Circadian gating of cell division in cyanobacteria growing with average doubling times of less than 24 hours.

To ascertain whether the circadian oscillator in the prokaryotic cyanobacterium Synechococcus PCC 7942 regulates the timing of cell division in rapidly growing cultures, we measured the rate of cell division, DNA content, cell size, and gene expression (monitored by luminescence of the PpsbAI::luxAB reporter) in cultures that were continuously diluted to maintain an approximately equal cell density. We found that populations dividing at rates as rapid as once per 10 h manifest circadian gating of cell division, since phases in which cell division slows or stops recur with a circadian periodicity. The data clearly show that Synechococcus cells growing with doubling times that are considerably faster than once per 24 h nonetheless express robust circadian rhythms of cell division and gene expression. Apparently Synechococcus cells are able to simultaneously sustain two timing circuits that express significantly different periods.

Expression of hyaluronidase by tumor cells induces angiogenesis in vivo.

Hyaluronic acid is a proteoglycan present in the extracellular matrix and is important for the maintenance of tissue architecture. Depolymerization of hyaluronic acid may facilitate tumor invasion. In addition, oligosaccharides of hyaluronic acid have been reported to induce angiogenesis. We report here that a hyaluronidase similar to the one on human sperm is expressed by metastatic human melanoma, colon carcinoma, and glioblastoma cell lines and by tumor biopsies from patients with colorectal carcinomas, but not by tissues from normal colon. Moreover, angiogenesis is induced by hyaluronidase+ tumor cells but not hyaluronidase- tumor cells and can be blocked by an inhibitor of hyaluronidase. Tumor cells thus use hyaluronidase as one of the "molecular saboteurs" to depolymerize hyaluronic acid to facilitate invasion. As a consequence, breakdown products of hyaluronic acid can further promote tumor establishment by inducing angiogenesis. Hyaluronidase on tumor cells may provide a target for anti-neoplastic drugs.

Characterization of the transforming activity of p80, a hyperphosphorylated protein in a Ki-1 lymphoma cell line with chromosomal translocation t(2;5).

We have molecularly cloned a cDNA encoding a protein uniquely expressed and hyperphosphorylated at tyrosine residues in a Ki-1 lymphoma cell that contained chromosomal translocation t(2;5). The encoded protein p80 was shown to be generated by fusion of a protein-tyrosine kinase and a nucleolar protein B23/nucleophosmin (NPM). The coding sequence of this cDNA turned out to be virtually identical to that of the fusion cDNA for NPM-anaplastic lymphoma kinase (ALK) previously cloned from the transcript of the gene at the breakpoint of the same translocation. Overexpression of p80 in NIH 3T3 cells induced neoplastic transformation, suggesting that the p80 kinase is aberrantly activated. The normal form of p80 was predicted to be a receptor-type tyrosine kinase on the basis of its sequence similarity to the insulin receptor family of kinases. However, an immunofluorescence study using COS cells revealed that p80 was localized to the cytoplasm. Thus, subcellular translocation and activation of the tyrosine kinase presumably by its structural alteration would cause the malignant transformation. We also showed that a mutant p80 lacking the NPM portion was unable to transform NIH 3T3 cells. Thus, the NPM sequence is essential for the transforming activity, suggesting that the chromosomal translocation is responsible for the oncogenesis. Finally, Shc and insulin receptor substrate 1 (IRS-1) were tyrosine-phosphorylated and bound to p80 in p80-transformed cells. However, mutants of p80 that were defective for binding to and phosphorylation of Shc and insulin receptor substrate 1 could transform NIH 3T3 cells. Association of these mutants with GRB2 was still observed, suggesting that interaction of p80 with GRB2 but not with Shc or IRS-1 was relevant for cell transformation.

Targeted gene disruption of Hsp70-2 results in failed meiosis, germ cell apoptosis, and male infertility.

In addition to the five 70-kDa heat shock proteins (HSP70) common to germ cells and somatic tissues of mammals, spermatogenic cells synthesize HSP70-2 during meiosis. To determine if this unique stress protein has a critical role in meiosis, we used gene-targeting techniques to disrupt Hsp70-2 in mice. Male mice homozygous for the mutant allele (Hsp70-2 -/-) did not synthesize HSP70-2, lacked postmeiotic spermatids and mature sperm, and were infertile. However, neither meiosis nor fertility was affected in female Hsp70-2 -/- mice. We previously found that HSP70-2 is associated with synaptonemal complexes in the nucleus of meiotic spermatocytes from mice and hamsters. While synaptonemal complexes assembled in Hsp70-2 -/- spermatocytes, structural abnormalities became apparent in these cells by late prophase, and development rarely progressed to the meiotic divisions. Furthermore, analysis of nuclei and genomic DNA indicated that the failure of meiosis in Hsp70-2 -/- mice was coincident with a dramatic increase in spermatocyte apoptosis. These results suggest that HSP70-2 participates in synaptonemal complex function during meiosis in male germ cells and is linked to mechanisms that inhibit apoptosis.

