Implication de Syngap1 dans la transmission GABAergique et la plasticité synaptique

La déficience intellectuelle affecte de 1 à 3% de la population mondiale, ce qui en fait le trouble cognitif le plus commun de l’enfance. Notre groupe à découvert que des mutations dans le gène SYNGAP1 sont une cause fréquente de déficience intellectuelle non-syndromique, qui compte pour 1-3% de l’ensemble des cas. À titre d’exemple, le syndrome du X fragile, qui est la cause monogénique la plus fréquente de déficience intellectuelle, compte pour environ 2% des cas. Plusieurs patients affectés au niveau de SYNGAP1 présentent également des symptômes de l’autisme et d’une forme d’épilepsie. Notre groupe a également montré que SYNGAP1 cause la déficience intellectuelle par un mécanisme d’haploinsuffisance. SYNGAP1 code pour une protéine exprimée exclusivement dans le cerveau qui interagit avec la sous-unité GluN2B des récepteurs glutamatergique de type NMDA (NMDAR). SYNGAP1 possède une activité activatrice de Ras-GTPase qui régule négativement Ras au niveau des synapses excitatrices. Les souris hétérozygotes pour Syngap1 (souris Syngap1+/-) présentent des anomalies de comportement et des déficits cognitifs, ce qui en fait un bon modèle d’étude. Plusieurs études rapportent que l’haploinsuffisance de Syngap1 affecte le développement cérébral en perturbant l’activité et la plasticité des neurones excitateurs. Le déséquilibre excitation/inhibition est une théorie émergente de l’origine de la déficience intellectuelle et de l’autisme. Cependant, plusieurs groupes y compris le nôtre ont rapporté que Syngap1 est également exprimé dans au moins une sous-population d’interneurones GABAergiques. Notre hypothèse était donc que l’haploinsuffisance de Syngap1 dans les interneurones contribuerait en partie aux déficits cognitifs et au déséquilibre d’excitation/inhibition observés chez les souris Syngap1+/-. Pour tester cette hypothèse, nous avons généré un modèle de souris transgéniques dont l’expression de Syngap1 a été diminuée uniquement dans les interneurones dérivés des éminences ganglionnaires médianes qui expriment le facteur de transcription Nkx2.1 (souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1). Nous avons observé une diminution des courants postsynaptiques inhibiteurs miniatures (mIPSCs) au niveau des cellules pyramidales des couches 2/3 du cortex somatosensoriel primaire (S1) et dans le CA1 de l’hippocampe des souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1. Ces résultats supportent donc l’hypothèse selon laquelle la perte de Syngap1 dans les interneurones contribue au déséquilibre d’excitation/inhibition. De manière intéressante, nous avons également observé que les courants postsynaptiques excitateurs miniatures (mEPSCs) étaient augmentés dans le cortex S1, mais diminués dans le CA1 de l’hippocampe. Par la suite, nous avons testé si les mécanismes de plasticité synaptique qui sous-tendraient l’apprentissage étaient affectés par l’haploinsuffisance de Syngap1 dans les interneurones. Nous avons pu montrer que la potentialisation à long terme (LTP) NMDAR-dépendante était diminuée chez les souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1, sans que la dépression à long terme (LTD) NMDAR-dépendante soit affectée. Nous avons également montré que l’application d’un bloqueur des récepteurs GABAA renversait en partie le déficit de LTP rapporté chez les souris Syngap1+/-, suggérant qu’un déficit de désinhibition serait présent chez ces souris. L’ensemble de ces résultats supporte un rôle de Syngap1 dans les interneurones qui contribue aux déficits observés chez les souris affectées par l’haploinsuffisance de Syngap1.

