Firing Patterns of Cerebellar Purkinje Cells During Locomotion and Sleep

The cerebellum is a major supraspinal center involved in the coordination of movement. The principal neurons of the cerebellar cortex, Purkinje cells, receive excitatory synaptic input from two sources: the parallel and climbing fibers. These pathways have markedly different effects: the parallel fibers control the rate of simple sodium spikes, while the climbing fibers induce characteristic complex spike bursts, which are accompanied by dendritic calcium transients and play a key role in regulating synaptic plasticity. While many studies using a variety of species, behaviors, and cerebellar regions have documented modulation in Purkinje cell activity during movement, few have attempted to record from these neurons in unrestrained rodents. In this dissertation, we use chronic, multi-tetrode recording in freely-behaving rats to study simple and complex spike firing patterns during locomotion and sleep. Purkinje cells discharge rhythmically during stepping, but this activity is highly variable across steps. We show that behavioral variables systematically influence the step-locked firing rate in a step-phase-dependent way, revealing a functional clustering of Purkinje cells. Furthermore, we find a pronounced disassociation between patterns of variability driven by the parallel and climbing fibers, as well as functional differences between cerebellar lobules. These results suggest that Purkinje cell activity not only represents step phase within each cycle, but is also shaped by behavior across steps, facilitating control of movement under dynamic conditions. During sleep, we observe an attenuation of both simple and complex spiking, relative to awake behavior. Although firing rates during slow wave sleep (SWS) and rapid eye movement sleep (REM) are similar, simple spike activity is highly regular in SWS, while REM is characterized by phasic increases and pauses in simple spiking. This phasic activity in REM is associated with pontine waves, which propagate into the cerebellar cortex and modulate both simple and complex spiking. Such a temporal coincidence between parallel and climbing fiber activity is known to drive plasticity at parallel fiber synapses; consequently, pontocerebellar waves may provide a mechanism for tuning synaptic weights in the cerebellum during active sleep.

Metodologia para avaliação ambiental de bacias hidrográficas com uso de sistemas de suporte à decisão espacial e do indicador pegada ecológica

No atual contexto ambiental é grande a demanda por informações consistentes que subsidiem o planejamento territorial, permitindo realizar avaliações ambientais e desta forma, subsidiar os setores público e privado. Essa demanda pode ser satisfeita com a integração de informações em um sistema, com propriedades e funções de processamento, possibilitando sua utilização em ambiente integrado. Assim, nesta dissertação é proposta uma metodologia para a avaliação ambiental de bacias hidrográficas que atua desde a escolha de indicadores e definição dos pesos de sua contribuição, até a execução de avaliações e espacialização de resultados em ambiente SIG. Esta metodologia é composta por duas fases distintas: avaliação da vulnerabilidade ambiental da bacia hidrográfica a partir do uso de sistemas de suporte à decisão espacial, e, avaliação da sustentabilidade da bacia através do cálculo do indicador Pegada Ecológica. Na primeira fase são adotados sistemas de suporte à decisão, bases de conhecimento, SIG e uma ferramenta que integra estes resultados permitindo a geração de avaliações, análises e/ou cenários prospectivos. Na segunda fase, a sustentabilidade da bacia é retratada a partir do cálculo da pegada ecológica que consiste na contabilização da área que uma população necessita para produzir os recursos consumidos e absorver os resíduos gerados. A comparação entre áreas mais vulneráveis e menos sustentáveis, pode nortear projetos de recuperação e conservação ambiental.

Studies of bacteriophage T4 tail fibers and tail fiber genes

The distal half of the bacteriophage T4 tail fiber interacts with the surface of the bacterium during adsorption. The largest polypeptide in this half fiber is the product of gene 37 (P37). During assembly of the tail fiber, P37 interacts with the product of gene 38 (P38). These two gene products are incompatible with the corresponding gene products from the related phage T2. T2 P37 does not interact with T4 P38 and T2 P38 does not interact with T4 P37. Crosses between T2 and T4 phages mutant in genes 37 and 38 have shown that the carboxyl end of P37 interacts with P38 and with the bacterial surface. In the corresponding region of gene 37 and in gene 38 there is no recombination between T2 and T4. In the rest of gene 37 there are two small regions with relatively high recombination and a region of low recombination.

When T2/T4 heteroduplex DNA molecules are examined in the electron microscope four nonhomologous loops appear in the region of genes 37 and 38. Heteroduplexes between hybrid phages which have part of gene 37 from T4 and part from T2 have roughly located gene 37 mutations in the heteroduplex pattern. For a more precise location of the , mutations a physical map of gene 37 was constructed by determining the molecular weights of amber polypeptide fragments on polyacrylamide gels in the presence of sodium dodecyl sulfate. When the physical and heteroduplex maps are aligned, the regions of low recombination correspond to regions of nonhomology between T2 and T4. Regions with relatively high recombination are homologous.

