Energy demands of diverse spiking cells from the neocortex, hippocampus, and thalamus

It has long been known that neurons in the brain are not physiologically homogeneous. In response to current stimulus, they can fire several distinct patterns of action potentials that are associated with different physiological classes ranging from regular-spiking cells, fast-spiking cells, intrinsically bursting cells, and low-threshold cells. In this work we show that the high degree of variability in firing characteristics of action potentials among these cells is accompanied with a significant variability in the energy demands required to restore the concentration gradients after an action potential. The values of the metabolic energy were calculated for a wide range of cell temperatures and stimulus intensities following two different approaches. The first one is based on the amount of Na+ load crossing the membrane during a single action potential, while the second one focuses on the electrochemical energy functions deduced from the dynamics of the computational neuron models. The results show that the thalamocortical relay neuron is the most energy-efficient cell consuming between 7 and 18 nJ/cm(2) for each spike generated, while both the regular and fast spiking cells from somatosensory cortex and the intrinsically-bursting cell from a cat visual cortex are the least energy-efficient, and can consume up to 100 nJ/cm(2) per spike. The lowest values of these energy demands were achieved at higher temperatures and high external stimuli.

Alcohol-Related Brain Damage in Humans

Chronic excessive alcohol intoxications evoke cumulative damage to tissues and organs. We examined prefrontal cortex (Brodmann's area (BA) 9) from 20 human alcoholics and 20 age, gender, and postmortem delay matched control subjects. H & E staining and light microscopy of prefrontal cortex tissue revealed a reduction in the levels of cytoskeleton surrounding the nuclei of cortical and subcortical neurons, and a disruption of subcortical neuron patterning in alcoholic subjects. BA 9 tissue homogenisation and one dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) proteomics of cytosolic proteins identified dramatic reductions in the protein levels of spectrin beta II, and alpha- and beta-tubulins in alcoholics, and these were validated and quantitated by Western blotting. We detected a significant increase in a-tubulin acetylation in alcoholics, a non-significant increase in isoaspartate protein damage, but a significant increase in protein isoaspartyl methyltransferase protein levels, the enzyme that triggers isoaspartate damage repair in vivo. There was also a significant reduction in proteasome activity in alcoholics. One dimensional PAGE of membrane-enriched fractions detected a reduction in beta-spectrin protein levels, and a significant increase in transmembranous alpha 3 (catalytic) subunit of the Na+, K+-ATPase in alcoholic subjects. However, control subjects retained stable oligomeric forms of a-subunit that were diminished in alcoholics. In alcoholics, significant loss of cytosolic alpha-and beta-tubulins were also seen in caudate nucleus, hippocampus and cerebellum, but to different levels, indicative of brain regional susceptibility to alcohol-related damage. Collectively, these protein changes provide a molecular basis for some of the neuronal and behavioural abnormalities attributed to alcoholics

Differential Neuroprotective Effects of 5 '-Deoxy-5 '-Methylthioadenosine

Background: 5'-deoxy-5'-methylthioadenosine (MTA) is an endogenous compound produced through the metabolism of polyamines. The therapeutic potential of MTA has been assayed mainly in liver diseases and, more recently, in animal models of multiple sclerosis. The aim of this study was to determine the neuroprotective effect of this molecule in vitro and to assess whether MTA can cross the blood brain barrier (BBB) in order to also analyze its potential neuroprotective efficacy in vivo. Methods: Neuroprotection was assessed in vitro using models of excitotoxicity in primary neurons, mixed astrocyte-neuron and primary oligodendrocyte cultures. The capacity of MTA to cross the BBB was measured in an artificial membrane assay and using an in vitro cell model. Finally, in vivo tests were performed in models of hypoxic brain damage, Parkinson's disease and epilepsy. Results: MTA displays a wide array of neuroprotective activities against different insults in vitro. While the data from the two complementary approaches adopted indicate that MTA is likely to cross the BBB, the in vivo data showed that MTA may provide therapeutic benefits in specific circumstances. Whereas MTA reduced the neuronal cell death in pilocarpine-induced status epilepticus and the size of the lesion in global but not focal ischemic brain damage, it was ineffective in preserving dopaminergic neurons of the substantia nigra in the 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydro-pyridine (MPTP)-mice model. However, in this model of Parkinson's disease the combined administration of MTA and an A(2A) adenosine receptor antagonist did produce significant neuroprotection in this brain region. Conclusion: MTA may potentially offer therapeutic neuroprotection.

