Comparison of different techniques for mouse transgenesis

RESUMO: O uso de ratinhos transgénicos em neurociências aumentou consideravelmente nos últimos anos devido ao crescente interesse em compreender o cérebro e a necessidade de solucionar situações clínicas do foro neurológico e psiquiátrico. Para esse efeito, diferentes métodos de produção de animais transgénicos têm sido testados. O objectivo desta tese foi comparar métodos de integração aleatória de um transgene no genoma de ratinhos em termos de eficiência, estabilidade da integração do transgene, número de animais e de horas de trabalho necessárias para cada método. Assim, foi comparado o método mais utilizado - microinjecção pronuclear (PNMI) - com duas outras técnicas cujo desempenho foi considerado promissor – a transferência génica através dos testículos por electroporação e transfecção por lentivírus in vivo. As três técnicas foram realizadas usando um gene repórter sob o controlo de um promotor constitutivo, e depois reproduzidas usando um gene de interesse de modo a permitir obtenção de um animal capaz de ser usado em experimentação laboratorial. O transgene de interesse utilizado codifica uma proteína de fusão correspondendo a uma variante da rodopsina (channelrhodopsin) fundida à proteína enhanced yellow fluorescente protein ((EYFP) resultando num produto designado ChR2-EYFP. Este animal transgénico apresentaria expressão deste canal iónico apenas em células dopaminergicas, o que, com manipulação optogenética, tornaria possivel a activação especifica deste grupo de neurónios e, simultaneamente, a observação do impacto desta manipulação no comportamento num animal em livre movimento. Estas ferramentas são importantes na investigação básica em neurociências pois ajudam a esclarecer o papel de grupos específicos de neurónios e compreender doenças como a doença de Parkinson ou a esquizofrenia onde a função de certos tipos de neurónios de encontra alterada. Quando comparados os três métodos realizados verifica-se que usando um gene repórter PMNI resulta em 31,3% de, a de animais transgénicos obtidos, a electroporação de testículos em 0% e a injecção de lentivírus em 0%. Quando usado o gene de interesse, os resultados obtidos são, respectivamente, 18,8%, 63,9% e 0%.--------------ABSTRACT: The use of transgenic mice is increasing in all fields of research, particularly in neuroscience, due to the widespread need of animal models to solve neurological and psychiatric medical conditions. Different methodologies have been tested in the last decades in order to produce such transgenic animals. The ultimate goal of this thesis is to compare different methods of random integration of a transgene in the genome of mice in terms of efficiency, stability of the transgene integration, number of animals required and the labour intensity of each technique. We compared the most used method – pronuclear microinjection (PNMI) – with two other promising techniques – Testis Mediated Gene Transfer (TMGT) by electroporation and in vivo lentiviral transfection. The three techniques were performed using a reporter gene – green fluorescent protein (GFP), whose transcription was driven by the constitutive cytomegalovirus (CMV) promoter. These three techniques were later reproduced using the tyrosine hydroxylase promoter (TH) and the neuronal manipulator, channelrhodopsin-2 fused to the enhanced yellow fluorescent reporter protein (ChR2-EYFP). The transgenic animal we sough to produce would express the light driven channel only in dopaminergic cells, making possible to specifically activate this group of neurons, while simultaneously observe the behaviour in a freely moving animal. This is a very important tool in basic neuroscience research since it helps to clarify the role of specific groups of neurons, map circuits in the brain, and consequently understand neurological diseases such as Parkinson’s disease or schizophrenia, where the function of certain types of neurons is affected. When comparing the three methods, it was verified that using a reporter gene PNMI resulted in 31.3% of transgenic mice obtained, testis electroporation in 0% and lentiviral injection in 0%. When using the gene of interest, the results obtained were, respectively, 18.8%, 63.9% and 0%.

