Cocaine effects on mouse incentive-learning and human addiction are linked to alpha 2 subunit-containing GABA(A) receptors

Because GABA(A) receptors containing alpha 2 subunits are highly represented in areas of the brain, such as nucleus accumbens (NAcc), frontal cortex, and amygdala, regions intimately involved in signaling motivation and reward, we hypothesized that manipulations of this receptor subtype would influence processing of rewards. Voltage-clamp recordings from NAcc medium spiny neurons of mice with alpha 2 gene deletion showed reduced synaptic GABA(A) receptor-mediated responses. Behaviorally, the deletion abolished cocaine`s ability to potentiate behaviors conditioned to rewards (conditioned reinforcement), and to support behavioral sensitization. In mice with a point mutation in the benzodiazepine binding pocket of alpha 2-GABA(A) receptors (alpha 2H101R), GABAergic neurotransmission in medium spiny neurons was identical to that of WT (i.e., the mutation was silent), but importantly, receptor function was now facilitated by the atypical benzodiazepine Ro 15-4513 (ethyl 8-amido-5,6-dihydro-5-methyl-6-oxo-4H-imidazo [1,5-a] [1,4] benzodiazepine-3-carboxylate). In alpha 2H101R, but not WT mice, Ro 15-4513 administered directly into the NAcc-stimulated locomotor activity, and when given systemically and repeatedly, induced behavioral sensitization. These data indicate that activation of alpha 2-GABA(A) receptors (most likely in NAcc) is both necessary and sufficient for behavioral sensitization. Consistent with a role of these receptors in addiction, we found specific markers and haplotypes of the GABRA2 gene to be associated with human cocaine addiction.

Chorioallantoic and yolk sac placentation in Thrichomys laurentinus (Echimyidae) and the evolution of hystricognath rodents

The evolutionary history of Hystricognathi is associated with major transformations in their placental system. Data so far indicate that key characters are independent from size dimensions in medium to very large species. To better understand the situation in smaller species, we analyzed placental development in a spiny rat, Thrichomys laurentinus. Fourteen individuals ranging from early implantation to near term were investigated by histology, immunohistochemistry, proliferation activity and electron microscopy. Placentation in Thrichomys revealed major parallels to the guinea pig and other hystricognath rodents with respect to the early and invasive implantation, the process of trophoblast invasion, the internal organization of the labyrinth and the trophospongium as well as the establishment of the complete inverted yolk sac placenta. In contrast to systematically related small-sized species, the placental regionalization in Thrichomys was characterized by a remarkable lobulated structure and associated growing processes. Reverse to former perspectives, these conditions represented ancient character states of hystricognaths. The subplacenta was temporarily supplied by both the maternal and fetal blood systems, a rare condition among hystricognaths. The extraplacental trophoblast originating from the subplacenta was partly proliferative in mid gestation. In conclusion, the presented results indicated that only minor variations occurred in small-sized hystricognath species, independent of their systematic interrelationships. Previous views were supported that placentation in hystricognaths followed an extraordinary stable pattern, although the group had distinct habitats in South America and Africa that were separated 30-40 million years ago. J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 318:13-25, 2012. (C) 2011 Wiley Periodicals, Inc.

Home range, movements and diurnal roosts of the endangered thin-spined porcupine, Chaetomys subspinosus (Rodentia: Erethizontidae), in the Brazilian Atlantic Forest

Chaetomys subspinosus is the sole species within the Chaetomyinae subfamily of Caviomorph rodents. This poorly studied porcupine is restricted to the Atlantic Forest in eastern Brazil, where deforestation and habitat fragmentation threaten its survival. Data on the ranging and roosting behavior of C. subspinosus is fairly scarce as it is difficult to observe these behaviors in nature and, consequently, it is very rarely detected during field surveys. We monitored the home ranges of three radio-tagged females over the course of 1 year (2005-2006) and collected data on several aspects of their natural history including movement patterns and the use of diurnal roosts and latrines. The animals were monitored at Parque Estadual Paulo Cesar Vinha, a nature reserve dominated by restinga forests, a subtype of Atlantic Forest occurring on sandy soil. The estimated home range varied little between individuals and was relatively small (mean = 2.14 ha/individual and 1.09 ha/individual using minimum convex polygon and kernel methods, respectively). The animals travelled an average of 147 m/night (range: 21-324 m/night) between two consecutive day roosts. The day roosts were mostly located on vine and liana tangles in the canopy which also aid in connecting the canopy to adjacent trees or the forest floor. Latrines were mostly located near the ground in places heavily protected by spiny bromeliads or by other tangled vegetation. Our data suggests that C. subspinosus has the smallest range among all Neotropical Erethizontids which is likely due to its small size and strictly folivorous diet. Our data also helps explain why C. subspinosus is so difficult to observe in nature: researchers should focus on arboreal masses of tangled vegetation where individuals will normally rest during the day. (C) 2011 Deutsche Gesellschaft fur Saugetierkunde. Published by Elsevier GmbH. All rights reserved.