Efeitos da hipóxia-isquemia perinatal sobre o comportamento motor, distribuição da Tirosina Hidroxilase na substância negra e da NADPH diaforase no hipocampo durante o desenvolvimento em ratos

A hipóxia isquemia (HI) pré-natal é uma das principais causas de mortalidade e doenças neurológicas crônicas em neonatos, que podem apresentar déficits remanentes como: retardamento, paralisia cerebral, dificuldade de aprendizado ou epilepsia. Estes prejuízos, provavelmente, estão relacionados com o atraso no desenvolvimento neural, astrogliose e com a perda de neurônios e oligodendrócitos. Déficits funcionais e cognitivos estão associados à degeneração de vias dopaminérgicas e de estruturas hipocampais. A enzima tirosina hidroxilase (TH) é a enzima limitante na síntese de dopamina e seus níveis são alterados em eventos de HI. O óxido nítrico (NO) é um gás difusível que atua modulando diferentes sistemas, participando de eventos como plasticidade sináptica e neuromodulação no sistema nervoso central e é produzido em grandes quantidades em eventos de injúria e inflamação, como é o caso da HI. O presente estudo teve por objetivos avaliar, utilizando o modelo criado por Robinson e colaboradores em 2005, os efeitos da HI sobre o comportamento motor e avaliar o desenvolvimento de estruturas encefálicas relacionadas a este comportamento como a substância negra (SN) e o complexo hipocampal. A HI foi induzida a partir do clampeamento das artérias uterinas da rata grávida, por 45 minutos no décimo oitavo dia de gestação (grupo HI). Em um grupo de fêmeas a cirurgia foi realizada, mas não houve clampeamento das artérias (grupo SHAM). A avaliação do comportamento motor foi realizada com os testes ROTAROD e de campo aberto em animais de 45 dias. Os encéfalos foram processados histologicamente nas idades de P9, P16, P23 e P90, sendo então realizada imunohistoquímica para TH e histoquímica para NADPH diaforase (NADPH-d), para avaliação do NO. Nossos resultados demonstraram redução da imunorreatividade para a TH em corpos celulares na SN aos 16 dias no grupo HI e aumento na imunorreatividade das fibras na parte reticulada aos 23 dias, com a presença de corpos celulares imunorreativos nesta região no grupo HI. Demonstramos também aumento do número de células marcadas para NADPH-d no giro dentado nos animais HI, nas idades analisadas, assim como aumento na intensidade de reação no corno de Ammon (CA1 e CA3) aos 9 dias no grupo HI, e posterior redução nesta marcação aos 23 e 90dias neste mesmo grupo. Nos testes comportamentais, observamos diminuição da atividade motora no grupo HI com uma melhora do desempenho ao longo dos testes no ROTAROD, sem entretanto atingir o mesmo nível do grupo SHAM. Os animais HI não apresentaram maior nível de ansiedade em relação ao grupo SHAM, descartando a hipótese das alterações observadas nos testes de motricidade estarem relacionadas a fatores ansiogênicos. O modelo de clampeamento das artérias uterinas da fêmea se mostrou uma ferramenta importante no estudo das alterações decorrentes do evento de HI pré-natal, por produzir diversos resultados que são similares aos ocorridos em neonatos que passam por este evento.