Desenvolvimento de uma interface de visualização de conectividade cerebral usando realidade virtual e controlo por gestos

A presente dissertação foi desenvolvida em colaboração com o Instituto de Biofísica e Engenharia Biomédica(IBEB/FCUL)

Role of sympathetic innervation in obesity

Part of the results presented in this thesis were published in the following reference (DOI 10.1016/j.cell.2015.08.055): Wenwen Zeng*, Roksana M. Pirzgalska*, Mafalda M.A. Pereira, Nadiya Kubasova, Andreia Barateiro, Elsa Seixas, Yi-Hsueh Lu, Albina Kozlova, Henning Voss, Gabriel G. Martins, Jeffrey M. Friedman and Ana I. Domingos. Sympathetic Neuro-adipose Connections Mediate Leptin-Driven Lipolysis. Cell 163, 84-94 (2015). The work was also presented through poster presentations at iMED Conference 6.0 (Lisbon, 2014), Sociedade Portuguesa de Bioquímica Meeting (Coimbra, 2014) and Sociedade Portuguesa de Neurociências Meeting (Póvoa de Varzim, 2015).

Libertação fotocontrolada de moléculas bioativas a partir de conjugados de cumarinas

Dissertação de mestrado em Química Medicinal

A network approach to brain aging through multimodal neuroimaging

Tese de Doutoramento em Ciências da Saúde.

“PhenoWorld”: a new multidimensional strategy for studying behaviour in rodents

Tese de Doutoramento em Ciências da Saúde

Hydrogels and cell based therapies in spinal cord injury regeneration

Spinal cord injury (SCI) is a central nervous system- (CNS-) related disorder for which there is yet no successful treatment. Within the past several years, cell-based therapies have been explored for SCI repair, including the use of pluripotent human stem cells, and a number of adult-derived stem and mature cells such as mesenchymal stem cells, olfactory ensheathing cells, and Schwann cells. Although promising, cell transplantation is often overturned by the poor cell survival in the treatment of spinal cord injuries. Alternatively, the therapeutic role of different cells has been used in tissue engineering approaches by engrafting cells with biomaterials. The latter have the advantages of physically mimicking the CNS tissue, while promoting a more permissive environment for cell survival, growth, and differentiation. The roles of both cell- and biomaterial-based therapies as single therapeutic approaches for SCI repair will be discussed in this review. Moreover, as the multifactorial inhibitory environment of a SCI suggests that combinatorial approaches would be more effective, the importance of using biomaterials as cell carriers will be herein highlighted, as well as the recent advances and achievements of these promising tools for neural tissue regeneration.

Behavioral neurosciences in Latin-American psychology journals

Behavioral neurosciences have evolved from other disciplines such as psychology, psychiatry and neurology, becoming a prominent area within general neuroscience. In mainstream psychology, neurosciences currently have an important role. In this paper we documented articles published in four Latin-American psychology journals and we classified these papers as empirical or theoretical. We analyzed the main topics covered in the behavioral neurosciences. Most of reported research used humans and rats as study subjects, although other species have also been used as models. Data suggest behavioral neurosciences currently play a growing and prominent role in Latin American psychology.

Hemispheric asymmetries in recognition memory for negative and neutral words

Federmeier and Benjamin (2005) have suggested that semantic encoding for verbal information in the right hemisphere can be more effective when memory demands are higher. However, other studies (Kanske & Kotz, 2007) also suggest that visual word recognition differ in function of emotional valence. In this context, the present study was designed to evaluate the effects of retention level upon recognition memory processes for negative and neutral words. Sample consisted of 15 right-handed undergraduate portuguese students with normal or corrected to normal vision. Portuguese concrete negative and neutral words were selected in accordance to known linguistic capabilities of the right hemisphere. The participants were submitted to a visual half-field word presentation using a continuous recognition memory paradigm. Eye movements were continuously monitored with a Tobii T60 eye-tracker that showed no significant differences in fixations to negative and neutral words. Reaction times in word recognition suggest an overall advantage of negative words in comparison to the neutral words. Further analysis showed faster responses for negative words than for neutral words when were recognised at longer retention intervals for left-hemisphere encoding. Electrophysiological data through event related potentials revealed larger P2 amplitude over centro-posterior electrode sites for words studied in the left hemifield suggesting a priming effect for right-hemisphere encoding. Overall data suggest different hemispheric memory strategies for the semantic encoding of negative and neutral words.

