Regulation of NAD biosynthetic enzymes modulates NAD-sensing processes to shape mammalian cell physiology under varying biological cues

In addition to its role as a redox coenzyme, NAD is a substrate of various enzymes that split the molecule to either catalyze covalent modifications of target proteins or convert NAD into biologically active metabolites. The coenzyme bioavailability may be significantly affected by these reactions, with ensuing major impact on energy metabolism, cell survival, and aging. Moreover, through the activity of the NAD-dependent deacetylating sirtuins, NAD behaves as a beacon molecule that reports the cell metabolic state, and accordingly modulates transcriptional responses and metabolic adaptations. In this view, NAD biosynthesis emerges as a highly regulated process: it enables cells to preserve NAD homeostasis in response to significant NAD-consuming events and it can be modulated by various stimuli to induce, via NAD level changes, suitable NAD-mediated metabolic responses. Here we review the current knowledge on the regulation of mammalian NAD biosynthesis, with focus on the relevant rate-limiting enzymes. This article is part of a Special Issue entitled: Cofactor-dependent proteins: Evolution, chemical diversity and bio-applications

Pancreatic ductal adenocarcinoma: biomarker identification, exosome characterization, apoptosis and necroptosis induction by sulforaphane

L'adenocarcinoma duttale pancreatico (PDAC) è un tumore aggressivo con tasso di sopravvivenza a 5 anni del 6%. La mancanza di sintomi precoci, l'assenza di specifici biomarcatori e la scarsa efficacia dei trattamenti sono le principali ragioni di prognosi infausta. Gli esosomi, nanovescicole secrete dalle cellule normali e tumorali, sono stati recentemente considerati marcatori tumorali che potrebbero essere quantificati in modo non invasivo nei fluidi corporei umani. Ho sviluppato un test ELISA adatto al rilevamento di proteine esosomiali in campioni di plasma da pazienti con PDAC, al fine di valutare le correlazioni con la progressione della malattia. I livelli delle proteine esosomali CD24, CXCR4, EpCAM, CD44v6 e Tspan8, aumentavano con la progressione della malattia indicando che possano essere candidati biomarcatori per il PDAC. L'identificazione di potenziali biomarcatori diagnostici e prognostici può essere effettuata anche attraverso la bioinformatica. La weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) è un nuovo metodo di systems biology che ho usato per dedurre le reti geniche da dati di espressione basati su microarray ottenuti da campioni normali e PDAC. Sono stati identificati diversi geni e miRNA cruciali per lo sviluppo del PDAC che potrebbero essere considerati potenziali biomarker diagnostici e bersagli terapeutici. Poiché vi è l'urgente necessità di identificare trattamenti più efficaci, studi recenti si sono concentrati sulle proprietà anti-tumorali dei composti derivati dalle piante. Ho valutato se il sulforafano, un composto fitochimico presente nei broccoli, potesse essere coinvolto nell'induzione sia dell'apoptosi sia della necroptosi in linee cellulari di tumore al pancreas. I risultati suggeriscono che questo composto induce apoptosi anche in una linea cellulare resistente ai farmaci ma non innesca il pathway necroptotico quando le caspasi sono inibite. Lo studio fornisce nuove informazioni sul meccanismo della morte indotta da sulforafano.Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is an aggressive malignancy with 5-years relative survival rate of 6%. Lack of early symptoms, the absence of specific biomarkers and the low treatment effectiveness are the principal reasons of this poor prognosis. Exosomes, nanovesiscles secreted by normal and cancer cells, have been recently considered as source of tumour markers that could be quantified non-invasively in human body fluids. I developed an ELISA assay suitable for the detection of exosomal proteins in plasma samples from PDAC patients, in order to evaluate correlations with the disease progression. I found that the levels of the exosomal proteins Tspan8, EpCAM, CD24, CXCR4 and CD44v6 increased with the disease progression indicating that they could be candidate biomarkers for pancreatic cancer. The identification of potential diagnostic and prognostic biomarkers could be carried out also by using bioinformatics tools. Weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) is a new system biology method that I used to deduce gene networks from microarray-based gene expression datasets obtained from normal and PDAC samples. I identified several key genes and miRNAs that could be crucial to PDAC development and therefore considered as potential diagnostic biomarkers and therapeutic targets. Since current standard therapies for PDAC have provided scarce survival advantage, there is the urgent need to identify new treatment strategies. To this aim, recent studies have focused on the anti-cancer properties of plant-derived compounds. I investigated if broccoli-derived sulforaphane could be involved in induction of both apoptosis and necroptosis in pancreatic cancer cells. My results suggest that this compound induces apoptosis even in a drug-resistant cell line but it does not trigger the necroptotic pathway when the caspases are inhibited. The study provides new insight into the mechanism of sulforaphane-induced death

