Altered expression of neuronal nitric oxide synthase in weaver mutant mice

The weaver mouse represents the only genetic animal model of gradual nigrostriatal dopaminergic neurodegeneration which is proposed as a pathophysiological phenotype of Parkinson`s disease. The aim of the present study was to analyze the nitric oxide and dopaminergic systems in selected brain regions of homozygous weaver mice at different postnatal ages corresponding to specific stages of the dopamine loss. Structural deficits were evaluated by quantification of tyrosine hydroxylase and neuronal nitric oxide synthase-immunostaining in the cortex, striatum, accumbens nuclei, subthalamic nuclei, ventral tegmental area, and substantia nigra compacta of 10-day, 1- and 2-month-old wildtype and weaver mutant mice. The results confirmed the progressive loss of dopamine during the postnatal development in the adult weaver mainly affecting the substantia nigra pars compacta, striatum, and subthalamic nucleus and slightly affecting the accumbens nuclei and ventral tegmental area. A general decrease in neuronal nitric oxide synthase-immunostaining with age was revealed in both the weaver and wild-type mice, with the decrease being most pronounced in the weaver. In contrast, there was an increase in the substantia nigra pars compacta nitric oxide synthase-immunostaining and a decrease mainly in the subthalamic and accumbens nuclei of the 2-month-old weaver mutant. The decrease in the expression of nNOS may bear functional significance related to the process of aging. DA neurons from the substantia nigra directly modulate the activity of subthalamic nucleus neurons, and their loss may contribute to the abnormal activity of subthalamic nucleus neurons. Although the functional significance of these changes is not clear, it may represent plastic compensating adjustments resulting from the loss of dopamine innervation, highlighting a possible role of nitric oxide in this process. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effects of short-term acetaminophen and celecoxib treatment on orthodontic tooth movement and neuronal activation in rat

Non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) have been used for pain relief in orthodontics, but clinical studies reported that they may reduce tooth movement (TM). By other side, TM seems to activate brain structures related to nociception, but the effects of NSAIDs in this activation have not been studied yet. We analyzed the effect of short-term treatment with acetaminophen or celecoxib in the separation of rat upper incisors, as well as in neuronal activation of the spinal trigeminal nucleus, following tooth movement. Thirty rats (400-420 g) were pretreated through oral gavage (1 ml/dose)with acetaminophen (200 mg/kg), celecoxib (50 mg/kg) or vehicle (carboxymethylcellulose 0.4%). After 30 min, they received an activated (30 g) orthodontic appliance for TM. In controls, this appliance was immediately removed after its introduction. Rats received ground food, and every 12 h, one of the drugs or vehicle. After 48 h, they were anesthetized, maxilla was radiographed, and were perfused with 4% paraformaldehyde. Brains were further processed for Fos immunohistochemistry. TM induced incisor distalization (p < 0.05) and neuronal activation of the spinal trigeminal nucleus. Treatment with both drugs did not affect tooth movement, but reduced c-fos expression in the caudalis subnucleus. No changes in c-fos expression were seen in the oralis and interpolaris subnuclei. We conclude that neither celecoxib nor acetaminophen seems to affect tooth movement, when used for 2 days, but both drugs are able to reduce the activation of brain structures related to nociception. Short-term treatment with celecoxib, thus, may be a therapeutic alternative to acetaminophen when the latter is contra indicated. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Blocking systemic nitric oxide production alters neuronal activation in brain structures involved in cardiovascular regulation during polymicrobial sepsis

