Unifying theory of hypoxia tolerance: molecular/metabolic defense and rescue mechanisms for surviving oxygen lack.

We develop a unifying theory of hypoxia tolerance based on information from two cell level models (brain cortical cells and isolated hepatocytes) from the highly anoxia tolerant aquatic turtle and from other more hypoxia sensitive systems. We propose that the response of hypoxia tolerant systems to oxygen lack occurs in two phases (defense and rescue). The first lines of defense against hypoxia include a balanced suppression of ATP-demand and ATP-supply pathways; this regulation stabilizes (adenylates) at new steady-state levels even while ATP turnover rates greatly decline. The ATP demands of ion pumping are down-regulated by generalized "channel" arrest in hepatocytes and by "spike" arrest in neurons. Hypoxic ATP demands of protein synthesis are down-regulated probably by translational arrest. In hypoxia sensitive cells this translational arrest seems irreversible, but hypoxia-tolerant systems activate "rescue" mechanisms if the period of oxygen lack is extended by preferentially regulating the expression of several proteins. In these cells, a cascade of processes underpinning hypoxia rescue and defense begins with an oxygen sensor (a heme protein) and a signal-transduction pathway, which leads to significant gene-based metabolic reprogramming-the rescue process-with maintained down-regulation of energy-demand and energy-supply pathways in metabolism throughout the hypoxic period. This recent work begins to clarify how normoxic maintenance ATP turnover rates can be drastically (10-fold) down-regulated to a new hypometabolic steady state, which is prerequisite for surviving prolonged hypoxia or anoxia. The implications of these developments are extensive in biology and medicine.

Processing Argo oxygen data at the DAC level cookbook

This document does NOT address the issue of oxygen data quality control (either real-time or delayed mode). As a preliminary step towards that goal, this document seeks to ensure that all countries deploying floats equipped with oxygen sensors document the data and metadata related to these floats properly. We produced this document in response to action item 14 from the AST-10 meeting in Hangzhou (March 22-23, 2009). Action item 14: Denis Gilbert to work with Taiyo Kobayashi and Virginie Thierry to ensure DACs are processing oxygen data according to recommendations. If the recommendations contained herein are followed, we will end up with a more uniform set of oxygen data within the Argo data system, allowing users to begin analysing not only their own oxygen data, but also those of others, in the true spirit of Argo data sharing. Indications provided in this document are valid as of the date of writing this document. It is very likely that changes in sensors, calibrations and conversions equations will occur in the future. Please contact V. Thierry (vthierry@ifremer.fr) for any inconsistencies or missing information. A dedicated webpage on the Argo Data Management website (www) contains all information regarding Argo oxygen data management : current and previous version of this cookbook, oxygen sensor manuals, calibration sheet examples, examples of matlab code to process oxygen data, test data, etc..

SCOR WG 142: Quality Control Procedures for Oxygen and Other Biogeochemical Sensors on Floats and Gliders. Recommendation for oxygen measurements from Argo floats, implementation of in-air-measurement routine to assure highest long-term accuracy

Recommendation for Oxygen Measurements from Argo Floats: Implementation of In-Air-Measurement Routine to Assure Highest Long-term Accuracy As Argo has entered its second decade and chemical/biological sensor technology is improving constantly, the marine biogeochemistry community is starting to embrace the successful Argo float program. An augmentation of the global float observatory, however, has to follow rather stringent constraints regarding sensor characteristics as well as data processing and quality control routines. Owing to the fairly advanced state of oxygen sensor technology and the high scientific value of oceanic oxygen measurements (Gruber et al., 2010), an expansion of the Argo core mission to routine oxygen measurements is perhaps the most mature and promising candidate (Freeland et al., 2010). In this context, SCOR Working Group 142 “Quality Control Procedures for Oxygen and Other Biogeochemical Sensors on Floats and Gliders” (www.scor-int.org/SCOR_WGs_WG142.htm) set out in 2014 to assess the current status of biogeochemical sensor technology with particular emphasis on float-readiness, develop pre- and post-deployment quality control metrics and procedures for oxygen sensors, and to disseminate procedures widely to ensure rapid adoption in the community.

