Photoperiod- and Triiodothyronine-Dependent Regulation of Reproductive Neuropeptides, Proinflammatory Cytokines, and Peripheral Physiology in Siberian Hamsters (Phodopus sungorus).

Peer reviewed

Circadian rhythm disruption and post-surgical recovery

Circadian rhythms, patterns of each twenty-four hour period, are found in most bodily functions. The biological cycles of between 20 and 28 hours have a profound effect on an individual's mood, level of performance, and physical well being. Loss of synchrony of these biological rhythms occurs with hospitalization, surgery and anesthesia. The purpose of this comparative, correlational study was to determine the effects of circadian rhythm disruption in post-surgical recovery. Data were collected during the pre-operative and post-operative periods in the following indices: body temperature, blood pressure, heart rate, urine cortisol level and locomotor activity. The data were analyzed by cosinor analysis for evidence of circadian rhythmicity and disruptions throughout the six day study period which encompassed two days pre-operatively, two days post-operatively, and two days after hospital discharge. The sample consisted of five men and five women who served as their own pre-surgical control. The surgical procedures were varied. Findings showed evidence of circadian disruptions in all subjects post-operatively, lending support for the hypotheses.

Abordando o sono no ensino médio: proposta de unidade didática contextualizada com o tema saúde

Biological rhythms are part of the life from the simplest to the most complex living beings. In humans, one of the most important biological rhythms is the sleep-wake cycle (SWC), which represents an indispensable behavior for health, since sleep deprivation can lead to deficits in attention and memory, mood and daytime sleepiness which may affect school performance. Nevertheless, the SWC is a content rarely discussed in schools. Thus, the aim of this research was to address contents of the sleep-wake cycle, related to the content of Health to encourage healthy sleep habits. This study was conducted in a public school with 33 students of the 3rd year of high school and is divided into four stages: 1st) Study and analysis of the content of the textbook adopted by the school to subsidize the activities covered in the teaching unit (TU) and approximation with the biology teacher from the class to evaluated the feasibility of schedules for the development of TU; 2nd) Survey of students' prior knowledge, through a questionnaire, to guide the development of the TU; 3rd) Development and implementation of a TU based on meaningful learning and characterization of the students sleep habits, 4th) Evaluation of the TU as a viable proposal to teach biological rhythms concepts. Previous knowledge of students about the SWC are scarce and this content is not covered in the books adopted by the school. Alternative conceptions were observed, particularly with regard to individual differences in sleep, which may contribute to the occurrence of inadequate sleep habits, as reported by the adolescents in this study. The activities developed during UD were well received by the students who showed participative, motivated and evaluated positively the procedures used by the researcher. After the TU, students' knowledge about the concept of biological rhythms has been increased and they started to identify that the SWC changes throughout life and occur due biological and socio-cultural factors. Thus, the UD elaborated in this study represents a viable proposal to teach the concepts of biological rhythms contextualized to the content of Health, in high school

Organização nuclear do sistema serotonérgico no encéfalo de morcegos Artibeus planirostris

Serotonin or 5-hydroxytryptamine (5-HT) is a substance found in many tissues of the body, including the nervous system acting as a neurotransmitter. Within the neuro-axis, the location of the majority of the 5-HT neurons is superimposed with raphe nuclei of the brain stem, in the median line or its vicinity, so that neuronal 5-HT can be considered a marker of the raphe nuclei. Serotonergic neurons are projected to almost all areas of the brain. Studies show the participation of serotonin in regulating the temperature, feeding behavior, sexual behavior, biological rhythms, sleep, locomotor function, learning, among others. The anatomy of these groups has been revised in many species, including mouse, rabbit, cat and primates, but never before in a bat species from South America. This study aimed to characterize the serotonergic clusters in the brain of the bat Artibeus planirostris through immunohistochemistry for serotonin. Seven adult bat males of Artibeus planirostris species (Microchiroptera, Mammalia) were used in this study. The animals were anesthetized, transcardially perfused and their brains were removed. Coronal sections of the frozen brain of bats were obtained in sliding microtome and subjected to immunohistochemistry for 5-HT. Delimit the caudal linear (CLi), dorsal (DR), median (MnR), paramedian (PMnR), pontine (PNR), magnus (MgR), pallidus (RPA) and obscurus (ROb) raphe nucleus, in addition to the groups B9 and rostral and caudal ventrolateral (RVL/CVL). The serotonergic groups of this kind of cheiroptera present morphology and cytoarchitecture relatively similar to that described in rodents and primates, confirming the phylogenetic stability of these cell clusters.

Caracterização do ritmo circadiano de atividade e repouso em saguis idosos (Callithrix Jacchus)