Increased antiparkinson efficacy of the combined administration of VEGF- and GDNF-loaded nanospheres in a partial lesion model of Parkinson's disease

Current research efforts are focused on the application of growth factors, such as glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) and vascular endothelial growth factor (VEGF), as neuroregenerative approaches that will prevent the neurodegenerative process in Parkinson's disease. Continuing a previous work published by our research group, and with the aim to overcome different limitations related to growth factor administration, VEGF and GDNF were encapsulated in poly(lactic-co-glycolic acid) nanospheres (NS). This strategy facilitates the combined administration of the VEGF and GDNF into the brain of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) partially lesioned rats, resulting in a continuous and simultaneous drug release. The NS particle size was about 200 nm and the simultaneous addition of VEGF NS and GDNF NS resulted in significant protection of the PC-12 cell line against 6-OHDA in vitro. Once the poly(lactic-co-glycolic acid) NS were implanted into the striatum of 6-OHDA partially lesioned rats, the amphetamine rotation behavior test was carried out over 10 weeks, in order to check for in vivo efficacy. The results showed that VEGF NS and GDNF NS significantly decreased the number of amphetamine-induced rotations at the end of the study. In addition, tyrosine hydroxylase immunohistochemical analysis in the striatum and the external substantia nigra confirmed a significant enhancement of neurons in the VEGF NS and GDNF NS treatment group. The synergistic effect of VEGF NS and GDNF NS allows for a reduction of the dose by half, and may be a valuable neurogenerative/neuroreparative approach for treating Parkinson's disease.

Depression of Serotonin Synaptic Transmission by the Dopamine Precursor L-DOPA

Imbalance between the dopamine and serotonin (5-HT) neurotransmitter systems has been implicated in the comorbidity of Parkinson's disease (PD) and psychiatric disorders. L-DOPA, the leading treatment of PD, facilitates the production and release of dopamine. This study assessed the action of L-DOPA on monoamine synaptic transmission in mouse brain slices. Application of L-DOPA augmented the D2-receptor-mediated inhibitory postsynaptic current (IPSC) in dopamine neurons of the substantia nigra. This augmentation was largely due to dopamine release from 5-HT terminals. Selective optogenetic stimulation of 5-HT terminals evoked dopamine release, producing D2-receptor-mediated IPSCs following treatment with L-DOPA. In the dorsal raphe, L-DOPA produced a long-lasting depression of the 5-HT1A-receptor-mediated IPSC in 5-HT neurons. When D2 receptors were expressed in the dorsal raphe, application of L-DOPA resulted in a D2-receptor-mediated IPSC. Thus, treatment with L-DOPA caused ectopic dopamine release from 5-HT terminals and a loss of 5-HT-mediated synaptic transmission.

Relação entre fatores genéticos envolvidos em vias metabólicas mitocondriais e a doença de Parkinson

A doença de Parkinson (DP) é uma das desordens neurodegenerativas mais comuns associada ao envelhecimento, alcançando 2% aos 70 anos. É uma doença caracterizada pela degeneração progressiva de neurônios dopaminérgicos nigrais nos gânglios basais e pela presença de inclusões protéicas citoplasmáticas denominadas corpúsculos e neuritos de Lewy nos neurônios sobreviventes. A etiologia da DP é pouco conhecida, sendo considerada, na maioria dos casos, idiopática. Conhecimentos alcançados nos últimos 15 anos sobre a base genética da DP demonstram, claramente, que os fatores genéticos desempenham um importante papel na etiologia desta desordem. Neste trabalho, rastreamos mutações nos genes que codificam proteínas participantes de vias metabólicas mitocondriais (Parkin, PINK1 e DJ-1) em 136 pacientes brasileiros com manifestação precoce da DP, através do sequenciamento automático e da técnica de MLPA. Avaliamos a presença de variantes de sequência por meio do sequenciamento dos exons 1 a 12 do gene Parkin e dos exons 1 a 8 do gene PINK1. Em Parkin foram identificadas três mutações patogênicas ou potencialmente patogênicas, ambas em heterozigose: p.T240M, p.437L e p.S145N. Em PINK1 não encontramos variantes de ponto patogênicas. Através da técnica de MLPA investigamos alterações de dosagem nos genes Parkin, PINK1 e DJ-1. Identificamos cinco alterações no gene Parkin em quatro pacientes: uma duplicação heterozigota do exon 4 no paciente PAR2256, uma deleção heterozigota do exon 4 no probando PAR2099, uma deleção homozigota do exon 4 na paciente PAR3380 e um probando heterozigoto composto (PAR2396) com duas alterações, uma duplicação do exon 3 e uma deleção dos exons 5 e 6. No gene PINK1 identificamos uma deleção heterozigota do exon 1, que nunca foi descrita na literatura, em um paciente (PAR2083). Não encontramos alteração quantitativa no gene DJ-1. Neste estudo obtivemos uma frequência total de mutações patogênicas (pontuais e de dosagem) nos genes estudados de 7,3%, sendo 6,6% no gene Parkin e 0,7% no gene PINK1.

