Effetti sulle funzioni autonomiche e sugli stati di veglia e di sonno della manipolazione centrale farmacologica del sistema ipocretinergico nel ratto

Obiettivo della tesi è stato quello di studiare il ruolo svolto dall’ipotalamo laterale (LH) nella regolazione dei processi di integrazione dell’attività autonomica e termoregolatoria con quella degli stati di veglia e sonno. A questo scopo, l’attività dell’LH è stata inibita per 6 ore (Esperimento A) mediante microiniezioni locali dell’agonista GABAA muscimolo nel ratto libero di muoversi, nel quale sono stati monitorati in continuo l’elelttroencefalogramma, l’elettromiogramma nucale, la pressione arteriosa (PA) e la temperatura ipotalamica (Thy) e cutanea. Gli animali sono stati studiati a temperatura ambientale (Ta) di 24°C e 10°C. I risultati hanno mostrato che l’inibizione acuta dell’LH riduce l’attività di veglia e sopprime la comparsa del sonno REM. Ciò avviene attraverso l’induzione di uno stato di sonno NREM caratterizzato da ipersincronizzazione corticale, con scomparsa degli stati transizionali al sonno REM. Quando l’animale è esposto a bassa Ta, tali alterazioni si associano a un ampio calo della Thy, che viene compensato da meccanismi vicarianti solo dopo un paio d’ore dall’iniezione. Sulla base di tali risultati, si è proceduto ad un ulteriore studio (Esperimento B) volto ad indagare il ruolo del neuropeptide ipocretina (prodotto in modo esclusivo a livello dell’LH) nei processi termoregolatori, mediante microiniezioni del medesimo nel bulbo rostrale ventromediale (RVMM), stazione cruciale della rete nervosa preposta all’attivazione dei processi termogenetici. La somministrazione di ipocretina è stata in grado di attivare la termogenesi e di potenziare la comparsa della veglia, con concomitante lieve incremento della PA e della frequenza cardiaca, quando effettuata alle Ta di 24°C o di 10°C, ma non alla Ta di 32°C. In conclusione, i risultati indicano che l’LH svolge un ruolo cruciale nella promozione degli stati di veglia e di sonno REM e, per tramite dell’ipocretina, interviene in modo coplesso a livello del RVMM nella regolazione dei processi di coordinamento dell'attività di veglia con quella termoregolatoria.

La terapia combinata di cellule mesenchimali stromali e aceinibitori riduce la fibrosi renale in un modello animale di ostruzione ureterale unilaterale

Le cellule mesenchimali stromali (MSC) sono cellule multipotenti e numerosi studi hanno mostrato i loro effetti benefici nel danno renale acuto ma non sono ancora stati dimostrati potenziali effetti nella malattia renale cronica. L'ostruzione ureterale unilaterale (UUO) è un modello di fibrosi interstiziale nel quale l'attivazione di molecole vasoattive, citochine profibrotiche e infiammatorie gioca un ruolo patogenetico nello sviluppo dell'apoptosi e atrofia tubulare. Il sistema renina-angiotensina (RAS) gioca un ruolo chiave nello sviluppo della fibrosi renale e i farmaci che hanno come target l'angiotensina II, principale mediatore del RAS, sono attualmente la terapia più efficace nel ridurre la progressione della malattia renale cronica. E' noto che gli ACE-inibitori (ACEi) inducono un aumento compensatorio della renina plasmatica per la mancaza del feedback negativo sulla sua produzione. Tuttavia, la renina (R) promuove il danno renale non solo stimolando la produzione di ANGII, ma anche up-regolando geni profibrotici attraverso l'attivazione del recettore renina/prorenina. Lo scopo dello studio è stato indagare se l'infusione di MSC riduceva il danno renalein un modello animale di UUO e comparare gli eventuali effetti protettivi di ACEi e MSC in UUO. Abbiamo studiato 5 gruppi di ratti. A: sham operati. B: ratti sottoposti a UUO che ricevevano soluzione salina. C: ratti sottoposti a UUO che ricevavano MSC 3X106 nella vena della coda al giorno 0. D:ratti sottoposti a UUO che ricevevano lisinopril dal g 1 al g 21. E: ratti sottoposti a UUO che ricevevano MSC 3X106 nella vena della coda al giorno 0 e lisinopril dal g 1 al g 21. I ratti sono stati sacrificati al giorno 7 e 21. I risultati dello studio mostrano che MSC in UUO prevengono l'aumento della renina, riducono la generazione di ANGII e che in terapia combinata con ACEi riducono ulteriormente l'ANGII, determinando una sinergia nel miglioramento della fibrosi renale.

