Littérature scientifique sur le sujet « Evoluzione proteica »

CAF-1 è una proteina istonica trimerica implicata sia nella replicazione che nella riparazione del DNA, con il compito essenziale di stabilizzare la cromatina durante la replicazione; presenta un’ azione di assemblaggio del tutto tipica, poiché unisce solo DNA che è andato incontro a replicazione. Di recente la proteina CAF-1p60 è stata proposta come marker della proliferazione cellulare nei tumori solidi, in particolare nel distretto testa- collo in virtù della sua iper-espressione nelle cellule in stato di proliferazione rispetto a quelle quiescenti in cui è down- regolata. Questa relazione con l’attività mitotica ha inoltre permesso di considerarla come possibile indice prognostico di aggressività neoplastica. In precedenti lavori, effettuati presso il nostro dipartimento, abbiamo documentato che tale proteina risulta essere iper-espressa nei tumori del cavo orale, delle ghiandole salivari e della tiroide. In questo studio abbiamo analizzato e confrontato l’espressività immunoistochimica della proteina CAF-1/p60 nelle neoformazioni laringee precancerose, nei carcinomi in situ e nei tumori maligni, in particolare: in 30 casi di displasia moderata e/o severa, 30 casi di carcinoma in situ e 30 casi di SCCs. CAF-1/p60 è iperespressa nelle cellule neoplastiche; l’espressione di CAF-1/p60 aumenta significativamente in correlazione all’alto indice di replicazione cellulare; inoltre la sua iperespressione moderata-severa è correlata con una prognosi peggiore comparata con la lieve e l’iperespressione della proteina CAF-1/p60 è correlata con un più alto rischio di morbilità e mortalità rappresentando un reale indice prognostico delle neoplasie laringee. CAF-1/p60 assume, pertanto, un valore prognostico indipendente nelle neoplasie laringe. Riteniamo, dunque, che l’iperespressione della proteina CAF-1/p60 che possa essere usata come indicatore di aggressività nell’evoluzione maligna specie dei carcinomi in situ ed impiegata nel follow-up per identificare le forme a più alto rischio prognostico che necessitano quindi controlli più ravvicinati nel tempo.

La malattia renale policistica autosomica dominante (Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease, ADPKD), è la più comune forma di malattia renale cistica e rappresenta, nel mondo, la causa di terapia sostitutiva emodialitica nel 7–10% dei pazienti. Sono noti due tipi di malattia policistica: il tipo I è causato da mutazioni del gene PKD1, che codifica per la policistina-1, è la forma più diffusa e aggressiva e colpisce soggetti di età giovane; il tipo II è causato da mutazioni del gene PKD2 che codifica per la policistina-2 e rappresenta il 10–15% dei casi, a evoluzione più lenta. Clinicamente, le cisti si svilup-pano a livello renale, epatico, pancreatico e intestinale. Il dolore cronico, la chirurgia palliativa, l'insufficienza renale, la dialisi, il trapianto, come anche la morte, sono tutte conseguenze di questa malattia genetica che non ha ancora una terapia medica per rallentare o arrestare la sua progressione. Di grande interesse per il suo potenziale terapeutico, è la dimostrazione che la Policistina-1, formando un complesso con la tuberina (la proteina la cui mutazione causa la sclerosi tuberosa), agisce come un inibitore endogeno dell'attività del mammalian Target of Rapamycin (mTOR). Se mutato, come nell'ADPKD, tale meccanismo inibitorio viene compromesso e ciò favorirebbe lo sviluppo delle cisti. I recenti discordanti risultati di alcuni studi nell'uomo sull'uso di un inibitore di mTOR in pazienti affetti da ADPKD, possono generare interrogativi e confusione, ma diverse e molteplici possono essere le ragioni per cui tali studi hanno portato a conclusioni diverse fra di loro. A questo punto, è d'obbligo porsi l'interrogativo se questi risultati siano la fine o possano essere l'inizio di nuovi studi. Agli Autori piace considerare la seconda ipotesi, in quanto tutti gli studi di biologia molecolare, quelli preclinici, e su animali, hanno confermato la “bontà” del percorso intrapreso. Questa rassegna viene proposta per fare chiarezza sui risultati di tali studi e per dare una speranza concreta, secondo l'opinione degli Autori, sulla possibilità di riuscire a scoprire una cura per tale patologia.

