Genetic and environmental factors associated with cardiovascular diseases and acute myocardial infarction

Acute myocardial infarction (AMI) is a multifactorial disease with a complex pathogenesis where lifestyle, individual genetic background and environmental risk factors are involved. Altered inflammatory responses seems to be implicated in the pathogenesis of atherosclerosis. To understand which genes may predispose to increased risk of cardiovascular disease gene polymorphism of immune regulatory genes, and clinical events from the Offs of parents with an early AMI were investigated. Genetics data from Offs were compared with those obtained from healthy subjects and an independent cohort of patients with clinical sporadic AMI. Rates of clinical events during a 24 years follow up from Offs and from an independent Italian population survey were also evaluated. This study showed that a genetic signature consisting of the concomitant presence of the CC genotype of VEGF, the A allele of IL-10 and the A allele of IFN-γ was indeed present in the Offs population. During the 24-year follow-up, Offs with a positive familiarity in spite of a relatively young age showed an increased prevalence of diabetes, ischemic heart disease and stroke. In these patients with the genetic signature the EBV and HHV-6 herpes virus were also investigated and founded. These findings reinforce the notion that subjects with a familial history of AMI are at risk of an accelerated aging of cardiovascular system resulting in cardiovascular events. These data suggest that selected genes with immune regulatory functions and envoronmental factors are part of the complex genetic background contributing to familiarity for cardiovascular diseases.N

Utilizzo di algoritmi genetici nell'ambito della bioingegneria: Applicazione alla identificazione di modelli cardiaci

In questo studio sarà trattato lo sviluppo degli algoritmi genetici, uno strumento di calcolo nato ispirandosi alle leggi Darwiniane sull’evoluzione naturale. Questi algoritmi, le cui basi furono introdotte a partire dagli anni '40, mirano alla risoluzione di una vasta categoria di problemi computazionali utilizzando un approccio differente, basato sulle regole di mutazione e ricombinazione proprie della genetica. Essi permettono infatti di valutare delle soluzioni di partenza e, grazie alle variazioni introdotte dalla modifica casuale o dalla ricombinazione di queste, crearne di nuove nel tentativo di convergere verso soluzioni ottimali. Questo studio si propone come una descrizione di questo strumento, dei suoi sviluppi e delle sue potenzialità in ambito bioingegneristico, focalizzandosi sul suo utilizzo recente nell’ identificazione parametrica di modelli cardiaci.

Landscape ecology and genetics of the wolf in Italy

This PhD Thesis includes five main parts on diverse topics. The first two parts deal with the trophic ecology of wolves in Italy consequently to a recent increase of wild ungulates abundance. Data on wolf diet across time highlighted how wild ungulates are important food resource for wolves in Italy. Increasing wolf population, increasing numbers of wild ungulates and decreasing livestock consume are mitigating wolf-man conflicts in Italy in the near future. In the third part, non-invasive genetic sampling techniques were used to obtain genotypes and genders of about 400 wolves. Thus, wolf packs were genetically reconstructed using diverse population genetic and parentage software. Combining the results on pack structure and genetic relatedness with sampling locations, home ranges of wolf packs and dispersal patterns were identified. These results, particularly important for the conservation management of wolves in Italy, illustrated detailed information that can be retrieved from genetic identification of individuals. In the fourth part, wolf locations were combined with environmental information obtained as GIS-layers. Modern species distribution models (niche models) were applied to infer potential wolf distribution and predation risk. From the resulting distribution maps, information pastures with the highest risk of depredation were derived. This is particularly relevant as it allows identifying those areas under danger of carnivore attack on livestock. Finally, in the fifth part, habitat suitability models were combined with landscape genetic analysis. On one side landscape genetic analyses on the Italian wolves provided new information on the dynamics and connectivity of the population and, on the other side, a profound analysis of the effects that habitat suitability methods had on the parameterization of landscape genetic analyses was carried out to contributed significantly to landscape genetic theory.