From the Cajal alumni Achucarro and Rio-Hortega to the rediscovery of never-resting microglia

Under the guidance of Ramon y Cajal, a plethora of students flourished and began to apply his silver impregnation methods to study brain cells other than neurons: the neuroglia. In the first decades of the twentieth century, Nicolas Achucarro was one of the first researchers to visualize the brain cells with phagocytic capacity that we know today as microglia. Later, his pupil Pio del Rio-Hortega developed modifications of Achucarro's methods and was able to specifically observe the fine morphological intricacies of microglia. These findings contradicted Cajal's own views on cells that he thought belonged to the same class as oligodendroglia (the so called "third element" of the nervous system), leading to a long-standing discussion. It was only in 1924 that Rio-Hortega's observations prevailed worldwide, thus recognizing microglia as a unique cell type. This late landing in the Neuroscience arena still has repercussions in the twenty first century, as microglia remain one of the least understood cell populations of the healthy brain. For decades, microglia in normal, physiological conditions in the adult brain were considered to be merely "resting," and their contribution as "activated" cells to the neuroinflammatory response in pathological conditions mostly detrimental. It was not until microglia were imaged in real time in the intact brain using two-photon in vivo imaging that the extreme motility of their fine processes was revealed. These findings led to a conceptual revolution in the field: "resting" microglia are constantly surveying the brain parenchyma in normal physiological conditions. Today, following Cajal's school of thought, structural and functional investigations of microglial morphology, dynamics, and relationships with neurons and other glial cells are experiencing a renaissance and we stand at the brink of discovering new roles for these unique immune cells in the healthy brain, an essential step to understand their causal relationship to diseases.

Proteomic Analysis of the Ubiquitin Landscape in the Drosophila Embryonic Nervous System and the Adult Photoreceptor Cells

Background Ubiquitination is known to regulate physiological neuronal functions as well as to be involved in a number of neuronal diseases. Several ubiquitin proteomic approaches have been developed during the last decade but, as they have been mostly applied to non-neuronal cell culture, very little is yet known about neuronal ubiquitination pathways in vivo. Methodology/Principal Findings Using an in vivo biotinylation strategy we have isolated and identified the ubiquitinated proteome in neurons both for the developing embryonic brain and for the adult eye of Drosophila melanogaster. Bioinformatic comparison of both datasets indicates a significant difference on the ubiquitin substrates, which logically correlates with the processes that are most active at each of the developmental stages. Detection within the isolated material of two ubiquitin E3 ligases, Parkin and Ube3a, indicates their ubiquitinating activity on the studied tissues. Further identification of the proteins that do accumulate upon interference with the proteasomal degradative pathway provides an indication of the proteins that are targeted for clearance in neurons. Last, we report the proof-of-principle validation of two lysine residues required for nSyb ubiquitination. Conclusions/Significance These data cast light on the differential and common ubiquitination pathways between the embryonic and adult neurons, and hence will contribute to the understanding of the mechanisms by which neuronal function is regulated. The in vivo biotinylation methodology described here complements other approaches for ubiquitome study and offers unique advantages, and is poised to provide further insight into disease mechanisms related to the ubiquitin proteasome system.

