean HR did not vary neither in the stressful nor in the positive situations, RMSSD increased after the positive episode, SDNN dropped during the two stimulations and it increased after the stimulations. During the separation from the owner dogs were mainly directed to the door or to the experimenter while during the reunion with the owner dogs were focused mainly on the owner and on the environment, exhibiting safe base effect. A different approach was used to assess the welfare of shelter dogs. Dogs were implanted with a telemeter and after implantation dogs were housed in sequence in four different situations lasting 1 week: alone, alone with toys and a stretch cot for sleeping, with an unknown, spayed, female, and alone with a daily 2-hours interaction with an experimenter. Two different approaches were tried: partially random extracted fragments from every week, behaviors from 8 a.m. to 4 p.m. were continuous during baseline and the female situation. Results showed different reactions by dogs to the different situations and interestingly not all enrichments were enjoyed by the dogs improving their welfare. Overall results suggest that IRT may represent a useful tool to investigate emotional reactions in dogs. Nevertheless, further research is needed to establish the specificity and sensivity of IRT in this context and to assess how different dogs’ characteristics, breed, previous experience and the valence and arousal elicited by the stimulus could influence the magnitude and type of the response. The role of HRV in understanding emotional valence and the one of telemeters in understanding long-term effects on sheltered dogs’ welfare is also discussed.