Targeted disruption of gp130, a common signal transducer for the interleukin 6 family of cytokines, leads to myocardial and hematological disorders.

gp130 is a ubiquitously expressed signal-transducing receptor component shared by interleukin 6, interleukin 11, leukemia inhibitory factor, oncostatin M, ciliary neurotrophic factor, and cardiotrophin 1. To investigate physiological roles of gp130 and to examine pathological consequences of a lack of gp130, mice deficient for gp130 have been prepared. Embryos homozygous for the gp130 mutation progressively die between 12.5 days postcoitum and term. On 16.5 days postcoitum and later, they show hypoplastic ventricular myocardium without septal and trabecular defect. The subcellular ultrastructures in gp130-/- cardiomyocytes appear normal. The mutant embryos have greatly reduced numbers of pluripotential and committed hematopoietic progenitors in the liver and differentiated lineages such as T cells in the thymus. Some gp130-/- embryos show anemia due to impaired development of erythroid lineage cells. These results indicate that gp130 plays a crucial role in myocardial development and hematopoiesis during embryogenesis.

Drosophila hormone receptor 38: a second partner for Drosophila USP suggests an unexpected role for nuclear receptors of the nerve growth factor-induced protein B type.

In Drosophila the response to the hormone ecdysone is mediated in part by Ultraspiracle (USP) and ecdysone receptor (EcR), which are members of the nuclear receptor superfamily. Heterodimers of these proteins bind to ecdysone response elements (EcREs) and ecdysone to modulate transcription. Herein we describe Drosophila hormone receptor 38 (DHR38) and Bombyx hormone receptor 38 (BHR38), two insect homologues of rat nerve growth factor-induced protein B (NGFI-B). Although members of the NGFI-B family are thought to function exclusively as monomers, we show that DHR38 and BHR38 in fact interact strongly with USP and that this interaction is evolutionarily conserved. DHR38 can compete in vitro against EcR for dimerization with USP and consequently disrupt EcR-USP binding to an EcRE. Moreover, transfection experiments in Schneider cells show that DHR38 can affect ecdysone-dependent transcription. This suggests that DHR38 plays a role in the ecdysone response and that more generally NGFI-B type receptors may be able to function as heterodimers with retinoid X receptor type receptors in regulating transcription.

Activation of Stat5 by interleukin 2 requires a carboxyl-terminal region of the interleukin 2 receptor beta chain but is not essential for the proliferative signal transmission.

The high-affinity interleukin 2 (IL-2) receptor (IL-2R) consists of three subunits: the IL-2R alpha, IL-2R beta c, and IL-2R gamma c chains. Two members of the Janus kinase family, Jak1 and Jak3, are associated with IL-2R beta c and IL-2R gamma c, respectively, and they are activated upon IL-2 stimulation. The cytokine-mediated Jak kinase activation usually results in the activation of a family of latent transcription factors termed Stat (signal transducer and activator of transcription) proteins. Recently, the IL-2-induced Stat protein was purified from human lymphocytes and found to be the homologue of sheep Stat5/mammary gland factor. We demonstrate that the human Stat5 is activated by IL-2 and that Jak3 is required for the efficient activation. The cytoplasmic region of the IL-2R beta c chain required for activation of Stat5 is mapped within the carboxyl-terminal 147 amino acids. On the other hand, this region is not essential for IL-2-induced cell proliferation.

Refinement of odor molecule tuning by dendrodendritic synaptic inhibition in the olfactory bulb.

Mitral/tufted cells (M/T cells) and granule cells form reciprocal dendrodendritic synapses in the main olfactory bulb; the granule cell is excited by glutamate from the M/T cell and in turn inhibits M/T cells by gamma-aminobutyrate. The trans-synaptically excited granule cell is thought to induce lateral inhibition in neighboring M/T cells and to refine olfactory information. It remains, however, elusive how significantly and specifically this synaptic regulation contributes to the discrimination of different olfactory stimuli. This investigation concerns the mechanism of olfactory discrimination by single unit recordings of responses to a series of normal aliphatic aldehydes from individual rabbit M/T cells. This analysis revealed that inhibitory responses are evoked in a M/T cell by a defined subset of odor molecules with structures closely related to the excitatory odor molecules. Furthermore, blockade of the reciprocal synaptic transmission by the glutamate receptor antagonist or the gamma-aminobutyrate receptor antagonist markedly suppressed the odor-evoked inhibition, indicating that the inhibitory responses are evoked by lateral inhibition via the reciprocal synaptic transmission. The synaptic regulation in the olfactory bulb thus greatly enhances the tuning specificity of odor responses and would contribute to discrimination of olfactory information.

