A pore-lining glutamic acid in the olfactory cyclic nucleotide-gated channel controls external spermine block

Spermine is a potent, voltage-dependent blocker of the olfactory cyclic nucleotide-gated channel from both the intracellular and extracellular sides. However, its sites of action are unknown. This study investigated the external spermine binding site in the rat CNC alpha3 subunit. Neutralization of a glutamic acid residue (E342Q) in the P-loop region eliminated voltage-dependence of block by externally applied spermine. The charge-conservative E342D mutation had little effect on spermine block. Thus, E342 forms the binding site for externally applied spermine. However, spermine remained a potent voltage-independent blocker of the E342Q mutant channel, suggesting that the mutation either created a novel binding site outside the membrane electrical field or that it dramatically changed the properties of the existing pore site. (C) 2000 Elsevier Science Ireland Ltd. All rights reserved.

Sviluppo e applicazione di nuovi criteri per la verifica a fatica multiassiale di componenti strutturali in leghe di acciaio e alluminio

La presente Tesi ha per oggetto lo sviluppo e la validazione di nuovi criteri per la verifica a fatica multiassiale di componenti strutturali metallici . In particolare, i nuovi criteri formulati risultano applicabili a componenti metallici, soggetti ad un’ampia gamma di configurazioni di carico: carichi multiassiali variabili nel tempo, in modo ciclico e random, per alto e basso/medio numero di cicli di carico. Tali criteri costituiscono un utile strumento nell’ambito della valutazione della resistenza/vita a fatica di elementi strutturali metallici, essendo di semplice implementazione, e richiedendo tempi di calcolo piuttosto modesti. Nel primo Capitolo vengono presentate le problematiche relative alla fatica multiassiale, introducendo alcuni aspetti teorici utili a descrivere il meccanismo di danneggiamento a fatica (propagazione della fessura e frattura finale) di componenti strutturali metallici soggetti a carichi variabili nel tempo. Vengono poi presentati i diversi approcci disponibili in letteratura per la verifica a fatica multiassiale di tali componenti, con particolare attenzione all'approccio del piano critico. Infine, vengono definite le grandezze ingegneristiche correlate al piano critico, utilizzate nella progettazione a fatica in presenza di carichi multiassiali ciclici per alto e basso/medio numero di cicli di carico. Il secondo Capitolo è dedicato allo sviluppo di un nuovo criterio per la valutazione della resistenza a fatica di elementi strutturali metallici soggetti a carichi multiassiali ciclici e alto numero di cicli. Il criterio risulta basato sull'approccio del piano critico ed è formulato in termini di tensioni. Lo sviluppo del criterio viene affrontato intervenendo in modo significativo su una precedente formulazione proposta da Carpinteri e collaboratori nel 2011. In particolare, il primo intervento riguarda la determinazione della giacitura del piano critico: nuove espressioni dell'angolo che lega la giacitura del piano critico a quella del piano di frattura vengono implementate nell'algoritmo del criterio. Il secondo intervento è relativo alla definizione dell'ampiezza della tensione tangenziale e un nuovo metodo, noto come Prismatic Hull (PH) method (di Araújo e collaboratori), viene implementato nell'algoritmo. L'affidabilità del criterio viene poi verificata impiegando numerosi dati di prove sperimentali disponibili in letteratura. Nel terzo Capitolo viene proposto un criterio di nuova formulazione per la valutazione della vita a fatica di elementi strutturali metallici soggetti a carichi multiassiali ciclici e basso/medio numero di cicli. Il criterio risulta basato sull'approccio del piano critico, ed è formulato in termini di deformazioni. In particolare, la formulazione proposta trae spunto, come impostazione generale, dal criterio di fatica multiassiale in regime di alto numero di cicli discusso nel secondo Capitolo. Poiché in presenza di deformazioni plastiche significative (come quelle caratterizzanti la fatica per basso/medio numero di cicli di carico) è necessario conoscere il valore del coefficiente efficace di Poisson del materiale, vengono impiegate tre differenti strategie. In particolare, tale coefficiente viene calcolato sia per via analitica, che per via numerica, che impiegando un valore costante frequentemente adottato in letteratura. Successivamente, per validarne l'affidabilità vengono impiegati numerosi dati di prove sperimentali disponibili in letteratura; i risultati numerici sono ottenuti al variare del valore del coefficiente efficace di Poisson. Inoltre, al fine di considerare i significativi gradienti tensionali che si verificano in presenza di discontinuità geometriche, come gli intagli, il criterio viene anche esteso al caso dei componenti strutturali intagliati. Il criterio, riformulato implementando il concetto del volume di controllo proposto da Lazzarin e collaboratori, viene utilizzato per stimare la vita a fatica di provini con un severo intaglio a V, realizzati in lega di titanio grado 5. Il quarto Capitolo è rivolto allo sviluppo di un nuovo criterio per la valutazione del danno a fatica di elementi strutturali metallici soggetti a carichi multiassiali random e alto numero di cicli. Il criterio risulta basato sull'approccio del piano critico ed è formulato nel dominio della frequenza. Lo sviluppo del criterio viene affrontato intervenendo in modo significativo su una precedente formulazione proposta da Carpinteri e collaboratori nel 2014. In particolare, l’intervento riguarda la determinazione della giacitura del piano critico, e nuove espressioni dell'angolo che lega la giacitura del piano critico con quella del piano di frattura vengono implementate nell'algoritmo del criterio. Infine, l’affidabilità del criterio viene verificata impiegando numerosi dati di prove sperimentali disponibili in letteratura.

