O L-glutamato (L-Glu) é o principal neurotransmissor excitatório em vertebrados e é fundamental para funções primordiais do sistema nervoso central (SNC), tais como aprendizagem e memória. Entretanto, quando este neurotransmissor está em excesso na fenda sináptica, pode provocar uma série de eventos excitotóxicos, que por sua vez, estão associados a muitas neuropatologias. A terapia da maioria dessas doenças é ineficiente e provoca sérios efeitos colaterais. Portanto, é necessário desenvolver fármacos mais efetivos e com menos efeitos colaterais. Assim, peçonhas de artrópodes como a da aranha P. bistriata, se apresentam como fontes alternativas de compostos neuroativos, pois já demonstraram efeitos neuroprotetores in vitro e in vivo, bem como anticonvulsivos. Destarte, o objetivo deste estudo foi investigar um possível efeito neuroprotetor da fração RT10, isolada da peçonha de P.bistriata, em cultura primária de neurônios e glia (CPNGs), do tecido nervoso de ratos recém-nascidos, expostos a concentrações tóxicas de L-Glu (5 mM). As CPNGs foram tratadas durante 3 horas, previamente à lesão, que foi feita por um período de 12h. Ambas as exposições (tratamento e lesão) foram conduzidas no 7.º dia in vitro (DIV). Para analisar quantitativamente e qualitativamente os efeitos dos tratamentos, bem como demonstrar a composição das CPNGs foram realizados ensaios de viabilidade celular, com o sal sódico de resazurina (SSR) e, imunomarcações com anticorpos primários para MAP2, NeuN e GFAP. A fração RT10 foi neuroprotetora, pois diminuiu a perda celular nos testes com o SSR em 10%, nas CPNGs, expostas ao L-Glu, além de apresentarem efeito maior (5%), que o do fármaco Riluzol (RIL). A neuroproteção da RT10 também foi observada nos ensaios de imunocitoquimica. Os neurônios tratados com RT10 e RIL, que foram marcados com anti-MAP2 tiveram maior prolongamentos dos dendritos em relação aos neurônios não tratados. Portanto, a intensidade da fluorescência de anti-MAP2 para os neurônios tratados com esta fração foi 38% maior em relação aos não tratados; e 21% maior quando comparados ao grupo RIL. Deste modo, podemos considerar a RT10, como uma ferramenta para a prospecção de novos fármacos contra neurodegenerações, in vitro e principalmente estudos de mecanismo de ação, cujas variáveis podem ser mais bem controladas. / L-Glutamate (L-Glu), the major excitatory neurotransmitter in the central nervous system of vertebrates, is essential to the occurrence of cognitive functions. However, when L-Glu is over-accumulated in a synaptic cleft it can provoke excitotoxicity (EXT), which has been implicated in many neurological disorders (NDs). The current therapies against NDs are undereffective and can provoke side effects, so it is necessary to develop new treatments. In this regard, neuroactive compounds obtained from Parawixia bistriata spider venom are an alternative source of neuroactive compounds, because they showed neuroprotective effects in vitro and in vivo. Thus, the main aim of this work was to evaluate a possible neuroprotective effect of RT10 fraction obtained from P. bistriata venom in primary culture of neuron and glial cells (PCNGCs) from cerebral tissue of newborn Wistar rats, after the exposition to L-glu toxic concentration (5mM). The PCNGCs were submitted to the neuroprotection treatments for 3 hours and previously to the neurotoxic treatment, which the L-glu stayed for 12h in the PNGCs. The both expositions were conducted on the 7th day in vitro (DIV). The Resazurin sodium salt (RSS) and immunocytochemistry (MAP2, NeuN e GFAP primary antibodies) trials were utilized to measure quantitatively and qualitatively the treatments, as well as to prove the culture composition. In the RSS trial, the RT10 was neuroprotector, since avoided the cell death in 10%, under the PCNGCs which were exposed to L-Glu. in addition, RT10 demonstrated higher effect than rilozole (5%). RT10 attenuated the toxic effects of L-Glu under the neuromorphology, consequently the fluorescence intensity of MAP2 at PCNGC treated with RT10 was 38% higher than untreated group and it was 21% higher than riluzole group. Thus, we can consider that RT10 compounds are valuable tools to the prospection of new drugs against NDs.