Curso temporal dos efeitos da exposição à nicotina durante a lactação no sistema colinérgico cerebral de ratos

A Organização Mundial da Saúde estima que existam aproximadamente 250 milhões de mulheres tabagistas no mundo. Em países em desenvolvimento, a prevalência do tabagismo pode variar de 11 a 35% em mulheres grávidas, constituindo um problema de saúde pública. Nicotina, um agonista colinérgico considerado o mais importante componente ativo da fumaça do cigarro, é capaz de causar déficits em um cérebro em desenvolvimento, no entanto, muitos estudos investigam estes efeitos durante a gestação de roedores, que corresponde aos dois primeiros trimestres de gestação em humanos. O presente estudo, foi focado nos efeitos da nicotina sobre o sistema colinérgico cerebral durante o equivalente ao terceiro trimestre de gestação em humanos. Ratas lactantes foram expostas a nicotina (NIC, 6 mg/Kg/dia) ou a salina (SAL) via mini-bombas osmóticas (s.c.) a partir do 2 dia ate o 16 dia pós-natal (PN). Filhotes NIC e SAL foram sacrificados durante a exposição, em PN15, e após a retirada em três momentos diferentes, PN21, PN30 e em PN90. Quatro biomarcadores foram considerados. Para avaliação dos efeitos sobre os receptores nicotínicos de acetilcolina (nAChRs), nós utilizamos [3H]citisina, que é um ligante seletivo para α4β2. Nos também medimos o marcador [3H]hemicholinium-3 (CH-3) de alta afinidade para o transportador pré-sináptico de colina, e a atividade das enzimas colina acetiltransferase (ChAT) e acetilcolinesterase (AChE) no córtex cerebral (CX), mesencéfalo (MB) e hipocampo (HP) na prole. O grupo NIC apresentou supra-regulação de nAChRs em todas as regiões durante a exposição, este efeito foi revertido pouco tempo após a retirada. Interessantemente, uma significante infra-regulação de nAChRs foi observada após um longo tempo da retirada somente em CX. A exposição à nicotina reduziu a marcação para HC-3 durante a exposição em todas as regiões e foi revertida em PN21. Já em PN30, o grupo NIC apresentou uma diminuição do HC-3. Em contraste, em PN90, foi observado um aumento de HC-3. Não foram observados efeitos para atividade da ChAT e da AChE em CX. No que diz respeito ao MB, o grupo NIC apresentou um aumento de atividade para ambas as enzimas, ChAT e AChE, em PN30. Para a mesma idade, nos observamos um decréscimo desta atividade somente em HP. E, após um longo tempo de retirada, somente HP apresentou um aumento na atividade da ChAT. Estes dados sugerem que a exposição à nicotina em ratos durante o equivalente ao terceiro trimestre de gestação em humanos promove alterações no sistema colinérgico dos filhotes. Somado a isto, nossos resultados indicam que os efeitos prejudiciais são observáveis mesmo muito tempo após a exposição ter sido interrompida.

Distribuição da caspase-3 clivada no cerebelo de ratos durante o desenvolvimento em um modelo de hipóxia-isquemia sistêmica pré-natal

