Componente essencial do sistema de temporização circadiano, o núcleo supraquiasmático (NSQ) possui três aferências principais: o trato retinohipotalâmico (TRH), o trato geniculohipotalâmico (TGH) e as terminações serotonérgicas da rafe. Suas células possuem oscilação circadiana autônoma que resultam na expressão rítmica dos chamados genes do relógio. O presente estudo analisa as concentrações de 5-HT nos núcleos da rafe e NSQ de ratos em livre-curso e mostra que somente os núcleos obscuro e linear apresentam ritmos endógenos com ação determinante do ciclo claro-escuro na no ritmo diário; compara a organização intrínseca do NSQ de primatas e roedores, mostrando organização diferenciada dos terminais serotonérgicos e do TGH em relação aos do TRH sugerindo funções diferentes dessas aferências no NSQ de primatas. Além disso, o padrão de expressão dos genes do relógio no NSQ do primata ao longo do período de atividade mostrou que os genes BMAL1 e Per1 apresentam pico de expressão ao redor do ZT2 e o gene Per2 no ZT7. Os dados demonstram diferenças interespecíficas importantes nas características neuroquímicas e moleculares do NSQ. / Essential component of the circadian timing system, the suprachiasmatic nucleus (SCN) receives dense retinohypothalamic RHT, geniculohypothalamic tract GHT and serotonergic innervation arriving from the raphe nuclei. SCN has pacemaker cells that produce rhythmic expression of clock genes. This study investigates the levels of 5-HT in the raphe nuclei and SCN in free running rats and shows endogenous rhythms in the obscurus and linear raphe nuclei, which is regulated by the daily light: dark cycle rhythms. The comparative analysis of the intrinsic structure of the SCN of primates and rodents shows a different organizational pattern of serotonergic and GHT terminals and the RHT terminals, suggesting different actions of serotonin and neuropeptide Y in the control of circadian rhythmicity in primates. Moreover, the pattern of the clock genes SCN expression along the awaken period in the primates show that BMAL1 and Per1 RNAm peaks of expression occur around ZT2 and Per2 around ZT7. These data suggest that the neural organization of the circadian timing system in the studied primate differ from those of the most commonly studied rodents.

Relógios biológicos são marcapassos endógenos presentes tanto em eucariotos quanto em procariotos. Relógios diferentes possuem períodos distintos, e aqueles que se aproximam de 24h de oscilação são chamados circadianos. Em mamíferos, o primeiro relógio circadiano identificado situa-se no núcleo supraquiasmático, localizado no hipotálamo. O funcionamento do relógio circadiano envolve mecanismos de retroalimentação positiva e negativa, em geral tendo início com a ativação dos genes Per e Cry por CLOCK e BMAL1. Atualmente sabe-se que os relógios estão presentes em áreas do cérebro fora do núcleo supraquiasmático e em muitos tecidos periféricos. Em Drosophila e Danio rerio, os osciladores periféricos podem ser sincronizados diretamente por luz, enquanto em mamíferos o reinício de fase dos mesmos parece ser controlado por sinais regulados pelo marcapasso do núcleo supraquiasmático. Uma nova opsina, denominada melanopsina, foi recentemente descoberta na retina de todos os vertebrados estudados, em uma subpopulação de células ganglionares intrinsecamente fotossensíveis. Ela é responsável pela captura de luz e envio dessa informação para o núcleo supraquiasmático. A endotelina (ET) é um peptídeo vasoconstritor composto por 21 resíduos de aminoácidos. Existem três isoformas endógenas de ETs, designadas ET-1, ET-2 e ET-3. Três tipos de receptores para endotelinas já foram clonados, sendo eles designados ETA, ETB e ETC. Todos pertencem à família dos receptores acoplados à proteína G. Órgãos, tecidos e células de Danio rerio constituem um excelente modelo para o estudo dos genes de relógio e de ritmos in vitro. Em células embrionárias ZEM 