Modifications post-traductionnelles des canaux calciques cardiaques de type L : identification des résidus asparagine qui participent à la glycosylation de la sous-unité auxiliaire CaVα2δ1

Les canaux calciques de type L CaV1.2 sont principalement responsables de l’entrée des ions calcium pendant la phase plateau du potentiel d’action des cardiomyocytes ventriculaires. Cet influx calcique est requis pour initier la contraction du muscle cardiaque. Le canal CaV1.2 est un complexe oligomérique qui est composé de la sous-unité principale CaVα1 et des sous-unités auxiliaires CaVβ et CaVα2δ1. CaVβ joue un rôle déterminant dans l’adressage membranaire de la sous-unité CaVα1. CaVα2δ1 stabilise l’état ouvert du canal mais le mécanisme moléculaire responsable de cette modulation n’a pas été encore identifié. Nous avons récemment montré que cette modulation requiert une expression membranaire significative de CaVα2δ1 (Bourdin et al. 2015). CaVα2δ1 est une glycoprotéine qui possède 16 sites potentiels de glycosylation de type N. Nous avons donc évalué le rôle de la glycosylation de type-N dans l’adressage membranaire et la stabilité de CaVα2δ1. Nous avons d’abord confirmé que la protéine CaVα2δ1 recombinante, telle la protéine endogène, est significativement glycosylée puisque le traitement à la PNGase F se traduit par une diminution de 50 kDa de sa masse moléculaire, ce qui est compatible avec la présence de 16 sites Asn. Il s’est avéré par ailleurs que la mutation simultanée de 6/16 sites (6xNQ) est suffisante pour 1) réduire significativement la densité de surface de! CaVα2δ1 telle que mesurée par cytométrie en flux et par imagerie confocale 2) accélérer les cinétiques de dégradation telle qu’estimée après arrêt de la synthèse protéique et 3) diminuer la modulation fonctionnelle des courants générés par CaV1.2 telle qu’évaluée par la méthode du « patch-clamp ». Les effets les plus importants ont toutefois été obtenus avec les mutants N663Q, et les doubles mutants N348Q/N468Q, N348Q/N812Q, N468Q/N812Q. Ensemble, ces résultats montrent que Asn663 et à un moindre degré Asn348, Asn468 et Asn812 contribuent à la biogenèse et la stabilité de CaVα2δ1 et confirment que la glycosylation de type N de CaVα2δ1 est nécessaire à la fonction du canal calcique cardiaque de type L.

Biopacemaker acceleration without increased synchronization by chronic exposure to phorbol myristate acetate

L'activité électrique du coeur est initiée par la génération spontanée de potentiels d'action venant des cellules pacemaker du noeud sinusal (SN). Toute dysfonction au niveau de cette région entraîne une instabilité électrique du coeur. La majorité des patients souffrant d'un noeud sinusal déficient nécessitent l'implantation chirurgicale d'un pacemaker électronique; cependant, les limitations de cette approche incitent à la recherche d'une alternative thérapeutique. La base moléculaire des courants ioniques jouant un rôle crucial dans l'activité du noeud sinusal sont de plus en plus connues. Une composante importante de l'activité des cellules pacemakers semble être le canal HCN, responsable du courant pacemaker If. Le facteur T-box 3 (Tbx3), un facteur de transcription conservé durant le processus de l'évolution, est nécessaire au développement du système de conduction cardiaque. De précédentes études ont démontré que dans différentes lignées cellulaires le Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) active l'expression du gène codant Tbx3 via des réactions en cascade partant de la protéine kinase C (PKC). L'objectif principal de cette étude est de tester si le PMA peut augmenter la fréquence et la synchronisation de l'activité spontanée du pacemaker biologique en culture. Plus précisément, nous avons étudié les effets de l'exposition chronique au PMA sur l'expression du facteur de transcription Tbx3, sur HCN4 et l'activité spontanée chez des monocouches de culture de myocytes ventriculaires de rats néonataux (MVRN). Nos résultats démontrent que le PMA augmente significativement le facteur transcription de Tbx3 et l'expression ARNm de HCN4, favorisant ainsi l'augmentation du rythme et de la stabilité de l'activité autonome. De plus, une diminution significative de la vitesse de conduction a été relevée et est attribuée à la diminution du couplage intercellulaire. La diminution de la vitesse de conduction pourrait expliquer l'effet négatif du PMA sur la synchronisation de l'activité autonome du pacemaker biologique. Ces résultats ont été confirmés par un modèle mathématique multicellulaire suggérant que des fréquences et résistances intercellulaires plus élevée pourraient induire une activité plus stable et moins synchrone. Cette étude amène de nouvelles connaissances très importantes destinées à la production d'un pacemaker biologique efficient et robuste.

Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1.

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

Targeted Public Distribution System in Food Grains:Extent of Utlization by the Tribal Population in Kerala

In India, Food Security meant supply of food grains and the medium was Public Distribution System. Public Distribution System (PDS) is a rationing mechanism that entitles households to specified quantities of selected commodities at subsidized prices. The Objectives of PDS are maintaining Price Stability, rationing during times of scarcity, welfare of the poor, and keeping a check on private trade. Kerala has registered remarkable improvement in poverty reduction in general over the years among all social sections, including scheduled caste and scheduled tribe population. As part of the structural adjustment intended to reduce public expenditure, PDS has been modified as Revamped PDS (RPDS) during 1992 and later on as Targeted PDS (TPDS) in 1997, intended to target households on the basis of income criterion, classifying people as Below Poverty Line (BPL) and Above Poverty Line (APL). TPDS provides 25Kg. of food gra.ins through the Fair Price Shops per month @ Rs.3/- per Kg. of rice/ wheat to the BPL category and @Rs.8.90 and Rs.6.7O for rice and wheat respectively to the APL category of people. Since TPDS is intended to target the poor people, the subsidy spent by the government for the scheme should be beneficial to the poor people and naturally they should utilize the benefits by purchasing the food grains allotted under the scheme. Several studies have shown that there is underutilization of the allotments under TPDS. Therefore, the extent of utilization of TPDS in food grains, how and why remains as a major hurdle, in improving the structure and system of PDS. Livelihood of the tribal population being under threat due to increasing degradation of the resources, the targeting system ought to be effective among the tribal population. Therefore, performance of the TPDS in food grains, in terms of the utilization by the tribal population in Kerala, impact thereof and the factors, if any, affecting proper utilization were considered as the research problem in this study. The study concentrated on the pattern of consumption of food grains by the tribal people, whether their hunger needs are met by distribution of food grains through the TPDS, extent to which TPDS in food grains reduce their share of expenditure on food in the total household expenditure, and the factors affecting the utilization of the TPDS in food grains by the tribal population. Going through the literature, it has been noted that only few studies concentrated on the utilization of TPDS in food grains among the tribal population in Kerala.The Research Design used in this study is descriptive in nature, but exploratory in some aspects. Idukki, Palakkad and Wayanad have more than 60% of the population of the tribals in the state. Within the three districts mentioned above, 14 villages with scheduled tribe concentration were selected for the study. 95 tribal colonies were selected from among the various tribal settlements. Collection of primary data was made from 1231 households with in the above tribal colonies. Analysis of data on the socio-economic factors of the tribal people, pattern of food consumption, extent of reduction in the share of expenditure on food among the household expenditure of the tribal people and the impact of TPDS on the tribal families etc. and testing of hypotheses to find out the relation/association of each of the six variables, using the data on BPL and APL categories of households separately have resulted in findings such as six percent of the tribal families do not have Ration Cards, average per capita consumption of food grains by the tribal people utilizing TPDS meets 62% of their minimum requirement, whereas the per capita consumption of food grains by the tribal people is higher than the national average per capita consumption, 63% deficiency in food grains may be felt by tribal people in general, if TPDS is withdrawn, and the deficit for BPL tribal people may be 82%, TPDS facilitates a reduction of 9.71% in the food expenditure among the total household expenditure of the tribal people in general, share of food to non-food among BPL category of tribals is 55:45 and 40:60 among the APL, Variables, viz. household income, number of members in the family and distance of FPS from tribal settlements etc. have influence on the quantity of rice being purchased by the tribal people from the Fair Price Shops, and there is influence of household income and distance of FPS from tribal settlements on the quantity of rice being purchased by the tribal people from the open market. Rationing with differential pricing on phased allotments, rectification of errors in targeting, anomalies in norms and procedures for classifying tribal people as BPL/APL, exclusive Income Generation for tribal population, paddy cultivation in the landholdings possessed by the tribal people, special drive for allotment of Ration Cards to the tribal people, especially those belonging to the BPL category, Mobile Fair Price Shops in tribal settlements, ensure quality of the food grains distributed through the TPDS, distribution of wheat flour in packed condition instead of wheat through the Fair Price Shops are recommended to address the shortcomings and weaknesses of the TPDS vis-avis the tribal population in Kerala.