In a previous study, we concluded that overproduction of nitric oxide (NO) by inducible nitric Oxide synthase (iNOS) in the late phase of sepsis prevents hypothalamic activation, blunts vasopressin secretion and contributes to hypotension, irreversible shock and death. The aim of this follow-up study was to evaluate if the same neuronal activation pattern happens in brain structures related to cardiovascular functions. Male Wistar rats received intraperitoneal injections of aminoguanidine, an iNOS inhibitor, or saline 30 min before cecal ligation and puncture (CLP) or sham surgeries. The animals were perfused 6 or 24 h after the surgeries and the brains were removed and processed for Fos immunocytochemistry We observed an increase (P < 0.001) in c-fos expression 6 h after CLP in the area postrema (AP), nucleus of he tractus solitarius (NTS), ventral lateral medulla (VLM), locus coeruleus (LC) and parabrachial nucleus (PB). At 24 h after CLP, however, c-fos expression was strongly decreased in all these nuclei (P < 0.05), except for the VLM. Aminoguanidine reduced c-fos expression in the AP and NTS at 6 h after CLR but showed an opposite effect at 24 h, with an increase in the AP, NTS, and also in the VLM. No such effect was observed in the LC and PB at 6 or 24 h. In all control animals, c-fos expression was minimal or absent. We conclude that in the early phase of sepsis iNOS-derived NO may be partially responsible for the activation of brain structures related to cardiovascular regulation. During the late phase, however, this activation is reduced or abolished. (C) 2009 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Rapid maxillary expansion causes neuronal activation in brain structures of rats

A correlation between pain sensation and neuronal c-fos expression has been analyzed following experimental rapid maxillar expansion (RME). Adult male Wistar rats were anaesthetized and divided into three groups: animals that received an orthodontic apparatus, which was immediately removed after the insertion (control), animals that received an inactivated orthodontic apparatus (without force), and animals that received an orthodontic apparatus previously activated (140 g force). After 6, 24, 48, or 72 h, the animals were re-anaesthetized, and perfused with 4% paraformaldehyde. The brains were removed, fixed, and sections containing brain structures related to nociception were processed for Fos protein immunohistochemistry (IHC). The insertion of the orthodontic apparatus with 140 g was able to cause RME that could be seen by radiography. The IHC results showed that the number of activated neurons in the different nuclei changed according to the duration of appliance insertion and followed a temporal pattern similar to that of sensations described in clinics. The animals that received the orthodontic apparatus without force did not show RME but a smaller c-fos expression in the same brain structures. In conclusion, we demonstrate that orthodontic force used for palate disjunction activates brain structures that are related to nociception, and that this activation is related to the pain sensation described during orthodontic treatment. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

A nitric oxide synthase inhibitor decreases 6-hydroxydopamine effects on tyrosine hydroxylase and neuronal nitric oxide synthase in the rat nigrostriatal pathway

There is evidence that nitric oxide plays a role in the neurotransmitter balance within the basal ganglia and in the pathology of Parkinson`s disease. In the present work we investigated in striatal 6-hydroxydopamine (6-OHDA) lesioned rats the effects of a nitric oxide synthase (NOS) inhibitor, NG-nitro-L-arginine (L-NOARG), given systemically on both the dopaminergic (DA) neuronal loss and the neuronal NOS cell density. We analyzed the DA neuronal loss through tyrosine hydroxylase immunohistochemistry (TH). The nitrergic system was evaluated using an antibody against the neuronal NOS (nNOS) isoform. Treatment with the L-NOARG significantly reduced 6-OHDA-induced dopaminergic damage in the dorsal striatum, ventral substantia nigra and lateral globus pallidus, but had no effects in the dorsal substantia nigra and in the cingulate cortex. Furthermore, L-NOARG reduced 6-OHDA-induced striatal increase, and substantia nigra compacta decrease, in the density of neuronal nitric oxide synthase positive cells. These results suggest that nitric oxide synthase inhibition may decrease the toxic effects of 6-OHDA on dopaminergic terminals and on dopamine cell bodies in sub-regions of the SN and on neuronal nitric oxide synthase cell density in the rat brain. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Differential perturbation of neuronal and glial glutamate transport systems in retinal ischaemia