Leaf cuticular alkanes of Solanum subg. Leptostemonum Dunal (Bitter) of some northeast Brazilian species: Composition and taxonomic significance

Solanum subgenus Leptostemonum (Dunal) Bitter comprises approximately 450 species, of which 110, including 58 endemics, occur in Brazil, which is recognized as one of the centers of diversity of the group. Due the great morphological plasticity and its large number of species, several taxonomic treatments have been proposed for the genus Solanum, but its infrageneric classification is problematic. The aim of this study was to analyze the alkane composition of the leaf epicuticular waxes of nine species of the subgenus Leptostemonum to evaluate the chemotaxonomic potential of the alkanes. As results, were identified in nine species thirty-one alkanes, including iso- and anteiso-alkanes. The major constituent of wax in most species was tritriacontane. Hentriacontane was the main constituent of Solanum paraibanum and Solanum torvum, and penta-triacontane was predominant in different populations of Solanum stramonifolium. The phenetic analysis of nine species based on the distribution profile of alkanes (Euclidean distance and UPGMA method) show three clusters with distinct main homolog. The profiles of alkanes showed some qualitative taxonomic value for species analyzed, although, a larger number of representative samples of this subgenus must be investigated. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Die molekulare Evolution der Hämocyaninsuperfamilie der Arthropoden

In vielen Arthropoden wird Sauerstoff mittels des Kupferproteins Hämocyanin transportiert. In der vorliegenden Arbeit wurde das Hämocyanin einiger Vertreter der Arthropoden molekularbiologisch untersucht. Bei den Crustaceen (Homarus americanus und Palinurus elephas) konnten vier Untereinheiten isoliert werden, bei denen es sich um Hämocyanine des a-Typs handelt. Bei den Myriapoden (Chilopoda, Scutigera coleoptrata und Diplopoda, Spirostreptus spec.) konnten drei unterschiedliche Hämocyaninuntereinheiten gefunden werden. Erst seit einiger Zeit ist das Hämocyanin bei Myriapoden biochemisch charakterisiert und bei diesen Hämocyaninsequenzen handelt es sich um die ersten von Myriapoden. Bei den Onychophoren (Epiperipatus spec.) konnte ebenfalls erstmals ein Hämocyanin isoliert und sequenziert werden. Hierbei handelt es sich um den ersten Hinweis, dass Onychophoren über ein respiratorisches Protein verfügen. In einer phylogenetischen Analyse der Hämocyaninsequenzen konnte ein Stammbaum der Hämocyaninsuperfamilie erstellt werden. Innerhalb der Crustacea ordnen sich die verschiedenen Hämocyaninuntereinheiten in distinkten Ästen an. Die Hämocyanine der Myriapoda sind monophyletisch, wobei die Auftrennung in distinkte Untereinheiten bereits vor der Trennung der Chilopoden und Diplopoden erfolgte; die phylogenetische Stellung der Myriapoda kann anhand der Hämocyaninsequenzen nicht zuverlässig aufgelöst werden. Eine gemeinsame Anordnung mit den Hexapoda ('Tracheata'-Hypothese) kann jedoch mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden. Die Onychophora stehen im Arthropodenstammbaum an basaler Position und können somit als Proarthropoda angesprochen werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Hämocyaninevolution der Arthropodenevolution entspricht.

