Substance P and calbindin D-28k-immunoreactivity in primary sensory neurons of chick embryos: differential neuronal birthdates and transient co-localization.

During the ontogenesis of dorsal root ganglia (DRG), the immunoreactivity to substance P (SP) and calbindin D-28k (CaBP) appears in chickens at embryonic day 5 (E5) and E10 respectively. To establish the birthdates of primary sensory neurons expressing SP or CaBP, chick embryos were given repetitive intra-amniotic injections of [3H]-thymidine. The neuroblasts giving rise to SP-expressing neurons were labeled up to E6 while those generating CaBP-immunoreactive neurons stopped to incorporate [3H]-thymidine before E5.5. This finding indicates that neurons exhibiting distinct phenotypes may originate from neuroblasts which arrest to proliferate at close but distinct stages of development. To determine whether SP and CaBP are co-expressed or not in DRG neurons, chick embryos at E12, E18, and chickens two weeks after hatching were perfused and fixed to detect simultaneously SP- and CaBP-immunoreactivity in DRG sections. The results showed that SP and CaBP were transiently co-expressed by a subset of neurons at E12. Later, however, the SP-immunoreactivity was gradually lost by these ganglion cells, so that the SP- and CaBP-immunoreaction defined two distinct neuronal subpopulations after hatching. In conclusion, most CaBP-immunoreactive DRG cells derive from a subset of neurons in which SP and CaBP are transiently co-localized.

The nNOS-p38MAPK Pathway Is Mediated by NOS1AP during Neuronal Death.

Neuronal nitric oxide synthase (nNOS) and p38MAPK are strongly implicated in excitotoxicity, a mechanism common to many neurodegenerative conditions, but the intermediary mechanism is unclear. NOS1AP is encoded by a gene recently associated with sudden cardiac death, diabetes-associated complications, and schizophrenia (Arking et al., 2006; Becker et al., 2008; Brzustowicz, 2008; Lehtinen et al., 2008). Here we find it interacts with p38MAPK-activating kinase MKK3. Excitotoxic stimulus induces recruitment of NOS1AP to nNOS in rat cortical neuron culture. Excitotoxic activation of p38MAPK and subsequent neuronal death are reduced by competing with the nNOS:NOS1AP interaction and by knockdown with NOS1AP-targeting siRNAs. We designed a cell-permeable peptide that competes for the unique PDZ domain of nNOS that interacts with NOS1AP. This peptide inhibits NMDA-induced recruitment of NOS1AP to nNOS and in vivo in rat, doubles surviving tissue in a severe model of neonatal hypoxia-ischemia, a major cause of neonatal death and pediatric disability. The highly unusual sequence specificity of the nNOS:NOS1AP interaction and involvement in excitotoxic signaling may provide future opportunities for generation of neuroprotectants with high specificity.

Model-Free Reconstruction of Excitatory Neuronal Connectivity from Calcium Imaging Signals

A systematic assessment of global neural network connectivity through direct electrophysiological assays has remained technically infeasible, even in simpler systems like dissociated neuronal cultures. We introduce an improved algorithmic approach based on Transfer Entropy to reconstruct structural connectivity from network activity monitored through calcium imaging. We focus in this study on the inference of excitatory synaptic links. Based on information theory, our method requires no prior assumptions on the statistics of neuronal firing and neuronal connections. The performance of our algorithm is benchmarked on surrogate time series of calcium fluorescence generated by the simulated dynamics of a network with known ground-truth topology. We find that the functional network topology revealed by Transfer Entropy depends qualitatively on the time-dependent dynamic state of the network (bursting or non-bursting). Thus by conditioning with respect to the global mean activity, we improve the performance of our method. This allows us to focus the analysis to specific dynamical regimes of the network in which the inferred functional connectivity is shaped by monosynaptic excitatory connections, rather than by collective synchrony. Our method can discriminate between actual causal influences between neurons and spurious non-causal correlations due to light scattering artifacts, which inherently affect the quality of fluorescence imaging. Compared to other reconstruction strategies such as cross-correlation or Granger Causality methods, our method based on improved Transfer Entropy is remarkably more accurate. In particular, it provides a good estimation of the excitatory network clustering coefficient, allowing for discrimination between weakly and strongly clustered topologies. Finally, we demonstrate the applicability of our method to analyses of real recordings of in vitro disinhibited cortical cultures where we suggest that excitatory connections are characterized by an elevated level of clustering compared to a random graph (although not extreme) and can be markedly non-local.