Efecto de la hipoxia-reoxigenación y las radiaciones ionizantes en la captación de glucosa en líneas tumorales de seno y colon cocultivadas con células endoteliales.

La captación de glucosa y su conversión en lactato juega un papel fundamental en el metabolismo tumoral, independientemente de la concentración de oxígeno presente en el tejido (efecto Warburg). Sin embrago, dicha captación varía de un tipo tumoral a otro, y dentro del mismo tumor, situación que podría depender de las características microambientales tumorales (fluctuaciones de oxígeno, presencia de otros tipos celulares) y de factores estresores asociados a los tratamientos. Se estudió el efecto de la hipoxia-reoxigenación (HR) y las radiaciones ionizantes (RI) sobre la captación de glucosa, en cultivos de líneas tumorales MCF-7 y HT-29, cultivadas de forma aislada o en cocultivo con la línea celular EAhy296. Se encontró que la captación de glucosa en HR es diferente para lo descrito en condiciones de hipoxia permanente y que es modificada en el cocultivo. Se identificaron poblaciones celulares dentro de la misma línea celular, de alta y baja captación de glucosa, lo que implicaría una simbiosis metabólica de la célula como respuesta adaptativa a las condiciones tumorales. Se evaluó la expresión de NRF2 y la translocación nuclear de NRF2 y HIF1a, como vías de respuesta a estrés celular e hipoxia. La translocación nuclear de las proteínas evaluadas explicaría el comportamiento metabólico de las células tumorales de seno, pero no de colon, por lo cual deben existir otras vías metabólicas implicadas. Las diferencias en el comportamiento de las células tumorales en HR en relación con hipoxia permitirá realizar planeaciones dosimétricas más dinámicas, que reevalúen las condiciones de oxigenación tumoral constantemente.

Development of zirconia-magnesia/zirconia-yttria composite solid electrolytes

Composite solid electrolytes were prepared by thoroughly mixing ZrO2:8 mol% MgO (Z8Mg) and ZrO(2):3 mol% Y(2)O(3) (Z3Y) ceramic powders followed by pressing and sintering at 1500 degrees C/1 h. The properties of the sintered pellets were studied by X-ray diffraction for evaluation of the structural phases by the Rietveld method, by high-temperature dilatometry for analysis of the thermal shrinkage/expansion behavior, and by impedance spectroscopy for determination of the oxide ion conductivity. The x(Z8Mg)+(1-x)(Z3Y) specimens, x= 0.2, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8 and 1.0, are partially stabilized (monoclinic, cubic and tetragonal phases) with density >94% of the theoretical density and show thermal shock resistance and electrical conductivity values suitable for high-temperature oxygen gas detection. One-end closed tube samples of the composite solid electrolytes were assembled in Pt/Z8Mg+Z3Y/Cr+Cr(2)O(3)/Pt electrochemical cells for exposure to different levels of oxygen in the 1-850 ppm range. The total electrical conductivity increases for increasing the relative Z3Y content. Addition of Z3Y to Z8Mg (80 wt.%-20 wt.%) suppresses the electronic contribution to the electrical conductivity at 620 degrees C. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Desempenho de sondas Lambda no monitoramento de motores do ciclo Otto alimentados por etanol e GNV

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB

Aktivierung des Sauerstoffsensors FNR von Escherichia coli durch Glutathion in vivo und in vitro

