Dipartimento di Biologia, Ecologia e Scienze della Terra - Tesi di dottorato

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Questa collezione raccoglie le Tesi di Dottorato afferenti al Dipartimento Dipartimento di Biologia, Ecologia e Scienze della Terra dell'Università della Calabria.

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Author: search.filters.author.Cerra, Maria Carmela

Search Results

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    Edible oleogels: a rheological and microstructural analysis for structured emulsions design
    (Università della Calabria, 2022-06-01) Salvino, Samuele; Cerra, Maria Carmela; Gabriele, Domenico; Lupi, Francesca Romana
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    Rheological analysis of complex interfaces and bulk behaviour of starches and pea protein
    (Università della Calabria, 2021-06-24) Paleologo, Mario Florio Oraldo; Cerra, Maria Carmela; Baldino, Noemi; De Cindio, Bruno
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    Cardiac adaptation to hypoxia: goldfish as a natural animal model
    (Università della Calabria, 2020-11-29) Leo, Serena; Cerra, Maria Carmela; Imbrogno, Sandra; Filice, Mariacristina
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    In search of genetic and epigenetic markers of human aging and longevity: a study in the Calabrian population
    (Università della Calabria, 2021-02-01) Iannone, Francesca; Cerra, Maria Carmela; Rose, Giuseppina
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    Torsin a acting as a mechanosensor modulates nuclear transport in pathophysiological conditions
    (Università della Calabria, 2020-11-25) Galli, Giulia Raffaella; Cerra, Maria Carmela; Maggiolini, Marcello
    Gli esseri umani e l’ambiente circostante comunicano anche attraverso forze meccaniche. Gli input meccanici provenienti dal mondo che ci circonda svolgono un ruolo cruciale nei processi fisiologici e nel mantenimento dell’omeostasi dell’organismo umano. D'altra parte, difetti nelle proprietà meccaniche delle cellule o alterazioni delle forze meccaniche sono coinvolti nelle cause di diverse patologie tra cui il cancro. Le cellule del nostro corpo rispondono attivamente alle forze meccaniche, traducendo tali stimoli in segnali biochimici e nella regolazione dell'espressione genica. Il nucleo, costituito da due membrane separate che controllano il trasporto delle molecole, svolge un ruolo centrale nelle vie della meccano- trasduzione. Il trasporto nucleare delle molecole è meccanicamente sensibile ed è costituito da varie proteine coinvolte nel trasferimento di forze tra il citoscheletro e l'interno del nucleo. La ricerca condotta ha riguardato il ruolo dell'ATP-ase Torsin A come potenziale meccano-sensore in grado di rispondere ai cambiamenti della rigidità del substrato e modulare la traslocazione di proteine attraverso i pori nucleari. Sono stati pertanto studiati i cambiamenti nell'accumulo nucleare di MRTFA e YAP, poiché tali fattori di trascrizione sono fortemente sensibili ai segnali meccanici e risultano coinvolti nella progressione tumorale. Gli esperimenti sono stati eseguiti piastrando le cellule su gel di poliacrilammide con rigidità variabile e modulando i livelli di espressione di Torsin A attraverso tecniche di silenziamento genico ed over-espressione. In seguito ai cambiamenti di espressione di Torsin A è stata osservata un’alterazione nella traslocazione nucleare dei fattori di trascrizione summenzionati, supportando l'ipotesi 5 che Torsin A può agire nella meccano-sensibilità per il trasporto nucleare. L’utilizzo di costrutti mutanti di Torsin A ha ulteriormente consentito di dimostrare che Torsin A è coinvolta nel trasporto nucleare. Successivamente, sono stati anche valutati cambiamenti nella posizione di Torsin A in cellule piastrate su gel a diversa rigidità. Poiché il comportamento di Torsin A è fortemente dipendente dal cofattore noto come Lull1, che permette la traslocazione di Torsin A dal reticolo plasmatico all'involucro nucleare, la posizione di Torsin A in presenza e in assenza di tale cofattore è stata dunque valutata in cellule piastrate su gel a diversa rigidità. I risultati ottenuti hanno suggerito che la posizione di Torsin A è dipendente dalla presenza del cofattore Lull1. Inoltre, è stato osservato che l'accumulo di Torsin A nell'involucro nucleare diminuisce inibendo l'attività di Importin ß, indicando dunque che Importin ß è coinvolta nella localizzazione di Torsin A. È stato infine osservato che l’accumulo perinucleare di Torsina A è inversamente associato alla polimerizzazione dell'actina. Tali risultati indicano che Torsin A è un meccano-sensore in grado di rispondere ai cambiamenti della rigidità del substrato e di modulare la traslocazione nucleare di proteine coinvolte in importanti processi biologici.