Glutamate is the major excitatory neurotransmitter in the retina and is removed from the extracellular space by an energy-dependent process involving neuronal and glial cell transporters. The radial glial Muller cells express the glutamate transporter, GLAST, and preferentially accumulate glutamate. However, during an ischaemic episode, extracellular glutamate concentrations may rise to excitotoxic levels. Is this catastrophic rise in extracellular glutamate due to a failure of GLAST? Using immunocytochemistry, we monitored the transport of the glutamate transporter substrate, D-aspartate, in the retina under normal and ischaemic conditions. Two models of compromised retinal perfusion were compared: (1) Anaesthetised rats had their carotid arteries occluded for 7 days to produce a chronic reduction in retinal blood flow. Retinal function was assessed by electroretinography. D-aspartate was injected into the eye for 45 min, Following euthanasia, the retina was processed for D-aspartate. GLAST and glutamate immunocytochemistry. Although reduced retinal perfusion suppresses the electroretinogram b-wave, neither retinal histology, GLAST expression, nor the ability of Muller cells to uptake D-aspartate is affected. As this insult does not appear to cause excitotoxic neuronal damage, these data suggest that GLAST function and glutamate clearance are maintained during periods of reduced retinal perfusion. (2) Occlusion of the central retinal artery for 60 min abolishes retinal perfusion, inducing histological damage and electroretinogram suppression. Although GLAST expression appears to be normal. its ability to transport D-aspartate into Muller cells is greatly reduced. Interestingly, D-aspartate is transported into neuronal cells, i.e. photoreceptors, bipolar and ganglion cells. This suggests that while GLAST is vitally important for the clearance of excess extracellular glutamate, its capability to sustain inward transport is particularly susceptible to an acute ischaemic attack. Manipulation of GLAST function could alleviate the degeneration and blindness that result from ischaemic retinal disease. (C) 2001 Elsevier Science Ltd, All rights reserved.

A zebrafish homologue of deleted in colorectal cancer (zdcc) is expressed in the first neuronal clusters of the developing brain

DCC (deleted in colon cancer), Neogenin and UNC-5 are all members of the immunoglobulin superfamily of transmembrane receptors which are believed to play a role in axon guidance by binding to their ligands, the Netrin/UNC-40 family of secreted molecules (Cell. Mol. Life Sci. 56 (1999) 62; Curr. Opin. Genet. Dev. 7 (1997) 87). Although zebrafish homologues of the Netrin family of secreted molecules have been reported, to date there has been no published description of zebrafish DCC homologues (Mol. Cell. Neurosci. 9 (1997) 293., Mol. Cell. Neurosci. I I ( 1998) 194; Mech. Dev. 62 (1997) 147). We report here the expression pattern of a zebrafish dcc (zdcc) homologue during the initial period of neurogenesis and axon tract formation within the developing central nervous system. Between 12 and 33 h post-fertilisation zdcc is expressed in a dynamic spatiotemporal pattern in all major subdivisions of the central nervous system. Double-labelling for zdcc and the post-mitotic neuronal marker HNK-1 revealed that subpopulations of neurons within the first nuclei of the zebrafish brain express zdcc. These results support our previous observation that patterning of neuronal clusters in the zebrafish brain occurs early in development (Dev. Bioi, 229 (2001) 271). (C) 2001 Elsevier Science Ireland Ltd. All rights reserved.

Neuronal calcium-binding proteins and schizophrenia

Calcium-binding proteins (CBPs) such as calbindin, parvalbumin and calretinin are used as immunohistochemical markers for discrete neuronal subpopulations. They are particularly useful in identifying the various subpopulations of GABAergic interneurons that control output from prefrontal and cingulate cortices as well as from the hippocampus. The strategic role these interneurons play in regulating output from these three crucial brain regions has made them a focus for neuropathological investigation in schizophrenia. The number of pathological reports detailing subtle changes in these CBP-containing interneurons in patients with schizophrenia is rapidly growing. These proteins however are more than convenient neuronal markers. They confer survival advantages to neurons and can increase the neuron's ability to sustain firing. These properties may be important in the subtle pathophysiology of nondegenerative phenomena such as schizophrenia. The aim of this review is to introduce the reader to the functional properties of CBPs and to examine the emerging literature reporting alterations in these proteins in schizophrenia as well as draw some conclusions about the significance of these findings. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Suppressor of cytokine signaling 2 regulates neuronal differentiation by inhibiting growth hormone signaling

The intracellular mechanisms that determine the response of neural progenitor cells to growth factors and regulate their differentiation into either neurons or astrocytes remain unclear. We found that expression of SOCS2, an intracellular regulator of cytokine signaling, was restricted to mouse progenitor cells and neurons in response to leukemia inhibitory factor (LIF)-like cytokines. Progenitors lacking SOCS2 produced fewer neurons and more astrocytes in vitro, and Socs2(-/-) mice had fewer neurons and neurogenin-1 (Ngn1)-expressing cells in the developing cortex, whereas overexpression of SOCS2 increased neuronal differentiation. We also report that growth hormone inhibited Ngn1 expression and neuronal production, and this action was blocked by SOCS2 overexpression. These findings indicate that SOCS2 promotes neuronal differentiation by blocking growth hormone-mediated downregulation of Ngn1.

