Sequential ultrastructural and biochemical changes induced in vivo by the hepatotoxic microcystins in liver of the phytoplanktivorous silver carp Hypophthalmichthys molitrix

Up to now, in vivo studies on the toxic effects of microcystins (MCs) on the ultrastructures of fish liver have been very limited. The phytoplanktivorous silver carp was injected i.p. with extracted hepatotoxic microcystins (mainly MC-RR and -LR) at a dose of 1000 mu g MC-LReq. kg(-1) body weight, showing a time-dependent ultrastructural change in liver as well as significant increases in enzyme activity of plasma alanine aminotransferase (ALT), aspartate aminotransferase (AST) and lactate dehydrogenase (LDH). We observed for the first time the occurrence of a large amount of activated secondary lysosomes, which might be an adaptive mechanism to eliminate or lessen cell damage caused by MCs through lysosome activation. Quantitative and qualitative determinations of MCs in the liver were conducted by HPLC and LC-MS2, respectively. MCs concentration in the liver reached the maximum (114.20 mu g g(-1) dry weight) after 3 h post-injection, and then rapidly dropped to 7.57 mu g g(-1) dry weight at 48 h, indicating a deputation of 99% accumulated MC-LReq. On the other hand, a decrease trend in glutathione (GSH) concentration was observed in the liver of silver carp while the activity of glutathione S-transferase (GST) increased significantly after injection. The high tolerance of silver carp to MCs might be due to the high basic GSH level in their liver, and/or an increased GSH synthesis. (C) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Physiological and biochemical microcystin-RR toxicity to the Synechococcus elongatus

Freshwater Microcystis may form dense blooms in eutrophic lakes. It is known to produce a family of related cyclic hepatopeptides (microcystins, MC) that constitute a threat to aquatic ecosystems. Most toxicological studies of microcystins have focused on aquatic animals and plants, with few examining the possible effects of microcystins on phytoplankton. In this study we chose the unicellular Synechococcus elongatus (one of the most studied and geographically most widely distributed cyanobacteria in the picoplankton) as the test material and investigated the biological parameters: growth, pigment (chlorophyll-a, phycocyanin), photosynthetic activity, nitrate reductase activity, and protein and carbohydrate content. The results revealed that microcystin-RR concentrations above 100 mug (.) L-1 significantly inhibited the growth of Synechococcus elongatus. In addition, a change in color of the toxin-treated algae (chlorosis) was observed in the experiments. Furthermore, MC-RR markedly inhibited the synthesis of the pigments chlorophyll-a and phycocyanin. A drastic reduction in photochemical efficiency of PSII (F-v/F-m) was found after a 96-h incubation. Changes in protein and carbohydrate concentrations and in nitrate reductase activity also were observed during the exposure period. This study aimed to evaluate the mechanisms of microcystin toxicity on a cyanobacterium, according to the physiological and biochemical responses of Synechococcus elongatus to different doses of microcystin-RR. The ecological role of microcystins as an allelopathic substance also is discussed in the article. (C) 2004 Wiley Periodicals, Inc.

Two Antarctic penguin genomes reveal insights into their evolutionary history and molecular changes related to the Antarctic environment.

BACKGROUND: Penguins are flightless aquatic birds widely distributed in the Southern Hemisphere. The distinctive morphological and physiological features of penguins allow them to live an aquatic life, and some of them have successfully adapted to the hostile environments in Antarctica. To study the phylogenetic and population history of penguins and the molecular basis of their adaptations to Antarctica, we sequenced the genomes of the two Antarctic dwelling penguin species, the Adélie penguin [Pygoscelis adeliae] and emperor penguin [Aptenodytes forsteri]. RESULTS: Phylogenetic dating suggests that early penguins arose ~60 million years ago, coinciding with a period of global warming. Analysis of effective population sizes reveals that the two penguin species experienced population expansions from ~1 million years ago to ~100 thousand years ago, but responded differently to the climatic cooling of the last glacial period. Comparative genomic analyses with other available avian genomes identified molecular changes in genes related to epidermal structure, phototransduction, lipid metabolism, and forelimb morphology. CONCLUSIONS: Our sequencing and initial analyses of the first two penguin genomes provide insights into the timing of penguin origin, fluctuations in effective population sizes of the two penguin species over the past 10 million years, and the potential associations between these biological patterns and global climate change. The molecular changes compared with other avian genomes reflect both shared and diverse adaptations of the two penguin species to the Antarctic environment.