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-04-18T18:15:46Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Santos, Moises Souza.pdf: 3654988 bytes, checksum: 6bcf0d0867a3d40291ae626664114a49 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-18T18:15:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Santos, Moises Souza.pdf: 3654988 bytes, checksum: 6bcf0d0867a3d40291ae626664114a49 (MD5) Previous issue date: 2018-03-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A importância do estudo de estados quimera em redes neuronais reflete no fato destes possuírem uma forte ligação com alguns tipos de anomalias diagnosticadas no cérebro, por exemplo, epilepsia,mal de Parkinson e Alzheimer. Neste trabalho, realizamos um estudo da aplicação dos gráficos de recorrência, em sua versão espacial, na caracterização da coexistência de estados coerentes e incoerentes em sistemas dinâmicos acoplados. Utilizamos um modelo constituído de osciladores de fase para uma primeira abordagem da matriz de recorrência. Nossos resultados indicam que os diagnósticos quantitativos, baseados no gráfico de recorrência, detectam não só a existência de estados quimera como também estados sincronizados e dessincronizados que por ventura emergem na rede. Sobre esse aspecto, mostramos que a análise via recorrência espacial é superior à utilização do parâmetro de ordem global pós-colapso de estados quimera. Este cenário ocorre em algumas situações onde a rede exibe quimera e esta subitamente desaparece do sistema, que passa a exibir um comportamento sincronizado na frequência de seus osciladores. Neste caso, o parâmetro de ordem global não identifica esta mudança de comportamento sendo necessário uma interpretação via outro diagnóstico. Também utilizamos a rede de conectividade cortical de gato, como forma de acoplamento, e distinguimos duas formas de estados híbridos: uma quimera com a região incoerente em dinâmica temporal de spikes e outra quimera onde a região incoerente apresenta dinâmica temporal de bursts. Identificamos que este último caso de estados quimera possui maior robustez com relação à perturbação externa aplicada no sistema.Concluímos que a região de quimera com bursts necessita de uma intensidade de perturbação duas vezes superior que a região de spikes para deixar de existir na rede de neurônios. / A importância do estudo de estados quimera em redes neuronais reflete no fato destes possuírem uma forte ligação com alguns tipos de anomalias diagnosticadas no cérebro, por exemplo, epilepsia, mal de Parkinson e Alzheimer. Neste trabalho, realizamos um estudo da aplicação dos gráficos de recorrência, em sua versão espacial, na caracterização da coexistência de estados coerentes e incoerentes em sistemas dinâmicos acoplados. Utilizamos um modelo constituído de osciladores de fase para uma primeira abordagem da matriz de recorrência. Nossos resultados indicam que os diagnósticos quantitativos, baseados no gráfico de recorrência, detectam não só a existência de estados quimera como também estados sincronizados e dessincronizados que por ventura emergem na rede. Sobre esse aspecto, mostramos que a análise via recorrência espacial é superior à utilização do parâmetro de ordem global pós-colapso de estados quimera. Este cenário ocorre em algumas situações onde a rede exibe quimera e esta subitamente desaparece do sistema, que passa a exibir um comportamento sincronizado na frequência de seus osciladores. Neste caso, o parâmetro de ordem global não identifica esta mudança de comportamento sendo necessário uma interpretação via outro diagnóstico. Também utilizamos a rede de conectividade cortical de gato, como forma de acoplamento, e distinguimos duas formas de estados híbridos: uma quimera com a região incoerente em dinâmica temporal de spikes e outra quimera onde a região incoerente apresenta dinâmica temporal de bursts. Identificamos que este último caso de estados quimera possui maior robustez com relação à perturbação externa aplicada no sistema.Concluímos que a região de quimera com bursts necessita de uma intensidade de perturbação duas vezes superior que a região de spikes para deixar de existir na rede de neurônios