Der Sauerstoffsensor FNR (Fumarat-Nitratreduktase-Regulator) von Escherichia coli spielt eine wichtige Rolle beim Umschalten vom aeroben zum anaeroben Stoffwechsel. FNR ist ein Transkriptionsregulator, der im aktiven Zustand ein [4Fe4S]-Zentrum besitzt. Bei Kontakt mit Sauerstoff zerfällt das [4Fe4S]- zu einem [2Fe2S]-Zentrum und führt zum Verlust der Aktivität von FNR. Die Reaktionen, die zum Aufbau des [4Fe4S]-Zentrums und der reduktiven Aktivierung von aerob und anaerob isoliertem apoFNR führen, wurden in vivo und in vitro untersucht. Die Einfluß in vivo von Glutathion auf die Funktion von FNR und die Rolle von Glutathion beim Aufbau des [4Fe4S]-Zentrums in gereinigtem apoFNR zeigen die wichtige Bedeutung von Glutathion bei der de novo Assemblierung von [4Fe4S]FNR und bei der reduktiven Aktivierung von sauerstoff-inaktiviertem FNR. Die energetischen Parameter von E. coli und ihre Änderungen beim Übergang vom aeroben zum anaeroben Stoffwechsel wurden untersucht. Das elektrochemische Protonenpotential delta-p über der Cytoplasmamembran wurde im Gleichgewichtszustand in der aeroben Atmung und anaeroben Nitrat-, Fumarat- und Dimethylsulfoxid-Atmung bestimmt. Delta-p betrug in der aeroben Atmung -160 mV, in der anaeroben Atmung sank delta-p entgegen früheren Vermutungen lediglich um 20 mV. Die geringen Änderungen von delta-p können deshalb vermutlich nicht als regulatorisches Signal für das Umschalten vom aeroben zum anaeroben Stoffwechsel genutzt werden.

Untersuchungen zur Expression und Funktion intrazellulärer Globine

Im Rahmen meiner Dissertation untersuchte ich die intrazelluläre Lokalisation des Hämoglobin von Drosophila melanogaster, sowie von Neuroglobin und Cytoglobin der Vertebraten. Obwohl alle drei Globine erst kürzlich entdeckt wurden, liegen bereits Daten über ihre Struktur, ihre biochemischen Eigenschaften und die Lokalisation der mRNA vor. Ihre Funktionen konnten bisher jedoch nicht eindeutig geklärt werden. Das Globin von Drosophila melanogaster konnte mittels Westernblot sowohl in Larven als auch adulten Fliegen nachgewiesen werden. Ebenso war es mir möglich, mittels Immunperoxidaseuntersuchungen die Tracheen, die Terminalzellen der Tracheolen sowie die Fettkörperzellen als Ort der Globinexpression in Drosophila zu identifizieren. Diese Daten deuten darauf hin, dass dieses Globin eine Funktion als Sauerstoffpuffer, der sowohl Sauerstoff speichert als auch transportiert, hin. Damit würde das Drosophila Globin eine zu anderen Insektenglobinen vergleichbare Funktion übernehmen. Zum ersten Mal konnte gezeigt werden, dass Neuroglobin auch in der neuronalen Netzhaut von Säugern und Fischen vorkommt. Des Weiteren konnte Neuroglobin in der Retina zellulär sowie subzellulär lokalisiert werden. In der avaskulären Mäuseretina wurde Neuroglobin neben den Innensegmenten der Photorezeptorzellen, auch noch in den beiden plexiformen Schichten sowie in der Ganglienzellschicht gefunden. Die gezeigte Kolokalisation dieses intrazellulären Globins mit Mitochondrien und somit auch mit den Orten des höchsten Sauerstoffbedarfs in der Retina deutet auf eine Funktion im Sauerstofftransport zu den Mitochondrien hin. Des Weiteren könnte Neuroglobin auch als Sauerstoffspeicher dienen, der es Neuronen ermöglicht, kurzfristige hypoxische Bedingungen unbeschadet zu überstehen. Andere mögliche Funktionen wie z.B. die als Detoxifizierer von reaktiven Sauerstoff- bzw. Sickstoffverbindungen, als Sauerstoffsensor, sowie als terminale Oxidase erscheinen durch die gezeigten Daten eher unwahrscheinlich. Die bisherige Annahme, dass Cytoglobin ein ubiquitär exprimiertes Protein ist, konnte von mir nicht bestätigt werden. Für nichtneuronale Gewebe konnte gezeigt werden, dass Cytoglobin lediglich auf das Cytoplasma von Fibroblasten und ontogenetisch verwandte Zelltypen wie Osteoblasten, Chondroblasten und Sternzellen beschränkt ist. Möglicherweise hat Cytoglobin dort eine Funktion in der Kollagensynthese. Ferner wird Cygb cytoplasmatisch und nukleär in einigen Neuronen der Retina und des Gehirns exprimiert. Dort könnte Cygb z.B. nukleäre Enzyme wie die NO-Synthase mit Sauerstoff versorgen. Andere Funktionen scheinen aufgrund meiner Daten im Moment unwahrscheinlich.

