Cuore e autoimmunità glutine dipendente

2007/2008La cardiomiopatia dilatativa (DCM) nel 70% dei casi è di causa ignota e viene quindi definita idiopatica ma circa la metà di questi casi potrebbe essere ricondotta ad una disregolazione di tipo immune. La presenza di autoanticorpi, infatti, diretti contro auto-antigeni più o meno cuore specifici è stata accertata in molti soggetti con DCM. In particolar modo lavori pubblicati hanno dimostrato come anticorpi contro la miosina e contro il recettore β1adrenergico possano essere coinvolti nella patologia. Non è chiaro, tuttavia, se tali autoanticorpi siano epifenomeno o causa di malattia. Accanto a queste evidenze di autoimmunità coinvolta nella DCM si inseriscono quelle dell’autoimmunità riguardante la celiachia. Le manifestazioni autoimmuni sono così tipiche della malattia celiaca (anticorpi anti-transglutaminasi, anticorpi anti-endomisio) tanto da costituirne il principale marcatore diagnostico. Inoltre, è frequente nei soggetti celiaci una risposta autoimmune contro diversi organi e il rischio di sviluppare alte malattie autoimmuni è in parte riconducibile all’assunzione di glutine. Alcuni lavori, infatti, sottolineano come i soggetti celiaci abbiano un aumentato rischio di sviluppare malattie autoimmuni concomitanti come per esempio il diabete di tipo I, la tiroidite autoimmune e forse anche la DCM. Ad avvalorare quest’ultimo pensiero ci sono alcuni lavori che dimostrano come la prevalenza della celiachia nella popolazione con DCM sia maggiore rispetto a quella della popolazione generale. Inoltre sono stati descritti dei casi in cui soggetti con DCM e celiachia messi a dieta senza glutine, migliorano in modo evidente la loro funzione cardiaca . Il ruolo chiave nella perdita della tolleranza verso antigeni self in questo contesto sembra essere svolto dal sistema immune mucosale. Tale sistema generalmente è capace di discriminare sostanze tossiche e microrganismi patogeni dalle molecole proprie dell'organismo, ma anche dagli antigeni alimentari. È però plausibile pensare che la complessa infiammazione mucosale che si sviluppa nell'intestino dei soggetti celiaci esposti al glutine, interferisca sui meccanismi di mantenimento della tolleranza immune della mucosa stessa. La produzione di autoanticorpi diretti contro la transglutaminasi tissutale potrebbe quindi essere solo un primo segno di questa disregolazione. È stato infatti dimostrato che altri autoanticorpi vengono prodotti dai linfociti B presenti nella mucosa dei soggetti celiaci. L'ipotesi è che la transglutaminasi si leghi non solo alla gliadina ma anche ad altre proteine andando a formare macrocomplessi che presentano nuovi antigeni che sono sia epitopi self che epitopi della gliadina. Come conseguenza di ciò, si evidenzia non solo quindi una continuata produzione di anti-tTG ma anche la produzione di altri autoanticorpi. La produzione degli anticorpi anti-tTG, diventati il marker di malattia celiaca per eccellenza, inoltre è sostenuta esclusivamente dai linfociti B della mucosa intestinale ed è stato suggerito che i livelli sierici che vengono rilevati siano la conseguenza di un passaggio nel sangue degli anticorpi prodotti a livello mucosale. Queste osservazioni derivano da alcuni lavori che evidenziano come la mucosa intestinale sia la sede primaria di produzione di questi anticorpi. Un lavoro pubblicato nel 2004 dimostra, sfruttando la tecnica della doppia immunofluorescenza, la presenza di depositi di anticorpi di classe IgA tTg specifiche nella mucosa intestinale di soggetti celiaci. Tali depositi non sono presenti, invece, nella mucosa intestinale dei soggetti di controllo. In un altro lavoro è stata riportata la produzione e l'analisi di librerie anticorpali fagiche ottenute sia dai linfociti del sangue periferico sia dai linfociti infiltranti la mucosa intestinale di alcuni soggetti celiaci. Sono stati isolati frammenti single chain di anticorpi (scFV) diretti contro la tTG da tutte le librerie ottenute dai linfociti intestinali ma nessuno da quelle ottenute dai linfociti del sangue periferico. Contrariamente, invece, anticorpi contro la gliadina sono stati isolati da tutte le librerie indipendentemente dall'origine dei linfociti di partenza. Questi risultati evidenziano come la risposta umorale contro la tTG avviene a livello locale mentre quella diretta verso la gliadina avviene sia a livello periferico che centrale. L'autoimunità di origine mucosale come detto precedentemente non sembra essere limitata alla risposta diretta contro la tTG ma sembrano coinvolti anche altri autoantigeni. Una conferma di questa ipotesi viene fornita dallo studio dell'autoimmunità che si sviluppa nel diabete di tipo I. Nei pazienti affetti da questa patologia, i linfociti reattivi contro l’acido glutammico decarbossilasi (GAD) presentano le integrine α4β7 che sono dei marcatori di homing intestino specifici suggerendo quindi che anche questi linfociti autoreattivi sono di origine intestinale. In base alla correlazione tra celiachia e cardiomiopatia