Disruption of the Cbfa2 gene causes necrosis and hemorrhaging in the central nervous system and blocks definitive hematopoiesis.

The CBFA2 (AML1) gene encodes a DNA-binding subunit of the heterodimeric core-binding factor. The CBFA2 gene is disrupted by the (8;21), (3;21), and (12;21) chromosomal translocations associated with leukemias and myelodysplasias in humans. Mice lacking a CBF alpha 2 protein capable of binding DNA die between embryonic days 11.5 and 12.5 due to hemorrhaging in the central nervous system (CNS), at the nerve/CNS interfaces of cranial and spinal nerves, and in somitic/intersomitic regions along the presumptive spinal cord. Hemorrhaging is preceded by symmetric, bilateral necrosis in these regions. Definitive erythropoiesis and myelopoiesis do not occur in Cbfa2-deficient embryos, and disruption of one copy of the Cbfa2 gene significantly reduces the number of progenitors for erythroid and myeloid cells.

Fine specificity of the antibody response to myelin basic protein in the central nervous system in multiple sclerosis: the minimal B-cell epitope and a model of its features.

T cells, B cells, and antibody are found in the white matter of the central nervous system in multiple sclerosis. The epitope center for the antibody response to human myelin basic protein (MBP) fits precisely the minimal epitope Pro85-Val-Val-His-Phe-Phe-Lys-Asn-Ile-Val-Thr-Pro96 for that reported for HLA DR2b (DRB1*1501)-restricted T cells that recognize MBP [Wucherpfenning, K.W., Sette, A., Southwood, S., Oseroff, C., Matsui, M., Strominger, J. & Hafler, D. (1994) J. Exp. Med. 179, 279-290], and overlaps with the reported DR2a-restricted epitope for T cells reactive to MBP [Martin, R., Howell, M. D., Jaraquemada, D., Furlage, M., Richert, J., Brostoff, S., Long, E. O., McFarlin, D. E. & McFarland, H. F. (1991) J. Exp. Med. 173, 19-24]. We describe a molecular model of this epitope.

Low density lipoprotein receptor-related protein mediates apolipoprotein E-dependent neurite outgrowth in a central nervous system-derived neuronal cell line.

The epsilon 4 allele of apolipoprotein E (apoE) is a major risk factor for Alzheimer disease, suggesting that apoE may directly influence neurons in the aging brain. Recent data suggest that apoE-containing lipoproteins can influence neurite outgrowth in an isoform-specific fashion. The neuronal mediators of apoE effects have not been clarified. We show here that in a central nervous system-derived neuronal cell line, apoE3 but not apoE4 increases neurite extension. The effect of apoE3 was blocked at low nanomolar concentrations by purified 39-kDa protein that regulates ligand binding to the low density lipoprotein receptor-related protein (LRP). Anti-LRP antibody also completely abolished the neurite-promoting effect of apoE3. Understanding isoform-specific cell biological processes mediated by apoE-LRP interactions in central nervous system neurons may provide insight into Alzheimer disease pathogenesis.

kappa-Opioid receptor in humans: cDNA and genomic cloning, chromosomal assignment, functional expression, pharmacology, and expression pattern in the central nervous system.

Using the mouse delta-opioid receptor cDNA as a probe, we have isolated genomic clones encoding the human mu- and kappa-opioid receptor genes. Their organization appears similar to that of the human delta receptor gene, with exon-intron boundaries located after putative transmembrane domains 1 and 4. The kappa gene was mapped at position q11-12 in human chromosome 8. A full-length cDNA encoding the human kappa-opioid receptor has been isolated. The cloned receptor expressed in COS cells presents a typical kappa 1 pharmacological profile and is negatively coupled to adenylate cyclase. The expression of kappa-opioid receptor mRNA in human brain, as estimated by reverse transcription-polymerase chain reaction, is consistent with the involvement of kappa-opioid receptors in pain perception, neuroendocrine physiology, affective behavior, and cognition. In situ hybridization studies performed on human fetal spinal cord demonstrate the presence of the transcript specifically in lamina II of the dorsal horn. Some divergences in structural, pharmacological, and anatomical properties are noted between the cloned human and rodent receptors.

Identification of a second homolog of N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein that is expressed in the nervous system and secretory tissues of Drosophila.