Determination of charge carrier transport in radio frequency plasma polymerized aniline thin films

The carrier transport mechanism of polyaniline (PA) thin films prepared by radio frequency plasma polymerization is described in this paper. The mechanism of electrical conduction and carrier mobility of PA thin films for different temperatures were examined using the aluminium–PA–aluminium (Al–PA–Al) structure. It is found that the mechanism of carrier transport in these thin films is space charge limited conduction. J –V studies on an asymmetric electrode configuration using indium tin oxide (ITO) as the base electrode and Al as the upper electrode (ITO–PA–Al structure) show a diode-like behaviour with a considerable rectification ratio

THz Plasma Waves in Field-Effect-Transistors: A Monte Carlo Study

Sensing with electromagnetic waves having frequencies in the Terahertz-range is a very attractive investigative method with applications in fundamental research and industrial settings. Up to now, a lot of sources and detectors are available. However, most of these systems are bulky and have to be used in controllable environments such as laboratories. In 1993 Dyakonov and Shur suggested that plasma waves developing in field-effect-transistors can be used to emit and detect THz-radiation. Later on, it was shown that these plasma waves lead to rectification and allows for building efficient detectors. In contrast to the prediction that these plasma waves lead to new promising solid-state sources, only a few weak sources are known up to now. This work studies THz plasma waves in semiconductor devices using the Monte Carlo method in order to resolve this issue. A fast Monte Carlo solver was developed implementing a nonparabolic bandstructure representation of the used semiconductors. By investigating simplified field-effect-transistors it was found that the plasma frequency follows under equilibrium conditions the analytical predictions. However, no current oscillations were found at room temperature or with a current flowing in the channel. For more complex structures, consisting of ungated and gated regions, it was found that the plasma frequency does not follow the value predicted by the dispersion relation of the gated nor the ungated device.

Análisis de inversión extranjera directa por parte del grupo de los BRIC hacia los sectores estratégicos de Colombia

El siguiente documento da a conocer el comportamiento de la Inversión Extranjera Directa (IED) de los países denominados BRIC (Brasil, Rusia, India y China) en Colombia. De acuerdo a lo anterior, en el presente trabajo, se realizó un análisis general de la IED entrante en el país suramericano que buscaba establecer los principales inversores; además de determinar los sectores más atractivos. Posteriormente, se observó la magnitud de la inversión que realizan los países BRIC en Colombia y en el mundo, con el fin de efectuar una comparación que permitiera determinar que tan significativa es la inversión que se realiza en el Estado Colombiano frente a la que es efectuada por estas naciones a nivel global. Igualmente, se consideró las industrias a las que la IED está dirigida, el grado de beneficio que representa para la población y si existe la posibilidad de enfocarla hacia otros sectores estratégicos o si se recomienda encauzarla hacia aquellos que hoy en día son el principal foco de inversión.

La cooperación intelectual en la Unesco : la historia interna de la I Conferencia General de 1946.

Continuación del artículo del número 6, p. 167-175

El Ilustrísimo Sr. D. Eduardo del Arco Álvarez, nuevo Inspector General de Enseñanza Media : discurso del Director General en la toma de posesión.

Acompañan al texto fotografías del Director General de Enseñanza Media con los señores Pacio y Del Arco en la toma de posesión y fotografías de éstos dos últimos que se adjuntan a su perfil biográfico

Riobamba y el ferrocarril. Nuevas dinámicas de intercambio regional en el primer cuarto del siglo XX (Estudios)

Este artículo analiza los conflictos que produjo el paso del ferrocarril por Riobamba. Describe la lucha por la rectificación de la vía férrea, que enlazaba las ciudades de Guayaquil y Quito, y subraya las pugnas y aspiraciones locales relacionadas con el nuevo medio de transporte. Señala las reacciones de la opinión pública riobambeña, expuestas en su prensa local, y las posturas tanto de los gobiernos como de la empresa que construyó la obra. Además, estudia las consecuencias que se derivaron del paso del ferrocarril: la ampliación del mercado interno como consecuencia del incremento del comercio interregional, el desarrollo de los poblados situados a lo largo del trazado ferroviario y la aceleración del intercambio de personas y bienes.