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    The effect of cholesterol on the function of eukaryotic membrane transporters for amino acids
    (Università della Calabria, 2020-11-25) Cosco, Jessica; Cerra, Maria Carmela; Indiveri, Cesare
    Amino acid transport in mammalian cells is mediated by different amino acid transporters. Amino acid flow, which is important under physiological conditions, becomes particularly relevant under pathological conditions such as in cancer cells where high demand for these nutrients is required to satisfy the uncontrolled growth and proliferation. Therefore, to guarantee a sufficient supply of nutrients a lot of amino acid transporters are highly expressed in cancer cells. In this context, the amino acid transporters hLAT1 and hASCT2 are widely studied for their role as potential targets for drug development. hASCT2 belongs to SLC1 family and assembles at the plasma membrane as a trimeric complex. Studies conducted using the recombinant protein showed that this transporter is strongly stimulated by cholesterol. The stimulation is due to an improvement of protein insertion in the phospholipid bilayer and direct interaction with the protein. In fact, cholesterol increased the Vmax of the transport, without affecting the external Km, indicating that it increases the rate of conformational changes. Thanks to docking analysis, 6 putative cholesterol binding sites were predicted, some of these matched with the electron densities identified on the cryo-EM structure of ASCT2. Two poses are on the TM6, where a CRAC and a CARC motif has been identified. Experimental demonstrated the direct binding of cholesterol to the protein. In particular, Koshland’s reagent and SH-reagents have been used for the target of tryptophan and cysteine residues close to the cholesterol poses. hLAT1 belongs to SLC7 family and it forms a heterodimer complex (HAT) with the glycoprotein 4F2hc (also known as CD98 in mice), a member of SLC3 family. hLAT1 is the sole component involved in the transport of essential amino acids, as previously demonstrated (Napolitano, Scalise et al. 2015). In this work, the influence of cholesterol has been evaluated on the recombinant protein hLAT1. Moreover, putative regulators involved in energy metabolism have been tested on the transport. The transport activity increased up 75 μg cholesterol/ mg phospholipids. Moreover, the internal substrate affinity increased in the presence of cholesterol suggesting a stabilization of the inward conformation of hLAT1. The transporter is also stimulated by ATP at physiological concentration. This effect occurs only in the presence of cholesterol and was seen also on the native protein. This finding suggested that cholesterol and ATP binding sites are close to each other. The computational analysis confirmed this hypothesis. In fact, a hydrophobic region between the TMs 1, 5 and 7 was found to be close to a hydrophilic one. Docking results for ATP suggested an electrostatic interaction of the ϒ-phosphate of ATP with Lys 204, which was confirmed by site-directed mutagenesis. This residue is conserved in the other SLC7 proteins and for a serendipity event, it has been seen that Lys204 is also important in the substrate binding and pH-sensitive. In this work, the attention was focused also on another amino acid transporter CAT2, from Solanum lycopersicum. The specific interest in tomato resides in the well-recognized role for this species in biotechnology. In fact, tomato has been used as the primary model for the study of climacteric fruit ripening. SlCAT2 belongs to APC superfamily, as LAT1, and it is involved in the transport of cationic amino acids like arginine, lysine and the non-proteogenic amino acid ornithine. The experimental data on CAT2 highlighted an asymmetric regulation by cations and osmotic pressure, in line with the localization of the transporter in vacuoles. Like the other human transporters, CAT2 is also stimulated by cholesterol. On the basis of the 3D structure of the amino acid transporter GkApcT, the homology model of SlCAT2 was built and putative substrate binding residues and cholesterol binding domains were proposed. Altogether, the described results open new perspectives for studying the response of membrane transporters to metabolic and membrane changes. Moreover the identification of hydrophobic or hydrophilic sites interacting with cholesterol or physiological effectors, respectively, could be important for applications in human pathology.