3D-Cryo-Elektronenmikroskopie des 4x6-Hämocyanins der Vogelspinne Eurypelma californicum unter Oxy- und Deoxybedingungen

Arthropodenhämocyanine und Molluskenhämocyanine, die extrazellulären Atmungsproteine der Arthropoden und Mollusken, unterscheiden sich grundsätzlich im Aufbau, besitzen aber ähnliche aktive Zentren, welche in ihrer oxydierten Form für die Blaufärbung der Hämocyanine verantwortlich sind. Sauerstoff wird im Bindungszentrum zwischen zwei, von sechs Histidinen ligandierten, Kupfer(I)Ionen gebunden. Arthropodenhämocyanine bauen sich artspezifisch aus 1, 2, 4, 6, oder 8 Hexameren mit D3-Symmetrie auf. Die Untereinheiten von je ca. 75 kDa falten sich in drei Domänen unterschiedlicher Funktionen. Der komplexe, hierarchische Zusammenbau der Arthropodenhämocyanine hängt von der Heterogenität der Untereinheiten ab. Die 7 verschieden Sequenzen des 4x6-Hämocyanins von Eurypelma californicum (EcHc) sind biochemisch in der Quartärstruktur lokalisiert. Bislang fehlte noch ein unabhängig erstelltes 3D-Modell der geometrischen Gesamtstruktur welche die hexamere und monomere Topographie eindeutig zeigt. Dessen Erstellung war Gegenstand dieser Arbeit, in Verbindung mit der Zielsetzung, die 3D-Rekonstruktion in den beiden extremen physiologischen Zuständen, mit und ohne gebundenen Sauerstoff, zu erzeugen. Dazu wurden in einer eigens entwickelten Atmosphären-Präparationskammer die Proteine in Lösung schockgefrorenen und mittels Cryo-3D-Elektronenmikroskopie gemessen. Aus den daraus gewonnen Projektionsbildern ließen sich mit der ”Single Particle Analyse“ die 3D-Informationen zurückberechnen. Die 3D-Rekonstruktionen wurden mit der publizierten Röntgenkristallstruktur des hexameren Referenz-Hämocyanins der Languste Panulirus interruptus verifiziert. Die Rekonstruktionen erlaubten die eindeutige Messung diverser in der Literatur diskutierter Parameter der Architektur des 4x6-EcHc und darüber hinaus weiterer geometrischer Parameter, welche hier erstmals veröffentlicht werden. SAXS-Daten sagen extreme Translationen und Rotationen von Teilquartärstrukturen zwischen oxy- und deoxy-EcHc voraus, was von den 3D-Rekonstruktionen der beiden Zustände nicht bestätigt werden konnte: Die 16 Å Rekonstruktion der Deoxyform weicht geometrisch nicht von der 21 Å Rekonstruktion der Oxyform ab. Die Einpassung der publizierten Röntgenstruktur der Untereinheit II des Hämocyanin des Pfeilschwanzkrebses Limulus polyphemus in die Rekonstruktionen unterstützt eine auf der hexameren Hierarchieebene lokalisierte Dynamik der Oxygenierung. Mittels Einpassung modellierter molekularer Strukturen der EcHc-Sequenzen konnte eine erste Vermutung zur Lokalisation der beiden zentralen Linker-Untereinheiten b und c des 4x6-Moleküls gemacht werden: Demnach würde Untereinheit b in den exponierten Hexameren des Moleküls liegen. Aussagen über die Quartärstrukturbindungen auf molekularer Ebene aufgrund der Einpassung modellierter molekularer Daten in die Rekonstruktionen sind als spekulativ einzustufen: a) Die Auflösung der Rekonstruktion ist verbesserungswürdig. b) Es gibt keine adäquate Vorlage für eine verlässliche Strukturvorhersage; die verschiedenen EcHc-Sequenzen liegen nur als Modellierung vor. c) Es wäre eine flexible Einpassung notwendig, um Ungenauigkeiten in den modellierten Strukturen durch Sekundärstrukturanpassung zu minimieren.