Physiological And Biochemical Aspects Of The Valve Snap And Valve Closure Responses In The Giant Scallop Placopecten-Magellanicus .1. Physiology

1. Catabolic processes of the phasic and catch parts of the adductor muscle ofPlacopecten magellanicus have been studied in relation to valve snap and valve closure responses. It is concluded that the snap response is powered by both parts of the adductor muscle and the valve closure response is powered exclusively by the catch part. 2. Both parts of the adductor muscle show a high glycolytic potential, reflected by high levels of glycolytic enzymes (Table 1) and high glycogen levels (Table 2). Lactate dehydrogenase could not be detected. In contrast, octopine dehydrogenase shows high activities in both parts of the adductor muscle. It is therefore concluded that a main anaerobic pathway in both tissues is the breakdown of glycogen to octopine. In the catch part, however, a considerable amount of the pyruvate formed from glycogen may also be converted into alanine (see below). The glycolytic flux in the catch part is much higher during the snap response than during valve closure. 3. The absence of phosphoenolpyruvate carboxykinase in the adductor muscle ofP. magellanicus and the observed changes in aspartate, alanine and succinate demonstrate that the energy metabolism in the catch part during valve closure shows great similarities to that which occurs only in the initial stage of anaerobiosis in the catch adductor muscle of the sea musselMytilus edulis L. 4. Arginine kinase activity and arginine phosphate content of the phasic part are much higher than those of the catch part (Tables 1 and 3). This may explain why in the phasic part during the snap response most ATP equivalents are derived from arginine phosphate, and in the catch part during both valve responses most are derived from glycolysis (Table 6). Despite the limited contribution of glycolysis in the phasic part during the snap response, the glycolytic flux increases by a factor of at least 75. 5. Evidence is obtained that octopine is neither transported from one part of the adductor muscle to the other, nor from the adductor muscle to other tissues.

Physiological And Biochemical Aspects Of The Valve Snap And Valve Closure Responses In The Giant Scallop Placopecten-Magellanicus .2. Biochemistry

1. Catabolic processes of the phasic and catch parts of the adductor muscle ofPlacopecten magellanicus have been studied in relation to valve snap and valve closure responses. It is concluded that the snap response is powered by both parts of the adductor muscle and the valve closure response is powered exclusively by the catch part. 2. Both parts of the adductor muscle show a high glycolytic potential, reflected by high levels of glycolytic enzymes (Table 1) and high glycogen levels (Table 2). Lactate dehydrogenase could not be detected. In contrast, octopine dehydrogenase shows high activities in both parts of the adductor muscle. It is therefore concluded that a main anaerobic pathway in both tissues is the breakdown of glycogen to octopine. In the catch part, however, a considerable amount of the pyruvate formed from glycogen may also be converted into alanine (see below). The glycolytic flux in the catch part is much higher during the snap response than during valve closure. 3. The absence of phosphoenolpyruvate carboxykinase in the adductor muscle ofP. magellanicus and the observed changes in aspartate, alanine and succinate demonstrate that the energy metabolism in the catch part during valve closure shows great similarities to that which occurs only in the initial stage of anaerobiosis in the catch adductor muscle of the sea musselMytilus edulis L. 4. Arginine kinase activity and arginine phosphate content of the phasic part are much higher than those of the catch part (Tables 1 and 3). This may explain why in the phasic part during the snap response most ATP equivalents are derived from arginine phosphate, and in the catch part during both valve responses most are derived from glycolysis (Table 6). Despite the limited contribution of glycolysis in the phasic part during the snap response, the glycolytic flux increases by a factor of at least 75. 5. Evidence is obtained that octopine is neither transported from one part of the adductor muscle to the other, nor from the adductor muscle to other tissues.