The molecular weight of T2 P37 is about 13,000 greater than that of T4 P37. Analysis of hybrid phage has shown that this molecular weight difference is all at the carboxyl end of P37.

An antiserum has been prepared which is specific for the distal half fiber of T4. Tests of the ability of gene 37 hybrids to block this antiserum show that there are at least 4 subclasses of antigen specified by different parts of P37.

Observations in the electron microscope of the tailfiber - anti- body complexes formed by the gene 37 hybrids and the specific anti- serum have shown that P37 is oriented linearly in the distal half fiber with its N-terminus near the joint between the two half fibers and its C-terminus near the tip of the fiber. These observations lead to a simple model for the structure of the distal half fiber.

The high recombination in T4 gene 34 was also investigated. A comparison of genetic and physical maps of gene 34 showed that there is a gradient of increasing recombination near one end of the gene.

Photorefractive performance of a novel multifunctional inorganic-organic hybridized nanocomposite sensitized by CdS nanoparticles

A novel multifunctional inorganic-organic photorefractive (PR) poly(N-vinyl)-3-[p-nitrophenylazolcarbazolyl-CdS nanocomposites with different molar ratios of US to poly(N-vinyl)-3-[p-nitrophenylazo]carbazolyl (PVNPAK) were synthesized via a postazo-coupling reaction and chemically hybridized approach, respectively. The nanocomposites are highly soluble and could be obtained as film-forming materials with appreciably high molecular weights and low glass transition temperature (T,) due to the flexible spacers. The PVNPAK matrix possesses a highest-occupied molecular orbital value of about -5.36 eV determined from cyclic voltammetry. Second harmonic generation (SHG) could be observed in PVNPAK film without any poling procedure and 4.7 pm/V of effective second-order nonlinear optical susceptibility is obtained. The US particles as photosensitizers had a nanoscale size in PVNPAK adopting transmission electron microscopy. The improvement of interface quality between US and polymer matrix is responsible for efficient photoinduced charge generation efficiency in the nanocomposites. An asymmetric optical energy exchange between two beams on the polymer composites PVNPAK-CdS/ECZ has been found even without an external field in two-beam coupling (TBC) experiment, and the TBC gain and diffraction efficiency of 14.26 cm(-1) and 3.4% for PVNPAK-5-CdS/ECZ, 16.43 cm(-1) and 4.4% for PVNPAK-15-CdS/ECZ were measured at a 647.1 nm wavelength, respectively.

Using Earth Deformation Caused by Surface Mass Loading to Constrain the Elastic Structure of the Crust and Mantle

Surface mass loads come in many different varieties, including the oceans, atmosphere, rivers, lakes, glaciers, ice caps, and snow fields. The loads migrate over Earth's surface on time scales that range from less than a day to many thousand years. The weights of the shifting loads exert normal forces on Earth's surface. Since the Earth is not perfectly rigid, the applied pressure deforms the shape of the solid Earth in a manner controlled by the material properties of Earth's interior. One of the most prominent types of surface mass loading, ocean tidal loading (OTL), comes from the periodic rise and fall in sea-surface height due to the gravitational influence of celestial objects, such as the moon and sun. Depending on geographic location, the surface displacements induced by OTL typically range from millimeters to several centimeters in amplitude, which may be inferred from Global Navigation and Satellite System (GNSS) measurements with sub-millimeter precision. Spatiotemporal characteristics of observed OTL-induced surface displacements may therefore be exploited to probe Earth structure. In this thesis, I present descriptions of contemporary observational and modeling techniques used to explore Earth's deformation response to OTL and other varieties of surface mass loading. With the aim to extract information about Earth's density and elastic structure from observations of the response to OTL, I investigate the sensitivity of OTL-induced surface displacements to perturbations in the material structure. As a case study, I compute and compare the observed and predicted OTL-induced surface displacements for a network of GNSS receivers across South America. The residuals in three distinct and dominant tidal bands are sub-millimeter in amplitude, indicating that modern ocean-tide and elastic-Earth models well predict the observed displacement response in that region. Nevertheless, the sub-millimeter residuals exhibit regional spatial coherency that cannot be explained entirely by random observational uncertainties and that suggests deficiencies in the forward-model assumptions. In particular, the discrepancies may reveal sensitivities to deviations from spherically symmetric, non-rotating, elastic, and isotropic (SNREI) Earth structure due to the presence of the South American craton.