A molecular mechanism for mRNA trafficking in neuronal dendrites

Specific neuronal mRNAs are localized in dendrites, often concentrated in dendritic spines and spine synapses, where they are translated. The molecular mechanism of localization is mostly unknown. Here we have explored the roles of A2 response element (A2RE), a cis-acting signal for oligodendrocyte RNA trafficking, and its cognate trans-acting factor, heterogeneous nuclear ribonucleoprotein ( hnRNP) A2, in neurons. Fluorescently labeled chimeric RNAs containing A2RE were microinjected into hippocampal neurons, and RNA transport followed using confocal laser scanning microscopy. These RNA molecules, but not RNA lacking the A2RE sequence, were transported in granules to the distal neurites. hnRNP A2 protein was implicated as the cognate trans-acting factor: it was colocalized with RNA in cytoplasmic granules, and RNA trafficking in neurites was compromised by A2RE mutations that abrogate hnRNP A2 binding. Coinjection of antibodies to hnRNP A2 halved the number of trafficking cells, and treatment of neurons with antisense oligonucleotides also disrupted A2RE - RNA transport. Colchicine inhibited trafficking, whereas cells treated with cytochalasin were unaffected, implicating involvement of microtubules rather than microfilaments. A2RE-like sequences are found in a subset of dendritically localized mRNAs, which, together with these results, suggests that a molecular mechanism based on this cis-acting sequence may contribute to dendritic RNA localization.

Variabilidade genética em famílias de meios-irmãos de cafeeiro robusta

O cultivo do café é uma das atividades do agronegócio de maior importância socioeconômica dentre as diferentes atividades ligadas ao comércio agrícola mundial. Uma das maiores contribuições da genética quantitativa para o melhoramento genético é a possibilidade de prever ganhos genéticos. Quando diferentes critérios de seleção são considerados, a predição de ganhos referentes a cada critério tem grande importância, pois indica os melhoristas sobre como utilizar o material genético disponível, visando obter o máximo de ganhos possível para as características de interesse. O presente trabalho foi instalado em julho de 2004, na Fazenda Experimental de Bananal do Norte, conduzida pelo Incaper, no distrito de Pacotuba, município de Cachoeiro de Itapemirim, região Sul do Estado, com o objetivo de selecionar as melhores plantas entre e dentro de progênies de meios- irmãos de Coffea canephora, por meio de diferentes critérios de seleção. Foram realizadas análises de variância individuais e conjuntas para 26 progênies de meios- irmãos Coffea canephora. O delineamento experimental utilizado foi em blocos ao acaso com quatro testemunhas adicionais com quatro repetições e parcela composta por cinco plantas, com o espaçamento de 3,0 m x 1,2 m. Neste trabalho, considerou-se os dados das últimas cinco colheitas. As características mensuradas foram: florescimento, maturação, tamanho do grão, peso, porte, vigor, ferrugem, mancha cercóspora, seca de ponteiros, escala geral, porcentagem de frutos boia e bicho mineiro. Todas as análises estatísticas foram realizadas com o aplicativo computacional em genética e estatística (GENES). Foram estimados os ganhos de seleção em função da porcentagem de seleção de 20% entre e dentro, sendo as mesmas mantidas para todas as características. Todas as características foram submetidas a seleção no sentido positivo, exceto para florescimento, porte, ferrugem, mancha cercóspora, seca de ponteiros, porcentagem de frutos boia e bicho mineiro, para obter decréscimo em suas médias originais. Os critérios de seleção estudados foram: seleção convencional entre e dentro das famílias, índice de seleção combinada, seleção massal e seleção massal estratificada. Esta dissertação é composta por dois capítulos, em que foram realizadas análises biométricas, como a obtenção de estimativas de parâmetros genéticos. Na maioria das características estudadas, verificaram-se diferenças significativas (P<0,05) para genótipos que, associados aos coeficientes de variação genotípicos e também ao coeficiente de determinação genotípico e à relação CVg/CVe, indicam a existência de variabilidade genética nos materiais genéticos para a maioria das características e condições favoráveis para obtenção de ganhos genéticos pela seleção. Essas características também foram correlacionadas. Os dados foram submetidos às análises de variância e multivariada, aplicando-se a técnica de agrupamento e UPGMA, teste de médias e estudo de correlações. Na técnica de agrupamento, foi utilizada a distância generalizada de Mahalanobis como medida de dissimilaridade, e na delimitação dos grupos, o método de Tocher. Foi encontrada diversidade genética para as características associadas à qualidade fisiológica, mobilização de reserva das sementes, dimensões e biomassa das plântulas. Quatro grupos de genótipos puderam ser formados. Peso de massa seca de sementes, redução de reserva de sementes e peso de massa seca de plântulas estão positivamente correlacionados entre si, enquanto a redução de reserva das sementes e a eficiência na conversão dessas reservas em plântulas estão negativamente correlacionadas. De acordo com os resultados obtidos, verificou-se que todas as características apresentaram níveis diferenciados de variabilidade genética e os critérios de seleção utilizados mostraram-se eficientes para o melhoramento, no qual o índice de seleção combinada é o critério de seleção que apresentou os melhores resultados em termos de ganhos, sendo indicado como critério mais apropriado para o melhoramento genético da população estudada. Nos estudos de correlações, em 70% dos casos, a correlação fenotípica foi superior à genotípica, mostrando maior influência dos fatores ambientais em relação aos genotípicos e condições propícias ao melhoramento dos diferentes caracteres. No estudo de divergência genética, observou-se que pelo agrupamento de genótipos, pela técnica de Tocher, indicou que os genótipos foram distribuídos em três grupos.