Systematics, phylogeny and biogeography of Cousinia (Asteraceae)

Die Systematik, Phylogenie und Biogeographie der Gattung Cousinia (Asteraceae, Cardueae) als größter Gattung der Tribus Cardueae mit mehr als 600 Arten wurde untersucht. Diese Dissertation umfasst drei Hauptteile: Im ersten Teil wurde die Phylogenie und Evolution des Arctium-Cousinia-Komplexes Untersucht. Dieser Gattungskomplex enthält Arctium, Cousinia, Hypacanthium und Schmalhausenia und zeigt die höchste Diversität in der Irano-Turanischen Region und in den Gebirgen Zentralasiens. Es wurden ITS und rpS4-trnT-trnL-Sequenzen für insgesamt 138 Arten generiert, darunter von 129 (von ca. 600) Arten von Cousinia. Wie in früheren Analysen bereits gefunden, ist Cousinia nicht monophyletisch. Stattdessen sind Cousinia subg. Cynaroides und subg. Hypacanthodes mit insgesamt ca. 30 Arten enger mit Arctium, Hypacanthium und Schmalhausenia (Arctioid Clade) als mit subg. Cousinia (Cousinioid Clade) verwandt. Die Arctioid und Cousiniod clades werden auch durch Pollenmorphologie und Chromosomenzahl unterstützt, wie bereits früher bekannt war. In dem Arctioid Clade entsprechen morphologische Gattungsgrenzen, basierend auf Blattform, Blattbedornung und Morphologie der Involukralblätter, nicht den in der molekularen analyse gefundenen clades. Es kann keine taxonomische Lösung für diesen Konflikt gefunden werden, und die gennanten Merkmale wurden als homoplastisch betrachtet. Obwohl die phylogenetische Auflösung in dem Cousinioid Clade schlecht ist, enthalten die ITS und rpS4-trnT-trnL-Sequenzen phylogenetische Information. So gruppierten z.B. die sechs annuellen Arten in zwei Gruppen. Schlechte phylogenetische Auflösung resultiert wahrscheinlich aus dem Mangel an Merkmalen und der großen Artenzahl in dieser artenreichen und vergleichsweise jungen (ca. 8,7 mya) Linie. Artbildung in dem Cousinioid Clade scheint hauptsächlich allopatrisch zu sein. Der zweite Teil der Dissertation untersucht die Rolle der Hybridisierung in der Evolution von Cousinia s.s. Die in der Vergangenheit publizierteten 28 Hybrid-Kombinationen und 11 Zwischenformen wurden kritisch geprüft, und zwei Hybridindividuen wurden morphologisch und molekular untersucht. Die vermutlichen oder nachgewiesenen Eltern der Hybriden und Zwischenformen wurden auf die aus einer Bayesischen Analyse der ITS-Sequenzen von 216 Arten von Cousinia und verwandten Gattungen resultierenden Phylogenie aufgetragen. Weder Hybriden zwischen dem Cousinioid Clade und anderen Haupt-Claden des Arctium-Cousinia-Komplexes noch zwischen annuellen und perennirenden Arten von Cousinia s.s. wurden beobachtet. Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass Hybridisierung in Cousinia möglich is, und dass ca. 10,7% der Arten an interspezifischer Hybridisierung beteiligt sind. Obwohl Hybridisierung in Cousinia s.s. stattfindet und zu den Schwierigkeiten bei der Rekonstruktion ihrer phylogenetischen Geschichte beitragen könnte, war ihre Rolle für die Entwicklung und Diversität der Gruppe offenbar gering. Im dritten Teil wird eine taxonomische Revision der C. sect. Cynaroideae präsentiert. Cousinia sect. Cynaroideae, die größte Sektion der Gattung mit 110 veröffentlichten Arten, zeichnet sich durch eine Chromosomenzahl von 2n = 24 und durch ± herablaufende Blätter und Hüllblätter mit Anhängseln aus. Sie kommt im Iran, Irak, dem Kaukasus, der Türkei, Turkmenistan, Afghanistan, Pakistan, dem Libanon und Anti-Libanon vor und hat ihre Hauptzentren der Artdiversität im westlichen und nordwestlichen Iran, im Irak und in der südöstlichen Türkei. Die Revision dieser Gruppe, hauptsächlich basierend auf der Untersuchung von ca. 2250 Herbarbögen, führte zu einer Verringerung der Artenzahl auf 31 Arten mit acht Unterarten. Alle Arten werden typifiziert und ausgeschlüsselt, und Beschreibungen, Abbildungen und Verbreitungskarten werden für jede Art angegeben.