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    Effetto del bisfenolo A sulla vascolatura uterina materna e sull'unità feto-placentare
    (Università della Calabria, 2021-12-01) Barberio, Laura; Cerra, Maria Carmela; Mandalà, Maurizio
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    Cardiac plasticity in fish: the influence of humoral and environmental factors
    (2018-06-22) Filice, Mariacristina; Cerra, Maria Carmela; Imbrogno, Sandra
    Il rimodellamento cardiaco è un fenomeno complesso che permette un’adeguata attività d’organo in risposta a cambiamenti fisiologici e patologici e coinvolge modificazioni a livello tissutale, cellulare e molecolare, secondo meccanismi ancora poco noti. Il cuore dei vertebrati mostra una notevole capacità di adattarsi funzionalmente alle richieste emodinamiche dell’organismo. Questa plasticità è esemplificata dalla modulazione “beat-to-beat” della contrattilità in risposta a cambiamenti del carico pressorio e volumetrico (risposta di Starling) e dal riarrangiamento morfo-funzionale adattativo. I maggiori determinanti della risposta plastica del cuore sono gli stimoli fisici come lo stress meccanico e lo stiramento dei miociti, o chimici, come ad esempio quelli esercitati da cardiomodulatori, inclusi i Peptidi Natriuretici (NPs), l’endotelina-1 (ET-1), l’Ossido Nitrico (NO) e l’Angiotensina II (AngII). Queste molecole attivano specifici circuiti endocrini/paracrini/autocrini responsabili del controllo omeostatico della funzione e della crescita cardiaca. Nei mammiferi, il cuore adulto è considerato un organo terminalmente differenziato nel quale la crescita e il rimodellamento avvengono per ipertrofia. Questo paradigma è stato recentemente confutato da evidenze che mostrano come, durante la normale crescita cardiaca, i miocardiociti adulti proliferano e muoiono. L’identificazione di stimoli e meccanismi che, attivando programmi genetici e/o metabolici silenti, possano permettere ai cardiomiociti di mammifero adulto di proliferare, è al momento tra gli scopi più importanti della ricerca cardiovascolare moderna. A tal riguardo un possibile approccio è quello di identificare esempi di plasticità cardiaca fra i vertebrati. Negli ultimi anni il cuore dei pesci ha rappresentato un importante strumento di ricerca per analizzare aspetti molecolari, cellulari e tissutali della plasticità cardiaca. Nei pesci, il cuore adulto conserva la capacità di crescita iperplastica in risposta a cambiamenti delle condizioni ambientali, all’esercizio fisico e alla maturità sessuale. Esempio estremo di questa plasticità è rappresentato dalla completa rigenerazione del cuore di zebrafish in seguito a rimozione chirurgica di una porzione del ventricolo. In una prospettiva traslazionale, i risultati di studi effettuati nei pesci potrebbero rappresentare uno strumento importante per decifrare i determinanti e i meccanismi coinvolti nel rimodellamento morfo-funzionale del cuore dei mammiferi. Partendo da queste premesse, questo progetto di tesi ha voluto valutare se e in che misura, fattori umorali e ambientali influenzano la plasticità cardiaca dei pesci. In particolare, in questa tesi di dottorato sono riportati e discussi i risultati ottenuti da studi relativi al controllo umorale del rimodellamento morfo-funzionale cardiaco mediato dall’esposizione cronica all’AngII nel cuore dell’anguilla europea Anguilla anguilla e dello zebrafish Danio rerio, e i meccanismi fisiologici e molecolari attivati nel cuore della carpa, Carassius carassius, in risposta all’ipossia. L’AngII, il prodotto bioattivo del Sistema Renina Angiotensina (RAS) è un potente ormone le cui azioni biologiche sono state ampiamente studiate nei mammiferi. A livello cardiaco, legandosi a recettori di tipo AT1 e AT2, l’AngII influenza positivamente la contrattilità miocardica e regola la crescita miocitaria. Un RAS omologo a quello dei mammiferi è presente anche nei pesci. In particolare, nei teleostei, l’AngII può indurre modificazioni cardiache a breve (modulazione della contrattilità) e lungo termine (rimodellamento morfo-funzionale). Nel 2013, Imbrogno e collaboratori hanno dimostrato che il cuore di anguille esposte per 4 settimane ad