Parvalbumin interneurons mediate neuronal circuitry-neurogenesis coupling in the adult hippocampus.

Using immunohistology, electron microscopy, electrophysiology and optogenetics, we found that proliferating adult mouse hippocampal neural precursors received immature GABAergic synaptic inputs from parvalbumin-expressing interneurons. Recently shown to suppress adult quiescent neural stem cell activation, parvalbumin interneuron activation promoted newborn neuronal progeny survival and development. Our results suggest a niche mechanism involving parvalbumin interneurons that couples local circuit activity to the diametric regulation of two critical early phases of adult hippocampal neurogenesis.

Neuronal nitric oxide synthase does not contribute to the modulation of pulmonary vascular tone in fetal lambs with congenital diaphragmatic hernia (nNOS in CDH lambs).

AIM: The aim of this study was to determine the presence of the neuronal nitric oxide synthase (nNOS) in near full-term lambs with congenital diaphragmatic hernia (CDH) and its role in the modulation of pulmonary vascular basal tone. METHODS: We surgically created diaphragmatic hernia on the 85th day of gestation. On the 135th, catheters were used to measure pulmonary pressure and blood flow. We tested the effects of 7-nitroindazole (7-NINA), a specific nNOS antagonist and of N-nitro-L-arginine (L-NNA), a nonspecific nitric oxide synthase antagonist. In vitro, we tested the effects of the same drugs on isolated pulmonary vessels. The presence of nNOS protein in the lungs was detected by Western blot analysis. RESULTS: Neither 7-NINA nor L-NNA modified pulmonary vascular basal tone in vivo. After L-NNA injection, acetylcholine (ACh) did not decrease significantly pulmonary vascular resistance (PVR). In vitro, L-NNA increased the cholinergic contractile-response elicited by electric field stimulation (EFS) of vascular rings from lambs with diaphragmatic hernia. CONCLUSION: We conclude that nNOS protein is present in the lungs and pulmonary artery of near full-term lamb fetuses with diaphragmatic hernia, but that it does not contribute to the reduction of pulmonary vascular tone at birth

RELAÇÃO ENTRE DENSIDADE DO SOLO E CONTEÚDO DE ÁGUA EM REPETIDOS CICLOS DE CONTRAÇÃO E EXPANSÃO EM UM LATOSSOLO

A compactação do solo é uma consequência indesejável do uso agrícola do solo, sobretudo em sistemas de cultivo com mínimo revolvimento do solo, como é o caso do plantio direto (PD). Contudo, a compactação que o tráfego de máquinas causa no solo sob PD não inviabiliza a produção das culturas, indicando que mecanismos intrínsecos a ele promovem reversão da compactação. Neste estudo, avaliou-se a influência de ciclos de contração e expansão sobre a densidade do solo (ρ) de um Latossolo Vermelho argiloso (0,57 kg kg-1 de argila e 0,12 kg kg-1 de areia) e a mudança temporal da ρ no campo. Amostras de solo foram compactadas no laboratório até atingirem ρ de 1464 kg m-3 e submetidas a cinco ciclos de contração (secagem ao ar) e expansão (saturação). Durante a contração, foi monitorado o conteúdo gravimétrico de água e a ρ. A ρ foi medida também no campo, nos anos de 2010, 2011 e 2013. O decréscimo do conteúdo de água nas amostras provocou aumento da ρ conforme uma função sigmoide com duas assíntotas, e o aumento da ρ foi expressivo em conteúdos de água menores que o do ponto de murcha permanente (1,5 MPa). Embora tenha havido aumento da ρ durante a contração, os sucessivos eventos de contração e expansão reduziram gradativamente a ρ de 1713 para 1570 kg m-3 (final da contração), e de 1464 para 1385 kg m-3 (próximo à saturação). Em solo compactado no campo também foi verificado a variação decrescente de ρ (de 1406 para 1327 kg m-3) a uma taxa de -26 kg m-3 ano-1. Concluiu-se que a diminuição do grau de compactação no campo está ligada em grande parte ao mesmo mecanismo que diminuiu o grau de compactação das amostras no laboratório. Assim, no solo usado neste estudo, a contração e expansão conseguiram reverter grande parte da compactação que o tráfego de máquinas causa nele.