Visual strategies used during the performance of an obstacle course

Vision is the sense that provides precise information about one’s position in the environment in relation to objects. The visual system is essential to guide people safely when moving around in the environment. The perception that an individual gets from a particular scene of her/his surroundings is accomplished by eye movements. The current study aims to identify differences in visual strategies between 15 women and 15 men within the age range of 18-24 years, who have been given a task to walk through an obstacle course drawn on the laboratory´s floor. They should start and finish at a predefined location. Twelve pylons were used as obstacles to be avoided during the walking.The participants' eye movements were recorded using the Mobile Eye model 1.35. The Wilcoxon-Mann-Whitney Test was used for the statistical analysis. Significant differences occurred between men and women, in the duration of fixations: the men spend more time observing the finishing area than women (z=-1.929, p=.054); and in the number of fixations: before starting the task, the men fixate more often the middle phase of the obstacle course (z=-2.085, p=.037). Once they commence, the women fixate more the points outside the obstacle course than the men (z=-2.093, p=.036).

Social perception gaze patterns, symptom severity and resting brain function measured using Arterial Spin Labelling

Autistic spectrum disorder (ASD) is characterised by qualitative alterations in reciprocal social interactions. Some recent studies show alterations in gaze patterns during social perception and rest-functional abnormalities in the ‘social brain network’. This study investigated: i) social perception gaze patterns in children with ASD and controls, ii) the relationship between autism clinical severity and social perception gaze patterns, iii) the relationship between resting cerebral blood flow (rCBF) and social perception gaze patterns. Methods: Nine children with ASD and 9 children with typical development were studied. Eye-tracking was used to detect gaze patterns during presentation of stimuli depicting social scenes. Autism clinical severity was established using the Autism Diagnostic Interview Revised (ADI-R). Arterial spin labelling MRI was used to quantify rCBF. Results: The ASD group looked less at social regions and more at non-social regions than controls. No significant correlation was found between ASD clinical severity and social perception gaze patterns. In the ASD group, gaze behaviour was related to rCBF in the temporal lobe regions at trend level. Positive correlations were found between temporal rCBF and gaze to the face region, while negative correlations were found between temporal rCBF and gaze to non-social regions. Conclusions: These preliminary results suggest that social perception gaze patterns are altered in children with ASD, and could be related to temporal rCBF.

Aplicação do programa de neurociência : intervenção em leitura e escrita

Esta investigação permitirá conhecer detalhadamente a interligação entre Neurociência e aprendizagem. Este conhecimento pode potenciar os resultados do processo de ensino-aprendizagem usando a estimulação cerebral. A investigação dá conta do processo de investigação-ação que foi desenvolvido em torno da aplicação do “Programa de Neurociência Intervenção em Leitura e Escrita”. O programa foi aplicado junto de cinco crianças de primeiro ciclo, do 3º ano de escolaridade, que manifestaram dificuldades de leitura e escrita, necessitando de intervenção direta. Antes da aplicação do programa de Neurociência foram aplicados o Reversal Test, o Teste de Idade de Leitura e o Teste de Avaliação da Leitura e Escrita. Após aplicação do programa, recorreu-se aos mesmos testes para se estabelecer uma análise comparativa. Este programa pretende estimular áreas específicas do cérebro, presentes ao nível da leitura e escrita, de forma a auferir se é possível uma melhoria neste domínio. Também pretende melhorar a prática educativa do professor investigador através do aprofundamento de questões que interligam a Neurociência e a aprendizagem. Concluiu-se, assim, que através da aplicação do programa e da investigação em torno deste é possível melhorar a prática educativa e estimular as zonas cerebrais implicadas no processo de leitura e escrita melhorando estas áreas.

Edificio Lúdico de livre utilização: anti-edificio contemporâneo

A presente dissertação centra-se num estudo sobre, a conceção de um edifício lúdico, de utilização livre, sendo o projeto uma proposta atualizada e contemporânea de um edifício, relativamente utópico, que encontra no Fun Palace de Cedric Price o seu melhor antecedente. Apresenta-se uma breve referência a dois espaços sociais que sofreram influência deste anti edifício: o centro George Pompidou em Paris e Jaaga, na India. Os dois casos de estudo aqui apresentados, Downtowm Athletic Club em Nova Iorque e o pavilhão da Holanda em Xangai, revelam características relacionadas com o tema do dissertação – liberdade no espaço lúdico e enquanto locais onde o mote da sexualidade é integrado. O projeto resulta da análise das evoluções sofridas, desde 1960, no que diz respeito aos novos conhecimentos científicos que vieram contribuir para a geração de novas formas de apropriação de conceitos como é o caso do conceito da liberdade em espaços públicos e o da sexualidade. O conceito da sexualidade que evolui com os avanços que as neurociências atingem sobre o conhecimento do cérebro e das emoções e que se traduzem em novas demandas do viver contemporâneo