FKBPL Is a Critical Antiangiogenic Regulator of Developmental and Pathological Angiogenesis

OBJECTIVE: The antitumor effects of FK506-binding protein like (FKBPL) and its extracellular role in angiogenesis are well characterized; however, its role in physiological/developmental angiogenesis and the effect of FKBPL ablation has not been evaluated. This is important as effects of some angiogenic proteins are dosage dependent. Here we evaluate the regulation of FKBPL secretion under angiogenic stimuli, as well as the effect of FKBPL ablation in angiogenesis using mouse and zebrafish models.

APPROACH AND RESULTS: FKBPL is secreted maximally by human microvascular endothelial cells and fibroblasts, and this was specifically downregulated by proangiogenic hypoxic signals, but not by the angiogenic cytokines, VEGF or IL8. FKBPL's critical role in angiogenesis was supported by our inability to generate an Fkbpl knockout mouse, with embryonic lethality occurring before E8.5. However, whilst Fkbpl heterozygotic embryos showed some vasculature irregularities, the mice developed normally. In murine angiogenesis models, including the ex vivo aortic ring assay, in vivo sponge assay, and tumor growth assay, Fkbpl(+/-) mice exhibited increased sprouting, enhanced vessel recruitment, and faster tumor growth, respectively, supporting the antiangiogenic function of FKBPL. In zebrafish, knockdown of zFkbpl using morpholinos disrupted the vasculature, and the phenotype was rescued with hFKBPL. Interestingly, this vessel disruption was ineffective when zcd44 was knocked-down, supporting the dependency of zFkbpl on zCd44 in zebrafish.

CONCLUSIONS: FKBPL is an important regulator of angiogenesis, having an essential role in murine and zebrafish blood vessel development. Mouse models of angiogenesis demonstrated a proangiogenic phenotype in Fkbpl heterozygotes.

Blood: Tests used to assess the physiological and immunological properties of blood.

The properties of blood and the relative ease of access to which it can be retrieved make it an ideal source to gauge different aspects of homeostasis within an individual, form an accurate diagnosis, and formulate an appropriate treatment regime. Tests used to determine blood parameters such as the erythrocyte sedimentation rate, hemoglobin concentration, hematocrit, bleeding and clotting times, mean corpuscular hemoglobin, mean corpuscular hemoglobin concentration, mean cell volume, and determination of blood groups are routinely used clinically, and deviations outside the normal range can indicate a range of conditions such as anemia, pregnancy, dehydration, overhydration, infectious disease, cancer, thyroid disease, and autoimmune conditions, to mention a few. As these tests can be performed relatively inexpensively and do not require high levels of technical expertise, they are ideally suited for use in the teaching laboratory, enabling undergraduate students to link theory to practice. The practicals described here permit students to examine their own blood and that of their peers and compare these with clinically accepted normal ranges. At the end of the practicals, students are required to answer a number of questions about their findings and to link abnormal values to possible pathological conditions by answering a series of questions based on their findings.

Physiological and behavioural effects of dextroamphetamine on Beagle dogs : a placebo controlled study