L’abilità di perspective taking : un training per bambini in età prescolare in differenti contesti

Elemento centrale della presente tesi dottorale è il costrutto di perspective taking, definibile come l’abilità, emergente nei bambini intorno a 4-5 anni, di assumere la prospettiva altrui secondo tre differenti dimensioni: emotiva, cognitiva e percettiva (Bonino, Lo Coco, Tani, 1998; Moll e Meltzoff, 2011). Dalla letteratura emerge come il perspective taking, in quanto abilità di comprensione sociale, rivesta un ruolo adattivo e sia fondamentale per lo sviluppo, non solo intellettivo, ma anche per la formazione di adeguate capacità relazionali e sociali (Jenkins e Astington, 2000; Weil et al., 2011). Sulla base di tali considerazioni, alcuni ricercatori si sono interrogati sulla possibilità di insegnare questa abilità, elaborando specifiche e differenti procedure di intervento finalizzate ad incrementare l’abilità di perspective taking sia in bambini a sviluppo normativo (Cigala e Mori, 2015), sia in gruppi di bambini a sviluppo atipico (Fisher e Happé, 2005; Heagle e Rehfeldt, 2006; Paynter e Peterson, 2012). A partire da una prospettiva teorica socio-costruzionista, secondo cui l’acquisizione del perspective taking si configura come un’impresa di co-costruzione continua, all’interno di interazioni quotidiane con figure significative per il bambino, si è deciso di analizzare il perspective taking non solo in relazione a variabili individuali (genere, età del bambino, regolazione emotiva, abilità sociali) ma anche e soprattutto a variabili contestuali quali le caratteristiche del contesto familiare (caratteristiche disposizionali e stili genitoriali di socializzazione emotiva, presenza di fratelli). Sono stati in particolare indagati un contesto familiare normativo ed uno caratterizzato da maltrattamento psicologico, contrassegnato dalla reiterazione di comportamenti inadeguati (critiche svalutanti, denigrazione, umiliazione, minacce verbali, indifferenza) nei confronti del minore, che convogliano sul bambino l’idea di non essere amato e di avere poco valore. Con i termini “a sviluppo tipico” si intendono i bambini per i quali non sussista una diagnosi clinica e con quelli di “famiglie normative” ci si riferisce a nuclei per i quali non ci siano state segnalazioni da parte dei Servizi Educativi e Sociali di riferimento, indipendentemente dalle caratteristiche della composizione del nucleo familiare (nucleare, estesa, multipla, ricostituita o ricomposta). Tale studio rientra in un ampio progetto di ricerca e formazione che ha coinvolto più di 250 prescolari frequentanti 8 scuole dell’infanzia e 15 comunità terapeutiche e di accoglienza mamma-bambino, situate in differenti province del Nord Italia. Il gruppo dei partecipanti alla ricerca si è composto di 256 bambini in età prescolare, compresa quindi tra 3 e 5 anni (M=54,39; DS=5,705): 128 maschi (M=54,08; DS=5,551) e 128 femmine (M=54,70; DS=5,860). In particolare, 213 bambini appartenevano a famiglie normative e 43 a nuclei familiari caratterizzati dalla presenza di maltrattamento psicologico. Oltre ai bambini, la ricerca ha previsto il coinvolgimento di 155 coppie di genitori, 43 madri ospitate in comunità, 18 insegnanti e 30 operatori. Obiettivo centrale è stato l’indagine della possibilità di poter promuovere il perspective taking in bambini di età prescolare a sviluppo tipico appartenenti a due differenti tipologie di contesto familiare (normativo e psicologicamente maltrattante), attraverso l’applicazione