A key function of the nervous system is to sample data from the external world, generate internal signals, and transform them into meaningful information that can be used to trigger behaviour. In order to gain insight into the underlying mechanism for signal transformation, the visual system has been extensively studied: partly owing to the stimulus being reliably presentable, and the anatomy being well described. The Drosophila visual system is one such system, with the added advantage of genetic tractability. In this thesis, I studied the filtering property of visual neurons at two levels, biophysical and circuit levels. The first study looks at signal transformation at the biophysical level, at the input of the visual system, in photoreceptors. Voltage-gated potassium channels counteract the depolarization caused by opening of light sensitive channels, and the heterogeneous properties of their kinetics can fine-tune the photoreceptor’s frequency response to fulfill the animal’s ecological requirements. Shaker (Kv1) and Shab (Kv2) have been identified as fast and slow inactivating components of the photoreceptor’s outward currents, however a current with intermediate kinetics (IKf) has not been molecularly identified, but had been postulated to be Shal (Kv4). I focused on characterizing this current using whole-cell patch clamp in wild type and mutants, and using antibodies for Shal. My results from whole-cell patch clamp indicated that IKf in adult R1-6 cells are not Shal, from their voltage dependence and insensitivity to a Kv4 blocker. This calls for alternative molecular basis for IKf, which is likely to be a slow inactivating component of Shaker, or a combination of its many splice variants. The second study looks at signal transformation at the circuit level, at the output end, in the third optic neuropil, lobula. Visual projection neurons project from the lobula to the central brain, and have been proposed to carry behaviourally relevant visual features to higher brain regions. It was recently shown that optogenetic activation of individual visual projection neuron types could induce distinct behaviours such as takeoff and backward walking, linking these visual neurons to specific behavioural programs downstream. Using in vivo two-photon calcium imaging, I recorded visually evoked calcium responses from three of these cell types. Cell types that showed induced takeoff and backward walking preferentially responded to dark looming stimuli or fragmented expanding local features, suggesting their role in behaviours triggered by object approach. To explore how this visual information is transformed in the downstream circuit, we identified several candidate neurons that receive input from this cell type by anatomical overlap, and then validated their connections using optogenetic activation and calcium imaging. One downstream cell-type that projects bilaterally had very similar response properties to its upstream partner, whereas another cell-type that projects ipsilaterally seemed to filter out some information from its upstream partner. This is one of the first studies that functionally characterizes lobula visual projection neurons and their downstream partners in Drosophila, and their response properties agree with the general idea that visual information becomes increasingly selective as it is sent to higher brain regions.

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Mesmo a isquemia sendo a terceira causa de morte em países industrializados, os mecanismos relacionados a esta doença ainda continuam polêmicos e obscuros. Utilizou-se a técnica de privação de oxigênio e glicose (OGD) em fatias do hipocampo de rato para investigar parâmetros mitocondriais, neurais, astrogliais e metabólicos no período de isquemia e durante o período de reoxigenação. Os resultados mostraram uma diminuição na atividade mitocondrial durante o período isquêmico que foi mantido durante todo o período de reoxigenação. Analisando o sobrenadante destas fatias submetidas à OGD, foi observado que os níveis de LDH, NSE e GFAP se elevaram. Com relação aos níveis de lactato, verificou-se sua diminuição durante todos os períodos. Os níveis de S100B estavam elevados somente durante o período de reoxigenação. Este aumento pode ser tanto um mecanismo de neuroproteção desta proteína frente ao insulto ou ainda uma liberação por dano celular astrocitário. Além disso, foi observado um grande aumento nos níveis de glutamato durante a isquemia e este aumento retornou no período de reoxigenação. Por fim, houve uma diminuição na captação de glutamato somente no período de reoxigenação. Todos estes resultados podem ser conseqüência de uma hiper-estimulação dos receptores glutamatérgicos devido ao insulto isquêmico. Em resumo, nosso estudo mostrou alterações em diversos parâmetros neuroquímicos específicos tanto no período isquêmico quanto na reoxigenação, mostrando