Cerebro-corticale und subcorticale Prozessierung vestibulärer Informationen im intakten und lädierten System der Ratte (Micro-PET-Studie)

In dieser Studie wurde anhand des Modells der Ratte das Gleichgewichtssystem auf cerebro-corticaler Ebene untersucht, und das Verhalten des Gehirns nach akuten sowie chronischen Ausfällen mit funktioneller Bildgebung untersucht. rnMit der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) kann die Metabolismusrate bestimmter Gehirnareale gemessen werden. Narkotisierte Tiere wurden unter galvanischer vestibulärer Stimulation im PET gemessen und die Ergebnisse wurden mit Kontrollstimulations-Messungen verglichen. Es konnten verschiedene Areale, die eine erhöhte Stoffwechselaktivität aufwiesen, ermittelt werden. Dazu gehören der somatosensorische und der insuläre Cortex, Teile des auditorischen Cortexes, der anteriore cinguläre sowie der entorhinale Cortex. Subcorticale Strukturen wie der Hippocampus, die Amygdala sowie die latero-dorsalen thalamischen Kerne wiesen ebenfalls erhöhten Stoffwechsel unter vestibulärer Stimulation auf. rnBei dieser PET-Studie handelt es sich um die erste funktionell-bildgebende Studie, die Verarbeitung vestibulärer Informationen bei Ratten in vivo darstellt. Die anatomische Verbindung der gefundenen Areale wurde mit anterograden und retrograden neuronalen Tracings unterstützt. rnDarüber hinaus wurde markiertes Gewebe, welches die Verbindung zwischen thalamischen und cerebro-corticalen Kernen der vestibulären Verschaltung aufweist, immunhistochemisch auf dessen Neurotransmission hin untersucht. Das katecholaminergen und dem opioidergen System wurde untersucht. Eine Beteiligung katecholaminerger Transmitter konnte nicht nachgewiesen werden. Neurone im somatosensorischen Cortex, die positiv auf einen Opioid-Rezeptor-Antikörper getestet wurden erhalten anterograd markierte Terminale aus dem thalamischen Kern LDDM, der mittels der PET als vestibulär identifiziert werden konnte. rnBasierend auf den Ergebnissen der ersten bildgebenden Studie wurde in einer zweiten funktionell-bildgebenden Studie die zentral-vestibuläre Verschaltung unterbrochen, indem relevante thalamische Kerngebiete (LDDM, LDVL) elektrolytisch zerstört wurden. Die Stoffwechselaktivität wurde anschließend bei diesen Tieren an verschiedenen Zeitpunkten nach der Läsion im PET unter vestibulärer Stimulation gemessen. Die Stoffwechselaktivität dieser Tiere wurde mit der Stoffwechselaktivität von Kontroll-Tieren verglichen. rnBei dieser Studie wurde zum ersten Mal, mittels funktioneller Bildgebung gezeigt, welche Bereiche des Gehirns nach akuter und chronischer Läsion des vestibulären Systems an Kompensationsmechanismen beteiligt sind. Alle Gehirnareale, die in verschiedenen Zeitfenstern (1, 3, 7 und 20 Tage nach Läsion) erhöhten Metabolismus aufweisen, sind Teil der vestibulären Verschaltung. Es handelt sich dabei um Areale der Okulomotorik und des räumlichen Gedächtnisses: das Postsubiculum, den Colliculus superior, das mediale Corpus geniculatum, den entorhinalen Cortex sowie die Zona incerta.rn

Ricerche sull'allungamento di compenso in greco antico. Fonetica, fonologia, dialettologia.