Microarray analysis of expression of cell death-associated genes in rat spinal cord cells exposed to cyclic tensile stresses in vitro

The application of mechanical insults to the spinal cord results in profound cellular and molecular changes, including the induction of neuronal cell death and altered gene expression profiles. Previous studies have described alterations in gene expression following spinal cord injury, but the specificity of this response to mechanical stimuli is difficult to investigate in vivo. Therefore, we have investigated the effect of cyclic tensile stresses on cultured spinal cord cells from E15 Sprague-Dawley rats, using the FX3000 Flexercell Strain Unit. We examined cell morphology and viability over a 72 hour time course. Microarray analysis of gene expression was performed using the Affymetrix GeneChip System, where categorization of identified genes was performed using the Gene Ontology (GO) and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) systems. Changes in expression of 12 genes were validated with quantitative real-time reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR).

Mechanical stimulation alters pleiotrophin and aggrecan expression by human intervertebral disc cells and influences their capacity to stimulate endothelial migration

Study Design. The influence of mechanical load on pleiotrophin (PTM) and aggrecan expression by intervertebral disc (IVD) cells, and the effects of disc cell conditioned medium on endothelial cell migration was investigated. Objective. To examine possible interactions of mechanical loads and known pro- and antiangiogenic factors, which may regulate disc angiogenesis during degeneration. Summary of Background Data. Pleiotrophin expression can be influenced by mechanical stimulation and has been associated with disc vascularization. Disc aggrecan inhibits endothelial cell migration, suggesting an antiangiogenic role. A possible interplay between these factors is unknown. Methods. The influence of the respective predominant load (cyclic strain for anulus fibrosus and hydrostatic pressure for nucleus pulposus cells) on PTN and aggrecan expression by IVD cells was determined by real-time RT-PCR and Western blotting (PTN only). The effects of IVD cell conditioned medium on endothelial cell migration were analyzed in a bioassay using human microvascular endothelial (HMEC-1) cells. Results. Application of both mechanical loads resulted in significant alterations of gene expression of PTN (+67%, P = 0.004 in anulus cells; +29%, P = 0.03 in nucleus cells) and aggrecan (+42%, P = 0.03 in anulus cells, -25%, P = 0.03 in nucleus cells). These effects depended on the cell type, the applied load, and timescale. Conditioned media of nucleus pulposus cells enhanced HMEC-1 migration, but this effect was diminished after 2.5 MPa hydrostatic pressure, when aggrecan expression was diminished, but not 0.25 MPa, when expression levels were unchanged. Conclusion. Mechanical loading influences PTN expression by human IVD cells. Conditioned media from nucleus pulposus cell cultures stimulated HMEC-1 endothelial cell migration. This study demonstrates that the influence of mechanical loads on vascularization of the human IVD is likely to be complex and does not correlate simply with altered expression of known pro- and antiangiogenic factors.