Development of new molecular tools for the characterization of human Granulosa cells: new implications for the research on human infertility

Nella routine della riproduzione assistita, la selezione degli ovociti si basa sulle loro caratteristiche morfologiche, nonostante la scarsa correlazione tra tali parametri e la competenza dell’ovocita. Pertanto, la ricerca si sta concentrando sull’identificazione di marker che possano supportare l’attuale metodica di valutazione, in particolare studiando le cellule della Granulosa (GCs), che svolgono compiti fondamentali all’interno del microambiente del follicolo: produzione di estradiolo e progesterone, regolazione dell’avanzamento della meiosi e dell’attività trascrizionale dell’ovocita, produzione di nutrienti essenziali per l’ovocita, e accumulo di metaboliti secreti. Pertanto, la progressione degli step della follicologenesi dipende strettamente dalla comunicazione bidirezionale tra ovocita e le cellule somatiche che lo circondano. Lo studio delle GCs ha messo in luce molti aspetti circa le funzionalità ovariche, la follicologenesi, e i meccanismi con cui fattori endogeni ed esogeni possono alterare questi delicati processi. In questo senso, lo scopo principale del presente PhD è stato quello di caratterizzare le GCs, applicando per la prima volta la tecnica Fourier Transform Infrared Microspectroscopy (FTIRM), in modo da sviluppare un nuovo metodo per valutare la qualità degli ovociti umani. Questo potrebbe rappresentare uno strumento nuovo, affidabile e oggettivo per la valutazione della qualità degli ovociti nella routine della riproduzione assistita. Oltre al tema principale, sono state applicate le tecniche FTIRM, Raman Microspectroscopy e qPCR per studiare i meccanismi di intaccamento del metabolismo, della composizione biochimica e dell’attività cellulare causati da fattori endogeni ed esogeni, in particolare l’invecchiamento riproduttivo, l’endometriosi ovarica e inquinanti plastici. Le informazioni ottenute su queste cellule contribuiscono alla comprensione dei meccanismi di danneggiamento della follicologenesi, tramite un approccio multidisciplinare che ha visto l’accoppiamento di analisi spettroscopiche e qPCR. Grazie ai risultati ottenuti, è stato proposto un approccio innovativo per l’analisi della qualità degli ovociti tramite caratteristiche spettrali delle GCs, suggerendo la possibilità di un’applicazione dell’FTIRM come strumento diagnostico di facile utilizzo nella routine di riproduzione assistita.In assisted reproductive routine, oocyte selection is based on its morphological features, which seem not to be related to its intrinsic competence. Hence, several efforts have been made to identify markers to be added to the actual evaluation, in particular focusing on the crucial roles of Granulosa cells (GCs) in the follicular microenvironment: production of estradiol and progesterone, regulation of the meiosis steps and the transcriptional activity in the oocyte, production of essential nutrients for the oocyte, and accumulation of secreted metabolites. Hence, the progression through the steps of folliculogenesis heavily relies upon bi-directional interactions between germ cells and the surrounding somatic cells. The study of GCs has shown to be determining to highlight particular features of ovarian mechanisms and folliculogenesis, and also to identify the endogenous and exogenous factors that can impair these delicate processes. In this sense, the main aim of the PhD project was to characterize GCs, applying for the first time Fourier Transform Infrared Microspectroscopy (FTIRM) to develop a method for evaluating the quality of human oocytes. This could represent a new, reliable and objective tool for oocyte quality assessment in assisted reproduction routine. Besides this main topic, the impairment induced by endogenous and exogenous factors on the biochemical composition, metabolism and cellular activity of GCs was also investigated by FTIRM, Raman Microspectroscopy and qPCR, shedding new light on the mechanisms governing folliculogenesis. In particular, the research was focused on the impairment determined by reproductive aging, ovarian endometriosis, and plastic pollutants. The information obtained on GCs contribute to the understanding of the mechanisms of impairment of folliculogenesis, by a multidisciplinary approach made of spectroscopic analysis and qPCR. Thanks to the results, an innovative approach to evaluate oocyte quality by spectral features of GCs was proposed, suggesting the possibility to apply FTIRM as a clinical feasible diagnostic tool in assisted reproduction routine