La mia tesi offre uno studio sistematico di tutti i cambiamenti fonetici classificabili come 'Allungamento di Compenso' (AC) nella storia del greco antico. L'importanza di tali allungamenti vocalici nella fonologia storica e nella dialettologia del greco è, naturalmente, ben nota, ma diversi sviluppi individuali sono ancora discussi o poco chiari. Particolare attenzione è stata riservata all'odierno dibattito sull'AC nell'àmbito della fonologia teorica, e ad applicare correttamente i principi della linguistica generale ai fatti greci. Per ciascuna istanza di AC in greco, ho cercato di proporre una soluzione che sia coerente tanto con altri sviluppi noti del greco, sia con le tendenze attestate interlinguisticamente. Il greco risulta confermare la recente visione secondo cui non c'è un'unica regola o meccanismo responsabile dell'AC, ma esistono diverse tipologie, che in parte operano direttamente a livello della struttura fonologica astratta, in parte risultano dalla fonologizzazione di cambiamenti graduali e foneticamente condizionati. Entrambi i tipi risultano ben rappresentati in greco. Tuttavia, una tipologia di AC che è stata spesso postulata per il greco (l'AC da degeminazione) non è mai esistita in questa lingua. L'ultima parte di questo studio è dedicata a quattro casi separati di apparenti irregolarità nella distribuzione dell'AC o nel timbro della vocale lunga risultante. Dopo un'analisi filologica ed etimologica di tutto il materiale rilevante, si propongono delle spiegazioni per queste irregolarità.

Motorisches Lernen in Drosophila melanogaster

In der vorliegenden Arbeit wurden die durch Training induzierten motorischen Gedächtnisleistungen der Taufliege Drosophila melanogaster beim Überklettern von acht symmetrisch verteilten Lücken auf einem rotierenden Ring untersucht. Durch den auf sie einwirkenden optischen Fluss der vorbeiziehenden äußeren Umgebung wurden die Fliegen angeregt, diesem optomotorischen Reiz entgegenzuwirken und die Lücken laufend zu überqueren. Durch Training verbessert und langfristig gelernt wird die kompensatorische Lückenüberquerung X+ gegen die Rotation. In der aus diesem Training erhaltenen Lernkurve war eine überdurchschnittlich hohe Leistungsverbesserung nach einem einzigen Trainingslauf mit einem zeitlichen Bestand von ca. 40 Minuten abzulesen, um danach vom motorischen Gedächtnisspeicher trainierter Fliegen nicht mehr abgerufen werden zu können. Nach einer Ruhephase von einem bis mehreren Tagen wurden die Fliegen auf mögliche Langzeitlernleistungen untersucht und diese für verschiedene Intervalle nachgewiesen. Sowohl die Leistungsverbesserung während des Trainings, als auch der Lerneffekt nach 24h bleiben in mutanten rutabaga2080 sowie rut1 Fliegen aus. Betroffen ist das Gen der Adenylylzyklase I, ein Schlüsselprotein der cAMP-Signalkaskade, die u.a. im olfaktorischen und visuellen Lernen gebraucht wird. Damit ergab sich die Möglichkeit die motorischen Gedächtnisformen durch partielle Rettung zu kartieren. Die motorische Gedächtniskonsolidierung ist schlafabhängig. Wie sich herausstellte, benötigen WTB Fliegen nur eine Dunkelphase von 10h zwischen einem ersten Trainingslauf und einem Testlauf um signifikante Leistungssteigerungen zu erzielen. In weiterführenden Versuchen wurden die Fliegen nachts sowie tagsüber mit einer LED-Lampe oder in einer Dunkelkammer, mit einem Kreisschüttler oder einer Laborwippe depriviert, mit dem Ergebnis, dass nur jene Fliegen ihre Leistung signifikant gegenüber einem ersten Trainingslauf verbessern konnten, welche entweder ausschließlich der Dunkelheit ausgesetzt waren oder welchen die Möglichkeit gegeben wurde, ein Gedächtnis zunächst in einer natürlichen Schlafphase zu konsolidieren (21Uhr bis 7Uhr MEZ). In weiteren Experimenten wurden die experimentellen Bedingungen entweder während des Trainings oder des Tests auf eine Fliege und damit verbunden auf eine erst durch das Training mögliche motorische Gedächtniskonsolidierung einwirken zu können, untersucht. Dazu wurden die Experimentparameter Lückenweite, Rotationsrichtung des Lückenringes, Geschwindigkeit des Lückenringes sowie die Verteilung der acht Lücken auf dem Ring (symmetrisch, asymmetrisch) im Training oder beim Gedächtnisabruf im Testlauf verändert. Aus den Ergebnissen kann geschlussfolgert werden, dass die Lückenweite langzeitkonsolidiert wird, die Rotationsrichtung kurzzeitig abgespeichert wird und die Drehgeschwindigkeit motivierend auf die Fliegen wirkt. Die symmetrische Verteilung der Lücken auf dem Ring dient der Langzeitkonsolidierung und ist als Trainingseingang von hoher Wichtigkeit. Mit Hilfe verschiedener Paradigmen konnten die Leistungsverbesserungen der Fliegen bei Abruf eines Kurz- bzw. Langzeitgedächtnisses hochauflösend betrachtet werden (Transfer). Die Konzentration, mit der eine WTB Fliege eine motorische Aufgabe - die Überquerung von Lücken entgegengesetzt der Rotationsrichtung - durchführt, konnte mit Hilfe von Distraktoreizen bestimmt werden. Wie sich herausstellte, haben Distraktoren einen Einfluss auf die Erfolgsquote einer Überquerung, d.h. mit zunehmender Distraktionsstärke nahm die Wahrscheinlichkeit einer Lückenüberquerung ab. Die Ablenkungsreize wirkten sich weiterhin auf die Vermessung einer Lücke aus, in dem entweder "peering"-artigen Bewegungen im Training durchgeführt wurden oder je nach Reizstärke ausschließlich nur jene Lücken vermessen wurden, welche auch überquert werden sollten.

Mitochondrial DNA rearrangements during human aging: a study on liver, muscle and adipose tissue

Aging is characterized by a chronic, low-grade inflammatory state called “inflammaging”. Mitochondria are the main source of reactive oxygen species (ROS), which trigger the production of pro-inflammatory molecules. We are interested in studying the age-related modifications of the mitochondrial DNA (mtDNA), which can be affected by the lifelong exposure to ROS and are responsible of mitochondrial dysfunction. Moreover, increasing evidences show that telomere shortening, naturally occurring with aging, is involved in mtDNA damage processes and thus in the pathogenesis of age-related disorders. Thus the primary aim of this thesis was the analysis of mtDNA copy number, deletion level and integrity in different-age human biopsies from liver, vastus lateralis skeletal muscle of healthy subjects and patients with limited mobility of lower limbs (LMLL), as well as adipose tissue. The telomere length and the expression of nuclear genes related to mitobiogenesis, fusion and fission, mitophagy, mitochondrial protein quality control system, hypoxia, production and protection from ROS were also evaluated. In liver the decrease in mtDNA integrity with age is accompanied with an increase in mtDNA copy number, suggesting the existence of a “compensatory mechanism” able to maintain the functionality of this organ. Different is the case of vastus lateralis muscle, where any “compensatory pathway” is activated and mtDNA integrity and copy number decrease with age, both in healthy subjects and in patients. Interestingly, mtDNA rearrangements do not incur in adipose tissue with advancing age. Finally, in all tissues a marked gender difference appears, suggesting that aging and also gender diversely affect mtDNA rearrangements and telomere length in the three human tissues considered, likely depending on their different metabolic needs and inflammatory status.

The characterization of the Atxn2-CAG42-knock-in mouse as a model for Spinocerebellar Ataxia Type 2