Plusieurs articles scientifiques et manuels de référence en médecine comportementale distinguent l'hyperactivité ou hyperkinésie de l’activité excessive en évaluant la réponse physiologique et comportementale des chiens suite à l’administration per os de 0.2 à 1.0 mg/kg de dextroamphétamine. Selon ces références, le chien atteint d’un syndrome hyperactif ou hyperkinésie, répondra de façon paradoxale à cette médication par une diminution de l’activité motrice accompagnée d’une réduction minimale de 15% de la fréquence respiratoire et de la fréquence cardiaque. L’objectif de la présente étude était de mesurer la variation de la température corporelle, de la fréquence cardiaque, de l’activité motrice et de différents comportements spécifiques chez un groupe de Beagles ayant reçu de la dextroamphétamine. La fiabilité d'un accéléromètre comme mesure objective d’activité motrice a aussi été évaluée. Dans le cadre de cette étude croisée contrôlée par placebo, douze Beagles de la colonie de recherche âgés entre 13 et 20 mois ont reçu une dose orale de 0.2 mg/kg de dextroamphétamine. Le moniteur cardiaque Polar® et un accéléromètre Actical® ont été utilisés pour enregistrer la fréquence cardiaque et l’activité motrice avant et après l’administration de la médication. La durée de chacun des comportements spécifiques a été compilée à l’aide du logiciel Noldus® et la température corporelle a été prise par thermomètre rectal. Le modèle équilibré de mesures répétées indique que les sujets ayant reçu la dextroamphétamine montrent une réduction significative (p = 0.044) de leur fréquence cardiaque comparativement aux chiens ayant reçu le placebo. Aucune variation significative n'a été observée concernant la température corporelle, l'activité motrice, et les autres comportements (léchage des babines, halètements, et bâillements) suite à l’administration de la dextroamphétamine. Une corrélation significative, linéaire et positive (p < 0,0001) entre les périodes de mouvements observées (vidéo) et les mesures d’activité enregistrées par l’accéléromètre a été observée. Les résultats de cette étude indiquent que les Beagles peuvent afficher des effets paradoxaux dans les 90 minutes suivant l’administration per os de dextroamphétamine à raison de 0.2 mg/kg.

Microstructural and metabolic changes in the brains of concussed athletes

Les commotions cérébrales ont longtemps été considérées comme une blessure ne comportant que peu ou pas de conséquences. Cependant, la mise à la retraite forcée de plusieurs athlètes de haut niveau, liée au fait d'avoir subi des commotions cérébrales multiples, a porté cette question au premier plan de la culture scientifique et sportive. Malgré la sensibilisation croissante du public et la compréhension scientifique accrue des commotions cérébrales, il reste encore beaucoup d’inconnus au sujet de ces blessures. En effet, il est difficile de comprendre comment cette atteinte peut avoir des effets si profonds malgré le fait qu’elle n’entraîne apparemment pas de conséquences physiques apparentes lorsque les techniques traditionnelles d’imagerie cérébrale sont utilisées. Les techniques de neuroimagerie fonctionnelle ont cependant contribué à répondre aux nombreuses questions entourant les conséquences des commotions cérébrales ainsi qu'à accroître la compréhension générale de la physiopathologie de commotions cérébrales. Bien que les techniques de base telles que l'imagerie structurelle comme les scans TC et IRM soient incapables de détecter des changements structurels dans la grande majorité des cas (Ellemberg, Henry, Macciocchi, Guskiewicz, & Broglio, 2009; Johnston, Ptito, Chankowsky, & Chen, 2001), d'autres techniques plus précises et plus sensibles ont été en mesure de détecter avec succès des changements dans le cerveau commotionné. Des études d’IRM fonctionelle ont entre autres établi une solide relation entre les altérations fonctionnelles et les symptômes post-commotionels (Chen, Johnston, Collie, McCrory, & Ptito, 2007; Chen et al., 2004; Chen, Johnston, Petrides, & Ptito, 2008; Fazio, Lovell, Pardini, & Collins, 2007). Les mesures électrophysiologiques telles que les potentiels évoqués cognitifs (ERP) (Gaetz, Goodman, & Weinberg, 2000; Gaetz & Weinberg, 2000; Theriault, De Beaumont, Gosselin, Filipinni, & Lassonde, 2009; Theriault, De Beaumont, Tremblay, Lassonde, & Jolicoeur, 2010) et la stimulation magnétique transcrânienne ou SMT (De Beaumont, Brisson, Lassonde, & Jolicoeur, 2007; De Beaumont, Lassonde, Leclerc, & Theoret, 2007; De Beaumont et al., 2009) ont systématiquement démontré des altérations fonctionnelles chez les athlètes commotionnés. Cependant, très peu de recherches ont tenté d'explorer davantage certaines conséquences spécifiques des commotions cérébrales, entre autres sur les plans structural et métabolique. La première étude de cette thèse a évalué les changements structurels chez les athlètes commotionnés à l’aide de l'imagerie en tenseur de diffusion (DTI) qui mesure la diffusion de l'eau dans la matière blanche, permettant ainsi de visualiser des altérations des fibres nerveuses. Nous avons comparé les athlètes commotionnés à des athlètes de contrôle non-commotionnés quelques jours après la commotion et de nouveau six mois plus tard. Nos résultats indiquent un patron constant de diffusion accrue le long des voies cortico-spinales et dans la partie du corps calleux reliant les régions motrices. De plus, ces changements étaient encore présents six mois après la commotion, ce qui suggère que les effets de la commotion cérébrale persistent bien après la phase aiguë. Les deuxième et troisième études ont employé la spectroscopie par résonance magnétique afin d'étudier les changements neurométaboliques qui se produisent dans le cerveau commotionné. La première de ces études a évalué les changements neurométaboliques, les aspects neuropsychologiques, et la symptomatologie dans la phase aiguë post-commotion. Bien que les tests neuropsychologiques aient été incapables de démontrer des différences entre les athlètes commotionnés et non-commotionnés, des altérations neurométaboliques ont été notées dans le cortex préfrontal dorsolatéral ainsi que dans le cortex moteur primaire, lesquelles se sont avérées corréler avec les symptômes rapportés. La deuxième de ces études a comparé les changements neurométaboliques immédiatement après une commotion cérébrale et de nouveau six mois après l’atteinte. Les résultats ont démontré des altérations dans le cortex préfrontal dorsolatéral et moteur primaire dans la phase aiguë post-traumatique, mais seules les altérations du cortex moteur primaire ont persisté six mois après la commotion. Ces résultats indiquent que les commotions cérébrales peuvent affecter les propriétés physiques du cerveau, spécialement au niveau moteur. Il importe donc de mener davantage de recherches afin de mieux caractériser les effets moteurs des commotions cérébrales sur le plan fonctionnel.