Modern coding techniques for reliable and secure communications

Oggigiorno, le comunicazioni wireless sono coinvolte in molte applicazioni e gli obiettivi di sicurezza e affidabilità sono sempre più stringenti. Perciò, in questa tesi vengono proposte nuove soluzioni basate su schemi di codifica moderni in grado di conseguire prestazioni sempre più soddisfancenti. Adottiamo codici Low Density Parity Check (LDPC) e codici polari. Per la versatilità dei codici LDPC, li utilizziamo sia per scopi di affidabilità che di sicurezza. Un canale wire-tap è caratterizzato da un intercettatore che tenta di decodificare le informazioni inviate tra ricevitori autorizzati. In questo scenario, seguendo un approccio di Physical Layer Security, analizziamo il tasso di equivocazione degli intercettatori raggiunto tramite schemi LDPC pratici. Generalizzando questo modello con un canale broadcast con messaggi confidenziali, progettiamo codici LDPC con protezione non uniforme degli errori al fine di migliorare la privacy dei dati. Invece, per scopi di affidabilità, utilizziamo i codici LDPC su un canale satellitare non convenzionale come quello influenzato dalla scintillazione solare. In questo contesto, il rumore introdotto dai fenomeni fisici può portare a una scarsa qualità della comunicazione. Perciò, proponiamo schemi di codifica che migliorano l'affidabilità del collegamento. Infine, studiamo sistemi di comunicazione con trasmissione di blocchi corti. In questo caso utilizziamo i codici polari poiché sono una delle famiglie di codici più importanti in questo scenario. Tuttavia, con pacchetti corti, i codici polari possono avere scarse prestazioni. Per questo motivo in letteratura è stata proposta la loro concatenazione con un codice ciclico. I codici polari concatenati diventano competitivi in questo contesto e pertanto sono stati raccomandati per la nuova generazione di sistemi mobili (5G). Studiando lo spettro dei pesi degli schemi concatenati, proponiamo alcune soluzioni in grado di migliorare ulteriormente l'affidabilità della comunicazione.Nowadays, wireless communications are involved in many applications and the security and reliability targets are increasingly growing. Hence, based on modern coding schemes, in this thesis new solutions able to achieve more and more satisfactory performance are proposed. In particular, we adopt Low Density Parity Check (LDPC) codes and Polar Codes. Due to the versatility of LDPC codes, we use this codes family for both reliability and security scopes. A wire-tap channel is characterized by an eavesdropper that tries to decode the information sent among authorized receivers. In this scenario, by following the physical layer security approach, first we investigate the eavesdropper's equivocation rate achieved through practical LDPC schemes. Then, by generalizing this model with a broadcast channel with confidential messages, we design LDPC codes with unequal error protection capabilities that improve the privacy of data. Instead, for reliability purposes, we use LDPC codes over a non-conventional satellite channel like the one affected by solar scintillation. In this context, the noise introduced by physical phenomena may lead to a low quality in the communication. Hence, by mitigating the performance degradation, in this thesis we propose coding schemes that improve the link reliability. Finally, we study communication systems based on the transmission of short blocks. In this case we use Polar codes since they are one of the most prominent codes family proposed for this scenario. However, in the short packet length regime Polar codes may have poor performance. To overcome this issue, a concatenation with a cyclic code was proposed in the literature. Concatenated Polar codes are competitive in this context and therefore they are recommended in the new generation of mobile systems (5G). Thus, we study the structure of these concatenated schemes from a distance spectrum point of view and propose some solutions able to further improve the reliability of communication

A mechanically derived vulnerability index method for seismic risk assessment of existing RC school buildings