Variabilidade Espacial e Densidade Amostral da Suscetibilidade Magnética e dos Atributos de Argissolos da Região de Manicoré, AM

A dificuldade em encontrar informações recentes sobre o comportamento espacial dos atributos dos solos na Região Amazônica tem sido preocupação de muitos pesquisadores. Em razão da grande dificuldade e dos custos para avaliar os atributos dos solos, têm-se utilizados métodos alternativos para predição de atributos do solo como a suscetibilidade magnética. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a variabilidade espacial da suscetibilidade magnética (SM), os atributos físicos e químicos e determinar a densidade amostral de coleta em Argissolo Vermelho sob floresta nativa, Terra Preta Arqueológica (TPA) sob cultivo, e pastagem na região de Manicoré, Amazonas. Nessas áreas, foram estabelecidas malhas com dimensão de 70 × 70 m e demarcados pontos nessas malhas, espaçados a cada 10 m, totalizando 64 pontos. Esses pontos foram georreferenciados e, em seguida, realizaram-se as coletas de solo em cada ponto da malha nas camadas de 0,00-0,20 e 0,40-0,60 m para determinar atributos químicos (pH em água, matéria orgânica, P, K, Ca, Mg e acidez potencial), físicos (textura, macroporosidade, microporosidade, diâmetro médio ponderado, densidade do solo e densidade de partículas) e suscetibilidade magnética. Os dados foram submetidos à análise de variância, e as médias, comparadas pelo teste de Tukey a 5 %. Realizou-se a estatística descritiva. Para caracterizar a variabilidade, fez-se a geoestatística com uso de semivariograma escalonado. O alcance dos semivariogramas escalonados foi utilizado para determinar a densidade amostral mínima de coleta para estimar a variabilidade dos atributos estudados. As áreas de TPA e pastagem apresentaram maior variabilidade, apresentando menor alcance e maior densidade amostral (cinco pontos por hectare). A SM apresentou comportamento espacial similar aos atributos físicos e químicos estudados, sendo a densidade amostral da SM próxima à densidade amostral dos atributos nos ambientes estudados.

Modelagem da Densidade do Solo em Profundidade sob Vegetação Nativa em Minas Gerais

A densidade do solo (Ds) é um importante indicador da qualidade física do solo, mas há pouca disponibilidade de informações sobre seus valores a maiores profundidades em razão da dificuldade amostral envolvida. Portanto, funções de pedotransferência têm sido utilizadas para estimar a Ds com relativo êxito, mas ainda sem especificidade aos diferentes biomas brasileiros. O objetivo deste trabalho foi desenvolver funções matemáticas capazes de descrever a Ds até 1 m de profundidade em áreas de vegetação nativa das regiões central e sul de Minas Gerais. A Ds foi amostrada pelo método do anel volumétrico em 53 perfis de solo de diferentes ordens, em seis profundidades (0-5, 5-10, 10-20, 30-40, 50-60 e 90-100 cm). A Ds variou entre 0,66 e 1,74 kg dm-3, com média de 1,25 kg dm-3, e foi geralmente menor nas camadas de 0-5 e 5-10 cm. Por meio de regressão linear múltipla (stepwise), foram gerados modelos com base nas propriedades químicas de rotina e granulometria, que permitiram estimar a Ds até 1 m de profundidade. Os teores de C orgânico do solo, areia, silte e argila e a capacidade de troca catiônica potencial (T) foram as variáveis de maior relevância nos modelos, que alcançaram maior acurácia para a ordem Latossolos (R2ajust = 0,85), seguida por Cambissolos (R2ajust = 0,69), Nitossolos (R2ajust = 0,67) e Argissolos (R2ajust = 0,51). Uma vez que a modelagem para a base de dados completa atingiu R2ajust de 0,50, pode-se concluir que a estratificação por ordem taxonômica foi útil para melhorar os ajustes obtidos, com exceção da ordem Argissolo.