2S deste teleósteo, constatamos a presença de melanopsina, do receptor ETA para endotelina, e dos seis genes Cry através de PCR. A presença de melanopsina também foi confirmada por imunocitoquímica. Foram realizadas curvas de crescimento em células ZEM 2S previamente mantidas por cinco dias em regime de 14C:10E (luz acesa às 9:00h). No 6º. dia, as células foram transferidas para as seguintes condições: escuro constante; 14C:10E; 10C:14E e luz constante. Houve inibição da proliferação celular por luz. O padrão de expressão temporal dos genes Per1, Cry1b, Clock e da melanopsina foi estudado, assim como sua modulação por ET-1. Células ZEM 2S foram mantidas em fotoperíodo 12C:12E (luz acesa às 9:00h) durante cinco dias, após o que foram tratadas com ET-1 nas concentrações 10-11M, 10-10M, 10-9M e 10-8M, durante 24h. O RNA extraído a cada 3h foi submetido a RT-PCR para posterior análise por PCR quantitativo. RNA ribossômico 18S foi utilizado como normalizador do experimento. Melanopsina não apresentou ritmicidade de expressão em fotoperíodo 12C:12E. ET-1 exerceu efeito bifásico, aumentando a expressão nas menores concentrações de hormônio utilizadas e diminuindo nas maiores. Na concentração 10-10M, ET-1 aparentemente estabeleceu uma oscilação ao longo das 24 horas, com crescente expressão na fase de escuro, atingindo um pico em ZT21 e decrescente durante o período de luz, com o mínimo em ZTs 6 e 9. A expressão do gene Clock é rítmica em regime fotoperíodo 12C:12E, com valores significativamente maiores em ZT12 a ZT21 do que em ZT0, ZT3 e ZT9, indicando um aumento de expressão coincidente com o período de escuro. Foi observado um pico de expressão em ZT6, durante a fase de luz. ET-1 nas concentrações de 10-11 e 10-10M aboliu o ritmo de expressão de Clock, e inibiu o pico de expressão em ZT6. Expressão de Clock permaneceu elevada somente em ZT18. Nas maiores concentrações (10-9M e 10-8M), a inibição ocorreu em todos os ZTs, abolindo completamente o ritmo e atenuando qualquer variação previamente observada entre os ZTs. A expressão do gene Per1 é rítmica em regime fotoperíodo 12C:12E, com valores significativamente maiores nos ZTs 21, 0, 3, 6 e 9 do que nos ZTs 12, 15 e 18, indicando um aumento de expressão na fase de claro. Vale mencionar que já em ZT21, há um aumento significativo antecipatório da fase de luz. Nas concentrações de 10-11 e 10-10M, ET-1 não alterou o período ou a amplitude desse ritmo. A ação evidente de ET-1 foi a inibição da expressão de Per1 na fase de luz (ZT0, ZT3, ZT6 e ZT9), e também em ZT21 (fase de escuro) nas maiores concentrações (10-9M e 10-8M) não afetando o período da oscilação, mas diminuindo marcadamente sua amplitude. A expressão de Cry1b foi rítmica durante o ciclo claro:escuro, com aumento na fase de claro e diminuição na fase de escuro. Novamente a ET-1 apresentou um efeito bifásico sobre a expressão deste gene, aumentando a mesma durante a fase de luz na concentração de 10-11M, e em ZT6 e ZT9 na concentração 10-10M. No entanto, não alterou o período ou a amplitude do ritmo. Por outro lado, durante toda a fase de luz houve inibição deste gene na presença de ET-1 10-9 e 10-8M, diminuindo a amplitude observada nas células controle. / Biological clocks are endogenous timekeepers that are present both in eukaryotic as in prokaryotic organisms. Different clocks have different periods, and those that have about 24h of oscillation are called circadian clocks. In mammals, the first identified circadian clock is located in the suprachiasmatic nucleus, in the hipothalamus. It is now well known that clocks are present in brain regions other than the suprachiasmatic nucleus and in many peripheral tissues. In Drosophila and Danio rerio, peripheral oscillators can be synchronized directly by light, while in mammals the reset of the phase seems to be controlled by signals regulated by the suprachiasmatic timekeepers. The maintenance of the circadian clock is governed by positive and negative feedback loops, in general starting with the activation of Per and Cry genes by CLOCK and BMAL1. A new opsin called melanopsin, was recently discovered in the retina of all studied vertebrates, in a subset of intrinsically photosensitive ganglion cells. This photopigment is responsible for capturing light and sending this information to the suprachiasmatic nucleus. Endothelin (ET) is a 21-amino acid residue vasoconstrictor peptide. There are three endogenous isoforms of ETs, ET1, ET2 and ET3. Three subtypes of endothelin receptors have already been cloned: ETA, ETB and ETC, all members of the family of G protein -coupled receptors. Organs, tissues and cells of Danio rerio constitute an excellent model for the study of clock genes and rhythms in vitro. In ZEM 2S embryonic cells of this teleost, we demonstrated the presence of melanopsin, the endothelin receptor ETA, and the six Cry genes by PCR. The presence of melanopsin was also confirmed by immunohistochemistry. ZEM 2S cells previously kept for five days in 14L:10D (lights on 9:00am) were transferred in the sixth day to the following conditions: constant darkness, 14L:10D, 10L:14D and constant light, and growth curves were determined. ZEM 2S showed inhibition of proliferation by light. The temporal expression pattern of the genes Per1, Cry1b, Clock and of melanopsin and their modulation by ET-1 were studied. ZEM 2S cells were kept in 12D:12L photoperiod (lights on 9:00am) for five days, and then treated with 10-11M, 10-10M, 10-9M and 10-8M ET-1, for 24h. RNA extracted every 3 hours was submitted to RT-PCR for subsequent analysis by Real Time-PCR. 18S ribosomal RNA was used to normalize the results. Melanopsin did not show rhythmicity of expression in 12D:12L photoperiod. ET-1 exhibited a biphasic effect, increasing the expression in the lower concentrations, and reducing at the higher concentrations. At 10-10M, ET-1 apparently established an oscillation along the 24h-period, with increasing expression in the dark phase, reaching a peak at ZT2, and decreasing during the light phase, with the minimum at ZT6 and 9. The expression of Clock gene was rhythmic in 12D:12L photoperiod, with significant higher values in ZT12 to ZT21 than ZT0, ZT3 e ZT9, indicating an increase of expression coincident with the dark period. A peak of expression was observed at ZT6, during the light phase. At 10-11 and 10-10M, ET-1 abolished the rhythm of expression of Clock, and inhibited the peak of expression at ZT6. Expression of Clock remained high only at ZT18. At the higher concentrations (10-9M e 10-8M), the inhibition occurred at all ZTs, completely abolishing the rhythm and attenuating any variation previously observed among ZTs. The expression of Per1 gene was rhythmic in 12D:12L photoperiod, with significant higher values at ZTs 21, 0, 3, 6 and 9 than at ZTs 12, 15 and 18, indicating an increase of expression in the light phase. It is important to mention that at ZT21 there was already a significant increase, anticipatory of the light phase. At 10-11 e 10-10M, ET-1 did not alter neither the period nor the amplitude of this rhythm. The evident action of ET-1 was the inhibition of Per1 expression in the light phase (ZT0, ZT3, ZT6 e ZT9), and also at ZT21 (dark phase), at the higher concentrations (10-9M e 10-8M), with no change in the oscillation period, but markedly reducing its amplitude. The expression of Cry1b was rhythimic during the light:dark cycle, with increase in the light phase and reduction in the dark phase. Again, ET-1 showed a biphasic effect on this gene expression, increasing it during the light phase at the concentration of 10-11M, and at ZT6 and 9 at 10-10M. However, the hormone did not affect either the period or the amplitude of the rhythm. On the other hand, along the light phase, there was inhibition of Cry1b in the presence of ET-1 10-9 and 10-8M, reducing the amplitude observed in the control cells.

Ritmos biológicos e sua sincronização por ciclos ambientais geralmente são estudados em roedores, mantidos em laboratório. Nosso grupo vem estudando ritmos de atividade/repouso de roedores subterrâneos sul-americanos conhecidos como tuco-tucos (Ctenomys aff. knighti) em laboratório e campo. Na natureza, sabemos que os tuco-tucos emergem à superfície diariamente em episódios de até uma hora. Registros curtos da atividade de superfície dos tuco-tucos, anteriormente obtidos pelo grupo, haviam sugerido que o padrão diário das saídas variava sazonalmente, sendo crepusculares durante o verão e concentrados no meio do dia, durante o inverno. Esse mesmo padrão sazonal já foi observado em populações de outros roedores de deserto e foi atribuído a reações dos roedores às variações diárias de temperatura, no verão e inverno. Por outro lado, a sazonalidade dos padrões de atividade de várias espécies de mamíferos e aves também pode ser explicada pela sincronização diária do ritmo de atividade a diferentes fotoperíodos. O objetivo desse trabalho é caracterizar a variação sazonal dos ritmos diários de atividade dos tuco-tucos, com uso de bio-logging, e verificar a contribuição dos fatores ambientais para a sazonalidade desses padrões. Ao longo do ano, acelerômetros e luxímetros foram presos a 29 animais recentemente capturados (15 fêmeas e 14 machos). Cada animal foi mantido individualmente em arenas semi-naturais por um mês. Variáveis ambientais foram registradas simultaneamente. Outros 18 animais (9 fêmeas e 9 machos) foram mantidos em laboratório, expostos ao fotoperíodo natural e em ambiente com temperatura constante. Os resultados confirmaram a sazonalidade do padrão temporal de atividade de superfície dos tuco-tucos. Os acelerômetros se mostraram mais precisos e sensíveis a pequenos movimentos corporais do que os registros de telemetria encontrados na literatura. Esses sensores também revelaram padrões de atividade subterrânea e noturna, em ambiente semi-natural. Durante o verão, a atividade de superfície diária dos tuco-tucos foi melhor prevista pelo horário do dia (fator endógeno) do que pelas variações de temperatura ambiental (fator exógeno). Durante o inverno, entretanto, a temperatura ambiental teve maior contribuição no padrão de saídas dos tuco-tucos, indicando complexas contribuições dos fatores endógenos e exógenos no delineamento dos padrões de atividade / Biological rhythms and their synchronization by environmental cycles are generally studied in rodents, inside laboratory. Our group studies activity/rest rhythms of South American subterranean rodents known as tuco-tucos (Ctenomys aff. knighti), in laboratory and field. In nature, it is known that tuco-tucos emerge daily to the surface, in brief episodes. Short records of tuco-tucos\' individual surface activity, previously collected by our group, had suggested that daily temporal pattern of emergence varied seasonally, being crepuscular in summer and concentrated around midday in winter. The same seasonal pattern was observed in populations of other desert rodents and was attributed to daily variations of environmental temperature, in summer and winter. At the same time, seasonality of activity patterns of various species of mammals and birds can be explained by daily synchronization of the activity rhythm by different photoperiods. Our aim is to characterize seasonal variation of daily activity rhythms of tuco-tucos, using bio-logging, and to verify the contribution of environmental factors in the seasonality of these patterns. Throughout the year, accelerometers and luximeters were tied to 29 freshly caught animals (15 females and 14 males). Each animal was kept inside semi natural enclosures for one month. Environmental variables were recorded simultaneously. Other 18 animals (9 females and 9 males) were kept inside laboratory, exposed to natural photoperiod, in a room with constant temperature. We confirmed the seasonality of temporal pattern of surface activity of tuco-tucos. The accelerometers resulted to be more precise and sensitive to small body movements than telemetry records found in literature. They also revealed nocturnal and subterranean activity patterns inside the enclosures. During summer, daily surface activity of tuco-tucos was better predicted by time of day (endogenous factor) than by environmental temperature (exogenous factor). During winter season, however, environmental temperature has a stronger contribution on the emergence pattern in tuco-tucos, indicating complex contributions of endogenous and exogenous factors that outline activity patterns