La vulnerabilità sismica degli edifici scolastici in C.A. è un aspetto molto importante in Italia, come mostrato da recenti terremoti che hanno causato danni rilevanti in diverse scuole. La maggior parte delle scuole italiane è stata costruita tra gli anni ’50 e ’90, quindi in assenza o con basso livello di resistenza sismica. Nel presente studio è stata sviluppata una metodologia per la valutazione speditiva del rischio sismico è stata sviluppata. Essa si basa sul metodo dell’indice di vulnerabilità, assumendo 15 indicatori di vulnerabilità a cui assegnare dei punteggi sulla base di un giudizio esperto. I punteggi sono stati determinati mediante analisi pushover effettuate su diversi modelli strutturali rappresentativi delle principali caratteristiche dei due campioni di scuole Pre 1974 e Post 1974. A tal fine un set di circa 40 istituti scolastici superiori è stato analizzato per rilevare le vulnerabilità tipiche e specifiche, ed una progettazione simulata è stata effettuata in accordo ai Codici in vigore nei due periodi di riferimento. Delle correlazioni tra l’indice di vulnerabilità globale Iv e la capacità in termini di PGA, sia per lo stato di danno leggero che per il collasso, sono state determinate per ottenere curve di danno trilineari così come nel metodo GNDT. La validazione numerica del metodo proposto è stata effettuata confrontando le curve di danno trilineari ottenute per due edifici prototipo, rappresentativi in media delle classi Pre 1974 e Post 1974, con le curve di danno analitiche fornite per gli stessi edifici sia da analisi pushover che dinamiche incrementali. Inoltre, una validazione sperimentale è stata fatta confrontando, per le scuole superiori delle province di Ancona e Macerata, il danno subito a causa della sequenza sismica del centro Italia del 2016, con il danno stimato, per lo stesso livello di intensità, mediante il metodo proposto. Entrambe le procedure di validazione hanno confermato una buona affidabilità del metodo proposto per valutazioni rapide e di tipo comparativo. Infine, due tipologie di scenari di danno rapido sono state sviluppate per il campione di edifici, al fine di stimare le perdite fisiche, umane ed economiche. Il primo tipo considera una pericolosità sismica uniforme sull’intero territorio e livelli di intensità crescenti, invece l’altra tipologia considera tre singoli eventi sulla base del sistema di faglie presente nella zona di interesse (fissando per ognuno un epicentro, magnitudo e profondità), quindi i valori di PGA sono calcolati per ogni edificio mediante una legge di attenuazione.The seismic vulnerability of RC school buildings is a very important issue in Italy, as shown from recent earthquakes that caused heavy damage of several school buildings. Most of Italian schools were built between the 50s and the 90s, so without or with low seismic resistance criteria. In this study a methodology for rapid seismic risk assessment of RC school buildings is developed. It is based on the vulnerability index method, assuming 15 vulnerability indicators to which assign scores on the base of expert judgment. The scores were determined through pushover analyses performed on several structural models representative of the main characteristics of the Pre 1974 and Post 1974 school building stocks. To this aim a set of about 40 high schools were analysed to detect typical and specific vulnerabilities, and a simulated design procedure was carried according to the Codes in force in the two reference periods. Correlations between the global vulnerability index Iv and the capacity in terms of PGA, for both slight damage and collapse, were determined to obtain trilinear damage curves such as in GNDT method. The numerical validation of the proposed method was made by comparing the trilinear damage curves obtained for two prototype buildings, representative in average of the Pre 1974 and Post 1974 classes, with analytical damage curves provided for the same buildings by both pushover and incremental dynamic analyses. Also, experimental validation was carried out by comparing, for the high schools of the provinces of Ancona and Macerata, the damage occurred because of the Centre Italy 2016 seismic sequence, with the damage estimated, for the same intensity level, through the proposed method. Both validation procedures have confirmed a good reliability of the proposed method for rapid and comparative evaluations. Finally, two typologies of rapid damage scenarios were developed for the building stock, in order to estimate physical, human and economic losses. The first typology considers uniform seismic hazard on the whole territory and increasing intensity levels, instead the second one considers three single events on the base of the fault system of the region (fixing for each an epicentre, magnitude and depth), thus the PGA values are calculated for every school building by means an attenuation law

Used Foundry Sand in Cement Mortars and Concrete Production

Abstract: Used foundry sands represent the highest amount of solid wastes generated by foundries. Classified by European Union regulations as non hazardous waste, they represent a relevant source to be reused in several industrial sectors, in building construction primarily. In present paper, the properties of mortars and concretes containing different dosages of used foundry sand (UFS) as partial replacement of sand were investigated in both fresh and hardened conditions. In particular, higher percentages of addition, but lower if referred to the whole aggregate (fine and coarse), were considered in concretes than in mortars. Both mortars and concretes were evaluated with respect to consistency of the fresh mixture and compressive strength of the hardened material. Elastic modulus determination of the hardened material was carried out on concretes. A low (10%) amount of used foundry sand does not change the mortar‘s performances. In the presence of higher additions a workability decreasing can be outlined, and then a higher dosage of superplasticizer is required in order to keep it constant. Mechanical performances lower of about 20-30% than those of the conglomerate without used foundry sand are observed. The higher penalization it seems to concern to the conglomerates of better quality (i.e. lower water-cement ratio)

NMN adenylyltransferase from bull testis: purification and properties

The purification procedure of NMN adenylyltransferase from bull testis presented here consists of a heat step and an acidic precipitation followed by four chromatographic steps, including dye ligand, adsorption and hydrophobic chromatography. The final enzyme preparation subjected to non-denaturating and denaturating PAGE with silver nitrate staining exhibited a single band. At this step the enzyme appeared to be homogeneous. The M(r) value of the native enzyme calculated by gel filtration was about 133000. The protein appeared to possess a quaternary structure with four subunits of apparent M(r) 33000 without disulphide interchain bonds. Isoelectric experiments gave a pI of 6.2, and pH studies showed the possible presence of an acidic group in the active site having a pK(a) of 4.9. Analysis of the amino acid composition showed the presence of more acidic residues than basic ones, according to the pI value calculated by Mono P FPLC. The E(a) calculated by Arrhenius plot gave an apparent value of 55.7 kJ/mol. The K-m values for NMN, ATP, NAD(+) and PPi were 0.11, 0.023, 0.37 and 0.16 mM respectively. The polyclonal antiserum produced against the NMN adenylyltransferase reacted with the purified enzyme at different dilutions and recognized the enzyme in the homogenate as well