Variabilidade espacial do estado nutricional do cafeeiro conilon utilizando índice DRIS

A combinação da agricultura de precisão e do Sistema Integrado de Recomendação Foliar (DRIS) possibilita monitorar espacialmente o balanço nutricional dos cafezais para fornecer recomendações de adubação mais equilibradas e mais ajustadas economicamente. O objetivo deste trabalho foi avaliar a variabilidade espacial do estado nutricional do cafeeiro conilon, utilizando o Índice de Balanço Nutricional (IBN) e sua relação com a produtividade. A produtividade das plantas em cada ponto amostral foi determinada e construiu-se o seu mapa considerando a variabilidade espacial; determinou-se o Índice de Equilíbrio Nutricional (IBN) das plantas em cada ponto amostral e construiu-se o seu mapa; e utilizou-se a análise de componentes principais (ACP) para estimar o IBN do cafeeiro por cokrigagem. Os dados do cafeeiro conilon foram coletados em fazenda experimental, no município de Cachoeiro de Itapemirim-ES. O IBN do cafeeiro e a sua produtividade foram analisados por meio de geoestatística, com base nos modelos e parâmetros dos semivariogramas, utilizando o método de interpolação krigagem ordinária para estimar valores para locais não amostrados. O índice de Balanço Nutricional da lavoura do cafeeiro conilon apresentou dependência espacial, porém não apresentou correlação linear e nem espacial com a produtividade. A lavoura em estudo se encontra em desequilíbrio nutricional, sendo que entre os macronutrientes, o Potássio foi o que apresentou maior desequilíbrio na área, entre os micronutrientes, o Zinco e o Ferro foram os que apresentaram menores concentrações nas folhas. A confecção dos mapas possibilitou a distinção de regiões com maior e menor desequilíbrio nutricional e produtividade, o que possibilita adotar o manejo de forma diferenciada e localizada. A análise multivariada baseada em componentes principais fornece componentes com alta correlação com as variáveis originais P, Ca, Zn , Cu, K e B. A cokrigagem utilizando as componentes principais permite estimar o IBN e a produtividade da área.