Charakterisierung von apoFNR, einer weiteren Form des Sauerstoffsensors FNR aus Escherichia coli und von NreB, einem potentiellen Sauerstoffsensor aus Staphylococcus carnosus

FNR (Fumarat Nitratreduktase Regulator) ist der Sauerstoffsensor aus Escherichia coli. Bisher waren zwei Formen von FNR bekannt, der aktive Zustand, ein Dimer mit je einem [4Fe4S]-Zentrum und ein inaktiver Zustand, in dem FNR als Monomer mit je einem [2Fe2S]-Zentrum vorliegt. Die Untersuchungen dieser Arbeit geben nun Hinweise, dass es mit apoFNR eine dritte physiologische Form von FNR gibt. Es wurde die Entstehung von apoFNR aus [4Fe4S]•FNR untersucht und die biochemischen Eigenschaften von apoFNR charakterisiert. ApoFNR konnte in vitro zu [4Fe4S]•FNR rekonstituiert werden, hierbei konnte die Lagphase der Rekonstitution durch Zusatz von Glutaredoxinen zum Rekonstitutionsansatz verkürzt werden. FNR, dessen Cysteinreste in vivo unter aeroben bzw. anaeroben Bedingungen mit 4-Acetamido-4´-Maleimidylstilbene-2,2´Disulfonsäure markiert wurden, zeigt auf SDS-Gelen einen Shift zu einer höheren Masse im Vergleich zu unmarkiertem FNR. Allerdings trat in aeroben Zellen eine zusätzliche Bande bei einer niedrigeren Masse auf. Es waren hier also weniger Cysteinreste markierbar. Weiterhin wurde mit NreB ein potentieller Sauerstoffsensor aus Staphylococcus carnosus untersucht. Es wurden Hinweise auf ein Eisen-Schwefel-Zentrum vom FNR-Typ als Cofaktor gefunden. Der Einbau dieses Cofaktors war abhängig von der Anwesenheit der Cysteinreste in NreB, von der Cysteindesulfurase NifSAV und von Eisenionen. Der Cofaktor war sauerstoffempfindlich und beeinflusste die Autophosphorylierung von NreB.

Oceanography during TYDEMAN cruise DCM (DeepChlorMax) to the Equatorial Atlantic

The cruise with RV Tydeman was devoted to study permanently stratified plankton systems in the (sub)tropical ocean, which are characterised by a deep chlorophyll peak between 80 and 150 m. To minimise lateral effects by horizontal transport of nutrients and organic matter from river outflow and upwelling regions, stations were selected in the middle of the North Atlantic Ocean between the continents of America and Africa. (5 - 35° N and 50 - 15° W). Here the vertical distributions of light and nutrients control the abundance and growth of autotrophic algae in the thermically stratified water column. This phytoplankton is numerically dominated by the prokaryotic picoplankters Synechococcus spp. and Prochlorococcus spp., which are smaller than 2 ?m. The productivity of the 100 to 150 m deep euphotic zone can be high, because a high heterotrophic/autotrophic biomass ratio induces a rapid regeneration of nutrients and inorganic carbon. Primary grazers are mainly micro-organisms such as heterotrophic nannoflagellates and ciliates, which feed on the small algae and on bacteria. Heterotrophic bacteria can outnumber the autotrophic algae, because their number is related to the substrate pools of dissolved and particulate dead organic matter. These DOC and detritus pools reach equilibrium at a concentration, where the rate of their production (proportional to algal biomass) equals their mineralisation and sinking rate (proportional to the concentration and weight of POC and detritus). At a relatively low value of the weight-specific loss rates, the equilibrium concentration of these carbon pools and their load of bacteria can be high. The bacterial productivity is proportional to the mineralisation rate, which in a steady state can never be higher than the rate of primary production. Hence the ratio in turnover rate of bacteria and autotrophs tends to be reciprocally proportional to their biomass ratio.