The modelling of electrical current NDT methods and its application to weld testing

Discussion of the numerical modeling of NDT methods based on the potential drop and the disruption of power lines to describe the nature, importance and application of modeling. La 1ère partie est consacrée aux applications aux contrôles par courants de Foucault. The first part is devoted to applications for inspection by eddy currents.

When consent doesn't work: a rights-based case for limits to consent’s capacity to legitimise

Consent's capacity to legitimise actions and claims is limited by conditions such as coercion, which render consent ineffective. A better understanding of the limits to consent's capacity to legitimise can shed light on a variety of applied debates, in political philosophy, bioethics, economics and law. I show that traditional paternalist explanations for limits to consent's capacity to legitimise cannot explain the central intuition that consent is often rendered ineffective when brought about by a rights violation or threatened rights violation. I argue that this intuition is an expression of the same principles of corrective justice that underlie norms of compensation and rectification. I show how these principles can explain and clarify core intuitions about conditions which render consent ineffective, including those concerned with the consenting agent's option set, his mental competence, and available information.

A spectral view of nonlinear fluxes and stationary-transient interaction in the atmosphere

Nonlinear spectral transfers of kinetic energy and enstrophy, and stationary-transient interaction, are studied using global FGGE data for January 1979. It is found that the spectral transfers arise primarily from a combination, in roughly equal measure, of pure transient and mixed stationary-transient interactions. The pure transient interactions are associated with a transient eddy field which is approximately locally homogeneous and isotropic, and they appear to be consistently understood within the context of two-dimensional homogeneous turbulence. Theory based on spatial wale separation concepts suggests that the mixed interactions may be understood physically, to a first approximation, as a process of shear-induced spectral transfer of transient enstrophy along lines of constant zonal wavenumber. This essentially conservative enstrophy transfer generally involves highly nonlocal stationary-transient energy conversions. The observational analysis demonstrates that the shear-induced transient enstrophy transfer is mainly associated with intermediate-scale (zonal wavenumber m > 3) transients and is primarily to smaller (meridional) scales, so that the transient flow acts as a source of stationary energy. In quantitative terms, this transient-eddy rectification corresponds to a forcing timescale in the stationary energy budget which is of the same order of magnitude as most estimates of the damping timescale in simple stationary-wave models (5 to 15 days). Moreover, the nonlinear interactions involved are highly nonlocal and cover a wide range of transient scales of motion.

Anesthetic Activation of Central Respiratory Chemoreceptor Neurons Involves Inhibition of a THIK-1-Like Background K(+) Current

At surgical depths of anesthesia, inhalational anesthetics cause a loss of motor response to painful stimuli (i.e., immobilization) that is characterized by profound inhibition of spinal motor circuits. Yet, although clearly depressed, the respiratory motor system continues to provide adequate ventilation under these same conditions. Here, we show that isoflurane causes robust activation of CO(2)/pH-sensitive, Phox2b-expressing neurons located in the retrotrapezoid nucleus (RTN) of the rodent brainstem, in vitro and in vivo. In brainstem slices from Phox2b-eGFP mice, the firing of pH-sensitive RTN neurons was strongly increased by isoflurane, independent of prevailing pH conditions. At least two ionic mechanisms contributed to anesthetic activation of RTN neurons: activation of an Na(+)-dependent cationic current and inhibition of a background K(+) current. Single-cell reverse transcription-PCR analysis of dissociated green fluorescent protein-labeled RTN neurons revealed expression of THIK-1 (TWIK-related halothane-inhibited K(+) channel, K(2P)13.1), a channel that shares key properties with the native RTN current (i.e., suppression by inhalational anesthetics, weak rectification, inhibition by extracellular Na(+), and pH-insensitivity). Isoflurane also increased firing rate of RTN chemosensitive neurons in urethane-anesthetized rats, again independent of CO(2) levels. In these animals, isoflurane transiently enhanced activity of the respiratory system, an effect that was most prominent at low levels of respiratory drive and mediated primarily by an increase in respiratory frequency. These data indicate that inhalational anesthetics cause activation of RTN neurons, which serve an important integrative role in respiratory control; the increased drive provided by enhanced RTN neuronal activity may contribute, in part, to maintaining respiratory motor activity under immobilizing anesthetic conditions.