Cholinergic enhancement of perceptual learning : behavioral, physiological, and neuro-pharmacological study in the rat primary visual cortex

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive.

The impact of flavonoids on memory: physiological and molecular considerations

Emerging evidence suggests that a group of dietary-derived phytochemicals known as flavonoids are able to induce improvements in memory acquisition, consolidation, storage and retrieval. These low molecular weight polyphenols are widespread in the human diet, are absorbed to only a limited degree and localise in the brain at low concentration. However, they have been found to be highly effective in reversing age-related declines in memory via their ability to interact with the cellular and molecular architecture of the brain responsible for memory. These interactions include an ability to activate signalling pathways, critical in controlling synaptic plasticity, and a potential to induce vascular effects capable of causing new nerve cell growth in the hippocampus. Their ability to activate the extracellular signal-regulated kinase (ERK1/2) and the protein kinase B (PKB/Akt) signalling pathways, leading to the activation of the cAMP response element-binding protein (CREB), a transcription factor responsible for increasing the expression of a number of neurotrophins important in de. ning memory, will be discussed. How these effects lead to improvements in memory through induction of synapse growth and connectivity, increases in dendritic spine density and the functional integration of old and new neurons will be illustrated. The overall goal of this critical review is to emphasize future areas of investigation as well as to highlight these dietary agents as promising candidates for the design of memory-enhancing drugs with relevance to normal and pathological brain ageing (161 references).

Physiological and proteomic approaches to address heat tolerance during anthesis in rice (Oryza sativa L.)

Episodes of high temperature at anthesis, which in rice is the most sensitive stage to temperature, are expected to occur more frequently in future climates. The morphology of the reproductive organs and pollen number, and changes in anther protein expression, were studied in response to high temperature at anthesis in three rice (Oryza sativa L.) genotypes. Plants were exposed to 6 h of high (38 °C) and control (29 °C) temperature at anthesis and spikelets collected for morphological and proteomic analysis. Moroberekan was the most heat-sensitive genotype (18% spikelet fertility at 38 °C), while IR64 (48%) and N22 (71%) were moderately and highly heat tolerant, respectively. There were significant differences among the genotypes in anther length and width, apical and basal pore lengths, apical pore area, and stigma and pistil length. Temperature also affected some of these traits, increasing anther pore size and reducing stigma length. Nonetheless, variation in the number of pollen on the stigma could not be related to measured morphological traits. Variation in spikelet fertility was highly correlated (r=0.97, n=6) with the proportion of spikelets with ≥20 germinated pollen grains on the stigma. A 2D-gel electrophoresis showed 46 protein spots changing in abundance, of which 13 differentially expressed protein spots were analysed by MS/MALDI-TOF. A cold and a heat shock protein were found significantly up-regulated in N22, and this may have contributed to the greater heat tolerance of N22. The role of differentially expressed proteins and morphology during anther dehiscence and pollination in shaping heat tolerance and susceptibility is discussed.