Studies on T-even bacteriophage DNA

Part I. The regions of sequence homology and non-homology between the DNA molecules of T2, T4, and T6 have been mapped by the electron microscopic heteroduplex method. The heteroduplex maps have been oriented with respect to the T4 genetic map. They show characteristic, reproducible patterns of substitution and deletion loops. All heteroduplex molecules show more than 85% homology. Some of the loop patterns in T2/T4 heteroduplexes are similar to those in T4/T6.

We find that the rII, the lysozyme and ac genes, the D region, and gene 52 are homologous in T2, T4, and T6. Genes 43 and 47 are probably homologous between T2 and T4. The region of greatest homology is that bearing the late genes. The host range region, which comprises a part of gene 37 and all of gene 38, is heterologous in T2, T4, and T6. The remainder of gene 37 is partially homologous in the T2/T4 heteroduplex (Beckendorf, Kim and Lielausis, 1972) but it is heterologous in T4/T6 and in T2/T6. Some of the tRNA genes are homologous and some are not. The internal protein genes in general seem to be non-homologous.

The molecular lengths of the T-even DNAs are the same within the limit of experimental error; their calculated molecular weights are correspondingly different due to unequal glucosylation. The size of the T2 genome is smaller than that of T4 or T6, but the terminally repetitious region in T2 is larger. There is a length distribution of the terminal repetition for any one phage DNA, indicating a variability in length of the DNA molecules packaged within the phage.

Part II. E. coli cells infected with phage strains carrying extensive deletions encompassing the gene for the phage ser-tRNA are missing the phage tRNAs normally present in wild type infected cells. By DNA-RNA hybridization we have demonstrated that the DNA complementary to the missing tRNAs is also absent in such deletion mutants. Thus the genes for these tRNAs must be clustered in the same region of the genome as the ser-tRNA gene. Physical mapping of several deletions of the ser-tRNA and lysozyme genes, by examination of heteroduplex DNA in the electron microscope, has enabled us to locate the cluster, to define its maximum size, and to order a few of the tRNA genes within it. That such deletions can be isolated indicates that the phage-specific tRNAs from this cluster are dispensable.

Part III. Genes 37 and 38 between closely related phages T2 and T4 have been compared by genetic, biochemical, and hetero-duplex studies. Homologous, partially homologous and non-homologous regions of the gene 37 have been mapped. The host range determinant which interacts with the gene 38 product is identified.

Part IV. A population of double-stranded ØX-RF DNA molecules carrying a deletion of about 9% of the wild-type DNA has been discovered in a sample cultivated under conditions where the phage lysozyme gene is nonessential. The structures of deleted monomers, dimers, and trimers have been studied by the electron microscope heteroduplex method. The dimers and trimers are shown to be head-to-tail repeats of the deleted monomers. Some interesting examples of the dynamical phenomenon of branch migration in vitro have been observed in heteroduplexes of deleted dimer and trimer strands with undeleted wild-type monomer viral strands.

Efeito da restrição protéica materna durante a lactação sobre a resposta de timócitos da prole jovem de ratos Wistar

Neste estudo investigamos as consequências da restrição protéica materna durante a lactação sobre a resposta de timócitos da prole jovem de ratos Wistar (grupo D), identificando o papel da leptina nas alterações encontradas. Observamos que, quando comparados ao grupo controle, os animais do grupo D apresentaram, aos 30 dias de vida, uma diminuição significativa tanto do peso corporal quanto do timo. Contudo, não observamos alterações no número de timócitos, no perfil de células CD4/CD8 ou na resposta proliferativa destas células. Sistemicamente, o grupo D não apresentou alterações nos níveis séricos de corticosterona ou no conteúdo nuclear do seu receptor (GR) em timócitos. Apesar dos animais D não apresentarem alterações nos níveis circulantes de leptina, a expressão do seu receptor, ObRb, estava aumentada nos timócitos. Esta alteração foi acompanhada pela amplificação da resposta de sinalização da leptina nestas células, observada por um aumento na ativação de JAK2 e STAT3 após a incubação com leptina. Os timócitos isolados do grupo D apresentaram uma diminuição significativa na taxa de apoptose espontânea quando comparados ao grupo controle. Corroborando estes resultados, demonstramos que os timócitos dos animais D apresentam um aumento na expressão da proteína antiapoptótica Bcl-2 e uma redução da expressão da proteína próapoptótica Bax, além de um maior conteúdo de Pró-caspase-3, entretanto, não encontramos alterações no conteúdo de Bad. Além disso, timócitos do grupo D apresentaram um maior conteúdo da subunidade p65 do NFĸB no núcleo, associado a uma menor expressão de IĸBα no citoplasma. Finalmente, observamos um aumento na expressão do RNAm para o gene ob (leptina) mas não para o gene db (receptor) no microambiente tímico dos animais D. Em conjunto, nossos dados mostram que a restrição protéica durante a lactação afeta a homeostase tímica, induzindo uma maior atividade de leptina, que protege os timócitos da apoptose na prole jovem, sugerindo que esses animais poderiam ser mais suscetíveis a alterações na resposta imune na vida aduta.