Selective recognition of cyclic GMP using a fluorescence-based molecularly imprinted polymer

Guanosine 3′,5′-cyclic monophosphate (cGMP) plays a role as a second messenger in many different biological systems. Given the ubiquitous nature of cGMP, a simple method of detecting cGMP is of interest. To that end a fluorescent polymer with recognition sites for cGMP has been prepared. Its selectivity and sensitivity were investigated and a dose-dependant decrease in fluorescence of the polymer in the presence of cGMP was observed. In contrast, virtually no effect was detected upon application of the structurally similar molecules, guanosine 5′-monophosphate (GMP) and adenosine 3′,5′-cyclic monophosphate (cAMP), thus demonstrating the high selectivity of this polymer. The association constant for the binding of cGMP to the imprinted polymer was determined in order of 3 × 10 5 M -1. A fluorescent, molecularly imprinted polymer that selectively recognises cGMP may have a useful application as a fluorescent chemosensor for cGMP detection in biological samples.

Depolarisation and suppression of burst firing activity in the mouse subthalamic nucleus by dopamine D1/D5 receptor activation of a cyclic-nucleotide gated non-specific cation conductance

Neuronal burst firing in the subthalamic nucleus (STN) is one of the hallmarks of dopamine depletion in Parkinson's disease. Here, we have determined the postsynaptic effects of dopamine in the STN and the functional consequences of dopamine receptor modulation on burst firing in vitro. STN cells displayed regular spiking activity at a rate of 7.9 +/- 0.5 Hz. Application of dopamine (30 mu M) induced membrane depolarisations accompanied by an increase in firing rate of mean 12.0 +/- 0.6 Hz in all 69 cells. The dopamine effect was mimicked by the dopamine D1/D5 receptor agonist SKF38393 (10 mu M, 17 cells) and the dopamine D2-like receptor agonist quinpirole (10 mu M, 35 cells), partly reduced by D1/D5 antagonist SCH23390 (2 mu M, seven cells), but unaffected by the D2 antagonists sulpiride (10 mu M, seven cells) or eticlopride (10 mu M, six cells). Using voltage ramps, dopamine induced an inward current of 69 +/- 9.4 pA at a holding potential of -60 mV (n = 17). This current was accompanied by an increase in input conductance of 1.55 +/- 0.35 nS which reversed at -30.6 +/- 2.3 mV, an effect mimicked by SKF38393 (10 AM, nine cells). Similar responses were observed when measuring instantaneous current evoked by voltage steps and in the presence of the I-h blocker, ZD7288, indicating effects independent of I-h. The increase in conductance was blocked by SCH23390 (2 mu M, n = 4), mimicked by the activator of adenylyl cyclase forskolin (10 mu M, n = 7) and blocked by H-89, an inhibitor of cyclic AMP dependent protein kinase A (10 PM, n = 6). These results indicate that the dopamine depolarisation is in part mediated by D1/D5 receptor mediated activation of a cyclic-nucleotide gated (CNG) non-specific cation conductance. This conductance contributes to the membrane depolarisation that changes STN neuronal bursting to more regular activity by significantly increasing burst duration and number of spikes per burst.

Organic reactions in ionic liquids: N-alkylation of cyclic imides with alkyl halides promoted by potassium fluoride

An ionic liquid based on 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate is used as an efficient reusable reaction medium in the N-alkylation of cyclic imides with alkyl halides promoted by fluoride ion.