SELEÇÃO DE DENSIDADE DE AMOSTRAGEM COM BASE EM DADOS DE ÁREAS JÁ MAPEADAS PARA TREINAMENTO DE MODELOS DE ÁRVORE DE DECISÃO NO MAPEAMENTO DIGITAL DE SOLOS

Para estudar técnicas de amostragem, úteis ao mapeamento digital de solos (MDS), objetivou-se avaliar o efeito da variação da densidade de pontos amostrais com base em dados de áreas já mapeadas por métodos tradicionais na acurácia dos modelos de árvores de decisão (AD) para a geração de mapas de solos por MDS. Em duas bacias hidrográficas no noroeste do Rio Grande do Sul, usou-se, como referência, antigos mapas convencionais de solos na escala 1:50.000. A partir do modelo digital de elevação do terreno e da rede hidrográfica, foram gerados mapas das variáveis preditoras: elevação, declividade, curvatura, comprimento de fluxo, acúmulo de fluxo, índice de umidade topográfica e distância euclideana de rios. A escolha dos locais dos pontos amostrais foi aleatória e testaram-se densidades amostrais que variaram de 0,1 a 4 pontos/ha. O treinamento dos modelos foi realizado no software Weka, gerando-se modelos preditores usando diferentes tamanhos do nó final da AD para obter AD com tamanhos distintos. Quando não se controlou o tamanho das AD, o aumento da densidade de amostragem resultou no aumento da concordância com os mapas básicos de referências e no aumento do número de unidades de mapeamento preditas. Nas AD com tamanho controlado, o aumento da densidade de amostragem não influenciou a concordância com os mapas de referência e interferiu muito pouco no número de unidades de mapeamento preditas.

Estoques de Carbono e Nitrogênio e Densidade do Solo em Sistemas de Adubação Orgânica de Café Conilon

RESUMO A produção de café conilon em sistemas de manejo orgânico tem aumentado no Estado do Espírito Santo. Porém, faltam informações sobre o impacto desse manejo sobre os estoques de carbono e nitrogênio do solo. Este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da adubação orgânica sobre os estoques de C e N e a densidade do solo (Ds) em agrossistema de café conilon. O experimento foi implantado em lavoura localizada no município de Linhares, ES, no delineamento em blocos casualizados com distribuição fatorial 2 × 2 × 5, com três repetições, sendo os fatores: dois compostos orgânicos; presença e ausência da leguminosa feijão-de-porco nas entrelinhas; e cinco proporções de cada composto em substituição à adubação mineral recomendada (0; 25; 50; 75; e 100 %). Cada repetição foi formada por amostragem de solo sob a copa de uma planta em parcela com 30 cafeeiros. Os compostos foram: composto 1, preparado com capim-elefante e palha de café na proporção 1:1 (v:v); e composto 2, preparado com capim-elefante, palha de café e cama de frango na proporção 2:1:1 (v:v:v). As coletas de solo foram realizadas 240 dias após a adubação (240DAPA) do 1º ano agrícola e aos 30 dias após a 1ª etapa da adubação (30DAPA) do 2º ano agrícola. O uso de composto na adubação do cafeeiro acarretou redução da Ds de aproximadamente 13 %. O incremento das proporções de compostos na adubação aumentou o teor e o estoque de C e N do solo aos 30DAPA do 2º ano agrícola. Houve acréscimos de 11 e 0,4 Mg ha-1 para o estoque de C e N, respectivamente, para cafeeiros adubados com 100 % de composto 1, em relação à adubação mineral. A adubação com composto é alternativa para aumentar os estoques de C e N no agrossistema de conilon.

Restricted transgene expression in the brain with cell-type specific neuronal promoters.

Tissue-targeted expression is of major interest for studying the contribution of cellular subpopulations to neurodegenerative diseases. However, in vivo methods to investigate this issue are limited. Here, we report an analysis of the cell specificity of expression of fluorescent reporter genes driven by six neuronal promoters, with the ubiquitous phosphoglycerate kinase 1 (PGK) promoter used as a reference. Quantitative analysis of AcGFPnuc expression in the striatum and hippocampus of rodents showed that all lentiviral vectors (LV) exhibited a neuronal tropism; however, there was substantial diversity of transcriptional activity and cell-type specificity of expression. The promoters with the highest activity were those of the 67 kDa glutamic acid decarboxylase (GAD67), homeobox Dlx5/6, glutamate receptor 1 (GluR1), and preprotachykinin 1 (Tac1) genes. Neuron-specific enolase (NSE) and dopaminergic receptor 1 (Drd1a) promoters showed weak activity, but the integration of an amplification system into the LV overcame this limitation. In the striatum, the expression profiles of Tac1 and Drd1a were not limited to the striatonigral pathway, whereas in the hippocampus, Drd1a and Dlx5/6 showed the expected restricted pattern of expression. Regulation of the Dlx5/6 promoter was observed in a disease condition, whereas Tac1 activity was unaffected. These vectors provide safe tools that are more selective than others available, for the administration of therapeutic molecules in the central nervous system (CNS). Nevertheless, additional characterization of regulatory elements in neuronal promoters is still required.