Die Ursache der neurodegenerativen Erkrankung Spinozerebelläre Ataxie Typ 2 (SCA2) ist eine expandierte Polyglutamin-Domäne im humanen ATXN2-Gen von normalerweise 22 auf über 31 CAGs. Von der Degeneration sind vorwiegend die zerebellären Purkinje Neuronen betroffen, in denen zunehmend zytoplasmatische Aggregate sichtbar werden. Auch wenn die genaue Funktion von ATXN2 und die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen noch immer ungeklärt sind, werden ein toxischer Funktionsgewinn sowie der Verlust der normalen Proteinfunktion als mögliche Ursachen diskutiert.rnUm ein wirklichkeitsgetreues Tiermodell für die SCA2 zu haben, wurde eine knock-in Maus generiert, deren einzelnes CAG im Atxn2-Gen durch 42 CAGs ersetzt wurde. Dieses Mausmodell ist durch eine stabile Vererbung der Expansion charakterisiert. Weiterhin zeigt sie ein verringertes Körpergewicht sowie eine spät beginnende motorische Inkoordination, was dem Krankheitsbild von SCA2 entspricht. rnIm Weiteren konnte gezeigt werden, dass, obwohl die Atxn2 mRNA-Spiegel in Großhirn und Kleinhirn erhöht waren, die Menge an löslichem ATXN2 im Laufe der Zeit abnahm und dies mit einem Auftreten an unlöslichem ATXN2 korrelierte. Dieser im Kleinhirn progressive Prozess resultierte schließlich in zytoplasmatischen Aggregaten innerhalb der Purkinje Neuronen alter Mäuse. Der Verlust an löslichem ATXN2 könnte Effekte erklären, die auf einen partiellen Funktionsverlust von ATXN2 zurückzuführen sind, wobei die Aggregatbildung einen toxischen Funktionsgewinn wiederspiegeln könnte. Neben ATXN2 wurde auch sein Interaktor PABPC1 zunehmend unlöslich. Während dies im Großhirn eine Erhöhung der PABPC1 mRNA- und löslichen Proteinspiegel zur Folge hatte, konnte keine kompensatorische Veränderung seiner mRNA und zudem eine Verminderung an löslichem PABPC1 im Kleinhirn beobachtet werden. Auch PABPC1 wurde in Aggregate sequestriert. Diese Unterschiede zwischen Großhirn und Kleinhirn könnten zu der spezifischen Vulnerabilität des Kleinhirns beitragen.rnUm die Folgen auf mRNA-Prozessierung zu untersuchen, wurde ein Transkriptomprofil im mittleren sowie fortgeschrittenen Alter der Mäuse erstellt. Hierbei war eine erhöhte Expression von Fbxw8 im Kleinhirn alter Mäuse auffällig. Als Komponente eines Ubiquitin-E3-Ligase-Komplexes, hilft FBXW8 in der Degradierung von Zielproteinen und könnte somit die Toxizität des expandieren ATXN2 verringern. rnZur näheren Beschreibung der physiologischen Funktion von ATXN2, konnte in ATXN2-knock-out Mäusen gezeigt werden, dass das Fehlen von ATXN2 zu einer reduzierten globalen Proteinsyntheserate führte und somit eine Rolle als Translationsaktivator möglich erscheint. Kompensatorisch wurde eine erhöhte S6-Phosphorylierung gemessen.

Outcome a lungo termine dei pazienti pediatrici con rene singolo. Valutazione di marker laboratoristici e strumentali di danno renale

Obiettivi: valutare in pazienti con rene singolo congenito la correlazione tra il filtrato glomerulare misurato con il DTPA (DTPA-VFG) e 1) marker laboratoristici di danno renale (creatinina, cistatinaC, proteinuria) 2) formule per stimare il filtrato glomerulare 3) parametri di valutazione della crescita renale ecografica. Materiali e metodi: Sono stati arruolati 118 pazienti con rene singolo congenito tra 0 e 18 anni. Sono stati valutati a ogni visita altezza, creatinina, cistatinaC, proteinuria e lunghezza ecografica renale. E’ stato calcolato il filtrato stimato con formule basate sulla creatinina (Schwartz), sulla cistatina C (Zappitelli, Filler, Grubb e Bokenkamp) e su entrambe (equazione di Zappitelli). La crescita renale è stata valutata come rapporto lunghezza ecografica/altezza corporea (USL/H), differenza percentuale tra lunghezza renale misurata e attesa per età (delta%) e presenza o meno d’ipertrofia compensatoria. In 74 bambini è stata misurata la DTPA-VFG. Risultati: Il follow-up è di 2.1 ± 0.9 anni. Il 65% sono maschi. Nessun paziente ha sviluppato danno renale cronico. La media del DTPA-VFG era di 135±44ml/min/1.73m², il valore medio della creatinina 0.47±0.17mg/dl e di cistatinaC di 1±0.4mg/L. La lunghezza ecografica renale media era di 100±17 mm, il rapporto USL/H medio di 0.8±0,1 e il delta% di 1,13±11,4, il 66% presentava ipertrofia renale. Le uniche correlazioni significative con DTPA-VFG sono inversa con la creatinina (p=<.001) e lineare con USL/H (p=<.001). Discussione: Lo studio ha mostrato che come per altre nefrouropatie, la creatina e l’ecografia renale siano due strumenti validi per il follow-up dei pazienti con rene singolo congenito. Il limite principale è dovuto al fatto che nessuno dei pazienti ha sviluppato danno renale cronico e pertanto non è stato possibile stabilire dei cutt-off di rischio per parametri quali USL/H.