di uno specifico percorso di training di natura “ecologica” all’interno della scuola dell’infanzia e della comunità, assimilabile a quelli di tipo evidence based. In particolare è stata prevista una procedura quasi sperimentale di tipo pre-test, training, post-test e follow-up. Dopo una preliminare valutazione dello sviluppo del perspective taking nelle sue tre componenti, in bambini appartenenti ad entrambi i contesti, si è voluto verificare l’esistenza di eventuali relazioni tra questa abilità ed alcune capacità socio-emotive dei bambini, con particolare riferimento alla disposizione prosociale, rilevate nel contesto scolastico attraverso differenti metodologie (osservazioni dirette non partecipanti, questionari self report compilati dalle insegnanti). Inoltre, data l’importanza del contesto familiare per lo sviluppo di tale abilità, la ricerca ha avuto lo scopo di verificare l’esistenza di eventuali relazioni tra le abilità di perspective taking mostrate dai bambini e gli stili di socializzazione emotiva delle figure familiari, caratteristiche di entrambi i contesti (maltrattante e non maltrattante). È stato inoltre previsto uno studio di confronto tra i due campioni rispetto alle dimensioni indagate. I risultati ottenuti sono stati particolarmente interessanti. Innanzitutto, le esperienze di training hanno determinato, in entrambi i contesti, miglioramenti nell’abilità dei prescolari di mettersi nei panni altrui. Tale training ha inoltre dimostrato effetti positivi sulla competenza sociale dei bambini, che, a seguito del percorso, hanno manifestato un incremento dei comportamenti prosociali ed una diminuzione di quelli aggressivi. Per lo studio in contesto normativo, è stato inoltre dimostrato un mantenimento delle abilità acquisite a seguito del training attraverso un follow-up a distanza di 4 mesi dal termine dell’intervento. Il positivo esito di tale percorso sembra quindi rappresentare un’importante risorsa per i prescolari, soprattutto in caso di situazioni in cui l’abilità di perspective taking risulti deficitaria. Il confronto dei due gruppi a seguito del training ha evidenziato come non siano emerse differenze significative, rispetto al perspective taking, ad eccezione della dimensione emotiva, in cui le prestazioni dei prescolari maltrattati sono risultate inferiori, come già evidenziato prima del training. Tali risultati non giungono però inaspettati, poiché, sebbene il percorso abbia agito significativamente sull’abilità di comprensione delle emozioni altrui di questi bambini, non si configura come sufficiente a ristrutturare così profondamente le problematiche presentate. Interessanti sono stati altresì i risultati ottenuti dall’analisi degli stili di socializzazione emotiva, dei genitori (madri e padri) dei prescolari non maltrattati e delle mamme dei bambini residenti in comunità. In particolare è emerso come, stili accettanti e di tipo coaching nei confronti delle emozioni negative dei bambini, siano positivamente correlati con il perspective taking dei figli, e come all’opposto, stili rifiutanti rispetto alle espressioni emotive negative dei propri bambini, mostrino correlazioni negative con le abilità di perspective taking dei figli. Oltre ad interessi di ordine teorico e metodologico, è possibile quindi affermare come, il presente lavoro di tesi, sia stato guidato da fini applicativi, affinché la ricerca scientifica possa tradursi in pratiche educative quotidiane da applicare ai contesti di vita significativi per i bambini.