A Hipóxia-isquemia (HI) perinatal é um problema de saúde pública, e ocorrem aproximadamente 1,5 casos de encefalopatias por HI por 1000 nascidos vivos. Dos que sobrevivem 25-60% sofrem de deficiências permanentes do desenvolvimento neurológico, incluindo paralisia cerebral, convulsões, retardo mental, e dificuldade de aprender. Neurônios e oligodendrócitos, especialmente os progenitores, são os mais afetados pela HI. Existem vários modelos de HI, no entanto, poucos levam em consideração as intercorrências maternas, a importância da atividade placentária, e as trocas entre mãe-filho, que são clinicamente observadas em humanos. Robinson estabeleceu um modelo de HI sistêmica pré-natal transitório, onde o fluxo das artérias uterinas da rata grávida era obstruído por 45 minutos no décimo oitavo dia (E18) de gestação. Neste modelo foram observadas alterações que são similares às observadas em cérebros humanos que passaram por hipóxia perinatal, dentre as quais foram relatados aumento no nível de apoptose. Caspase-3 é descrita como uma enzima que atua na apoptose, e é amplamente utilizada como marcador para células apoptóticas. Vários autores vêm mostrando, entretanto, que a enzima caspase-3 pode estar ativada para fins não apoptóticos. No modelo de HI sistêmica pré-natal, foram observados astrogliose na substância branca, morte de oligodendrócitos, lesão em axônios tanto na substância branca como no córtex cerebral, e danos motores. Pouco se sabe da influencia do insulto HI no desenvolvimento do cerebelo, considerando que o cerebelo junto com o córtex motor, contribui para o controle motor. O objetivo desse trabalho foi avaliar a distribuição da caspase-3 clivada durante o desenvolvimento do cerebelo em um modelo de HI pré-natal. Os resultados deste trabalho demonstram que as células caspase-3 clivadas apresentaram duas morfologias distintas em ambos os grupos. Uma onde a caspase-3 foi observada apenas no núcleo, oscilando entre células com imunorreatividade fraca a intensa, e de células com a presença da caspase-3 no corpo celular, nos prolongamentos condensados e presença de fragmentos ao redor do soma, morfologia típica de célula em apoptose. A HI pré-natal, assim como nos hemisférios cerebrais, levou ao aumento de células caspase-3 clivadas com morfologia de progenitores de oligodendrócitos no cerebelo do grupo HI em P2, mas não em P9 e P23. Também foi demonstrado que a HI pré-natal não levou a uma ativação da apoptose em oligodendrócitos, neurônios e microglia (identificados por seus respectivos marcadores, CNPase, NeuN e ED1) apresentando marcação no núcleos de células GFAP+, na substância branca, camada granular e nas células da glia de Bergmann, em P9 e P23 no cerebelo. Podemos concluir que a HI pré-natal aumentou o número de células imunorreativas para a caspase-3 em um período crítico do desenvolvimento da oligodendroglia no cerebelo, e que a diminuição de progenitores de oligodendrócitos no cerebelo decorrente do insulto pré-natal visto em trabalhos anteriores, pode estar relacionada a morte celular por apoptose, embora não se possa descartar a hipótese da participação dessas células que apresentam caspase-3 clivada em outros eventos não apoptóticos desencadeados pela hipóxia-isquemia.

Avaliação morfofuncional do complexo hipocampal em ratos submetidos a um modelo de hipóxia-isquemia pré-natal

A diminuição do aporte de oxigênio e nutrientes na vida perinatal resulta em danos, como astrogliose, morte de neurônios e de células proliferativas. Déficits cognitivos podem estar relacionados a danos no hipocampo. Neste trabalho avaliamos a citoarquitetura do giro dentado (DG) durante o desenvolvimento e a memória de ratos submetidos à HI. Para tal, utilizamos a técnica de imunohistoquímica para marcador de proliferação celular (KI67), neurônio jovem (DCX), de astrócitos (GFAP) e de óxido nítrico sintase neuronal (NOSn). Para avaliar a memória de curta e de longa duração foi utilizado o teste de reconhecimento de objetos (RO). Ratas Wistar grávidas em E18 foram anestesiadas (tribromoetanol) e as quatro artérias uterinas foram ocluídas com grampos de aneurisma (Grupo HI). Após 45 minutos, os grampos foram removidos e foi feita a sutura por planos anatômicos. Os animais do grupo controle (SHAM) sofreram o mesmo procedimento, excetuando a oclusão das artérias. Os animais nasceram a termo. Animais com idades de 7 a 90 dias pós-natal (P7 a P90), foram anestesiados e perfundido-fixados com paraformaldeído a 4%, e os encéfalos submetidos ao processamento histológico. Cortes coronais do hipocampo (20m) foram submetidos à imunohistoquímica para KI67, DCX, GFAP e NOSn. Animais P90 foram submetidos ao RO. Os procedimentos foram aprovados pelo comitê de ética (CEA/019/2010). Observamos menor imunomarcação para KI67 no giro dentado de animais HI em P7. Para a marcação de DCX nesta idade não foi observada diferença entre os grupos. Animais HI em P15, P20 e P45 tiveram menor imunomarcação para DCX e Ki67 na camada granular. Animais P90 de ambos os grupos não apresentaram marcação para KI67 e DCX. Vimos aumento da imunomarcação para GFAP nos animais HI em todas as idades. A imunomarcação para NOSn nos animais HI foi menor em todas as idades. O maior número de células NOSn positivas foi visto em animais P7 em ambos os grupos na camada polimórfica. Em P15, animais HI apresentam células NOSn+ em todo o DG. Em P30 animais HI apresentam células NOSn+ nas camadas polimórfica e sub-granular. Animais adultos (P90) de ambos os grupos apresentam células NOSn positivas apenas nas camadas granular e sub-granular. Embora animais HI P90 não apresentaram déficits de memória, estes apresentaram menor tempo de exploração do objeto. Comportamento correspondente a déficits de atenção em humanos. Nossos resultados sugerem que HI perinatal diminui a população de células proliferativas, de neurônios jovens, de neurônios NOSn+, além de causar astrogliose e possivelmente déficits de atenção. O modelo demonstrou ser útil para a compreensão dos mecanismos celulares das lesões hipóxico-isquêmicas e pode ser usado para testar estratégias terapêuticas.