Advanced age may become a limiting factor for the maintenance of rhythms in organisms, reducing the capacity of generation and synchronization of biological rhythms. In this study, the influence of aging on the expression of endogenous periodicity and synchronization (photic and social) of the circadian activity rhythm (CAR) was evaluated in a diurnal primate, the marmoset (Callithrix jacchus). This study had two approaches: one with longitudinal design, performed with a male marmoset in two different phases: adult (three years) and older (9 y.o.) (study 1) and the second, a transversal approach, with 6 old (♂: 9.7 ± 2.0 y.o.) and 11 adults animals (♂: 4.2 ± 0.8 y.o.) (study 2). The evaluation of the photic synchronization involved two conditions in LD (natural and artificial illuminations). In study 1, the animal was subjected to the following stages: LD (12:12 ~ 350: ~ 2 lx), LL (~ 350 lx) and LD resynchronization. In the second study, the animals were initially evaluated in natural LD, and then the same sequence stages of study 1. During the LL stage in study 2, the vocalizations of conspecifics kept in natural LD on the outside of the colony were considered temporal cue to the social synchronization. The record of the activity was performed automatically at intervals of five minutes through infrared sensor and actimeters, in studies 1 and 2, respectively. In general, the aged showed a more fragmented activity pattern (> IV < H and > PSD, ANOVA, p < 0.05), lower levels of activity (ANOVA, p < 0.05) and shorter duration of active phase (ANOVA, p < 0.05) in LD conditions, when compared to adults. In natural LD, the aged presented phase delay pronounced for onset and offset of active phase (ANOVA, p < 0.05), while the adults had the active phase more adjusted to light phase. Under artificial LD, there was phase advance and greater adjustment of onset and offset of activity in relation to the LD in the aged (ANOVA, p < 0.05). In LL, there was a positive correlation between age and the endogenous period () in the first 20 days (Spearman correlation, p < 0.05), with prolonged  held in two aged animals. In this condition, most adults showed free-running period of the circadian activity rhythm with  < 24 h for the first 30 days and later on relative coordination mediated by auditory cues. In study 2, the cross-correlation analysis between the activity profiles of the animals in LL with control animals kept under natural LD, found that there was less social synchronization in the aged. With the resubmission to the LD, the resynchronization rate was slower in the aged (t-test; p < 0.05) and in just one aged animal there was a loss of resynchronization capability. According to the data set, it is suggested that the aging in marmosets may be related to: 1) lower amplitude and greater fragmentation of the activity, accompanied to phase delay with extension of period, caused by changes in a photic input, in the generation and behavioral expression of the CAR; 2) lower capacity of the circadian activity rhythm to photic synchronization, that can become more robust in artificial lighting conditions, possibly due to the higher light intensities at the beginning of the active phase due to the abrupt transitions between the light and dark phases; and 3) smaller capacity of non-photic synchronization for auditory cues from conspecifics, possibly due to reducing sensory inputs and responsiveness of the circadian oscillators to auditory cues, what can make the aged marmoset most vulnerable, as these social cues may act as an important supporting factor for the photic synchronization.

Caracterização do ritmo circadiano de atividade e repouso em saguis idosos (Callithrix Jacchus)

Advanced age may become a limiting factor for the maintenance of rhythms in organisms, reducing the capacity of generation and synchronization of biological rhythms. In this study, the influence of aging on the expression of endogenous periodicity and synchronization (photic and social) of the circadian activity rhythm (CAR) was evaluated in a diurnal primate, the marmoset (Callithrix jacchus). This study had two approaches: one with longitudinal design, performed with a male marmoset in two different phases: adult (three years) and older (9 y.o.) (study 1) and the second, a transversal approach, with 6 old (♂: 9.7 ± 2.0 y.o.) and 11 adults animals (♂: 4.2 ± 0.8 y.o.) (study 2). The evaluation of the photic synchronization involved two conditions in LD (natural and artificial illuminations). In study 1, the animal was subjected to the following stages: LD (12:12 ~ 350: ~ 2 lx), LL (~ 350 lx) and LD resynchronization. In the second study, the animals were initially evaluated in natural LD, and then the same sequence stages of study 1. During the LL stage in study 2, the vocalizations of conspecifics kept in natural LD on the outside of the colony were considered temporal cue to the social synchronization. The record of the activity was performed automatically at intervals of five minutes through infrared sensor and actimeters, in studies 1 and 2, respectively. In general, the aged showed a more fragmented activity pattern (> IV < H and > PSD, ANOVA, p < 0.05), lower levels of activity (ANOVA, p < 0.05) and shorter duration of active phase (ANOVA, p < 0.05) in LD conditions, when compared to adults. In natural LD, the aged presented phase delay pronounced for onset and offset of active phase (ANOVA, p < 0.05), while the adults had the active phase more adjusted to light phase. Under artificial LD, there was phase advance and greater adjustment of onset and offset of activity in relation to the LD in the aged (ANOVA, p < 0.05). In LL, there was a positive correlation between age and the endogenous period () in the first 20 days (Spearman correlation, p < 0.05), with prolonged  held in two aged animals. In this condition, most adults showed free-running period of the circadian activity rhythm with  < 24 h for the first 30 days and later on relative coordination mediated by auditory cues. In study 2, the cross-correlation analysis between the activity profiles of the animals in LL with control animals kept under natural LD, found that there was less social synchronization in the aged. With the resubmission to the LD, the resynchronization rate was slower in the aged (t-test; p < 0.05) and in just one aged animal there was a loss of resynchronization capability. According to the data set, it is suggested that the aging in marmosets may be related to: 1) lower amplitude and greater fragmentation of the activity, accompanied to phase delay with extension of period, caused by changes in a photic input, in the generation and behavioral expression of the CAR; 2) lower capacity of the circadian activity rhythm to photic synchronization, that can become more robust in artificial lighting conditions, possibly due to the higher light intensities at the beginning of the active phase due to the abrupt transitions between the light and dark phases; and 3) smaller capacity of non-photic synchronization for auditory cues from conspecifics, possibly due to reducing sensory inputs and responsiveness of the circadian oscillators to auditory cues, what can make the aged marmoset most vulnerable, as these social cues may act as an important supporting factor for the photic synchronization.

Nitrate metabolism in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes.

Nitrate metabolism in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes.