Astrocytes and Müller Cell Alterations During Retinal Degeneration in a Transgenic Rat Model of Retinitis Pigmentosa

Purpose: Retinitis pigmentosa includes a group of progressive retinal degenerative diseases that affect the structure and function of photoreceptors. Secondarily to the loss of photoreceptors, there is a reduction in retinal vascularization, which seems to influence the cellular degenerative process. Retinal macroglial cells, astrocytes, and Müller cells provide support for retinal neurons and are fundamental for maintaining normal retinal function. The aim of this study was to investigate the evolution of macroglial changes during retinal degeneration in P23H rats. Methods: Homozygous P23H line-3 rats aged from P18 to 18 months were used to study the evolution of the disease, and SD rats were used as controls. Immunolabeling with antibodies against GFAP, vimentin, and transducin were used to visualize macroglial cells and cone photoreceptors. Results: In P23H rats, increased GFAP labeling in Müller cells was observed as an early indicator of retinal gliosis. At 4 and 12 months of age, the apical processes of Müller cells in P23H rats clustered in firework-like structures, which were associated with ring-like shaped areas of cone degeneration in the outer nuclear layer. These structures were not observed at 16 months of age. The number of astrocytes was higher in P23H rats than in the SD matched controls at 4 and 12 months of age, supporting the idea of astrocyte proliferation. As the disease progressed, astrocytes exhibited a deteriorated morphology and marked hypertrophy. The increase in the complexity of the astrocytic processes correlated with greater connexin 43 expression and higher density of connexin 43 immunoreactive puncta within the ganglion cell layer (GCL) of P23H vs. SD rat retinas. Conclusions: In the P23H rat model of retinitis pigmentosa, the loss of photoreceptors triggers major changes in the number and morphology of glial cells affecting the inner retina.

Correlation between SD-OCT, immunocytochemistry and functional findings in an animal model of retinal degeneration

Purpose: The P23H rhodopsin mutation is an autosomal dominant cause of retinitis pigmentosa (RP). The degeneration can be tracked using different anatomical and functional methods. In our case, we evaluated the anatomical changes using Spectral-Domain Optical Coherence Tomography (SD-OCT) and correlated the findings with retinal thickness values determined by immunocytochemistry.Methods: Pigmented rats heterozygous for the P23H mutation, with ages between P18 and P180 were studied. Function was assessed by means of optomotor testing and ERGs. Retinal thicknesses measurements, autofluorescence and fluorescein angiography were performed using Spectralis OCT. Retinas were studied by means of immunohistochemistry. Results: Between P30 and P180, visual acuity decreased from 0.500 to 0.182 cycles per degree (cyc/deg) and contrast sensitivity decreased from 54.56 to 2.98 for a spatial frequency of 0.089 cyc/deg. Only cone-driven b-wave responses reached developmental maturity. Flicker fusions were also comparable at P29 (42 Hz). Double flash-isolated rod-driven responses were already affected at P29. Photopic responses revealed deterioration after P29.A reduction in retinal thicknesses and morphological modifications were seen in OCT sections. Statistically significant differences were found in all evaluated thicknesses. Autofluorescence was seen in P23H rats as sparse dots. Immunocytochemistry showed a progressive decrease in the outer nuclear layer (ONL), and morphological changes. Although anatomical thickness measures were significantly lower than OCT values, there was a very strong correlation between the values measured by both techniques.Conclusions: In pigmented P23H rats, a progressive deterioration occurs in both retinal function and anatomy. Anatomical changes can be effectively evaluated using SD-OCT and immunocytochemistry, with a good correlation between their values, thus making SD-OCT an important tool for research in retinal degeneration.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Constitution.

Mode of access: Internet.

Functional analysis of neurotransmission at β2-laminin deficient terminals

beta2-Laminin is important for the formation of neuromuscular junctions in vertebrates. Previously, we have inactivated the gene that encodes for beta2-laminin in mice and observed predominantly prejunctional structural defects. In this study, we have used both intra- and extracellular recording methods to investigate evoked neurotransmission in beta2-laminin-deficient mice, from postnatal day 8 (P8) through to day 18(P18). Our results confirmed that there was a decrease in the frequency of spontaneous release, but no change in the postjunctional response to such release. Analysis of evoked neurotransmission showed an increase in the frequency of stimuli that failed to elicit an evoked postjunctional response in the mutants compared to litter mate controls, resulting in a 50% reduction in mean quantal content at mutant terminals. Compared to littermate controls, beta2-laminin-deficient terminals showed greater synaptic depression when subjected to high frequency stimulation. Furthermore, the paired pulse ratio of the first two stimuli was significantly lower in beta2-laminin mutant terminals. Statistical analysis of the binomial parameters of release showed that the decrease in quantal content was due to a decrease in the number of release sites without any significant change in the average probability of release. This suggestion was supported by the observation of fewer synaptic vesicle protein 2 (SV2)-positive varicosities in beta2-laminin-deficient terminals and by ultrastructural observations showing smaller terminal profiles and increased Schwann cell invasion in beta2-laminin mutants; the differences between beta2-laminin mutants and wild-type mice were the same at both P8 and P18. From these results we conclude that beta2-laminin plays a role in the early structural development of the neuromuscular junction. We also suggest that transmitter release activity may act as a deterrent to Schwarm cell invasion in the absence of beta2-laminin.

Global compilation of benthic data sets I

Approaches to quantify the organic carbon accumulation on a global scale generally do not consider the small-scale variability of sedimentary and oceanographic boundary conditions along continental margins. In this study, we present a new approach to regionalize the total organic carbon (TOC) content in surface sediments (<5 cm sediment depth). It is based on a compilation of more than 5500 single measurements from various sources. Global TOC distribution was determined by the application of a combined qualitative and quantitative-geostatistical method. Overall, 33 benthic TOC-based provinces were defined and used to process the global distribution pattern of the TOC content in surface sediments in a 1°x1° grid resolution. Regional dependencies of data points within each single province are expressed by modeled semi-variograms. Measured and estimated TOC values show good correlation, emphasizing the reasonable applicability of the method. The accumulation of organic carbon in marine surface sediments is a key parameter in the control of mineralization processes and the material exchange between the sediment and the ocean water. Our approach will help to improve global budgets of nutrient and carbon cycles.

Carbonate sedimentation beneath the Carlifornia Current system

A north-south transect of 17 cores was constructed along the eastern boundary of the California Current system from 33° to 42°N to investigate the changes in biogenic sedimentation over the past 30 kyr. Percentages and mass accumulation rates of CaCO3, Corg, and biogenic opal were assembled at 500 to 1000 years/sample to provide relatively high resolution. Time-space maps reveal a complex pattern of changes that do not follow a simple glacial-interglacial two-mode model. Biogenic sedimentation shows responses that are sometimes time-transgressive and sometimes coeval, and most of the responses show more consistency within a limited geographic area than any temporal consistency. Reconstructed conditions during late oxygen isotope stage 3 were more like early Holocene conditions than any other time during the last 30 kyr. Coastal upwelling and productivity during oxygen isotope stage 3 were relatively strong along the central California margin but were weak along the northern California margin. Precipitation increased during the last glacial interval in the central California region, and the waters of the southern California margin had relatively low productivity. Productivity on the southern Oregon margin was relatively low at the beginning of the last glacial interval, but by about 20 ka, productivity in this area significantly increased. This change suggests that the center of the divergence of the West Wind Drift shifted south at this time. The end of the last glacial interval was characterized by increased productivity in the southern California margin and increased upwelling along the central California margin but upwelling remained weak along the northern California margin. A sudden (<300 years) decrease in CaCO3, Corg, and biogenic opal occurred at 13 ka. The changes suggest a major reorientation of the atmospheric circulation in the North Pacific and western North America and the establishment of a strong seasonality in the central California region. A carbonate preservation event occurred at 10 ka that appears to reflect the uptake of CO2 by the terrestrial biosphere as the northern latitudes were reforested following retreat of the glaciers. The Holocene has been a period of relatively high productivity in the southern California margin, relatively strong coastal upwelling along the central California margin, relatively weak upwelling along the northern California margin, and the northward migration of the divergence zone of the West Wind Drift.

Avaliação da correlação entre os parâmetros, carbono orgânico total e elementos tóxicos, em solo de um posto de serviço e revenda de combustíveis

Today a major responsibility for the contamination of soil and groundwater and surface water are establishments known as gas stations of fuel which has attracted increasing attention from both the general population as the state agencies of environmental control due to leaks in storage tanks and mainly to disruption of pipe corrosion of tanks and pumping. Other services, like oil changes and car wash are also causes for concern in this type of establishment. These leaks can cause or waste produced, and the contamination of aquifers, serious health problems and public safety, since most of these stations located in urban areas. Based on this, the work was to evaluate soil contamination of a particular service station and fuel sales in the city of Natal, through the quantification of heavy metals like Cd, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn of total organic carbon (TOC) and organic matter using different techniques such as optical emission spectrometry with inductively coupled plasma source (ICP OES), Total Organic Carbon analyzer and gravimetric analysis respectively. And also to characterize the soil through particle size analysis. Samples were taken in 21 georeferenced points and collected in the same period. The soils sampled in sampling stations P3, P5, P6, P10, P11, P12, P13, P14, P15, P17, P18 and P20 showed the smallest size fractions ranging from fine sand to medium sand. The other study sites ranged from fine sand to medium sand, except the point P8 showed that only the type size medium sand and P19, indicating a particle size of the coarse type. The small correlation of organic matter with the elements studied in this work suggests that these are not of anthropogenic origin but geochemical support