Blockade of action potential activity alters initial arborization of thalamic axons within cortical layer 4.

In the formation of connections during the development of the nervous system, it is generally accepted that there is an early phase not requiring neural activity and a later activity-dependent phase. The initial processes of axonal pathfinding and target selection are not thought to require neural activity, whereas the later fine-tuning of connections into their final adult patterns does. We report an apparent exception to this rule in which action potential activity seems to be required very early in development for thalamic axons to form appropriate patterns of terminal arborizations with their ultimate target neurons in layer 4 of the cerebral cortex. Blockade of sodium action potentials during the 2-week fetal period when visual thalamic axons initially grow into the primary visual cortex in cats prevents the normally occurring branching of lateral geniculate nucleus axons within layer 4. This observation implies a role for action-potential activity in cerebral cortical development far earlier than previously suspected, weeks before eye-opening and the onset of the well-known process of activity-dependent reorganization of axonal terminal arbors that leads to the formation of ocular dominance columns.

Regulation of dendrite growth, placement, and patterning in Drosophila melanogaster class 4 dendrite arborization neurons

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Neurotrophins and neuronal plasticity in the action of antidepressants and morphine

Neuronal plasticity is a well characterized phenomenon in the developing and adult brain. It refers to capasity of a single neuron to modify morphology, synaptic connections and activity. Neuronal connections and capacity for plastic events are compromised in several pathological disorders, such as major depression. In addition, neuronal atrophy has been reported in depressive patients. Neurotrophins are a group of secretory proteins functionally classified as neuronal survival factors. Neurotrophins, especially brain derived neurotrophic factor (BDNF), have also been associated with promoting neuronal plasticity in dysfunctional neuronal networks. Chronic antidepressant treatment increases plastic events including neurogenesis and arborization and branching of neurites in distinct brain areas, such as the hippocampus. One suggested mode of action is where the antidepressants elevate the synaptic levels of BDNF thus further activating several signaling cascades via trkB-receptor. In our studies we have tried to clarify the mechanisms of action for antidepressants and to resolve the role of BDNF in this process. We found that chronic antidepressant treatment increases amount of markers of neuronal plasticity in both hippocampus and in the medial prefrontal cortex, both of which are closely linked to the etiology of major depression. Secondary actions of antidepressants include rapid activation of the trkB receptor followed by a phosphorylation of transcription factor CREB. In addition, activation of CREB by phosphorylation appears responsible for the regulation of the expression of the BDNF gene. Using transgenic mice we found that BDNF-induced trkB-mediated signaling proved crucial for the behavioral effects of antidepressants in the forced swimming test and for the survival of newly-born neurons in the adult hippocampus. Antidepressants not only increased neurogenesis in the adult hippocampus but also elevated the turnover of hippocampal neurons. During these studies we also discovered that another trkB ligand, NT-4, is involved in morphine-mediated anti-nociception and tolerance. These results present a novel role for trkB-mediated signaling in plastic events present in the opioid system. This thesis evaluates neuronal plasticity and trkB as a target for future antidepressant treatments.

Homeostasis of functional maps in active dendrites emerges in the absence of individual channelostasis

The maintenance of ion channel homeostasis, or channelostasis, is a complex puzzle in neurons with extensive dendritic arborization, encompassing a combinatorial diversity of proteins that encode these channels and their auxiliary subunits, their localization profiles, and associated signaling machinery. Despite this, neurons exhibit amazingly stereotypic, topographically continuous maps of several functional properties along their active dendritic arbor. Here, we asked whether the membrane composition of neurons, at the level of individual ion channels, is constrained by this structural requirement of sustaining several functional maps along the same topograph. We performed global sensitivity analysis on morphologically realistic conductance-based models of hippocampal pyramidal neurons that coexpressed six well-characterized functional maps along their trunk. We generated randomized models by varying 32 underlying parameters and constrained these models with quantitative experimental measurements from the soma and dendrites of hippocampal pyramidal neurons. Analyzing valid models that satisfied experimental constraints on all six functional maps, we found topographically analogous functional maps to emerge from disparate model parameters with weak pairwise correlations between parameters. Finally, we derived a methodology to assess the contribution of individual channel conductances to the various functional measurements, using virtual knockout simulations on the valid model population. We found that the virtual knockout of individual channels resulted in variable, measurement and location-specific impacts across the population. Our results suggest collective channelostasis as a mechanism behind the robust emergence of analogous functional maps and have significant ramifications for the localization and targeting of ion channels and enzymes that regulate neural coding and homeostasis.

A neural extracellular matrix-based method for in vitro hippocampal neuron culture and dopaminergic differentiation of neural stem cells

Background: The ability to recreate an optimal cellular microenvironment is critical to understand neuronal behavior and functionality in vitro. An organized neural extracellular matrix (nECM) promotes neural cell adhesion, proliferation and differentiation. Here, we expanded previous observations on the ability of nECM to support in vitro neuronal differentiation, with the following goals: (i) to recreate complex neuronal networks of embryonic rat hippocampal cells, and (ii) to achieve improved levels of dopaminergic differentiation of subventricular zone (SVZ) neural progenitor cells. Methods: Hippocampal cells from E18 rat embryos were seeded on PLL- and nECM-coated substrates. Neurosphere cultures were prepared from the SVZ of P4-P7 rat pups, and differentiation of neurospheres assayed on PLL- and nECM-coated substrates. Results: When seeded on nECM-coated substrates, both hippocampal cells and SVZ progenitor cells showed neural expression patterns that were similar to their poly-L-lysine-seeded counterparts. However, nECM-based cultures of both hippocampal neurons and SVZ progenitor cells could be maintained for longer times as compared to poly-L-lysine-based cultures. As a result, nECM-based cultures gave rise to a more branched neurite arborization of hippocampal neurons. Interestingly, the prolonged differentiation time of SVZ progenitor cells in nECM allowed us to obtain a purer population of dopaminergic neurons. Conclusions: We conclude that nECM-based coating is an efficient substrate to culture neural cells at different stages of differentiation. In addition, neural ECM-coated substrates increased neuronal survival and neuronal differentiation efficiency as compared to cationic polymers such as poly-L-lysine.

Early astrocytic atrophy in the entorhinal cortex of a triple transgenic animal model of Alzheimer's disease

The EC (entorhinal cortex) is fundamental for cognitive and mnesic functions. Thus damage to this area appears as a key element in the progression of AD (Alzheimer's disease), resulting in memory deficits arising from neuronal and synaptic alterations as well as glial malfunction. In this paper, we have performed an in-depth analysis of astroglial morphology in the EC by measuring the surface and volume of the GFAP (glial fibrillary acidic protein) profiles in a triple transgenic mouse model of AD [3xTg-AD (triple transgenic mice of AD)]. We found significant reduction in both the surface and volume of GFAP-labelled profiles in 3xTg-AD animals from very early ages (1 month) when compared with non-Tg (non-transgenic) controls (48 and 54%, reduction respectively), which was sustained for up to 12 months (33 and 45% reduction respectively). The appearance of Lambda beta (amyloid beta-peptide) depositions at 12 months of age did not trigger astroglial hypertrophy; nor did it result in the close association of astrocytes with senile plaques. Our results suggest that the AD progressive cognitive deterioration can be associated with an early reduction of astrocytic arborization and shrinkage of the astroglial domain, which may affect synaptic connectivity within the EC and between the EC and other brain regions. In addition, the EC seems to be particularly vulnerable to AD pathology because of the absence of evident astrogliosis in response to A beta accumulation. Thus we can consider that targeting astroglial atrophy may represent a therapeutic strategy which might slow down the progression of AD.

Efeitos da hipóxia-isquemia pré-natal durante o desenvolvimento: receptores e transportadores glutamatérgicos e comunicação celular in vitro

O cérebro infantil humano submetido à hipóxia-isquemia (HI) apresenta perda de oligodendrócitos, hipomielinização, astrogliose, alterações no desenvolvimento cortical e no comportamento motor, incluindo a paralisia cerebral. O cerebelo desempenha um importante papel no controle motor e diversos danos vêm sendo observados em humanos e animais que sofreram HI. A excitotoxicidade glutamatérgica é frequentemente associada à HI e junções celulares podem ser responsáveis pela transferência de moléculas capazes de modular os danos decorrentes. Dados prévios de nosso grupo utilizando um modelo de HI pré-natal em ratos demonstraram danos permanentes na estrutura cerebelar, indicando que os efeitos deletérios da HI pré-natal podem ser mantidos até a vida adulta. O objetivo deste trabalho foi caracterizar os níveis de conexinas, receptores e transportadores de glutamato ao longo do desenvolvimento do cerebelo HI, e avaliar a configuração das junções celulares em culturas de astrócitos derivadas do cerebelo de ratos submetidos a esse modelo. Ratas no 18 dia de gestação, após anestesia, tiveram as quatro artérias uterinas obstruídas por 45 minutos (Grupo HI). Animais controle tiveram os úteros expostos sem sofrer a obstrução (Grupo SH). A gestação prosseguiu e apenas filhotes nascidos a termo foram utilizados. Os animais foram decapitados aos 2 (P2), 9 (P9), 16 (P16),23 (P23), 30 (P30), 45 (P45) e 90 (P90) dias pós-natal. Os cerebelos foram submetidos à técnica de Western blotting utilizando os anticorpos anti-NR2B, anti-GluR3, anti-EAAT1, anti-GFAP e anti-Cx43. Para a cultura de astrócitos foram utilizados cerebelos de animais P2. Após terem atingido confluência, as células foram fixadas e imunomarcadas com os anticorpos anti-Cx43, anti-GFAP, anti-nestina e anti-A2B5. Nossos resultados demonstram diferenças nos níveis de GluR3 durante o desenvolvimento do cerebelo SH e HI, havendo uma redução significativa da expressão desta subunidade no grupo HI em P9. Por outro lado, não foram verificadas alterações nos níveis de NR2B e de GFAP entre os grupos nas diferentes idades. Observou-se redução significativa de Cx43 em animais HI em P2 bem como nos astrócitos HI em cultura, os quais também apresentaram alterações morfológicas e diferenças na expressão do marcador A2B5. A alteração referente a GluR3 no grupo HI pode ser causada pela redução da arborização das células de Purkinje e pela redução no número de precursores de oligodendrócitos no cerebelo de animais HI em P9, já observadas em nosso laboratório. A diminuição de Cx43 indica que a passagem de substâncias por canais astrocitários pode estar reduzida e contribuir para a expansão dos danos persistentes descritos em HI. Alterações morfológicas e na expressão de marcadores da diferenciação de astrócitos podem refletir os potenciais efeitos de HI sobre a maturação destas células a longo-prazo. Nossos resultados apontam que a HI sistêmica pré-natal pode ser responsável por alterações que caracterizam a excitotoxicidade glutamatérgica. Ressaltamos também a importância da comunicação entre astrócitos como estratégia neuroprotetora nesta lesão.

A modulação da via do AMPc/PKA altera a morfologia da oligodendroglia e a distribuição das proteínas CNPase e MAG in vitro

A diferenciação da oligodendroglia depende de alterações coordenadas no citoesqueleto e na sua relação com a membrana plasmática, um componente importante para a formação da bainha de mielina. A 23 nucleotídeo cíclico 3 fosfodiesterase (CNPase) está relacionada com a organização do citoesqueleto, sendo uma proteína ancoradoura de microtúbulos na membrana plasmática. In vitro, a CNPase compõe, com a F-actina e os microtúbulos, as estruturas semelhantes a nervuras ou os componentes radiais. A glicoproteína associada a mielina (MAG), também é importante para a formação dos véus de membrana e está associada a CNPase e a tubulina. Além disso, as três proteínas podem ser reguladas pela via de sinalização do AMPc/PKA. Buscando avaliar os efeitos da via do AMPc/PKA na regulação da diferenciação oligodendroglial, culturas de hemisférios cerebrais com 5 dias foram tratadas por 30 min ou 24 h com o inibidor (SQ22356-SQ [1 M]) ou com o ativador (forscolina [10M]) da adenilato ciclase ou com o inibidor da PKA, H-89 [1 M]. A oligodendroglia foi identificada pelo anticorpo anti-CNPase e por sua morfologia. Com 30 min de tratamento com forscolina, as células das culturas tratadas apresentaram prolongamentos maiores e menos véus de membrana quando comparadas às culturas controle. O tratamento com SQ também causou um aumento no tamanho dos prolongamentos e o tratamento com H-89 causou a redução no tamanho dos prolongamentos e nos véus de membrana. Com 24 h, as células tratadas com forscolina apresentaram poucos prolongamentos, já as culturas tratadas com SQ apresentaram um aumento no tamanho do prolongamento e as tratadas com H-89 demonstraram redução no véu de membrana. Observamos também alterações na distribuição da CNPase, tubulina e MAG, a primeira apresentou uma concentração próxima ao núcleo depois dos dois tempos de tratamento com H-89, o mesmo ocorreu com a tubulina. A CNPase adquiriu ainda um padrão puntiforme depois de 24 h de tratamento com ambos os inibidores. A MAG apresentou um aumento na concentração próximo ao núcleo depois de 30 min de tratamento com forscolina e SQ. O tratamento com SQ também reduziu a distribuição da MAG nos véus de membrana. A mesma redução foi observada depois de 24 h de tratamento com H-89. Esses resultados reforçam a participação da via do AMPc/PKA no desenvolvimento da oligodendroglia, incluindo a formação dos prolongamentos, suas ramificações e ainda a formação dos véus de membrana, com prováveis consequências na formação e manutenção da bainha de mielina.

Análise bioclimática como ferramenta para implementação do plano diretor do campus central da UFRN

This research investigates the microclimate and the morphology features of the central campus of the UFRN, in Natal-RN, through the use of bioclimatic tools of analysis in order to assist the implementation of the campus´ Master Plan. It develops a diagnosis of the evolution and growth of the urban space surveyed by analyzing its initial plan and the basic urban conception behind it, as well as the morphology and typologies utilized. The study makes a qualitative analysis of the local microclimate by using Katzschner (1997) methodology, with land-use and topography maps, building heights, vegetation and soil covering. It also makes use of the methodology proposed by Oliveira (1993), which examines, from the bioclimatic standpoint, the human environment as related to the urban form (site and built mass). It identifies zones whose climatic characteristics are representative of the local microclimate and classifies them into areas to be strictly preserved, areas to be protected and areas to be improved. By means of the methodology for spatial and environmental assessment developed by Bustos Romero (2001), the survey selects characteristic points of each area in order to register the environmental data relative to the two basic seasons found in the region where the campus is located, that is, the dry and the rainy season, so that it can evaluate changes in the environment which might have been caused by urban density growth, by arborization or by the influence of the urban form. It then proceeds to a quantitative and statistical survey of the collected data with the purpose of evaluating the degree of influence of the identified features over the environmental variables along the different scales of approach. The study shows the existence of different microclimates and emphasizes the relevance of the bioclimatic analysis of the built environment as a tool for the decision-making process along the development of the Master Plan for UFRN Central Campus

Visitantes florais de Erythrina speciosa Andr. (Leguminosae)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Morfologia de frutos, sementes e plântulas de castanheira (Terminalia catappa L. - COMBRETACEAE)

O trabalho foi realizado com o objetivo de descrever morfologicamente os frutos, sementes e plântulas de castanheira. Foi feita a biometria dos frutos e das sementes e sua caracterização quanto à forma, por meio de mensurações com paquímetro e observações realizadas em estereomicroscópio com câmara clara. Os frutos de castanheira são carnosos, indeiscentes, do tipo nucóide, glabros, de coloração verde a vinácea, projeção das nervuras carpelares externamente evidentes, com epicarpo delgado, mesocarpo carnoso e esponjoso de coloração vinácea, com feixes vasculares conspícuos em corte transversal. Geralmente, cada fruto contém apenas uma semente. As sementes são exalbuminosas, de formas alongadas e cilíndricas, recobertas por endocarpo rígido de coloração marrom; possuem cerca de 2,5cm, 0,7cm e 0,7cm, de comprimento, largura e espessura, respectivamente. A germinação das sementes de castanheira é epígea, e a plantula é fanerocotiledonar.

Análise quali-quantitativa da arborização na praça XV de novembro em Ribeirão Preto - SP, Brasil

A Praça XV de Novembro, implantada em meados do século XIX, tem grande valor histórico-cultural, além de se constituir em uma das principais áreas verdes do centro da cidade de Ribeirão Preto. Visando ao conhecimento detalhado da vegetação para fins de orientação do manejo e conservação dessa área, foi feito um levantamento quali-quantitativo e fitossociológico das árvores e palmeiras da praça. Foram medidas altura e Diâmetro à Altura do Peito (DAP) e identificados todos os indivíduos de porte arbóreo (árvores e palmeiras) presentes na Praça, em nível de espécie. A praça ocupa uma área de 15.456,00 m², onde foram amostradas 42 espécies distribuídas por 19 famílias, num total de 161 indivíduos. Apesar de o local apresentar arborização com alto índice de diversidade de espécies (Shannon-Weaver de 3,14), os exemplares necessitam de maior atenção quanto a problemas ligados à fitossanidade e podas adequadas, fazendo que resulte em espaço seguro para os frequentadores e em boa qualidade paisagística.

Germinação de sementes de Mimosa caesalpiniaefolia Benth. em diferentes substratos e temperaturas

A Mimosa caesalpiniaefolia Benth. é uma espécie nativa da região Nordeste, que vem sendo progressivamente cultivada do Maranhão ao Rio de Janeiro. A planta apresenta grande potencial para arborização, cerca viva e produção de madeira. O presente trabalho teve como objetivo definir o tipo de substrato, a temperatura, o tempo médio e a frequência relativa de germinação, para auxiliar a condução de testes de germinação e vigor em sementes de Mimosa caesalpiniaefolia. Para tanto, realizou-se um experimento no Laboratório de Análise de Sementes do CCA-UFPB, em Areia-PB, em delineamento inteiramente casualizado com os tratamentos distribuídos em esquema fatorial 4x4, com os fatores temperaturas (20, 25, 30ºC constantes e 20-30ºC alternadas) e substratos (entre papel, sobre papel, entre areia e entre vermiculita), em quatro repetições de 25 sementes. Foram analisados os seguintes parâmetros: porcentagem de germinação e de plântulas anormais, primeira contagem da germinação e velocidade de germinação, tempo médio e frequência relativa de germinação, massa fresca e massa seca de plântulas. A temperatura de 25ºC mostrou-se mais adequada para a condução dos testes de germinação e vigor em sementes de Mimosa caesalpiniaefolia, independentemente do substrato utilizado. O substrato entre papel foi o mais apropriado para avaliação da qualidade fisiológica das sementes e a sincronização do processo germinativo foi maior no substrato entre papel, independentemente da temperatura empregada.

Caracterização de subpopulações de interneurônios imunorreativos para proteínas ligantes de cálcio no córtex pré-frontal do Sagui (Callithrix jacchus): distribuição e morfologia

Cortical interneurons are characterized by their distinct morphological, physiological and biochemical properties, acting as modulators of the excitatory activity by pyramidal neurons, for example. Various studies have revealed differences in both distribution and density of this cell group throughout distinct cortical areas in several species. A particular class of interneuron closely related to cortical modulation is revealed by the immunohistochemistry for calcium binding proteins calbindin (CB), calretinina (CR) and parvalbumin (PV). Despite the growing amount of studies focusing on calcium binding proteins, the prefrontal cortex of primates remains relatively little explored, particularly in what concerns a better understanding of the organization of the inhibitory circuitry across its subdivisions. In the present study we characterized the morphology and distribution of neurons rich in calcium-binding proteins in the medial, orbital and dorsolateral areas of the prefrontal cortex of the marmoset (Callithrix jacchus). Using both morphometric and stereological techniques, we found that CR-reactive neurons (mainly double bouquet and bipolar cells) have a more complex dendritic arborization than CB-reactive (bitufted and basket cells) and PV-reactive neurons (chandelier cells). The neuronal densities of CR- and CB-reactive cells are higher in the supragranular layers (II/III) whilst PV-reactive neurons, conversely, are more concentrated in the infragranular layers (V/VI). CR-reactive neurons were the predominant group in the three regions evaluated, being most prevalent in dorsomedial region. Our findings point out to fundamental differences in the inhibitory circuitry of the different areas of the prefrontal cortex in marmoset

Lymphatic drainage on healthy and neoplasic mammary glands in female dogs: Can it really be altered?

The purpose of this research was to study the mammary lymphatic drainage under a macroscopic and mesoscopic view, comparing the vascular pattern of healthy and neoplasic mammary glands injected with drawing ink alcoholic and fluorescein solutions, in 46 mongrel female dogs. The results pointed out that the thoracic gland is drained by the axillary lymph centre, but in mammary neoplasia either superficial cervical or ventral thoracic lymph centres can be involved. Cranial and caudal abdominal glands may be drained by the axillary, inguinofemoral and popliteal lymph centres. However, the popliteal drainage is specific for the healthy caudal abdominal mammary gland. The inguinal gland can be drained by both inguinofemoral and popliteal lymph centres in both neoplasic and healthy conditions. Regarding the mammary lymphatic communications, this research demonstrated that neoplasic glands present more types of anastomosis (40.9%), than healthy glands (33.33%), and an increase in contralateral anastomosis (50%) compared with healthy ones (33%). Given the data, the mammary neoplasia can change the lymphatic drainage pattern in terms of lymph centres and vascular arborization, thus forming new drainage channels and recruiting a larger number of lymph nodes. Lastly, some comments were made about the severity of a specific neoplasic mammary gland and conditions to be considered before making a decision in terms of the most adequate operative procedure, and suggestions for further investigations.