Il presente lavoro di tesi ha avuto lo scopo di valutare l’influenza della marinatura su alcuni aspetti microbiologici e chimico-fisici correlati alla qualità della carne di petto di pollo confezionata sottovuoto durante un periodo di stoccaggio di 14 giorni in condizioni refrigerate. Dalle analisi microbiologiche, è emerso che, nonostante l’aumento di pH dovuto all’azione alcalinizzante del bicarbonato, la shelf-life del prodotto marinato è rimasta invariata rispetto al gruppo di controllo non-marinato ed è stata pari a circa 14 giorni. Dal punto di vista tecnologico, gli ingredienti funzionali aggiunti nella soluzione di marinatura hanno consentito di ottenere livelli di perdite di cottura nel prodotto finito simili a quelli delle carni non-marinate durante tutto il periodo di conservazione. Ciò è riconducibile al notevole aumento della solubilità delle proteine miofibrillari determinato dall’effetto sinergico di cloruro di sodio e bicarbonato. Tuttavia, i prodotti marinati hanno mostrato maggiori perdite di liquido nelle confezioni e questo aspetto può condizionare negativamente la propensione all’acquisto da parte del consumatore. Gli effetti rilevati sul colore non costituiscono invece un elemento determinante nella scelta dei prodotti avicoli confezionati sottovuoto. Infine, è stato escluso qualsiasi effetto negativo della marinatura nei confronti della stabilità ossidativa dei lipidi. I risultati ottenuti in questo lavoro di tesi hanno pertanto dimostrato che è possibile realizzare un prodotto marinato a base di carne di petto di pollo stabile durante la conservazione offrendo così al consumatore un alimento con caratteristiche sensoriali di succulenza e tenerezza superiori e con una maggiore facilità d’uso. Restano da ottimizzare alcuni aspetti legati alla presentazione del prodotto soprattutto in relazione alla presenza di liquido nelle confezioni.

Biodiversity of organisms and their genomic content is a valuable source of enzymes, some of which can be isolated and turned into biocatalysts, useful for more sustainable and efficient industrial processes. Organisms thriving in constantly cold environments produce enzymes that may be more efficient in the cold and more thermolabile than enzymes from other organisms, and that display interesting features for the catalysis of several processes that require or are better at low temperature. In the first part of this thesis, two glycoside hydrolases of family 19 (GH19), named LYS177 and LYS188, were identified in the genome of an Antarctic Pseudomonas strain and characterized. Even though most of the characterized GH19 are chitinases, LYS177 and LYS188 showed no chitinolytic activity, but were active as lysozymes with an optimum temperature of 25-35°C, and retained 40% of their highest activity at 5°C. The temperatures of midpoint unfolding transition were estimated to be 20°C higher than their optimum of activity. Based on these features and sequence analysis, LYS177 and LYS188 can be considered cold-active phage endolysins integrated in prophagic regions of the bacterial host. Moreover, the best performing of the two, LYS177, was active and structurally stable over several days only at 4°C, indicating it as a candidate for potential application on the preservation of food and beverages during cold storage. In protein families, enzymes can rapidly acquire new specializations. Therefore, best practices should be implemented to select optimal candidates with the activity of interest and new, potentially promising, features. Characterized GH19 enzymes showed an enhanced in vivo crop defence against chitin containing pathogens and antimicrobial potentialities. In the second part of this thesis, the sequence space of the GH19 family was explored and a database was created to highlight non-described sequences potentially endowed with interesting variants. Based on global pairwise sequence identity of all proteins available in public databases, GH19s were assigned to two subfamilies, the chitinases and the endolysins. Subfamilies were further split into homologous families, which differ in the n° of characterized enzymes they harbour, in the taxonomical distribution, in the presence of accessory domains and loop insertions. Despite this heterogeneity, a core consisting of 27 amino acids around the active site, including important substrate binding residues, was inferred to be conserved between GH19 subfamilies. Thus, this shared core is suggested to be associated to the GH19 capacity to bind sugars containing N-acetyl-glucosamine. Moreover, specifically conserved positions in each subfamily alignment were identified to be a “signature” useful for predicting the substrate specialization of chitinases and endolysins, and to indicate possible outliers with different features. The GH19 evolution was also investigated through molecular phylogeny to explain the observed sequence and structural plasticity: despite endolysins were divided in an higher number of homologous families, they remained in phages and their bacterial hosts, contrary to chitinases, which spread to both prokaryotic and eukaryotic taxa, and acquired at least four loop insertions; moreover, the GH19 chitinase catalytic domain passed from plants to bacteria by horizontal gene transfer in at least two cases. In conclusion, the second part of this thesis shows how bioinformatic tools can be used to analyse the sequence space of a glycoside hydrolase family and extract information to help both experts and non-experts to optimize the discovery of new biocatalysts potentially applied in the field of human health and nutrition.