discussa precedentemente è quindi lecito chiedersi se i fenomeni di autoimmunità descritti in soggetti celiaci con DCM possano essere realmente di tipo glutine dipendente e se anche in questo caso il ruolo dell’immunità mucosale risulta essere fondamentale. Prendendo spunto quindi dallo studio in cui sono stati isolati a livello della mucosa intestinale gli anticorpi anti tTG è possibile utilizzare la tecnologia del phage display per valutare la presenza di autoanticorpi diretti contro antigeni cuore specifici nella mucosa intestinale dei soggetti celiaci e cardiomiopatici. Grazie all’opportunità di avere a disposizione le biopsie intestinali di due soggetti con DCM e celiachia, è stato riprodotto il repertorio anticorpale presente a livello mucosale di questi due soggetti, in fase acuta di celiachia, costruendo delle librerie fagiche anticorpali totali di classe IgA. Tali librerie sono state selezionate sulla tTG (dal momento che questi soggetti sono anche celiaci), sulla miosina muscolare di coniglio, sulla miosina porcina di cuore (antigene con maggiore omologia alla miosina cardiaca umana: 97%), e sull’albumina bovina sierica (BSA) come antigene di controllo negativo. Oltre alle due librerie dei soggetti con celiachia e DCM sono state selezionate anche la libreria totale IgA di un soggetto di controllo e quella di un soggetto celiaco senza cardiomiopatia. In generale per quanto riguarda i risultati ottenuti, i geni VH utilizzati nella risposta contro la miosina sia porcina che di muscolo scheletrico di coniglio sono principalmente ristretti all'utilizzo di due famiglie delle sette famiglie disponibili: VH3 e VH1. Tuttavia, non c’è un segmento genico preferito. Questo specifico coinvolgimento è in linea con quanto finora osservato da altri autori nel campo dell’autoimmunità in cui il coinvolgimento della famiglia genica VH3 costituisce la regione variabile maggiormente utilizzata nella sintesi di auto-anticorpi organo-specifici. Questa decisa prevalenza delle VH3 nel campo di alcune patologie auto-immuni (lupus eritematoso sistemico, miastenia gravis) costituisce un dato soprattutto epidemiologico mentre manca una spiegazione biologica di tipo funzionale o di semplice ipotesi speculativa. L’ingaggio di una famiglia genica potrebbe dipendere sia dall’antigene coinvolto sia dalla predisposizione genetica verso la malattia auto-immune come avviene per la malattia celiaca in cui anticorpi anti-transglutaminasi sono sintetizzati sotto il controllo prevalente della famiglia genica VH5 in presenza del fattore genetico predisponente: l’HLA di classe seconda DQ2/8. Per quanto riguarda le VL invece sono diverse tra le varie librerie analizzate: sono presenti Vk e Vλ appartenenti a quasi tutte le 10 famiglie Vλ e a due (VKI e VKIII) delle 6 famiglie Vk. In conclusione i dati ottenuti nel presente lavoro dimostrano che nella mucosa intestinale di soggetti con cardiomiopatia dilatativa e celiachia sono presenti B linfociti in grado di sintetizzare anticorpi di classe IgA diretti contro uno degli antigeni maggiormente coinvolti nella patogensi della CDM: la miosina. Inoltre il sequenziamento della maggior parte dei cloni isolati ha permesso di riconoscere nelle famiglie geniche VH1 e VH3 le principali regione variabili coinvolte nelle sintesi degli anticorpi IgA anti-miosina. L’isolamento a livello intestinale di auto-anticorpi contro la miosina nei nostri soggetti celiaci e cardiomiopatici permette di dare concretezza sperimentale all’ipotesi secondo cui l’autoimmunità organo-specifica (es. auto-anticorpi contro il pancreas “anti-IA2, anti-GAD”, il cervelletto “anti-cellule di Purkinje”, la tiroide “anti-tireoperossidasi”) si genera a livello della mucosa intestinale. Purtroppo nulla si può dire sulla dipendenza di questi anticorpi dall’assunzione del glutine poiché non è stato possibile avere a disposizione le biopsie intestinali degli stessi due soggetti dopo un anno di dieta senza glutine in quanto stiamo aspettando che la loro mucosa intestinale assuma in modo definitivo una normale struttura. Tuttavia non appena sarà possibile avere a disposizione tali campioni bioptici costruiremo le due librerie anticorpali IgA e le selezioneremo sui medesimi antigeni testati. Sarebbe auspicabile non isolare affatto o comunque isolare scFV in numero minore. Questo percorso sperimentale potrebbe determinare la glutine dipendenza di questi anticorpi diretti contro antigeni cuore specifici e potrebbe così spiegare perché alcuni casi di celiachia e cardiomiopatia dilatativa hanno avuto e mantenuto un significativo miglioramento dell’attività cardiaca nel corso della dieta senza glutine e contemporaneamente giustificare studi di screening per la celiachia in soggetti con cardiomiopatia dilatativa per offrire un valido e semplice intervento terapeutico alla patologia cardiaca ai nuovi casi di celiachia. Sarebbe inoltre auspicabile poter fare degli studi di epitope mapping per evidenziare quali epitopi dell’antigene vengono legati dagli autoanticorpi.XXI Cicl