Resting state cerebral blood flow and objective motor activity reveal basal ganglia dysfunction in schizophrenia

Reduced motor activity has been reported in schizophrenia and was associated with subtype, psychopathology and medication. Still, little is known about the neurobiology of motor retardation. To identify neural correlates of motor activity, resting state cerebral blood flow (CBF) was correlated with objective motor activity of the same day. Participants comprised 11 schizophrenia patients and 14 controls who underwent magnetic resonance imaging with arterial spin labeling and wrist actigraphy. Patients had reduced activity levels and reduced perfusion of the left parahippocampal gyrus, left middle temporal gyrus, right thalamus, and right prefrontal cortex. In controls, but not in schizophrenia, CBF was correlated with activity in the right thalamic ventral anterior (VA) nucleus, a key module within basal ganglia-cortical motor circuits. In contrast, only in schizophrenia patients positive correlations of CBF and motor activity were found in bilateral prefrontal areas and in the right rostral cingulate motor area (rCMA). Grey matter volume correlated with motor activity only in the left posterior cingulate cortex of the patients. The findings suggest that basal ganglia motor control is impaired in schizophrenia. In addition, CBF of cortical areas critical for motor control was associated with volitional motor behavior, which may be a compensatory mechanism for basal ganglia dysfunction.

Gene expression profile of osseointegration of a hydrophilic compared with a hydrophobic microrough implant surface

OBJECTIVES: To compare the gene expression profile of osseointegration associated with a moderately rough and a chemically modified hydrophilic moderately rough surface in a human model. MATERIAL AND METHODS: Eighteen solid screw-type cylindrical titanium implants, 4 mm long and 2.8 mm wide, with either a moderately rough (SLA) or a chemically modified moderately rough (SLActive) surface were surgically inserted in the retromolar area of nine human volunteers. The devices were removed using a trephine following 4, 7 and 14 days of healing. The tissue surrounding the implant was harvested, total RNA was extracted and microarray analysis was carried out to identify the differences in the transcriptome between the SLA and SLActive surfaces at days 4, 7 and 14. RESULTS: There were no functionally relevant gene ontology categories that were over-represented in the list of genes that were differentially expressed at day 4. However, by day 7, osteogenesis- and angiogenesis-associated gene expression were up-regulated on the SLActive surface. Osteogenesis and angiogenesis appeared to be regulated by BMP and VEGF signalling, respectively. By day 14, VEGF signalling remains up-regulated on the SLActive surface, while BMP signalling was up-regulated on the SLA surface in what appeared to be a delayed compensatory response. Furthermore, neurogenesis was a prominent biological process within the list of differentially expressed genes, and it was influenced by both surfaces. CONCLUSIONS: Compared with SLA, SLActive exerts a pro-osteogenic and pro-angiogenic influence on gene expression at day 7 following implant insertion, which may be responsible for the superior osseointegrative properties of this surface.

Escape mechanisms after antiangiogenic treatment, or why are the tumors growing again?

Inhibitors of angiogenesis and radiation induce compensatory changes in the tumor vasculature both during and after cessation of treatment. In numerous preclinical studies, angiogenesis inhibitors were shown to be efficient in the treatment of many pathological conditions, including solid cancers. In most clinical trials, however, this approach turned out to have no significant effect, especially if applied as monotherapy. Recovery of tumors after therapy is a major problem in the management of cancer patients. The mechanisms underlying tumor recovery (or therapy resistance) have not yet been explicitly elucidated. This review deals with the transient switch from sprouting to intussusceptive angiogenesis, which may be an adaptive response of tumor vasculature to cancer therapy that allows the vasculature to maintain its functional properties. Potential candidates for molecular targeting of this angioadaptive mechanism are yet to be elucidated in order to improve the currently poor efficacy of contemporary antiangiogenic therapies.

Effect of sibling competition and male carotenoid supply on offspring condition and oxidative stress

Early developmental conditions have major implications for an individual's fitness. In species where offspring are born simultaneously, the level of sibling competition for food access is intense. In birds, high sibling competition may subject nestlings to decreased growth rate as a result of limited food and increased levels of oxidative stress through high metabolic activity induced by begging behaviors. We manipulated the level of sibling competition in a natural population of great tits and assessed the consequences for nestling body condition and resistance to oxidative stress. In a full factorial design, we both augmented brood size to increase sibling competition and supplemented the male parents with physiological doses of carotenoids thereby doubling the natural carotenoid intake, aiming at increasing the males' investment in current reproduction and thereby decreasing sibling competition. Nestling body mass was reduced by the brood enlargement and enhanced by the carotenoid supplementation of fathers. Nestling resistance to oxidative stress, measured as total antioxidant defenses in whole blood, was not influenced by the treatments. Because nestlings experience high metabolic activities, an absence of an effect of sibling competition on free radicals production seems unlikely. Nestling body mass decreased and resistance to oxidative stress tended to increase with initial brood size, and hence these correlational effects suggest a trade-off between morphological growth and development of the antioxidant system. However, the result of the experimental treatment did not support this trade-off hypothesis. Alternatively, it suggests that nestling developed compensatory mechanisms that were not detected by our antioxidant capacity measure.