Biological rhythms are thought to have evolved to enable organisms to organise their activities according to the Earth’s predictable cycles, but quantifying the fitness advantages of rhythms is challenging and data revealing their costs and benefits are scarce. More difficult still is explaining why parasites that exclusively live within the bodies of other organisms have biological rhythms. Rhythms exist in the development and traits of parasites, in host immune responses, and in disease susceptibility. This raises the possibility that timing matters for how hosts and parasites interact and, consequently, for the severity and transmission of diseases. Despite their obvious importance in other fields, circadian rhythms are a neglected aspect of ecology and evolutionary biology. The ambitions of this thesis are to integrate chronobiology, parasitology and evolutionary theory with mathematical models to obtain a greater understanding about how and suggest why malaria parasites have rhythms as well as the effect of infection on host rhythms. First, I identify how malaria parasites lose their developmental rhythms in culture, when they lack any potential time cues from the host. Next, I characterise parasite rhythms inside the mammalian host in terms of synchrony and timing and demonstrate there is genotype by environment interactions for characteristics of parasite rhythms. Then, I investigate the effect that parasite infection has on host rhythms and show there is variation between parasite genotypes in their effect on host locomotor activity and body temperature rhythms during infections. Finally, I explore which host rhythms may be driving parasite synchrony and timing and demonstrate the importance of peripheral host rhythms for the timing of malaria parasite developmental rhythms. The data presented here provides novel and important information on the role of rhythms during disease and opens up a new arena for studying host-parasite coevolution.

Systems that require a driving force of some kind are very common in physical and biological settings. Driving forces in a biological context are usually referred to as rhythms, pulses or clocks. Here we are interested in the effect of adding a square wave periodic driving force to a biological model. This is intended to model inputs from biological circuits with all-or-none or switch-like resposes. We study a model of cell division proposed by Novak and Tyson. Our switched input is intended to model the interaction of the mitotic oscillator with an ultradian clock. We thoroughly characterize the behaviour as a function of the durations of the active and inactive phases. We also study a model of vein formation in plant leaves proposed by Mitchison. Pulsed hormonal release greatly accelerates vein formation in this model. / x, 105 leaves : ill. (some col.) ; 29 cm.

Diss. (sammanfattning) Umeå : Sveriges lantbruksuniv., 2007. / Härtill 4 uppsatser.

Thesis (Ph.D)--University of Adelaide, Dept. of Animal Sciences, 1991? / Includes bibliographical references (leaves 166-195).

Thesis (M.S.)--Florida State University, 2005. / Advisor: James Joiner, Florida State University, College of Arts and Sciences, Dept. of Psychology. Title and description from dissertation home page (viewed Feb.1, 2006). Document formatted into pages; contains vi, 23 pages. Includes bibliographical references.

The work is focused on body weight monitoring in adolescents, aged 16 - 20 years old, within one calendar year. It is aimed at the chronotype of the personality linked to the biological rhythms. According to the topology, the testees can be divided into "larks" that are active during morning hours and by day and "owls" that are more active at dusk and by night. The thesis is dievided in two parts, theoretical and practical. In the theoretical part, it deals with body weight, adolescent phase with the special attention paid to biorhythms and sleep. The practical part is focused on measuring the adolescents, questionnaire analyses, individual procedures of the research and clarifyng of stated hypotheses.