Holistic engineering of Cal-A lipase chain-length selectivity identifies triglyceride binding hot-spot

Through the application of a region-focused saturation mutagenesis and randomization approach, protein engineering of the Cal-A enzyme was undertaken with the goal of conferring new triglyceride selectivity. Little is known about the mode of triglyceride binding to Cal-A. Engineering Cal-A thus requires a systemic approach. Targeted and randomized Cal-A libraries were created, recombined using the Golden Gate approach and screened to detect variants able to discriminate between long-chain (olive oil) and short-chain (tributyrin) triglyceride substrates using a high-throughput in vivo method to visualize hydrolytic activity. Discriminative variants were analyzed using an in-house script to identify predominant substitutions. This approach allowed identification of variants that exhibit strong discrimination for the hydrolysis of short-chain triglycerides and others that discriminate towards hydrolysis of long-chain triglycerides. A clear pattern emerged from the discriminative variants, identifying the 217–245 helix-loop-helix motif as being a hot-spot for triglyceride recognition. This was the consequence of introducing the entire mutational load in selected regions, without putting a strain on distal parts of the protein. Our results improve our understanding of the Cal-A lipase mode of action and selectivity. This holistic perspective to protein engineering, where parts of the gene are individually mutated and the impact evaluated in the context of the whole protein, can be applied to any protein scaffold

Brief mindfulness training enhances cognitive control in socioemotional contexts: Behavioral and neural evidence.