iniezioni intraperitoneali di AngII mostrava una migliore capacità di rispondere ad incrementi di post-carico. Quest’effetto era mediato dall’attivazione dei recettori AT2 e accompagnato da una differente espressione e localizzazione di proteine coinvolte nella regolazione della crescita e dell’apoptosi. Partendo da queste premesse, questo studio ha voluto meglio investigare le modificazioni strutturali e molecolari attivate nel cuore di anguille esposte per 8 settimane ad iniezioni intraperitoneali di AngII. Analisi morfologiche hanno evidenziato che i cuori di animali trattati mostravano un incremento della muscolarità ventricolare associato ad un aumento dello spessore del compatto e ad una riduzione degli spazi lacunari nello spugnoso. Queste modificazioni erano accompagnate da un’incrementata vascolarizzazione del compatto. Analisi di western blotting e immunofluorescenza hanno evidenziato un’aumentata espressione del recettore AT2 nei cuori di animali trattati, associata ad una diversa localizzazione: nei controlli AT2 localizza principalmente a livello miocitario mentre in seguito a trattamento, un segnale fluorescente si osserva a livello dell’endotelio endocardico. In relazione al ruolo cruciale svolto dallo NO nei meccanismi di regolazione del rimodellamento cardiaco nei pesci, lo studio ha voluto anche analizzare il cross-talk tra AngII e il sistema NO Sintasi (NOS)/NO. In condizioni basali, lo NO prodotto dalla NOS viene immediatamente metabolizzato a nitriti o nitrati. Per questa ragione, il dosaggio dei nitriti può essere utilizzato per misurare i livelli di NO prodotti dalla NOS e di conseguenza la funzionalità stessa dell’enzima. Il dosaggio dei nitriti, effettuato su omogenati di cuori di animali trattati con AngII ha evidenziato una riduzione significativa della concentrazione di nitriti rispetto ai controlli, indice di una ridotta attività della NOS. Analisi di western blotting non hanno evidenziato variazioni significative nei livelli di espressione della forma fosforilata (e quindi attiva) della NOS. Tuttavia, il trattamento ha influenzato la localizzazione dell’enzima fosforilato. Infatti, mentre nei controlli peNOS localizza sia nei miociti che a livello dell’endotelio endocardico (EE), nei trattati si osserva una maggiore localizzazione a livello miocitario e solo un debole segnale a livello endocardico. Questo dato è accompagnato da una maggiore espressione, a livello dell’EE, di NOSTRIN, un modulatore negativo della NOS, responsabile della traslocazione dell’enzima dalla membrana plasmatica all’interno di vescicole citoplasmatiche. Analisi di western blotting hanno anche evidenziato una riduzione nei livelli di espressione della chinasi Akt e dello chaperone HSP90, due tra i principali modulatori positivi della NOS. Nel complesso questi risultati dimostrano che il cuore di anguilla cronicamente esposto all’azione dell’AngII va incontro ad un riarrangiamento strutturale e ad una modulazione dei livelli di NO e delle proteine che regolano l’attività della NOS. Gli effetti cronici dell’AngII sono stati investigati anche nello zebrafish. Sebbene questo studio è ancora in corso, i primi risultati sperimentali dimostrano che anche il cuore di zebrafish va incontro ad un rimodellamento strutturale se esposto per 8 settimane all’azione dell’AngII. In particolare, i cuori trattati con AngII mostrano un incremento del compatto e una riduzione degli spazi lacunari, indicativi di un aumento della muscolarità ventricolare. Questo è associato ad un aumento del collagene e ad un significativo aumento del peso del cuore e dell’indice cardiosomatico (rapporto in percentuale tra il peso del cuore e il peso dell’animale). Analisi di western blotting hanno evidenziato inoltre un’aumentata espressione di entrambi i recettori AT1 e AT2 in omogenati cardiaci di animali trattati con AngII. La seconda parte della tesi ha analizzato i meccanismi fisiologici e molecolari attivati nella carpa in risposta all’ipossia. A differenza dei mammiferi, alcune specie di pesci, come ad esempio i ciprinidi, mostrano una notevole capacità di sopravvivere e restare attivi anche per lungo tempo se esposti a condizioni di ipossia o anossia. Questa