Distúrbios cronobiológicos na Depressão podem ser explicados pela perda do poder ou estabilidade circadiana observados pela diminuição da amplitude dos ritmos e o maior número de frequências ou ritmos ultradianos (ritmos com períodos menores que 20 horas). A perda da sincronização entre os ritmos pode ser decodificada pelos sistemas fisiológicos como um estressor, capaz de iniciar, acelerar, perpetuar e exacerbar sintomas neuropsiquiátricos, visto que há uma integração de redes rítmicas estruturais e funcionais Métodos Foram avaliadas 10 pacientes com Depressão Maior em seu primeiro episódio, ainda sem uso de medicação antidepressiva, 10 pacientes com Depressão Recorrente em tratamento e 10 controles saudáveis, todas do sexo feminino. O diagnóstico de Transtorno Depressivo foi realizado através do SCID e CID 10. Os sintomas depressivos foram avaliados através das escalas Beck, MADRS e Hamilton. Os ritmos biológicos atividade-repouso e temperatura cutânea foram medidos com o actímetro Act 1.1 durante 7 dias. Também se avaliou a exposição à luz de cada sujeito. Foi utilizado o teste de Kolmogorov-Smirnov para confirmar se as varáveis tinham distribuição normal. Parâmetros de ritmos e diferenças sócio-demográficas foram analisados através de ANOVA/Tukey. O coeficiente de correlação de Rank-Spearman foi utilizado para analisar a correlação entre temperatura e atividade. Para avaliar diferenças nos escores das escalas entre os dois grupos de deprimidas foi utilizado teste t de Student para amostras independentes. Para variáveis categóricas, foi utilizado o teste qui-quadrado. Resultados O grupo de deprmidas apresentou amplitude de temperatura mais alta e amplitude de atividade mais baixa do que as controles saudáveis. Também, a correlação entre temperatura e atividade nas deprimidas apresentou maior diferença durante o dia e durante a noite do que nas controles saudáveis. Não houve diferença significativa entre deprimidas no seu primeiro episódio sem medicação e pacientes com Depressão Recorrente com medicação no que se refere à amplitude dos ritmos de temperatura e atividade-repouso. Houve acoplamento dos ritmos estudados nos três grupos Discussão Em nosso estudo, as pacientes depressivas apresentaram maior amplitude de temperatura que indivíduos saudáveis, apesar do uso de antidepressivos; as controles saudáveis demonstraram menos diferença entre os ritmos durante o dia e à noite, o que talvez foi causado pela maior atividade em pessoas saudáveis mascarando o ritmo de temperatura. Outra explicação para o aumento da amplitude circadiana em pacientes depressivas é o aumento do arrastamento pelos zeitgebers externos, provavelmente para a manutenção dos mais robustos zeitgebers -social e biológico - que são essenciais para a vida. / Changes of circadian rhythms in Depression may be explained by the loss of power or stability circadian observed by decreasing the amplitude of the rhythms and the higher number of frequencies or ultradian rhythms (rhythms with periods less than 20h). The lack of synchronization between the rhythms can be decoded by physiological systems as a stressor capable of starting, accelerating, perpetuate and exacerbate neuropsychiatric symptoms, since there is an integration of rhythmic structural and functional network Method Were evaluated 10 patients with Major Depression first episode without antidepressant medication, 10 patients with Recurrent Depression treated and 10 voluntary healthy controls, all female. The diagnosis of Depressive Disorder was conducted through the SCID and CID 10. Depressive symptoms were assessed by the Beck, MADRS and Hamilton Depression Scale. The biological rhythms as temperature and activity-rest were measured with the actímetro Act 1.1 for 7 days. Exposure to light also was evaluated. We used the Kolmogorov–Smirnov test to confirm if the variables were normal distribution. Parameters of rhythms and socio-demographic differences were analyzed by ANOVA/Tukey. The correlation coefficient of Rank-Spearman was used to analyse the correlation between temperature and activity. To evaluate differences in scores of scales between the two groups of depressed was used Student's t test for independent samples. Chi-square was tsed for categorical variables Results Depressive patients presented higher amplitude of temperature, and lower amplitude of activity than healthy subjects. Also, the correlation between temperature and activity in depressive subjects present higher difference during day and night than healthy subjects. There was no significant difference between depressive patient in the first episode without treatment and depressive patient with Recurrent Depression in relation to amplitude of temperature and activity rhythms Discussion In our sample depressive patients presented higher temperature amplitude that healthy subjects, in spite of the use of antidepressant; the correlation between temperature and activity, healthy subject demonstrated less difference between day and night, than maybe the higher activity in healthy people can mask the temperature rhythm. Another explanation for increase circadian amplitude in depressive patients is the increase of entrainment to by external zeitgebers, probably for the mainttenancy of only robust social and biological zeitgebers that are essential for life.