que cada tipo celular, reage diferentemente frente ao insulto isquêmico na técnica de OGD in vitro. / Stroke is the third cause of mortality in industrialized countries, and the mechanisms related to this disease are polemic and unclear. Oxygen and glucose deprivation (OGD) in acute rat hippocampal slices was performed to investigate mitochondrial, neural, astroglial and metabolic neurochemical parameters at different ischemic and reoxygenation periods. Results showed the mitochondrial activity decrease due energy failure during ischemic insult and reoxygenation time. In the supernatant medium, LDH, NSE and glutamate levels were increased and the lactate decrease by the lack of energy observed in the ischemic period. Parameters such as GFAP, S100B and glutamate uptake suffered alterations only at the reoxygenation period. These results have shown the vulnerability of neurons facing ischemic insult. Meanwhile, it was also observed a delayed injure of astrocytes only at reoxygenation time, which demonstrate the difference between cell types at OGD. In summary, our finding has shown altered at specific neurochemical parameters in OGD in vitro which features the ischemic episodes and reoxygenation periods.

As funções fisiológicas da proteína prion (PrPc) estão sob ampla investigação e caracterização, especialmente as funções associadas ao desenvolvimento cerebral. Destaca-se que a associação de PrPc com Stress Inducible Protein 1 (STI1), induz neuritogênese e neuroproteção via proteína cinase extracelular reguladora (ERK) e proteína cinase dependente de AMPc (PKA) respectivamente. O presente estudo avaliou como a expressão de PrP cem astrócitos pode modular a interação neurônioglia e o papel de STI1 como um fator autócrino em astrócitos. PrPc modula a interação neurônio-glia, a produção de fatores tróficos solúveis e a organização da laminina secretada na matriz extracelular pelos astrócitos. Desta forma, a expressão de PrP ctanto em astrócitos quanto em neurônios é essencial para a neuritogênese e sobrevivência neuronal. O papel autócrino de STI1 em astrócitos também foi demonstrado. A interação PrPc-STI1 previne a morte celular por ativação da via de PKA, e ativa a diferenciação astrocitária, de uma forma protoplasmática para uma fibrosa pela indução de ERK1/2. De acordo com estes resultados, um menor grau de diferenciação é encontrado em camundongos deficientes para PrPc. Estes apresentam uma expresão reduzida GFAP (proteína fibrilar acídica glial) e aumentada de vimentina e nestina em comparação com aqueles derivados de animais tipo-selvagem. STI1 promove ainda parada da proliferação astrocitária ativando a via de PKC de maneira independente de PrPc. O mecanismo pelo qual STI1 é secretada por astrócitos também foi avaliado e verificou-se que este é independente da via clássica mediada pelo complexo de Golgi. STI1 secretada é encontrada numa forma solúvel e em outra associada a componentes lipídicos e foram caracterizados por microscopia eletrônica como vesículas que variam entre 20-200nm. Dentre as vias de secreção não clássicas dependentes de lipídeos, a via de \"shedding\" de membrana foi descartada visto que STI1 não é secretada em associação com lipoproteínas. STI1 está presente em frações positivas para o receptor de transferrina, Hsp70, Hsp90 e PrPc, sugerindo composição exossomal. Esses resultados indicam que STI1 pode ser classificada como um fator trófico que associado ao seu \"receptor\" ou \"co-receptor\", PrPc, modula a sobrevivência e diferenciação tanto de neurônios quanto de astrócitos / The physiological functions of PrPc are under intense investigation and characterization, particularly those associated with brain development. In neurons, the association of PrPc with its ligand, STI1, induces neuritogenesis and neuroprotection via ERK and PKA signaling pathways, respectively. The present study evaluated whether PrPc expression in astrocytes modulates neuron-glia crosstalk and the autocrine role of STI1 in astrocytes. PrPc modulates neuron-glia interaction, the production and secretion of soluble factors, and the organization of the laminin in the extracellular matrix. PrPc expression in neurons and astrocytes is essential to neuritogenesis and neuronal survival. The autocrine role of STI1 in astrocytes was also demonstrated. The PrPc-STI1 interaction prevents cell death in a PKA-dependent manner, and induces astrocyte differentiation, from a flat