Investigating the role of Copy Number Variants in Specific Language Impairment and identification of new candidate genes

Specific language impairment (SLI) is a complex neurodevelopmental disorder defined as an unexpected failure to develop normal language abilities for no obvious reason. Copy number variants (CNVs) are an important source of variation in the susceptibility to neuropsychiatric disorders. Therefore, a CNV study within SLI families was performed to investigate the role of structural variants in SLI. Among the identified CNVs, we focused on CNVs on chromosome 15q11-q13, recurrently observed in neuropsychiatric conditions, and a homozygous exonic microdeletion in ZNF277. Since this microdeletion falls within the AUTS1 locus, a region linked to autism spectrum disorders (ASD), we investigated a potential role of ZNF277 in SLI and ASD. Frequency data and expression analysis of the ZNF277 microdeletion suggested that this variant may contribute to the risk of language impairments in a complex manner, that is independent of the autism risk previously described in this region. Moreover, we identified an affected individual with a dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD) deficiency, caused by compound heterozygosity of two deleterious variants in the gene DPYD. Since DPYD represents a good candidate gene for both SLI and ASD, we investigated its involvement in the susceptibility to these two disorders, focusing on the splicing variant rs3918290, the most common mutation in the DPD deficiency. We observed a higher frequency of rs3918290 in SLI cases (1.2%), compared to controls (~0.6%), while no difference was observed in a large ASD cohort. DPYD mutation screening in 4 SLI and 7 ASD families carrying the splicing variant identified six known missense changes and a novel variant in the promoter region. These data suggest that the combined effect of the mutations identified in affected individuals may lead to an altered DPD activity and that rare variants in DPYD might contribute to a minority of cases, in conjunction with other genetic or non-genetic factors.

Conservation genetics of European wildcat (Felis silvestris silvestris): a wide and integrating analysis protocol for admixture inferences and population structure

Introgression of domestic cat genes into European wildcat (Felis silvestris silvestris) populations and reduction of wildcats’ range in Europe, leaded by habitat loss and fragmentation, are considered two of the main conservation problems for this endangered feline. This thesis addressed the questions related with the artificial hybridization and populations’ fragmentation, using a conservation genetics perspective. We combined the use of highly polymorphic loci, Bayesian statistical inferences and landscape analyses tools to investigate the origin of the geographic-genetic substructure of European wildcats (Felis silvestris silvestris) in Italy and Europe. The genetic variability of microsatellites evidenced that European wildcat populations currently distributed in Italy differentiated in, and expanded from two distinct glacial refuges during the Last Glacial Maximum. The genetic and geographic substructure detected between the eastern and western sides of the Apennine ridge, resulted by adaptation to specific ecological conditions of the Mediterranean habitats. European wildcat populations in Europe are strongly structured into 5 geographic-genetic macro clusters corresponding to: the Italian peninsular & Sicily; Balkans & north-eastern Italy; Germany eastern; central Europe; and Iberian Peninsula. Central European population might have differentiated in the extra-Mediterranean Würm ice age refuge areas (Northern Alps, Carpathians, and the Bulgarian mountain systems), while the divergence among and within the southern European populations might have resulted by the Pleistocene bio geographical framework of Europe, with three southern refugia localized in the Balkans, Italian Peninsula and Iberia Peninsula. We further combined the use of most informative autosomal SNPs with uniparental markers (mtDNA and Y-linked) for accurately detecting parental genotypes and levels of introgressive hybridization between European wild and domestic cats. A total of 11 hybrids were identified. The presence of domestic mitochondrial haplotypes shared with some wild individuals led us to hypnotize the possibility that ancient introgressive events might have occurred and that further investigation should be recommended.

Drosophila melanogaster as a model to study host-parasitoid interactions: the case of the polydnaviral protein TnBVANK1

Parasitic wasps attack a number of insect species on which they feed, either externally or internally. This requires very effective strategies for suppressing the immune response and a finely tuned interference with the host physiology that is co-opted for the developing parasitoid progeny. The wealth of physiological host alterations is mediated by virulence factors encoded by the wasp or, in some cases, by polydnaviruses (PDVs), unique viral symbionts injected into the host at oviposition along with the egg, venom and ovarian secretions. PDVs are among the most powerful immunosuppressors in nature, targeting insect defense barriers at different levels. During my PhD research program I have used Drosophila melanogaster as a model to expand the functional analysis of virulence factors encoded by PDV focusing on the molecular processes underlying the disruption of the host endocrine system. I focused my research on a member of the ankyrin (ank) gene family, an immunosuppressant found in bracovirus, which associates with the parasitic wasp Toxoneuron nigriceps. I found that ankyrin disrupts ecdysone biosynthesis by impairing the vesicular traffic of ecdysteroid precursors in the cells of the prothoracic gland and results in developmental arrest.