Identification and characterization of periplasmic proteins implicated in the adaptation of Helicobacter pylori to the human gastric niche

Helicobacter pylori è un batterio Gram-negativo in grado di colonizzare la mucosa gastrica umana e persistere per l'intero arco della vita dell'ospite. E' associato a patologie gastrointestinali, quali gastrite cronica, ulcere gastriche e duodenali, adenocarcinomi e linfomi gastrici. Si tratta di uno dei patogeni più diffusi, presente in circa metà della popolazione mondiale, e il solo che si è adattato a vivere nell'ambiente ostile dello stomaco umano. Molteplici sono i fattori di virulenza che permettono al batterio la colonizzazione della nicchia gastrica e contribuiscono, anche attraverso l' induzione di una risposta infiammatoria, a profonde modificazioni dell' omeostasi gastrica. Queste ultime si associano, ad esempio, all'iperproduzione di fattori proinfiammatori, ad alterazioni sia della regolazione della secrezione acida gastrica sia del ciclo cellulare e della morte cellulare programmata (apoptosi) delle cellule epiteliali gastriche, a disordini nel metabolismo del ferro e a carenze di elementi essenziali. Studi sulla diversità genetica di H. pylori osservata in ceppi isolati da varie regioni del mondo, dimostrano che tale batterio ha avuto una coevoluzione col genere umano attraverso la storia, ed è verosimile che H. pylori sia stato un costituente del microbiota gastrico per almeno 50.000 anni. Scopo della tesi è stato quello di identificare e caratterizzare proteine importanti per la colonizzazione e l'adattamento di H. pylori alla nicchia gastrica. In particolare gli sforzi si sono concentrati su due proteine periplasmatiche, la prima coinvolta nella difesa antiossidante (l'enzima catalasi-like, HP0485), e la seconda nel trasporto di nutrienti presenti nell'ambiente dello stomaco all'interno della cellula (la componente solubile di un ABC transporter, HP0298). La strategia utilizzata prevede un'analisi bioinformatica preliminare, l'ottenimento del gene per amplificazione, mediante PCR, dal genoma dell'organismo, la costruzione di un vettore per il clonaggio, l'espressione eterologa in E. coli e la successiva purificazione. La proteina così ottenuta viene caratterizzata mediante diverse tecniche, quali spettroscopia UV, dicroismo circolare, gel filtrazione analitica, spettrometria di massa. Il capitolo 1 contiene un'introduzione generale sul batterio, il capitolo 2 e il capitolo 3 descrivono gli studi relativi alle due proteine e sono entrambi suddivisi in un abstract iniziale, un'introduzione, la presentazione dei risultati, la discussione di questi ultimi, i materiali e i metodi utilizzati. La catalasi-like (HP0485) è una proteina periplasmatica con struttura monomerica, appartenente ad una famiglia di enzimi a funzione per la maggior parte sconosciuta, ma evolutivamente correlati alla ben nota catalasi, attore fondamentale nella difesa di H. pylori, grazie alla sua azione specifica di rimozione dell'acqua ossigenata. HP0485, pur conservando il fold catalasico e il legame al cofattore eme, non può compiere la reazione di dismutazione dell'acqua ossigenata; possiede invece un'attività perossidasica ad ampio spettro, essendo in grado di accoppiare la riduzione del perossido di idrogeno all'ossidazione di diversi substrati. Come la catalasi, lavora ad alte concentrazioni di aqua ossigenata e non arriva a saturazione a concentrazioni molto elevate di questo substrato (200 mM); la velocità di reazione catalizzata rimane lineare anche a questi valori, aspetto che la differenzia dalle perossidasi che vengono in genere inattivate da concentrazioni di perossido di idrogeno superiori a 10-50 mM. Queste caratteristiche di versatilità e robustezza suggeriscono che la catalasi-like abbia un ruolo di scavenger dell'acqua ossigenata e probabilmente anche un'altra funzione connessa al suo secondo substrato, ossia l'ossidazione di composti nello spazio periplasmatico cellulare. Oltre alla caratterizzazione dell'attività è descritta anche la presenza di un ponte disolfuro, conservato nelle catalasi-like periplasmatiche, con un ruolo nell'assemblaggio dell'eme per ottenere un enzima attivo e funzionale. La proteina periplasmatica HP0298, componente di un sistema di trasporto ABC, è classificata come trasportatore di dipeptidi e appartiene a una famiglia di proteine in grado di legare diversi substrati, tra cui di- e oligopeptidi, nichel, eme, glutatione. Benchè tutte associate a trasportatori di membrana batterici, queste proteine presentano un dominio di legame al substrato che risulta essere conservato nei domini extracellulari di recettori specifici di mammifero e uomo. Un esempio sono i recettori ionotropici e metabotropici del sistema nervoso. Per caratterizzare questa proteina è stato messo a punto un protocollo di ligand-fishing accoppiato alla spettrometria di massa. La proteina purificata, avente un tag di istidine, è stata incubata con un estratto cellulare di H. pylori per poter interagire con il suo substrato specifico all'interno dell'ambiente naturale in cui avviene il legame. Il complesso proteina-ligando è stato poi purificato per cromatografia di affinità e analizzato mediante HPLC-MS. L'identificazione dei picchi differenziali tra campioni con la proteina e 5 campioni di controllo ha portato alla caratterizzazione di pentapeptidi particolarmente ricchi in aminoacidi idrofobici e con almeno un residuo carico negativamente. Considerando che H. pylori necessita di alcuni aminoacidi essenziali, per la maggior parte idrofobici, e che lo stomaco umano è particolarmente ricco di peptidi prodotti dalla digestione delle proteine introdotte con il cibo, il ruolo fisiologico di HP0298 potrebbe essere l'internalizzazione di peptidi, con caratteristiche specifiche di lunghezza e composizione, che sono naturalmente presenti nella nicchia gastrica.

Investigation of Pd nanoparticles supported on zeolites for hydrogen production from formic acid dehydrogenation

Catalysts based on palladium nanoparticles supported on different zeolites (BETA, ZSM-5 and Y) were prepared and their catalytic performance in formic acid dehydrogenation was studied. The effects of the zeolite structure and porous texture on the catalytic activity were investigated by comparing the behavior of these samples. The results revealed that the samples based on BETA zeolite are promising catalysts for this application.