to a process-bearing morphology in an ERK1/2 dependent manner. We showed that PrPccnull astrocytes presented a slower rate of astrocyte maturation than wild-type ones, with reduced expression of GFAP and increased vimentin and nestin expression. STI1 inhibited proliferation of both wild-type and PrPCnull astrocytes in a PKC-dependent manner. The mechanisms by which STI1 can be secreted by astrocytes was avaliated and we demonstrated that this secretion is independent on the classical secretory pathway mediated by the Golgi apparatus. Secreted STI1 is found in a soluble form and associated with lipidic compartments and we characterized by electron microscopy as vesicles that range from 20-200nm. Among the non-classical lipid-dependent secretory pathways, STI1 secretion by shedding was ruled out since STI1 was not secreted with lipoprotein fractions. On the other hand, STI1 is present in fractions that are positive for transferrin receptor, Hsp70, Hsp90 and PrPc, suggesting an exosome identity. Taken together, these data indicate that STI1 acts as a neurotrophic factor whose activity is dependent on the expression of PrP c at the neuronal surface, modulating differentiation and survival of both neurons and astrocytes

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une pathologie neurodégénerative progressive se déclarant vers 50-60 ans. Elle est majoritairement de nature sporadique son incidence est estimée à 1 :1000. La SLA mène à une paralysie progressive et entraine généralement à la mort des patients de 2 à 5 ans suivant le diagnostic aux suite d’une fonte musculaire importante liée à la perte des neurones moteurs. Au cours des années, plusieurs mutations ont été identifiées autant chez les patients atteints de SLA sporadique que de SLA familiale. Ces mutations interfèrent avec la fonction de gènes variés, tels que DCTN1, codant pour la protéine dynactine1, sous-unité du complexe multimoléculaire dynactine. Ce complexe sert d’adaptateur au moteur moléculaire dynéine, chargé du transport axonal rétrograde, où sa fonction permettrait de régir l’activité du complexe moteur et sa capacité à lier divers cargos. Nous avons donc entrepris la caractérisation d’une lignée de poissons zèbre mutants pour dynactin1a (nommés mikre okom632, mokm632), plus particulière en terme du développement d’un type de neurone moteur primaire (les CaPs), afin de déterminer l’effet de la perte de fonction de ce gène sur l’axonogenèse, la formation et la stabilisation de la jonction neuromusculaire, sur le comportement de l’embryon, ainsi que sur le transport axonal.Nous suggérons que dynactin1 favorise la stabilité synaptique, où une perte de fonction de ce gène entraine des défauts de croissance, des anomalies éléctrophysiologiques et un comportement anormal. Ce rôle semble être indépendant des fonctions connues de régulateur du moteur dynéine. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is an adult-onset neurodegenerative disease, which is mainly sporadic in nature. This progressive pathology has an estimated incidence of 1:1000 and generally leads to death within 2-5 years of diagnosis due to muscle wasting and severe motor neuron loss. Over the last years, mutations have been identified in both sporadic and familial ALS patients, interfering with the function of many genes, including DCTN1, which encodes for a subunit of the motor protein complex subunit dynactin. The dynactin complex serves as an adaptor for the dynein motor complex, responsible for retrograde axonal transport, and it is believed to regulate dynein activity and the binding capacity for cargos. We set out to characterize a mutant zebrafish line for dynactn1a (named mikre okom632, mokm632), looking specifically at caudal primary motor neurons (CaPs), with regard to axonal development, formation and stability of the neuromuscular junction (NMJ) and the behavioral phenotype produced in embryos, as well as axonal transport metrics. We suggest a role for dynactin1 in synapse stability, where the loss-of-function of this gene leads to growth defects, electrophysiological abnormalities and behavioral deficits. This role appears to be independent of its known function as a regulator of dynein, its implication in axonal transport, or its regulation of microtubule dynamics. With this study, we hope to elucidate key molecular mechanisms in ALS etiology by revealing the role of dynactin1 in NMJ development and maintenance.