Muster und Prozesse in einer Microcebus-Hybridzone in Südostmadagaskar

Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde in zwei Schwerpunktanalysen mit eine Teil- und Gesamtdatensatz die Untersuchung der Hybridisierung zwischen den beiden Microcebus-Arten M. murinus und M. griseorufus im Ökoton Südostmadagaskars umfangreich und vertieft untersucht. Für die genetischen Analysen wurden die maternal vererbte mitochondriale Hypervariable Region I (HVR 1) und neun nukleäre biparental vererbte Mikrosatellitenmarker eingesetzt. Als weiterer Datensatz wurden morphometrische Daten verwendet. Für die erste Schwerpunktanalyse wurde ein bereits vorhandener Teildatensatz (Hapke 2005 & Gligor 2006) mit Daten von insgesamt 162 Individuen aus neun Populationen der Dornbuschzone, der Übergangswaldzone und des Küstenwaldgebietes eingesetzt. In der zweiten Schwerpunktanalyse wurde eine umfangreiche Untersuchung der Microcebus griseoruus-M. murinus- Hybridzone vorgenommen. Für diese detaillierte Charakterisierung der Hybridzone wurde eine ausgedehnte und fein auflösende Probennahme in einem als Kernzone definierten Bereich, der die gesamte Übergangswaldzone und die dazu benachbarten Dornbuschgebiete umfasste, durchgeführt. Die morphometrischen und genetischen Daten der neu beprobten Individuen dieser Kernzone wurden mit den Daten des Teildatensatzes und weiteren Daten aus Küstenwaldpopulationen (Hapke 2005) zu einem Gesamtdatensatz zusammengefasst. Die Integration des Teildatensatzes in den Gesamtdatensatz erforderte umfassende und zeitintensive Labor- und Analysearbeiten, die im Rahmen dieser Doktorarbeit durchgeführt wurden. Der Gesamtdatensatz umfasste insgesamt 569 Individuen der Gattung Microcebus aus 29 Untersuchungsstandorten. Die mit beiden Datensätzen durchgeführte Analyse morphometrischer Daten zeigte deutlich, dass die Mehrzahl der Individuen aus der Übergangswaldzone einen intermediären Morphotyp aufweist. Durch die mit den Daten des Teildatensatzes durchgeführten Bayes’schen Clusteranalysen und Assignment-Tests, das vornehmlich in den Populationen der Übergangszone beobachtete signifikante Kopplungsungleichgewicht und Heterozygotendefizit, die festgestellte Verteilung der mitochondrialen Haplotypen und das kontrastierende Muster zwischen nukleären Mikrosatellitengenotypen und mitochondrialen Haplotypen in den Übergangswaldpopulationen konnte erstmals das Vorkommen einer Hybridzone zwischen Microcebus-Arten wissenschaftlich fundiert festgestellt werden. Die Ergebnisse dieser Schwerpunktanalyse wurden in der Fachzeitschrift Molecular Ecology publiziert (Gligor et al. 2009). Die in der ersten Schwerpunktanalyse festgestellte Hybridzone konnte durch die zweite Schwerpunktanalyse mit den genetischen und morphometrischen Daten des Gesamtdatensatzes nicht nur bestätigt werden, sondern auch auf die gesamte Übergangswaldzone erweitert werden. Ferner wurden starke Hinweise auf eine Hybridisierung beider Microcebus-Arten an einigen Dornbuschstandorten der Kernzone gefunden. Durch die große Datenmenge des Gesamtdatensatzes, vor allem aus der Kernzone des Untersuchungsgebietes, war es möglich eine fundierte Charakterisierung der Microcebus griseoruus-M. murinus- Hybridzone durchzuführen. Die Übereinstimmung der Hybridzone mit dem beobachteten Vegetationsmosaik zusammen mit den Ergebnissen der PCA, der PCoA und der Bayes’schen Clusteranalyse sprechen für das Modell der „Mosaik Hybridzone“, während die Einzelbetrachtung der mosaikartig verteilten intermediären Übergangswälder eine hohe Abundanz der Hybride aufzeigte und somit eher das „Bounded Hybrid Superiority model“ unterstützt. Der gewählte geographische Beprobungsmaßstab könnte somit einen Einfluss auf die beobachtete Struktur einer Hybridzone haben. Eines der markantesten Muster in der Hybridzone ist das stark kontrastierende cyto-nukleäre Muster. Der seit ca. 3000 Jahren fortschreitende Klimawandel in Südmadagaskar und die damit verbundene Expansion des Verbreitungsgebietes der Art Microcebus griseorufus nach Osten, das in dieser Arbeit festgestellte „male-biased dispersal“ bei M. griseorufus und der Einfluss exogener Selektion sprechen stark für eine massive asymmetrische nukleäre Genintrogression von M. griseorufus-Allelen in M. murinus-Populationen, verbunden mit einer potentiellen Verdrängung der Art M. murinus aus der Übergangswaldzone. In den jeweiligen Kerngebieten Dornbusch und Küstenwald bleibt jedoch die Diskretheit beider Arten gewahrt.