Transcriptional dynamics of the human DMD locus

The human DMD locus encodes dystrophin protein. Absence or reduced levels of dystrophin (DMD or BMD phenotype, respectively) lead to progressive muscle wasting. Little is known about the complex coordination of dystrophin expression and its transcriptional regulation is a field of intense interest. In this work we found that DMD locus harbours multiple long non coding RNAs which orchestrate and control transcription of muscle dystrophin mRNA isoforms. These lncRNAs are tissue-specific and highly expressed during myogenesis, suggesting a possible role in tissue-specific expression of DMD gene isoforms. Their forced ectopic expression in human muscle and neuronal cells leads to a specific and negative regulation of endogenous dystrophin full lenght isoforms. An intriguing aspect regarding the transcription of the DMD locus is the gene size (2.4Mb). The mechanism that ensures the complete synthesis of the primary transcript and the coordinated splicing of 79 exons is still completely unknown. By ChIP-on-chip analyses, we discovered novel regions never been involved before in the transcription regulation of the DMD locus. Specifically, we observed enrichments for Pol II, P-Ser2, P-Ser5, Ac-H3 and 2Me-H3K4 in an intronic region of 3Kb (approximately 21Kb) downstream of the end of DMD exon 52 and in a region of 4Kb spanning the DMD exon 62. Interestingly, this latter region and the TSS of Dp71 are strongly marked by 3Me-H3K36, an histone modification associated with the regulation of splicing process. Furthermore, we also observed strong presence of open chromatin marks (Ac-H3 and 2Me-H3K4) around intron 34 and the exon 45 without presence of RNA pol II. We speculate that these two regions may exert an enhancer-like function on Dp427m promoter, although further investigations are necessary. Finally, we investigated the nuclear-cytoplasmic compartmentalization of the muscular dystrophin mRNA and, specifically, we verified whether the exon skipping therapy could influence its cellular distribution.

Analisi fosfo-proteomica di campioni di tumore: il problema della stratificazione dei pazienti ed eterogeneità intra-tumorale nell'era della terapia personalizzata

Nella presente tesi indaghiamo la potenzialità di LCM e Reverse Phase Protein microarray negli studi clinici. Si analizza la possibilità di creare una bio banca con line cellular primarie, al fine di conseguire drug test di sensibilità prima di decidere il trattamento da somministrare ai singoli pazienti. Sono stati ottenuti profili proteomici da biopsie pre e post terapia. I risultati dimostrano che questa piattaforma mostra il meccanismo di resistenza acquisito durante la terapia biologica. Questo ci ha portato ad analizzare una possibile stratificazione per pazienti con mCRC . I dati hanno rivelato distinti pathway di attivazione tra metastasi resecabile e non resecabili. I risultati mostrano inoltre due potenziali bersagli farmacologici. Ma la valutazione dell'intero tumore tramite singole biopsie sembra essere un problema a causa dell’eterogeneità intratumorale a livello genomico. Abbiamo indagato questo problema a livello dell'architettura del segnale in campioni di mCRC e ccRCC . I risultati indicano una somiglianza complessiva nei profili proteomici all'interno dello stesso tumore. Considerando che una singola biopsia è rappresentativa di un intera lesione , abbiamo studiato la possibilità di creare linee di cellule primarie, per valutare il profilo molecolare di ogni paziente. Fino ad oggi non c'era un protocollo per creare linee cellulari immortalizzate senza alcuna variazione genetica . abbiamo cosiderato, però, l'approccio innovativo delle CRCs. Ad oggi , non è ancora chiaro se tali cellule mimino il profilo dei tessuti oppure I passaggi in vitro modifichino i loro pathways . Sulla base di un modello di topo , i nostri dati mostrano un profilo di proteomica simile tra le linee di cellule e tessuti di topo LCM. In conclusione, i nostri dati dimostrano l'utilità della piattaforma LCM / RPPA nella sperimentazione clinica e la possibilità di creare una bio - banca di linee cellulari primarie, per migliorare la decisione del trattamento.

A multiparental cross population for mapping QTL for relevant agronomic traits in durum wheat (Triticum durum Desf.)