Human immunoglobulins and Fc fragments promote microtubule assembly via tau proteins and induce conformational changes of neuronal microtubules in vitro.

The influence of human immunoglobulins (Ig) in neuronal cytoskeleton stability was studied in vitro. Here we show that human Ig and Fc fragments stimulate animal and human microtubule assembly by binding to microtubules via tau isoforms. In presence of Ig, microtubules show increased aggregation, twisting and rigidity. Non-immune Ig and Fc fragments promote microtubule assembly in temperature-dependent manner and stabilize microtubules at a molecular ratio of 1 Ig per 4 tubulin dimers. These in vitro data provide an experimental support for an immuno-mediated modulation of the cytoskeleton. In conjunction with previous neuropathological data, they suggest that Ig could participate in early stages of neurodegeneration by affecting the microtubule stability in vivo.

Increased Expression of Renal Cyclooxygenase-2 and Neuronal Nitric Oxide Synthase in Hypertensive Cx40-Deficient Mice.

Cx40-deficient mice (Cx40-/-) are hypertensive due to increased renin secretion. We evaluated the renal expression of neuronal nitric oxide synthase (nNOS) and cyclooxygenases COX-1 and COX-2, three macula densa enzymes. The levels of nNOS were increased in kidneys of Cx40-/- mice, as well as in those of wild-type (WT) mice subjected to the two-kidney one-clip model of hypertension. In contrast, the levels of COX-2 expression were only increased in the hypoperfused kidney of Cx40-/- mice. Treatment with indomethacin lowered blood pressure and renin mRNA in Cx40-/- mice without affecting renin levels, indicating that changes in COX-2 do not cause the altered secretion of renin. Suppression of NOS activity by N(G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) decreased renin levels in Cx40-/- animals, indicating that NO regulates renin expression in the absence of Cx40. Treatment with candesartan normalized blood pressure in Cx40-/- mice, and decreased the levels of both COX-2 and nNOS. After a treatment combining candesartan and L-NAME, the blood pressure of Cx40-/- mice was higher than that of WT mice, showing that NO may counterbalance the vasoconstrictor effects of angiotensin II in Cx40-/- mice. These data document that renal COX-2 and nNOS are differentially regulated due to the elevation of renin-dependent blood pressure in mice lacking Cx40.

Brain lactate kinetics: Modeling evidence for neuronal lactate uptake upon activation.

A critical issue in brain energy metabolism is whether lactate produced within the brain by astrocytes is taken up and metabolized by neurons upon activation. Although there is ample evidence that neurons can efficiently use lactate as an energy substrate, at least in vitro, few experimental data exist to indicate that it is indeed the case in vivo. To address this question, we used a modeling approach to determine which mechanisms are necessary to explain typical brain lactate kinetics observed upon activation. On the basis of a previously validated model that takes into account the compartmentalization of energy metabolism, we developed a mathematical model of brain lactate kinetics, which was applied to published data describing the changes in extracellular lactate levels upon activation. Results show that the initial dip in the extracellular lactate concentration observed at the onset of stimulation can only be satisfactorily explained by a rapid uptake within an intraparenchymal cellular compartment. In contrast, neither blood flow increase, nor extracellular pH variation can be major causes of the lactate initial dip, whereas tissue lactate diffusion only tends to reduce its amplitude. The kinetic properties of monocarboxylate transporter isoforms strongly suggest that neurons represent the most likely compartment for activation-induced lactate uptake and that neuronal lactate utilization occurring early after activation onset is responsible for the initial dip in brain lactate levels observed in both animals and humans.