Cannabinoid CB1 receptor in the regulation of sociability, stress coping, and its interaction with the serotonergic system

Cannabinerge Substanzen können das Verhalten in einer dosisabhängigen, aber biphasischen Weise beeinflussen. Eine Erklärung für diese Art der Effekte könnte die Verteilung des CB1 Rezeptors auf verschiedenen Neuronentypen sein. CB1 Rezeptoren in glutamatergen und GABAergen Neuronen sind hier besonders wichtig, da die entsprechenden Neurotransmitter als Gegenspieler die neuronale Erregung kontrollieren. Spezifische Deletion des CB1 Rezeptor-Gens von einer der beiden Populationen führte zu gegensätzlichen Phenotypen, genauer gesagt, einem erniedrigten, bzw. einem gesteigerten Interaktiondrang. Tiere, bei denen der CB1 Rezeptor ausschließlich in striatalen, GABAergen „Medium Spiny“ Neuronen deletiert wurde, zeigten keinen veränderten Phänotyp. Dies legt nahe, dass der CB1 Rezeptor in kortikalen glutamatergen und GABAergen Neuronen für einen ausgeglichenen Interaktionsdrang entscheidend ist (siehe Kapitel 3).rnDiese dosisabhängigen, biphasischen Effekte auf das Verhalten können auch im „Forced Swim Test“ (FST) beobachtet werden. Ein möglicher Mechanismus, durch den Cannabinoide das Stressverhalten beeinflussen können, wäre die Regulierung der Monoaminausschüttung. Um die Abhängigkeit der Cannabinoideffekte von der Serotonintransmission zu untersuchen, wurden Dosen von CB1 Rezeptoragonisten und –antagonisten mit antidepressiv-induzierenden Eigenschaften bei gleichzeitiger Inhibition der Serotonintransmission im FST getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass lediglich der Agonisteffekt durch die Inhibition der Serotoninauschüttung beeinflusst wird. Zusätzlich konnte die Abhängigkeit des Antagonisteneffekts von funktionsfähigen GABAergen CB1 Rezeptoren nachweisen werden. Interessanter Weise konnte der durch die Deletion von glutamatergen CB1 Rezeptoren induzierte Phänotyp durch Inhibition der Serotoninausschüttung blockiert werden (siehe Kapitel 4).rnEin indirekter Einfluss auf Serotoninausschüttung scheint also wahrscheinlich zu sein. Bis jetzt blieb jedoch unklar, inwieweit cannabinerge Substanzen direkt auf serotonerge Neuronen wirken können. Im Jahr 2007 konnte unsere Gruppe die Expression des CB1 Rezeptors in serotonergen Neuronen auf mRNA- und Proteinebene nachweisen. Die Züchtung und Analyse einer mutanten Mauslinie, in welcher der CB1-Rezeptor spezifisch in serotonergen Neuronen ausgeschaltet wurde, zeigte bei männlichen Tieren eine schwache, aber signifikante Verhaltensänderungen, die durch soziale Stimuli und lebensbedrohlichen Situationen ausgelöst wurde. So ist es erstmals gelungen nachzuweisen, dass serotonerge CB1-Rezeptoren eine physiologische Relevanz besitzen (siehe Kapitel 5).rn