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<p>Neural stem cells are the precursors of neurons, astrocytes and oligodendrocytes. During neural development, the division of stem cells takes place close to the lumen of the neural tube, after which they migrate to their final positions within the central nervous system (CNS). Soluble factors, including growth factors, regulate neural stem cell proliferation, survival, migration and differentiation towards specific cell lineages. </p><p>This thesis describes the function of platelet-derived growth factor (PDGF) and stem cell factor (SCF) in neural stem cell regulation. PDGF was previously suggested to stimulate neuronal differentiation, but the mechanisms were not defined. This study shows that PDGF is a mitogen and a survival factor that expands a pool of immature cells from neural stem cells. The PDGF-treated cells can be stained by neuronal markers, but need further stimuli to continue their maturation. They can become either neurons or glia depending on the secondary instructive cues. Moreover, neural stem cells produce PDGF. Inhibition of this endogenous PDGF negatively affects the cell number in stem cell cultures. We find that SCF stimulates migration and supports the survival of neural stem cells, but that it has no effect on their proliferation or differentiation into neurons and glia. Intracellular signaling downstream from the receptors for PDGF and SCF includes activation of extracellular signal-regulated kinase (ERK). This investigation shows that active ERK is not needed for the differentiation of stem cells into neurons, at least not during early stages.</p><p>Neural stem cells have a future potential in the treatment of CNS disorders. To be able to use neural stem cells clinically we need to understand how their proliferation, differentiation, survival and migration are controlled. The results presented in this thesis increase our knowledge of how neural stem cells are regulated by growth factors.</p>

This thesis, Earth satellites and detection of air andground based activities by Ulf Ekblad of the Physics departmentat the Royal Institute of Technology (KTH), addresses theproblem of detecting military activities in imagery. Examplesof various techniques are presented. In particular, problemsassociated with "novelties" and "changes" in an image arediscussed and various algorithms presented. The imagery usedincludes satellite imagery, aircraft imagery, and photos offlying aircraft. The timely delivery of satellite imagery is limited by thelaws of celestial mechanics. This and other information aspectsof imagery are treated. It is e.g. shown that dozens ofsatellites may be needed if daily observations of a specificsite on Earth are to be conducted from low Earth orbit. New findings from bioinformatics and studies of small mammalvisual systems are used. The Intersecting Cortical Model (ICM),which is a reduced variant of the Pulse-Coupled Neural Network(PCNN), is used on various problems among which are changedetection. Still much more could be learnt from biologicalsystems with respect to pre- and post-processing as well asintermediate processing stages. Simulated satellite imagery is used for determining theresolution limit for detection of tanks. The necessary pixelsize is shown to be around 6 m under the conditions of thissimulation. Difference techniques are also tested on Landsat satelliteimagery with the purpose of detecting underground nuclearexplosions. In particular, it is shown that this can easily bedone with 30 m resolution images, at least in the case studied.Satellite imagery from SPOT is used for detecting undergroundnuclear explosions prior to the detonations, i.e. under certainconditions 10 m resolution images can be used to detectpreparations of underground nuclear explosions. This type ofinformation is important for ensuring the compliance of nucleartest ban treaties. Furthermore, the necessity for havingcomplementary information in order to be able to interpretimages is also shown. Keywords: Remote sensing, reconnaissance, sensor,information acquisition, satellite imagery, image processing,image analysis, change detection, pixel difference, neuronnetwork, cortex model, PCNN, ICM, entanglement, Earthobservation, nuclear explosion, SPOT, Landsat, verification,orbit.