Vestibular deficits do not underlie looping behavior in achiasmatic fish

Zebrafish belladonna (bel) mutants carry a mutation in the lhx2 gene that encodes a Lim domain homeobox transcription factor, leading to a defect in the retinotectal axon pathfinding. As a result, a large fraction of homozygous bel mutants is achiasmatic. Achiasmatic bel mutants display ocular motor instabilities, both reserved optokinetic response (OKR) and spontaneous eye oscillations, and an unstable swimming behavior, described as looping. All these unstable behaviors have been linked to the underlying optic nerve projection defect. Looping has been investigated under different visual stimuli and shown to be vision dependent and contrast sensitive. In addition, looping correlates perfectly with reversed OKR and the spontaneous oscillations of the eyes. Hence, it has been hypothesized that looping is a compensatory response to the perception of self-motion induced by the spontaneous eye oscillations. However, both ocular and postural instabilities could also be caused by a yet unidentified vestibular deficit. Here, we performed a preliminary test of the vestibular function in achiasmatic bel larval mutants in order to clarify the potential role of a vestibular deficit in looping. We found that the vestibular ocular reflex (VOR) is normally directed in both bel mutants and wild types and therefore exclude the possibility that nystagmus and looping in reverse to the rotating optokinetic drum can be attributed to an underlying vestibular deficit.

Theta burst TMS increases cerebral blood flow in the primary motor cortex during motor performance as assessed by arterial spin labeling (ASL)

Theta burst stimulation (TBS) is a novel variant of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), which induces changes in neuronal excitability persisting up to 1h. When elicited in the primary motor cortex, such physiological modulations might also have an impact on motor behavior. In the present study, we applied TBS in combination with pseudo continuous arterial spin labeling (pCASL) in order to address the question of whether TBS effects are measurable by means of changes in physiological parameters such as cerebral blood flow (CBF) and if TBS-induced plasticity can modify motor behavior. Twelve right-handed healthy subjects were stimulated using an inhibitory TBS protocol at subthreshold stimulation intensity targeted over the right motor cortex. The control condition consisted of within-subject Sham treatment in a crossover design. PCASL was performed before (pre TBS/pre Sham) and immediately after treatment (post TBS/post Sham). During the pCASL runs, the subjects performed a sequential fingertapping task with the left hand at individual maximum speed. There was a significant increase of CBF in the primary motor cortex after TBS, but not after Sham. It is assumed that inhibitory TBS induced a "local virtual lesion" which leads to the mobilization of more neuronal resources. There was no TBS-specific modulation in motor behavior, which might indicate that acute changes in brain plasticity caused by TBS are immediately compensated. This compensatory reaction seems to be observable at the metabolic, but not at the behavioral level.

Moving beyond a descriptive aquatic toxicology: the value of biological process and trait information

In order to improve the ability to link chemical exposure to toxicological and ecological effects, aquatic toxicology will have to move from observing what chemical concentrations induce adverse effects to more explanatory approaches, that are concepts which build on knowledge of biological processes and pathways leading from exposure to adverse effects, as well as on knowledge on stressor vulnerability as given by the genetic, physiological and ecological (e.g., life history) traits of biota. Developing aquatic toxicology in this direction faces a number of challenges, including (i) taking into account species differences in toxicant responses on the basis of the evolutionarily developed diversity of phenotypic vulnerability to environmental stressors, (ii) utilizing diversified biological response profiles to serve as biological read across for prioritizing chemicals, categorizing them according to modes of action, and for guiding targeted toxicity evaluation; (iii) prediction of ecological consequences of toxic exposure from knowledge of how biological processes and phenotypic traits lead to effect propagation across the levels of biological hierarchy; and (iv) the search for concepts to assess the cumulative impact of multiple stressors. An underlying theme in these challenges is that, in addition to the question of what the chemical does to the biological receptor, we should give increasing emphasis to the question how the biological receptor handles the chemicals, i.e., through which pathways the initial chemical-biological interaction extends to the adverse effects, how this extension is modulated by adaptive or compensatory processes as well as by phenotypic traits of the biological receptor.