In social contexts, the dynamic nature of others' emotions places unique demands on attention and emotion regulation. Mindfulness, characterized by heightened and receptive moment-to-moment attending, may be well-suited to meet these demands. In particular, mindfulness may support more effective cognitive control in social situations via efficient deployment of top-down attention. To test this, a randomized controlled study examined effects of mindfulness training (MT) on behavioral and neural (event-related potentials [ERPs]) responses during an emotional go/no-go task that tested cognitive control in the context of emotional facial expressions that tend to elicit approach or avoidance behavior. Participants (N = 66) were randomly assigned to four brief (20 min) MT sessions or to structurally equivalent book learning control sessions. Relative to the control group, MT led to improved discrimination of facial expressions, as indexed by d-prime, as well as more efficient cognitive control, as indexed by response time and accuracy, and particularly for those evidencing poorer discrimination and cognitive control at baseline. MT also produced better conflict monitoring of behavioral goal-prepotent response tendencies, as indexed by larger No-Go N200 ERP amplitudes, and particularly so for those with smaller No-Go amplitude at baseline. Overall, findings are consistent with MT's potential to enhance deployment of early top-down attention to better meet the unique cognitive and emotional demands of socioemotional contexts, particularly for those with greater opportunity for change. Findings also suggest that early top-down attention deployment could be a cognitive mechanism correspondent to the present-oriented attention commonly used to explain regulatory benefits of mindfulness more broadly

Enhancement of 5-FU sensitivity by the proapoptotic rpL3 gene in p53 null colon cancer cells through combined polymer nanoparticles

Colon cancer is one of the leading causes of cancer-related death worldwide and the therapy with 5-fluorouracil (5-FU) is mainly limited due to resistance. Recently, we have demonstrated that nucleolar stress upon 5-FU treatment leads to the activation of ribosome-free rpL3 (L3) as proapoptotic factor. In this study, we analyzed L3 expression profile in colon cancer tissues and demonstrated that L3 mRNA amount decreased with malignant progression and the intensity of its expression was inversely related to tumor grade and Bcl-2/Bax ratio. With the aim to develop a combined therapy of 5-FU plus plasmid encoding L3 (pL3), we firstly assessed the potentiation of the cytotoxic effect of 5-FU on colon cancer cells by L3. Next, 10 μM 5-FU and 2 μg of pL3 were encapsulated in biocompatible nanoparticles (NPs) chemically conjugated with HA to achieve active tumor-targeting ability in CD44 overexpressing cancer cells. We showed the specific intracellular accumulation of NPs in cells and a sustained release for 5-FU and L3. Analysis of cytotoxicity and apoptotic induction potential of combined NPs clearly showed that the 5-FU plus L3 were more effective in inducing apoptosis than 5-FU or L3 alone. Furthermore, we show that the cancer-specific chemosensitizer effect of combined NPs may be dependent on L3 ability to affect 5-FU efflux by controlling P-gp (P-glycoprotein) expression. These results led us to propose a novel combined therapy with the use of 5-FU plus L3 in order to establish individualized therapy by examining L3 profiles in tumors to yield a better clinical outcomes

Virtual Platform-Based Design Space Exploration of Power-Efficient Distributed Embedded Applications

Networked embedded systems are essential building blocks of a broad variety of distributed applications ranging from agriculture to industrial automation to healthcare and more. These often require specific energy optimizations to increase the battery lifetime or to operate using energy harvested from the environment. Since a dominant portion of power consumption is determined and managed by software, the software development process must have access to the sophisticated power management mechanisms provided by state-of-the-art hardware platforms to achieve the best tradeoff between system availability and reactivity. Furthermore, internode communications must be considered to properly assess the energy consumption. This article describes a design flow based on a SystemC virtual platform including both accurate power models of the hardware components and a fast abstract model of the wireless network. The platform allows both model-driven design of the application and the exploration of power and network management alternatives. These can be evaluated in different network scenarios, allowing one to exploit power optimization strategies without requiring expensive field trials. The effectiveness of the approach is demonstrated via experiments on a wireless body area network application

Pluronic® P123/F127 mixed micelles delivering sorafenib and its combination with verteporfin in cancer cells