Adaptive evolution of MRGX2, a human sensory neuron specific gene involved in nociception

MRGX2, a G-protein-coupled receptor, is specifically expressed in the sensory neurons of the human peripheral nervous system and involved in nociception. Here, we studied DNA polymorphism patterns and evolution of the MRGX2 gene in world-wide human populations and the representative nonhuman primate species. Our results demonstrated that MRGX2 had undergone adaptive changes in the path of human evolution, which were likely caused by Darwinian positive selection. The patterns of DNA sequence polymorphisms in human populations showed an excess of derived substitutions, which against the expectation of neutral evolution, implying that the adaptive evolution of MRGX2 in humans was a relatively recent event. The reconstructed secondary structure of the human MRGX2 revealed that three of the four human-specific amino acid substitutions were located in the extra-cellular domains. Such critical substitutions may alter the interactions between MRGX2 protein and its ligand, thus, potentially led to adaptive changes of the pain-perception-related nervous system during human evolution. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Nonparametric mixtures of factor analyzers

The mixtures of factor analyzers (MFA) model allows data to be modeled as a mixture of Gaussians with a reduced parametrization. We present the formulation of a nonparametric form of the MFA model, the Dirichlet process MFA (DPMFA). The proposed model can be used for density estimation or clustering of high dimensiona data. We utilize the DPMFA for clustering the action potentials of different neurons from extracellular recordings, a problem known as spike sorting. DPMFA model is compared to Dirichlet process mixtures of Gaussians model (DPGMM) which has a higher computational complexity. We show that DPMFA has similar modeling performance in lower dimensions when compared to DPGMM, and is able to work in higher dimensions. ©2009 IEEE.

Controlled adhesion and growth of long term glial and neuronal cultures on Parylene-c

This paper explores the long term development of networks of glia and neurons on patterns of Parylene-C on a SiO 2 substrate. We harvested glia and neurons from the Sprague-Dawley (P1-P7) rat hippocampus and utilized an established cell patterning technique in order to investigate cellular migration, over the course of 3 weeks. This work demonstrates that uncontrolled glial mitosis gradually disrupts cellular patterns that are established early during culture. This effect is not attributed to a loss of protein from the Parylene-C surface, as nitrogen levels on the substrate remain stable over 3 weeks. The inclusion of the anti-mitotic cytarabine (Ara-C) in the culture medium moderates glial division and thus, adequately preserves initial glial and neuronal conformity to underlying patterns. Neuronal apoptosis, often associated with the use of Ara-C, is mitigated by the addition of brain derived neurotrophic factor (BDNF). We believe that with the right combination of glial inhibitors and neuronal promoters, the Parylene-C based cell patterning method can generate structured, active neural networks that can be sustained and investigated over extended periods of time. To our knowledge this is the first report on the concurrent application of Ara-C and BDNF on patterned cell cultures. © 2011 Delivopoulos, Murray.