Multiparental cross designs for mapping quantitative trait loci (QTL) in crops are efficient alternatives to conventional biparental experimental populations because they exploit a broader genetic basis and higher mapping resolution. We describe the development and deployment of a multiparental recombinant inbred line (RIL) population in durum wheat (Triticum durum Desf.) obtained by crossing four elite cultivars characterized by different traits of agronomic value. A linkage map spanning 2,663 cM and including 7,594 single nucleotide polymorphisms (SNPs) was produced by genotyping 338 RILs with a wheat-dedicated 90k SNP chip. A cluster file was developed for correct allele calling in the framework of the tetraploid durum wheat genome. Based on phenotypic data collected over four field experiments, a multi-trait quantitative trait loci (QTL) analysis was carried out for 18 traits of agronomic relevance (including yield, yield-components, morpho-physiological and seed quality traits). Across environments, a total of 63 QTL were identified and characterized in terms of the four founder haplotypes. We mapped two QTL for grain yield across environments and 23 QTL for grain yield components. A novel major QTL for number of grain per spikelet/ear was mapped on chr 2A and shown to control up to 39% of phenotypic variance in this cross. Functionally different QTL alleles, in terms of direction and size of genetic effect, were distributed among the four parents. Based on the occurrence of QTL-clusters, we characterized the breeding values (in terms of effects on yield) of most of QTL for heading and maturity as well as yield component and quality QTL. This multiparental RIL population provides the wheat community with a highly informative QTL mapping resource enabling the dissection of the genetic architecture of multiple agronomic relevant traits in durum wheat.

Una rigorosa libertà. Musica e pedagogia nell’apprendimento del linguaggio

Quel che Steiner e molti altri criticano alla lingua contemporanea è il fatto di conformarsi troppo facilmente ai dettami della scienza e della società odierna, svuotando le parole del loro senso e della loro bellezza. Ciò che la scienza e la società in generale tendono a dimenticare, infatti, è che la lingua è composta di parole, fonemi, suoni. La tesi si articola in due Sezioni: una Premessa pedagogica e una Premessa antropologica. La Premessa pedagogica si compone di un solo capitolo, nel quale metteremo a confronto due metodi apparentemente molto diversi tra loro ma che, in realtà, trovano un loro accordo. Si tratta di Jean Piaget e Maria Montessori: del primo affronteremo opere quali Lo strutturalismo e L’epistemologia genetica dal punto di vista dell’acquisizione dei processi cognitivi, focalizzandoci soprattutto sull’apprendimento del linguaggio; della seconda sottolineeremo gli approcci educativi tenuti al fine di un apprendimento linguistico che non risenta di traumi ma che sia fondato su basi scientifiche. Introdurremo il ruolo della musica nei piani didattici e l’importanza di assegnarle una funzione più precisa e determinante. La Premessa antropologica si compone di due capitoli, entrambi dedicati alla musica. Nel Capitolo I parleremo della musicoterapia, un tipo di approccio fondato sul potere comunicativo della musica al fine di ripristinare la comunicazione verbale come è comunemente intesa. Nel Capitolo II, infine, parleremo del Mother Tongue Method introdotto da Shinichi Suzuki e ancora oggi riconosciuto in tutto il mondo. Si tratta di una metodologia che vuole rendere la musica parte delle vite degli individui tanto spontaneamente quanto il linguaggio. La musica diventa, dunque, uno strumento utile a formare i bambini sin da piccoli perché possano affrontare ogni ambito della loro vita con fermezza e abilità.

Caratterizzazione dei sintomi neurovegetativi e neuropsicologici nella malattia di Parkinson associata a mutazioni del gene glucocerebrosidasi