N-Ethylmaleimide-sensitive fusion protein (NSF) is an ATPase known to have an essential role in intracellular membrane transport events. Recently, cDNA clones encoding a Drosophila melanogaster homolog of this protein, named dNSF, were characterized and found to be expressed in the nervous system. We now report the identification of a second homolog of NSF, called dNSF-2 within this species and report evidence that this ubiquitous and widely utilized fusion protein belongs to a multigene family. The predicted amino acid sequence of dNSF-2 is 84.5% identical to dNSF (hereafter named dNSF-1), 59% identical to NSF from Chinese hamster, and 38.5% identical to the yeast homolog SEC18. The highest similarity was found in a region of dNSF-2 containing one of two ATP-binding sites; this region is most similar to members of a superfamily of ATPases. dNSF-2 is localized to a region between bands 87F12 and 88A3 on chromosome 3, and in situ hybridization techniques revealed expression in the nervous system during embryogenesis and in several imaginal discs and secretory structures in the larvae. Developmental modulation of dNSF-2 expression suggests that quantitative changes in the secretory apparatus are important in histogenesis.

A role for ciliary neurotrophic factor as an inducer of reactive gliosis, the glial response to central nervous system injury.

Within the central nervous system (CNS) ciliary neurotrophic factor (CNTF) is expressed by astrocytes where it remains stored as an intracellular protein; its release and function as an extracellular ligand are thought to occur in the event of cellular injury. We find that overexpression of CNTF in transgenic mice recapitulates the glial response to CNS lesion, as does its injection into the uninjured brain. These results demonstrate that CNTF functions as an inducer of reactive gliosis, a condition associated with a number of neurological diseases of the CNS.

Local nitric oxide production in viral and autoimmune diseases of the central nervous system.

Because of the short half-life of NO, previous studies implicating NO in central nervous system pathology during infection had to rely on the demonstration of elevated levels of NO synthase mRNA or enzyme expression or NO metabolites such as nitrate and nitrite in the infected brain. To more definitively investigate the potential causative role of NO in lesions of the central nervous system in animals infected with neurotropic viruses or suffering from experimental allergic encephalitis, we have determined directly the levels of NO present in the central nervous system of such animals. Using spin trapping of NO and electron paramagnetic resonance spectroscopy, we confirm here that copious amounts of NO (up to 30-fold more than control) are elaborated in the brains of rats infected with rabies virus or borna disease virus, as well as in the spinal cords of rats that had received myelin basic protein-specific T cells.

Two Drosophila nervous system antigens, Nervana 1 and 2, are homologous to the beta subunit of Na+,K(+)-ATPase.

A nervous system-specific glycoprotein antigen from adult Drosophila heads, designated Nervana (Nrv), has been purified on the basis of reactivity of its carbohydrate epitope(s) with anti-horseradish peroxidase (HRP) antibodies that are specific markers for Drosophila neurons. Anti-Nrv monoclonal antibodies (mAbs), specific for the protein moiety of Nrv, were used to screen a Drosophila embryo cDNA expression library. Three cDNA clones (designated Nrv1, Nrv2.1, and Nrv2.2) were isolated that code for proteins recognized by anti-Nrv mAbs on Western blots. DNA sequencing and Southern blot analyses established that the cDNA clones are derived from two different genes. In situ hybridization to Drosophila polytene chromosomes showed that the cDNA clones map to the third chromosome near 92C-D. Nrv1 and Nrv2.1/2.2 have open reading frames of 309 and 322/323 amino acids, respectively, and they are 43.4% identical at the amino acid level. The proteins deduced from these clones exhibit significant homology in both primary sequence and predicted topology to the beta subunit of Na+,K(+)-ATPase. Immunoaffinity-purified Nrv is associated with a protein (M(r) 100,000) recognized on Western blots by anti-ATPase alpha-subunit mAb. Our results suggest that the Drosophila nervous system-specific antigens Nrv1 and -2 are neuronal forms of the beta subunit of Na+,K(+)-ATPase.

Bridging grafts and transient nerve growth factor infusions promote long-term central nervous system neuronal rescue and partial functional recovery.