Variabilidade espacial e temporal de atributos químicos do solo em povoamento de eucalipto

Nos anos mais recentes, observa-se aumento na adoção das técnicas de silvicultura de precisão em florestas plantadas no Brasil. Os plantios de eucalipto ocorrem preferencialmente em áreas com baixa fertilidade de solo e consequentemente baixa produtividade. Logo, para otimizar ao máximo a produção, é necessário saber o quanto essa cultura pode produzir em cada local (sítio). Objetivou-se aplicar uma metodologia que utiliza técnicas de estatística, geoestatística e geoprocessamento, no mapeamento da variabilidade espacial e temporal de atributos químicos do solo cultivado com eucalipto, em área de 10,09 ha, situada no sul do estado do Espírito Santo. Os atributos químicos da fertilidade do solo estudados foram: fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca) e magnésio (Mg), no ano da implantação do povoamento do eucalipto, em 2008, e três anos após, em 2011. O solo foi amostrado em duas profundidades, 0-0,2 m e 0,2-0,4 m, nos 94 pontos de uma malha regular, com extensão de 33 x 33 m. Os dados foram analisados pela estatística descritiva e, em seguida, pela geoestatística, por meio do ajuste de semivariogramas. Diferentes métodos de interpolação foram testados para produzir mapas temáticos mais precisos e facilitar as operações algébricas utilizadas. Com o auxílio de índices quantitativos, realizou-se uma análise geral da fertilidade do solo, por meio da álgebra de mapas. A metodologia utilizada neste estudo possibilitou mapear a variabilidade espacial e temporal de atributos químicos do solo. A análise variográfica mostrou que todos os atributos estudados apresentaram-se estruturados espacialmente, exceto para o atributo P, no Ano Zero (camada 0-0,2 m) e no Ano Três (ambas as camadas). Os melhores métodos de interpolação para o mapeamento de cada atributo químico do solo foram identificados com a ajuda gráfica do Diagrama de Taylor. Mereceram destaque, os modelos esférico e exponencial nas interpolações para a maioria dos atributos químicos do solo avaliados. Apesar de a variação espacial e temporal dos atributos estudados apresentar-se, em média, com pequena variação negativa, a metodologia usada mostrou variações positivas na fertilidade do solo em várias partes da área de estudo. Além disso, os resultados demonstram que os efeitos observados são majoritariamente em função da cultura, uma vez que não foram coletadas amostras de solo em locais adubados. A produtividade do sítio florestal apresentou-se com tendências semelhantes às variações ocorridas na fertilidade do solo, exceto para o magnésio, que se mostrou com tendências espaciais para suporte de elevadas produtividades, de até 50 m3 ha-1 ano-1. Além de mostrar claramente as tendências observadas para as variações na fertilidade do solo, a metodologia utilizada confirma um caminho operacional acessível para empresas e produtores florestais para o manejo nutricional em florestas plantadas. O uso dos mapas facilita a mobilização de recursos para melhorar a aplicação de fertilizantes e corretivos necessários.

Variabilidade espacial de atributos químicos em diferentes profundidades em um Latossolo em sistema de plantio direto

O estudo da variabilidade espacial dos atributos químicos no solo é uma etapa importante na agricultura de precisão. Objetivou-se com este trabalho avaliar a variabilidade espacial em duas profundidades (0-10 e 10-20 cm) do pH em água, saturação por bases e teores de matéria orgânica e micronutrientes (B, Cu, Fe, Mn e Zn) em um Latossolo Vermelho distrófico, textura média, cultivado há oito anos em sistema de plantio direto, em Uberlândia - MG. A coleta das amostras do solo foi realizada em intervalos regulares de 50 m, em malha regular de 121 pontos. Os dados foram avaliados por estatística descritiva e geoestatística, com base no ajuste de semivariogramas. Maiores teores de matéria orgânica, Mn e Zn foram verificados nos primeiros 10 cm do solo. A maior variabilidade foi encontrada para B e a menor para pH em água. Além da variabilidade vertical, há também variabilidade horizontal entre as profundidades. A dependência espacial varia conforme o atributo químico avaliado e a profundidade de coleta. Os valores de alcance foram maiores na profundidade de 0-10 cm.