Estudo da vascularização e da barreira hemolinfa-neural do sistema nervoso de Megalobulimus abbreviatus (Gastropoda, pulmonata)

A maioria dos gastrópodes apresenta um sistema nervoso central razoavelmente simples, com um número de neurônios que varia entre 50.000 a 200.000. O comportamento das espécies desse grupo apresenta complexidade intermediaria, sendo mais simples do que o de vertebrados e artrópodes, contudo mais complexo e elaborado do que os invertebrados tais como equinodermas e anelídeos. Essas características comportamentais associadas a um sistema nervoso que apresenta neurônios de grande tamanho e de fácil identificação, tornam os componentes desse grupo muito atraentes para a resolução de problemas relacionadas às neurociências. O pulmonado, terrestre da espécie Megalobulimus abbreviatus se enquadra nessas características e tem sido usado como modelo para estudos neurobiológicos. O objetivo desse trabalho foi o de estudar as interações entre o sistema nervoso central e o sistema circulatório dessa espécie. Com o propósito de estabelecer quais são as relações funcionais e anatômicas entre os dois sistemas foram feitos estudos anatômicos, histoquímicos e ultra-estruturais com um traçador eletron-denso. Para o estudo dos componentes vasculares responsáveis pelo aporte sangüíneo do sistema nervoso central foi injetada, na árvore vascular, um mistura de carmim-gelatina e, para identificação dos endotélios, foi usada a técnica histoquímica para a detecção da atividade fosfatase alcalina. O estudo da ultra-estrutura foi realizado por meio de técnica para microscopia eletrônica de transmissão e a permeabilidade foi, testada utilizando lantânio como traçador elétron-denso ou solução de azul tripán. O sistema nervoso central do caracol é irrigado pela aorta anterior, da qual se originam uma série de finas artérias que irrigam os gânglios constituintes do complexo ganglionar subesfogiano. A extremidade distal da aorta anterior origina artérias que irrigam o bulbo bucal, a porção anterior do pé, os gânglios cerebrais, a glândula corpo dorsal e a porção anterior do sistema reprodutor. Não há vasos no tecido nervoso, esses restringem-se à bainha de tecido conjuntivo perigânglionar, onde se arranjam formando alças vasculares que se alojam em interdigitações e imbricações existentes na região limítrofe entre o tecido nervoso e a bainha que envolve os gânglios. Esse arranjo permite um aumento da superfície de contato, reduzindo a distância entre as porções mais profundas dos gânglios e os vasos, otimizando assim, a área de troca. O azul tripán injetado no pé alcançou a bainha que envolve os gânglios nervosos, contudo não penetrou no tecido nervoso. O endotélio vascular, a lâmina basal de espessura variável que envolve o tecido nervoso, e os prolongamentos das células gliais constituem a zona de interface entre a hemolinfa e os neurônios. O lantânio injetado no pé alcançou o tecido conjuntivo da cápsula perineural, entretanto não penetrou no tecido nervoso parando, sua difusão, ao nível da lâmina basal. Nos gânglios preparados por imersão em solução com lantânio coloidal o traçador foi encontrado entre os processos gliais, junto ao lado neural da lamina basal. Esses achados, associados aos resultados obtidos com as injeções de azul tripan, indicam que lâmina basal presente entre a cápsula perineural e o tecido nervoso, limita o tráfego das substâncias em direção ao sistema nervoso central deste caracol.

A Mismatch-Based Model for Memory Reconsolidation and Extinction in Attractor Networks

OSAN, R. , TORT, A. B. L. , AMARAL, O. B. . A mismatch-based model for memory reconsolidation and extinction in attractor networks. Plos One, v. 6, p. e23113, 2011.