Biodiversity of organisms and their genomic content is a valuable source of enzymes, some of which can be isolated and turned into biocatalysts, useful for more sustainable and efficient industrial processes. Organisms thriving in constantly cold environments produce enzymes that may be more efficient in the cold and more thermolabile than enzymes from other organisms, and that display interesting features for the catalysis of several processes that require or are better at low temperature. In the first part of this thesis, two glycoside hydrolases of family 19 (GH19), named LYS177 and LYS188, were identified in the genome of an Antarctic Pseudomonas strain and characterized. Even though most of the characterized GH19 are chitinases, LYS177 and LYS188 showed no chitinolytic activity, but were active as lysozymes with an optimum temperature of 25-35°C, and retained 40% of their highest activity at 5°C. The temperatures of midpoint unfolding transition were estimated to be 20°C higher than their optimum of activity. Based on these features and sequence analysis, LYS177 and LYS188 can be considered cold-active phage endolysins integrated in prophagic regions of the bacterial host. Moreover, the best performing of the two, LYS177, was active and structurally stable over several days only at 4°C, indicating it as a candidate for potential application on the preservation of food and beverages during cold storage. In protein families, enzymes can rapidly acquire new specializations. Therefore, best practices should be implemented to select optimal candidates with the activity of interest and new, potentially promising, features. Characterized GH19 enzymes showed an enhanced in vivo crop defence against chitin containing pathogens and antimicrobial potentialities. In the second part of this thesis, the sequence space of the GH19 family was explored and a database was created to highlight non-described sequences potentially endowed with interesting variants. Based on global pairwise sequence identity of all proteins available in public databases, GH19s were assigned to two subfamilies, the chitinases and the endolysins. Subfamilies were further split into homologous families, which differ in the n° of characterized enzymes they harbour, in the taxonomical distribution, in the presence of accessory domains and loop insertions. Despite this heterogeneity, a core consisting of 27 amino acids around the active site, including important substrate binding residues, was inferred to be conserved between GH19 subfamilies. Thus, this shared core is suggested to be associated to the GH19 capacity to bind sugars containing N-acetyl-glucosamine. Moreover, specifically conserved positions in each subfamily alignment were identified to be a “signature” useful for predicting the substrate specialization of chitinases and endolysins, and to indicate possible outliers with different features. The GH19 evolution was also investigated through molecular phylogeny to explain the observed sequence and structural plasticity: despite endolysins were divided in an higher number of homologous families, they remained in phages and their bacterial hosts, contrary to chitinases, which spread to both prokaryotic and eukaryotic taxa, and acquired at least four loop insertions; moreover, the GH19 chitinase catalytic domain passed from plants to bacteria by horizontal gene transfer in at least two cases. In conclusion, the second part of this thesis shows how bioinformatic tools can be used to analyse the sequence space of a glycoside hydrolase family and extract information to help both experts and non-experts to optimize the discovery of new biocatalysts potentially applied in the field of human health and nutrition.