Capital, trabalho, saúde e meio ambiente: uma relação destrutiva analisada em uma indústria de pelotização

O presente trabalho visa analisar as condições do processo de trabalho de uma empresa mineradora, de capital multinacional, em usinas de pelotização, instaladas em Anchieta/ES. Pretende, também, examinar os determinantes desse processo e as conseqüências para a saúde dos trabalhadores, levando em consideração sua exposição aos riscos, relacionadas à destruição do meio ambiente. Os procedimentos metodológicos adotados na pesquisa consistiram basicamente de estudo bibliográfico, análise documental e aplicação de questionários aos trabalhadores da empresa residentes nesse município. O estudo parte da relação existente entre capital, trabalho e saúde do trabalhador, tendo como marco histórico a revolução industrial. Destacam-se nesse resgate os diferentes momentos do sistema produtivo capitalista, fazendo um paralelo com os sistemas de saúde em relação ao trabalhador. Verificamos que, com a expansão dos estudos sobre trabalho e saúde do trabalhador, as discussões não ficaram restritas ao chão da fábrica, passando a articular o mundo da produção e o ambiente de trabalho, introduzindo o debate sobre a deterioração das condições ambientais em escala planetária no atual estágio de desenvolvimento do capitalismo. O campo de análise em que os aspectos pontuados são examinados é a cidade de Anchieta/ES, onde se localiza a empresa pesquisada. O processo de operação das usinas de pelotização nessa localidade transformou o pequeno lugarejo praiano, que vivia apenas da pesca, da agricultura familiar e do turismo tradicional, no litoral sul do Espírito Santo, em sede de um possível conglomerado de empresas e indústrias ligadas ao minério, à siderurgia, ao petróleo e gás. Como resultantes dos efeitos desse processo de produção, nas condições de vida dos trabalhadores, observa-se que as alterações produzidas pela empresa influenciam destrutivamente as duas principais fontes de produção da sua riqueza: a natureza, configurada no meio-ambiente local e nacional, e a força de trabalho nela alocada que fica submetida a todos os fatores de risco a sua saúde.

Remodelamento do fígado, pâncreas e tecido adiposo em modelo experimental de síndrome metabólica tratado com telmisartana, sitagliptina e metformina

A intervenção farmacológica pode minimizar ou até mesmo reverter o remodelamento adverso em órgãos num modelo de síndrome metabólica. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos das monoterapias e associações medicamentosas sobre a morfologia do tecido adiposo, remodelamento hepático e pancreático em camundongos C57bl/6 alimentados com dieta very high-fat. Camundongos C57bl/6 machos foram alimentados com dieta very high-fat (HF, 60% de lipídios) ou dieta padrão (SC, 10% de lipídios) por 10 semanas, quando foram iniciados os tratamentos: HF-T (HF + Telmisartana, 5.2mg/Kg/dia), HF-S (HF + Sitagliptina, 1.08g/Kg/dia), HF-M (HF + Metformina, 310.0mg/Kg/dia) e as associações medicamentosas HF-TM, HF-TS e HF-SM. Os grupos tratados também tiveram livre acesso à dieta high fat e os tratamentos duraram 6 semanas. Técnicas morfométricas, estereológicas, imunohistoquímicas, ELISA, western blotting e microscopia eletrônica foram utilizadas. A dieta high-fat causou sobrepeso, intolerância oral à glucose, hiperinsulinemia, hipertrofia de ilhotas e adipócitos, grau 2 de esteatose hepatica (<33%) redução da expressão de PPAR-alfa e de GLUT-2, concomitante com aumento da expressão de SREBP-1 no grupo HF (P<0.0001). Por outro lado, todos os tratamentos resultaram em perda de peso significativa, reversão da resistência à insulina, hipertrofia de ilhotas e adipócitos e alívio da esteatose hepática. Somente os grupos HF-T e HF-TS apresentaram massa corporal similar ao grupo SC ao final do experimento, sendo que o ultimo também apresentou reversão da esteatose hepática. O aumento da expressão do PPAR-alfa paralelamente ao decréscimo da expressão do SREBP-1 explica os achados favoráveis para o fígado. A normalização do tamanho do adipócito foi consistente com os níveis maiores de adiponectina e com a redução dos níveis de TNF-alfa (P<0.0001) nos grupos tratados.Todos os tratamentos foram eficazes para controlar a síndrome metabólica. Os melhores resultados foram alcançados com a telmisartana e sitagliptina como monoterapias ou como associação entre essas, combinando a ativação parcial do PPAR-alfa no fígado com a extensão do tempo de ação das incretinas