Pochi studi hanno indagato il profilo dei sintomi non-motori nella malattia di Parkinson associata al gene glucocerebrosidasi (GBA). Questo studio è mirato alla caratterizzazione dei sintomi non-motori, con particolare attenzione alla valutazione delle funzioni neurovegetativa, cognitiva e comportamentale, nel parkinsonismo associato a mutazione del gene GBA con la finalità di verificare se tali sintomi non-motori siano parte dello spettro clinico di questi pazienti. E’ stato condotto su una coorte di pazienti affetti da malattia di Parkinson che erano stati tutti sottoposti ad una analisi genetica per la ricerca di mutazioni in uno dei geni finora associati alla malattia di Parkinson. All’interno di questa coorte omogenea sono stati identificati due gruppi diversi in relazione al genotipo (pazienti portatori della mutazione GBA e pazienti non portatori di nessuna mutazione) e le caratteristiche non-motorie sono state confrontate nei due gruppi. Sono state pertanto indagati il sistema nervoso autonomo, mediante studio dei riflessi cardiovascolari e analisi dei sintomi disautonomici, e le funzioni cognitivo-comportamentali in pazienti affetti da malattia di Parkinson associata a mutazione del gene GBA. I risultati sono stati messi a confronto con il gruppo di controllo. Lo studio ha mostrato che i pazienti affetti da malattia di Parkinson associata a mutazione del gene GBA presentavano maggiore frequenza di disfunzioni ortosimpatiche, depressione, ansia, apatia, impulsività, oltre che di disturbi del controllo degli impulsi rispetto ai pazienti non portatori. In conclusione, i pazienti GBA positivi possono esprimere una sintomatologia non-motoria multidominio con sintomi autonomici, cognitivi e comportamentali in primo piano. Pertanto l’impostazione terapeutica in questi pazienti dovrebbe includere una accurata valutazione dei sintomi non-motori e un loro monitoraggio nel follow up clinico, allo scopo di ottimizzare i risultati e ridurre i rischi di complicazioni.

Caratterizzazione genomica di virus influenzali suini in Italia mediante next generation sequencing

I sottotipi H1N1, H1N2 e H3N2 di influenza A virus sono largamente diffusi nella popolazione suina di tutto il mondo. Nel presente lavoro è stato sviluppato un protocollo di sequenziamento di c.d. nuova generazione, su piattaforma Ion Torrent PGM, idoneo per l’analisi di tutti i virus influenzali suini (SIV). Per valutare l’evoluzione molecolare dei SIV italiani, sono stati sequenziati ed analizzati mediante analisi genomica e filogenetica un totale di sessantadue ceppi di SIV appartenenti ai sottotipi H1N1, H1N2 e H3N2, isolati in Italia dal 1998 al 2014. Sono stati evidenziati in sei campioni due fenomeni di riassortimento: tutti i SIV H1N2 esaminati presentavano una neuraminidasi di derivazione umana, diversa da quella dei SIV H1N2 circolanti in Europa, inoltre l’emoagglutinina (HA) di due isolati H1N2 era originata dal riassortimento con un SIV H1N1 avian-like. L’analisi molecolare dell’HA ha permesso di rivelare un’inserzione di due amminoacidi in quattro SIV H1N1 pandemici e una delezione di due aminoacidi in quattro SIV H1N2, entrambe a livello del sito di legame con il recettore cellulare. E’ stata inoltre evidenziata un’elevata omologia di un SIV H1N1 con ceppi europei isolati negli anni ’80, suggerendo la possibile origine vaccinale di questo virus. E’ stato possibile, in aggiunta, applicare il nuovo protocollo sviluppato per sequenziare un virus influenzale aviare altamente patogeno trasmesso all’uomo, direttamente da campione biologico. La diversità genetica nei SIV esaminati in questo studio conferma l’importanza di un continuo monitoraggio della costellazione genomica dei virus influenzali nella popolazione suina.

La città ready-made. Partecipazione, relazione e azione nel ‘900

La città ready-made. Partecipazione, relazione e azione nel ‘900 è un percorso storico-critico che si snoda lungo tutto il ‘900 alla ricerca degli episodi in cui è possibile riscontrare la partecipazione nelle pratiche estetiche di diverse generazioni di artisti; per imbastire un racconto puntuale e sistematico, inoltre, si è ricorsi ad una metafora genetica che ha riscontrato una fase — corrispondente alla prima metà del secolo — in cui il cromosoma responsabile di tale afflato partecipativo è risultato recessivo e un’altra — corrispondente stavolta alla seconda metà, più o meno dagli anni ’60 ai ’90 — in cui si è potuto registrare, altresì, una dominanza. Ad influire su questi fenomeni e sul loro svolgimento nei decenni, i protagonisti assoluti di questa trattazione: la Città e il Pubblico che, di volta in volta, facendo sentire la loro presenza o facendola venir meno, hanno dettato l’agenda della socio-relazionalità nel ‘900. Si è, inoltre, provveduto a rileggere alcuni episodi estetici al fine di evidenziarne un andamento ciclico e di ripetizione: mentre nella prima metà della ricerca si è scovato il seme della socio-relazionalità nelle visite e nelle derive di dadaisti e situazionisti, nella seconda ci si è concentrati sull’ampia produzione dei collettivi artistici di New York negli anni ’70. A dimostrazione di come la relazionalità non sia un fenomeno esclusivamente legato alla pratica dell’arte degli anni ’90, ma che, con le opportune distinzioni generazionali, è possibile riscontrarne le tracce in tutta la contemporaneità.