Synaptic regulation of spike firing in interneurons of the striatum in vivo

The striatum, the major input nucleus of the basal ganglia, is numerically dominated by a single class of principal neurons, the GABAergic spiny projection neuron (SPN) that has been extensively studied both in vitro and in vivo. Much less is known about the sparsely distributed interneurons, principally the cholinergic interneuron (CIN) and the GABAergic fast-spiking interneuron (FSI). Here, we summarize results from two recent studies on these interneurons where we used in vivo intracellular recording techniques in urethane-anaesthetized rats (Schulz et al., J Neurosci 31[31], 2011; J Physiol, in press). Interneurons were identified by their characteristic responses to intracellular current steps and spike waveforms. Spontaneous spiking contained a high proportion (~45%) of short inter-spike intervals (ISI) of <30 ms in FSIs, but virtually none in CINs. Spiking patterns in CINs covered a broad spectrum ranging from regular tonic spiking to phasic activity despite very similar unimodal membrane potential distributions across neurons. In general, phasic spiking activity occurred in phase with the slow ECoG waves, whereas CINs exhibiting tonic regular spiking were little affected by afferent network activity. In contrast, FSIs exhibited transitions between Down and Up states very similar to SPNs. Compared to SPNs, the FSI Up state membrane potential was noisier and power spectra exhibited significantly larger power at frequencies in the gamma range (55-95 Hz). Cortical-evoked inputs had faster dynamics in FSIs than SPNs and the membrane potential preceding spontaneous spike discharge exhibited short and steep trajectories, suggesting that fast input components controlled spike output in FSIs. Intrinsic resonance mechanisms may have further enhanced the sensitivity of FSIs to fast oscillatory inputs. Induction of an activated ECoG state by local ejection of bicuculline into the superior colliculus, resulted in increased spike frequency in both interneuron classes without changing the overall distribution of ISIs. This manipulation also made CINs responsive to a light flashed into the contralateral eye. Typically, the response consisted of an excitation at short latency followed by a pause in spike firing, via an underlying depolarization-hyperpolarization membrane sequence. These results highlight the differential sensitivity of striatal interneurons to afferent synaptic signals and support a model where CINs modulate the striatal network in response to salient sensory bottom-up signals, while FSIs serve gating of top-down signals from the cortex during action selection and reward-related learning.

Lateralization of dynorphin gene expression in the rat striatum

Hemispheric lateralization is well known in the cerebral cortex, but not in subcortical structures like basal ganglia. The goal of our study was to determine whether lateralization was present in the direct and indirect striatal pathways. We studied gene expression in the striatum of healthy rats, which was divided into two sectors, medial and lateral. Dynorphin (DYN) and enkephalin (ENK) mRNA were analyzed as markers of the direct and indirect striatal pathways, respectively and glutamic acid decarboxylase (GAD) mRNA was analyzed as a marker of all medium spiny neurons. DYN and GAD mRNA expression was higher on the left hemisphere in the medial sector of the striatum, but not in the lateral one. We did not observe any difference between sides with ENK mRNA expression. We suggest the presence of a lateralization in the medial striatum, which is specific for the direct striatal pathway.

Factors Affecting Post-Capture Survivability of Lobster Homarus Americanus

Technological advances in gear and fishing practices have driven the global expansion of the American lobster live seafood market. These changes have had a positive effect on the lobster industry by increasing capture efficiency. However, it is unknown what effect these improved methods will have on the post-capture fitness and survival of lobsters. This project utilized a repeated measures design to compare the physiological changes that occur in lobsters over time as the result of differences in depth, hauling rate, and storage methodology. The results indicate that lobsters destined for long distance transport or temporary storage in pounds undergo physiological disturbance as part of the capture process. These changes are significant over time for total hemocyte counts, crustacean hyperglycemic hormone, L-lactate, ammonia, and glucose. Repeated measures multivariate analysis of variance (MANOVA) for glucose indicates a significant interaction between depth and storage methodology over time for non-survivors. A Gram-negative bacterium, Photobacterium indicum, was identified in pure culture from hemolymph samples of 100% of weak lobsters. Histopathology revealed the presence of Gram-negative bacteria throughout the tissues with evidence of antemortem edema and necrosis suggestive of septicemia. On the basis of these findings, we recommend to the lobster industry that if a reduction in depth and hauling rate is not economically feasible, fishermen should take particular care in handling lobsters and provide them with a recovery period in recirculating seawater prior to land transport. The ecological role of P. indicum is not fully defined at this time. However, it may be an emerging opportunistic pathogen of stressed lobsters. Judicious preemptive antibiotic therapy may be necessary to reduce mortality in susceptible lobsters destined for high-density holding facilities.