Grafts of favorable axonal growth substrates were combined with transient nerve growth factor (NGF) infusions to promote morphological and functional recovery in the adult rat brain after lesions of the septohippocampal projection. Long-term septal cholinergic neuronal rescue and partial hippocampal reinnervation were achieved, resulting in partial functional recovery on a simple task assessing habituation but not on a more complex task assessing spatial reference memory. Control animals that received transient NGF infusions without axonal-growth-promoting grafts lacked behavioral recovery but also showed long-term septal neuronal rescue. These findings indicate that (i) partial recovery from central nervous system injury can be induced by both preventing host neuronal loss and promoting host axonal regrowth and (ii) long-term neuronal loss can be prevented with transient NGF infusions.

Parkinson's disease and gastrointestinal dysfunctions: morphological, neurochemical and functional modifications of the enteric nervous system associated with central dopaminergic impairment

Parkinson’s disease (PD) is frequently associated with gastrointestinal (GI) symptoms, mostly represented by abdominal distension, constipation and defecatory dysfunctions. Despite GI dysfunctions have a major impact on the clinical picture of PD, there is currently a lack of information on the neurochemical, pathological and functional correlates of GI dysmotility associated with PD. Moreover, there is a need of effective and safe pharmacological therapies for managing GI disturbances in PD patients. The present research project has been undertaken to investigate the relationships between PD and related GI dysfunctions by means of investigations in an animal model of PD induced by intranigral injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA). The use of the 6-OHDA experimental model of PD in the present program has allowed to pursue the following goals: 1) to examine the impact of central dopaminergic denervation on colonic excitatory cholinergic and tachykininergic neuromotility by means of molecular, histomorphologic and functional approaches; 2) to elucidate the role of gut inflammation in the onset and progression of colonic dysmotility associated with PD, characterizing the degree of inflammation and oxidative damage in colonic tissues, as well as identifying the immune cells involved in the production of pro-inflammatory cytokines in the gut; 3) to evaluate the impact of chronic treatment with L-DOPA plus benserazide on colonic neuromuscular activity both in control and PD animals. The results suggest that central nigrostriatal dopaminergic denervation is associated with an impaired excitatory cholinergic neurotransmission and an enhanced tachykininergic control, resulting in a dysregulated smooth muscle motor activity, which likely contributes to the concomitant decrease in colonic transit rate. These motor alterations might result from the occurrence of a condition of gut inflammation associated with central intranigral denervation. The treatment with L-DOPA/BE following central dopaminergic neurodegeneration can restore colonic motility, likely through a normalization of the cholinergic enteric neurotransmission, and it can also improve the colonic inflammation associated with central dopaminergic denervation.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

System for robot control inspired by the functionality and organisation of the human nervous system

This paper presents a model of a control system for robot systems inspired by the functionality and organisation of human neuroregulatory system. Our model was specified using software agents within a formal framework and implemented through Web Services. This approach allows the implementation of the control logic of a robot system with relative ease, in an incremental way, using the addition of new control centres to the system as its behaviour is observed or needs to be detailed with greater precision, without the need to modify existing functionality. The tests performed verify that the proposed model has the general characteristics of biological systems together with the desirable features of software, such as robustness, flexibility, reuse and decoupling.

Implementation Feasibility of a Digital Nervous System for the Construction Industry: For Efficient and Effective Information Management across the Project Lifecycle

The construction industry has long been considered as highly fragmented and non-collaborative industry. This fragmentation sprouted from complex and unstructured traditional coordination processes and information exchanges amongst all parties involved in a construction project. This nature coupled with risk and uncertainty has pushed clients and their supply chain to search for new ways of improving their business process to deliver better quality and high performing product. This research will closely investigate the need to implement a Digital Nervous System (DNS), analogous to a biological nervous system, on the flow and management of digital information across the project lifecycle. This will be through direct examination of the key processes and information produced in a construction project and how a DNS can provide a well-integrated flow of digital information throughout the project lifecycle. This research will also investigate how a DNS can create a tight digital feedback loop that enables the organisation to sense, react and adapt to changing project conditions. A Digital Nervous System is a digital infrastructure that provides a well-integrated flow of digital information to the right part of the organisation at the right time. It provides the organisation with the relevant and up-to-date information it needs, for critical project issues, to aid in near real-time decision-making. Previous literature review and survey questionnaires were used in this research to collect and analyse data about information management problems of the industry – e.g. disruption and discontinuity of digital information flow due to interoperability issues, disintegration/fragmentation of the adopted digital solutions and paper-based transactions. Results analysis revealed efficient and effective information management requires the creation and implementation of a DNS.