Epigenetic role of N-Myc in Neuroblastoma

Childhood neuroblastoma is the most common solid tumour of infancy and highly refractory to therapy. One of the most powerful prognostic indicators for this disease is the N-Myc gene amplification, which occurs in approximately 25% of all neuroblastomas. N-Myc is a member of transcription factors belonging to a subclass of the larger group of proteins sharing Basic-Region/Helix–Loop–Helix/Leucin-Zipper (BR/HLH/LZ) motif. N-Myc oncoproteins may determine activation or repression of several genes thanks to different protein-protein interactions that may modulate its transcriptional regulatory ability and therefore its potential for oncogenicity. Chromatin modifications, including histone methylation, have a crucial role in transcription de-regulation of many cancer-related genes. Here, it was investigated whether N-Myc can functionally and/or physically interact with two different factors involved in methyl histone modification: WDR5 (core member of the MLL/Set1 methyltransferase complex) and the de- methylase LSD1. Co-IP assays have demonstrated the presence of both N-Myc-WDR5 and N-Myc-LSD1 complexes in two neuroblastoma cell lines. Human N-Myc amplified cell lines were used as a model system to investigate on transcription activation and/or repression mechanisms carried out by N-Myc-LSD1 and N-Myc-WDR5 protein complexes. qRT-PCR and immunoblot assays underlined the ability of both complexes to positively (N-Myc-WDR5) and negatively (N-Myc-LSD1) influence transcriptional regulation of crititical neuroblastoma N-Myc-related genes, MDM2, p21 and Clusterin. Ch-IP experiments have revealed the binding of the N-Myc complexes above mentioned to the gene promoters analysed. Finally, pharmacological treatment pointed to abolish N-Myc and LSD1 activity were performed to test cellular alterations, such as cell viability and cell cycle progression. Overall, the results presented in this work suggest that N-Myc can interact with two distinct histone methyl modifiers to positively and negatively affect gene transcription in neuroblastoma.

Analysis of Copy Number Variants identifies new candidate genes for Autism Spectrum Disorder and Intellectual Disability

Autism spectrum disorder (ASD) and Intellectual Disability (ID) are complex neuropsychiatric disorders characterized by extensive clinical and genetic heterogeneity and with overlapping risk factors. The aim of my project was to further investigate the role of Copy Numbers Variants (CNVs), identified through genome-wide studies performed by the Autism Geome Project (AGP) and the CHERISH consortium in large cohorts of ASD and ID cases, respectively. Specifically, I focused on four rare genic CNVs, selected on the basis of their impact on interesting ASD/ID candidate genes: a) a compound heterozygous deletion involving CTNNA3, predicted to cause the lack of functional protein; b) a 15q13.3 duplication containing CHRNA7; c) a 2q31.1 microdeletion encompassing KLHL23, SSB and METTL5; d) Lastly, I investigated the putative imprinting regulation of the CADPS2 gene, disrupted by a maternal deletion in two siblings with ASD and ID. This study provides further evidence for the role of CTNNA3, CHRNA7, KLHL23 and CADPS2 as ASD and/or ID susceptibility genes, and highlights that rare genetic variation contributes to disease risk in different ways: some rare mutations, such as those impacting CTNNA3, act in a recessive mode of inheritance, while other CNVs, such as those occurring in the 15q13.3 region, are implicated in multiple developmental and/or neurological disorders possibly interacting with other susceptibility variants elsewhere in the genome. On the other hand, the discovery of a tissue-specific monoallelic expression for the CADPS2 gene, implicates the involvement of epigenetic regulatory mechanisms as risk factors conferring susceptibility to ASD/ID.