Phylogenetic Relationships of Clawed Lobster Genera (Decapoda : Nephropidae) Based on Mitochondrial 16S rRNA Gene Sequences

Approximately 350 base pairs (bp) of the mitochondrial 16S rRNA gene were used to study the phylogenetic relationships among 5 genera of the clawed lobster family Nephropidae (infraorder Astacidea), including Homarus, Homarinus, Metanephrops, Nephrops, and Nephropsis. Maximum-parsimony analysis, using a hermit crab, Pagurus pollicaris (infraorder Anomura), as an outgroup. produced a tree topology in which Homarus and Nephrops formed a well-supported clade that excluded Homarinus. The same tree topology was obtained from both neighbor-joining and maximum-likelihood analyses, Some morphological characters that appear synapomorphic for Nephrops and Metanephrops may be due to convergence rather than symplesiomorphy. The current taxonomy, therefore, does not reflect the phylogeny of this group as suggested by the molecular data. More molecular data and studies using homologous morphological characters me needed to reach a better understanding of the phylogenetic history of clawed lobsters.

Kelp Beds as Habitat for American Lobster Homarus Americanus

The American lobster Homarus americanus and kelp Laminaria longicruris and L. saccharina are prominent and often intimately associated members of the subtidal community in the western North Atlantic Ocean. However, no one has identified the nature of this relationship or specifically investigated whether kelp beds are a superior habitat for lobsters. We conducted field studies in 1990 and 1991 at a coastal site centrally located along the Gulf of Maine, USA, to determine how lobsters use kelp beds as habitat. Identically sized and spaced plots of live and artificial (plastic) kelp were established and monitored for lobster population densities. Adjacent featureless sediment plots of identical size served as controls. Lobster population density and biomass were significantly higher in both real and artificial kelp treatments than in non-kelp control plots (p < 0.0001). The change in lobster density was apparent the day following placement of the experiment, so a secondary trophic effect such as attracting prey into treatments is unlikely to have occurred. Thus, kelp beds can affect local lobster population densities by providing shelter for lobsters, thereby concentrating individuals and increasing the local carrying capacity of potential lobster habitats. The effect of kelp beds on the local carrying capacity of lobster habitats was further explored by testing how lobsters respond to differing patch sizes. A graded size series of circular patches of artificial kelp was established, in which kelp blade density and total area were held constant for each treatment. Treatments were subdivided into four 1 M2, two 2 M2, or one 4 m2 patches. Experiments were surveyed for lobster population density and size structure to determine ff statistical differences existed among treatments. Lobster density was significantly greater in the smallest patches (p < 0.001). Moreover, lobsters typically occupied the edges of kelp beds, and their abundance within kelp patches corresponded to the patch's perimeter-to-area relationship. This suggests that edge effects' influence the local carrying capacity for lobsters by influencing the lobsters' choice of kelp beds as habitat.

Recruitment Habitats and Nursery Grounds of the American Lobster Homarus Americanus: A Demographic Bottleneck?

We have identified benthic recruitment habitats and nursery grounds of the American lobster Homarus americanus Milne Edwards in the coastal Gulf of Maine, USA, by systematically censusing subtidal sediment, cobble, and ledge substrata. We distinguish lobsters between settlement size (5 mm carapace length (CL) to ca 40 mm CL as the 'early benthic phase' (EBP) because they are ecologically and behaviorally distinct from larger lobsters. EBP lobsters are cryptic and apparently restricted to shelter-providing habitats (primarily cobble substratum) in coastal Gulf of Maine. In these habitats we found average population densities of EBP lobsters as high as 6.9 m-2. EBP lobsters were virtually absent from ledge and sedimentary substrata devoid of vegetation although larger lobsters are commonly found there. It is possible that the requirement for shelter-providing substrata by this life phase creates a natural demographic 'bottleneck' to benthic recruitment for the species. Prime cobble recruitment habitat is relatively rare and comprises ca 11 % of the 60.2 km of shoreline at our study area in midcoast Maine. If this low availability of cobble exists throughout the Gulf of Maine, as other studies indicate, it could limit lobster production potential. We verified the geographic extent of recruitment to cobble habitats censused in 3 of 4 regions spanning ca 300 km of the coastal Gulf of Maine (from Nahant, Massachusetts to Swans Island, Maine). Early benthic phase lobsters were absent from cobble censused in the northeastern extreme of our survey (Swans Island). This pattern is consistent with earlier speculation that relatively cool water temperatures may limit larval settlement in this region.