Here, we developed Pluronic® P123/F127 (poloxamer) mixed micelles for the intravenous delivery of the anticancer drug sorafenib (SRB) or its combination with verteporfin (VP), a photosensitizer for photodynamic therapy that should complement well the cytotoxicity profile of the chemotherapeutic. SRB loading inside the core of micelles was governed by the drug:poloxamer weight ratio, while in the case of the SRB-VP combination, a mutual interference between the two drugs occurred and only specific ratios could ensure maximum loading efficiency. Coentrapment of SRB did not alter the photophysical properties of VP, confirming that SRB did not participate in any bimolecular process with the photosensitizer. Fluorescence resonance energy-transfer measurement of micelles in serum protein-containing cell-culture medium demonstrated the excellent stability of the system in physiologically relevant conditions. These results were in line with the results of the release study showing a release rate of both drugs in the presence of proteins slower than in phosphate buffer. SRB release was sustained, while VP remained substantially entrapped in the micelle core. Cytotoxicity studies in MDA-MB231 cells revealed that at 24 hours, SRB-loaded micelles were more active than free SRB only at very low SRB concentrations, while at 24+24 hours a prolonged cytotoxic effect of SRB-loaded micelles was observed, very likely mediated by the block in the S phase of the cell cycle. The combination of SRB with VP under light exposure was less cytotoxic than both the free combination and VP-loaded micelles + SRB-loaded micelles combination. This behavior was clearly explainable in terms of micelle uptake and intracellular localization. Besides the clear advantage of delivering SRB in poloxamer micelles, our results provide a clear example that each photochemotherapeutic combination needs detailed investigations on their particular interaction, and no generalization on enhanced cytotoxic effects should be derived a priori

Pro inflammatory stimuli enhance the immunosuppressive functions of adipose mesenchymal stem cells-derived exosomes

The predominant mechanism by which adipose mesenchymal stem cells (AMSCs) participate to tissue repair is through a paracrine activity and their communication with the inflammatory microenvironment is essential part of this process. This hypothesis has been strengthened by the recent discovery that stem cells release not only soluble factors but also extracellular vesicles, which elicit similar biological activity to the stem cells themselves. We demonstrated that the treatment with inflammatory cytokines increases the immunosuppressive and anti-inflammatory potential of AMSCs-derived exosomes, which acquire the ability to shift macrophages from M1 to M2 phenotype by shuttling miRNA regulating macrophages polarization. This suggests that the immunomodulatory properties of AMSCs-derived exosomes may be not constitutive, but are instead induced by the inflammatory microenvironment

CONTREX: Design of embedded mixed-criticality CONTRol systems under consideration of EXtra-functional properties

The increasing processing power of today’s HW/SW platforms leads to the integration of more and more functions in a single device. Additional design challenges arise when these functions share computing resources and belong to different criticality levels. The paper presents the CONTREX European project and its preliminary results. CONTREX complements current activities in the area of predictable computing platforms and segregation mechanisms with techniques to consider the extra-functional properties, i.e., timing constraints, power, and temperature. CONTREX enables energy efficient and cost aware design through analysis and optimization of these properties with regard to application demands at different criticality levels

CONTREX: Design of embedded mixed-criticality CONTRol systems under consideration of EXtra-functional properties

The increasing processing power of today’s HW/SW platforms leads to the integration of more and more functions in a single device. Additional design challenges arise when these functions share computing resources and belong to different criticality levels. CONTREX complements current activities in the area of predictable computing platforms and segregation mechanisms with techniques to consider the extra-functional properties, i.e., timing constraints, power, and temperature. CONTREX enables energy efficient and cost aware design through analysis and optimization of these properties with regard to application demands at different criticality levels. This article presents an overview of the CONTREX European project, its main innovative technology (extension of a model based design approach, functional and extra-functional analysis with executable models and run-time management) and the final results of three industrial use-cases from different domain (avionics, automotive and telecommunication).The work leading to these results has received funding from the European Community’s Seventh Framework Programme FP7/2007-2011 under grant agreement no. 611146