capacità è legata alla loro abilità di mantenere o aumentare la performance cardiaca in risposta ad una riduzione di ossigeno ambientale, favorendo così gli scambi tra i tessuti. Inoltre, questi pesci sono in grado di convertire il lattato (prodotto ultimo della glicolisi) in etanolo, che è poi eliminato attraverso le branchie. Una caratteristica dei pesci è la loro capacità di captare, attraverso le branchie, nitriti e nitrati dall’acqua in cui si trovano; in condizioni di ipossia, quando l’attività della NOS è compromessa, i nitriti possono rappresentare un’importante fonte di NO che, a sua volta, interviene nei processi di citoprotezione. Sulla base di queste osservazioni, in collaborazione con il Prof. Jensen (Università di Odense) e la Prof.ssa Fago (Università di Aarhus), è stato avviato uno studio volto a valutare il ruolo dei nitrati e della mioglobina come fonti alternative di nitriti, e quindi di NO, nella carpa esposta per un giorno ad ipossia profonda (1
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    Effetti del daidzein sul comportamento mnemonico attraverso le variazioni del sistema neurotensinergico e di fattori infiammatori in aree limbiche di criceti high fat diet
    (2018-04-11) Fazzari, Gilda; Cerra, Maria Carmela; Canonaco, Marcello
    In the past years, growing indications have pointed to food diets as major factors capable of conditioning physical-social states in humans as suggested by high-fat containing food sources which, despite their extremely "tasteful" properties, are responsible for marked morpho-structural alterations in critical brain areas for the regulation of not only psycho-cognitive behaviors but above all for nutritional parameters. It is already known that food consumption and action mechanisms implicated in energetic homeostasis are part of a complex neuronal circuit that when they are altered tend to account for increased body weight and consequently the development of obesity, regarded a chronic disease leading to different medical co-morbidities such as cardiovascular diseases (especially hypertension), dyslipidemia and diabetes type 2. From these effects plus the avoidance of applying drugs with numerous collateral alterations have directed a greater attention towards the production of "safer" drugs natural deriving vegetable extracts such as daidzein (DZ), a glucosidic isoflavone capable of mimicking estrogenic activities at the brain level, which supplied neuroprotective values against increased body weight, elevated feeding duration and diminished locomotor activity of high fat diet (HFD) hamsters (Mesocricetus auratus). This isoflavone also reduced anxiety-like behaviors in hyperlipidic animals as indicated by a greater time spent (p<0.01) in open arms of elevated plus maze (EPM) along with greater exploration (p<0.001) tendencies toward new objects of the novel object recognition (NOR) test. From a molecular point of view, DZ greatly protected the brain against neurodegeneration events as pointed out by few Amino Cupric Silver Stain granules in the hippocampus (HIP), hypothalamus (HTH) and amygdala (AMY) very likely via a diminished interaction of neurotensin receptor1 (anorexic neuropeptide; NTR1) GABAergic-leptin receptor levels in the latter two areas after the conditioned place preference (CPP) test. Contextually the recovered cognitive performances seemed to be tightly linked with reduced NTR1 expression levels in an ERβ manner for HIP after NOR test. In addition, such effects of DZ also strongly required increased levels of the antineuroinflammatory cytokine IL-10 that by reducing adenosine 5' monophosphate kinase (AMPK) and extracellular receptor kinase (ERK) widely improved cognitive together with exploratory behaviors. Overall, these first results supply important evidences on the neuroprotective values of DZ, which through NTR1 + IL-10 protective and repairing mechanisms of, aside the above limbic areas, also appetite-mediated brain centers known for their feeding, cognitive and endocrine functions, may surely comprise a good start for the introduction of novel therapeutic applications against obesity conditions.
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