Bifurcations and state changes in the human alpha rhythm: Theory and experiment

Despite many decades investigating scalp recordable 8–13-Hz (alpha) electroencephalographic activity, no consensus has yet emerged regarding its physiological origins nor its functional role in cognition. Here we outline a detailed, physiologically meaningful, theory for the genesis of this rhythm that may provide important clues to its functional role. In particular we find that electroencephalographically plausible model dynamics, obtained with physiological admissible parameterisations, reveals a cortex perched on the brink of stability, which when perturbed gives rise to a range of unanticipated complex dynamics that include 40-Hz (gamma) activity. Preliminary experimental evidence, involving the detection of weak nonlinearity in resting EEG using an extension of the well-known surrogate data method, suggests that nonlinear (deterministic) dynamics are more likely to be associated with weakly damped alpha activity. Thus rather than the “alpha rhythm” being an idling rhythm it may be more profitable to conceive it as a readiness rhythm.

Signaling pathways mediating cardiac myocyte gene expression in physiological and stress responses

The contractile cells in the heart (the cardiac myocytes) are terminally differentiated. In response to pathophysiological stresses, cardiac myocytes undergo hypertrophic growth or apoptosis, responses associated with the development of cardiac pathologies. There has been much effort expended in gaining an understanding of the stimuli which promote these responses, and in identifying the intracellular signaling pathways which are activated and potentially involved. These signaling pathways presumably modulate gene and protein expression to elicit the end-stage response. For the regulation of gene expression, the signal may traverse the cytoplasm to modulate nuclear-localized transcription factors as occurs with the mitogen-activated protein kinase or protein kinase B/Akt cascades. Alternatively, the signal may promote translocation of transcription factors from the cytoplasm to the nucleus as is seen with the calcineurin/NFAT and JAK/STAT systems. We present an overview of the principal signaling pathways implicated in the regulation of gene expression in cardiac myocyte pathophysiology, and summarize the current understanding of these pathways, the transcription factors they regulate and the changes in gene expression associated with the development of cardiac pathologies. Finally, we discuss how intracellular signaling and gene expression may be integrated to elicit the overall change in cellular phenotype.

The physiological and behavioural development of diving in Australian fur seal (Arctocephalus pusillus doriferus) pups

The physiological and behavioural development of diving was examined in Australian fur seal (Arctocephalus pusillus doriferus) pups to assess whether animals at weaning are capable of exploiting the same resources as adult females. Haematocrit, haemoglobin and myoglobin contents all increased throughout pup development though total body oxygen stores reached only 71% of adult female levels just prior to weaning. Oxygen storage components, however, did not develop at the same pace. Whereas blood oxygen stores had reached adult female levels by 9 months of age, muscle oxygen stores were slower to develop, reaching only 23% of adult levels by this age. Increases in diving behaviour corresponded to the physiological changes observed. Pups spent little time (<8%) in the water prior to moulting (age 1–2 months) whereas following the moult, they spent >27% of time in the water and made mid-water dives (maximum depth 35.7 ± 2.9 m) with durations of 0.35 ± 0.03 min. By 9 months (just prior to weaning), 30.5 ± 9.3% of all dives performed were U-shaped benthic dives (maximum depth 65.0 ± 6.0 m) with mean durations of 0.87 ± 0.25 min, significantly shorter than those of adult females. These results suggest that while Australian fur seal pups approaching the age of weaning are able to reach similar depths as adult females, they do not have the physiological capacity to remain at these depths for sufficient durations to exploit them to the same efficiency.