A Framework for the Development, Design and Implementation of a Sustained Arctic Ocean Observing System

Rapid Arctic warming drives profound change in the marine environment that have significant socio-economic impacts within the Arctic and beyond, including climate and weather hazards, food security, transportation, infrastructure planning and resource extraction. These concerns drive efforts to understand and predict Arctic environmental change and motivate development of an Arctic Region Component of the Global Ocean Observing System (ARCGOOS) capable of collecting the broad, sustained observations needed to support these endeavors. This paper provides a roadmap for establishing the ARCGOOS. ARCGOOS development must be underpinned by a broadly-endorsed framework grounded in high-level policy drivers and the scientific and operational objectives that stem from them. This should be guided by a transparent, internationally accepted governance structure with recognized authority and organizational relationships with the national agencies that ultimately execute network plans. A governance model for ARCGOOS must guide selection of objectives, assess performance and fitness-to-purpose, and advocate for resources. A requirements-based framework for an ARCGOOS begins with the Societal Benefit Areas (SBAs) that underpin the system. SBAs motivate investments and define the system's science and operational objectives. Objectives can then be used to identify key observables and their scope. The domains of planning/policy, strategy, and tactics define scope ranging from decades and basins to focused observing with near real time data delivery. Patterns emerge when this analysis is integrated across an appropriate set of SBAs and science/operational objectives, identifying impactful variables and the scope of the measurements. When weighted for technological readiness and logistical feasibility, this can be used to select Essential ARCGOOS Variables, analogous to Essential Ocean Variables of the Global Ocean Observing System. The Arctic presents distinct needs and challenges, demanding novel observing strategies. Cost, traceability and ability to integrate region-specific knowledge have to be balanced, in an approach that builds on existing and new observing infrastructure. ARCGOOS should benefit from established data infrastructures following the Findable, Accessible, Interoperable, Reuseable Principles to ensure preservation and sharing of data and derived products. Linking to the Sustaining Arctic Observing Networks (SAON) process and involving Arctic stakeholders, for example through liaison with the International Arctic Science Committee (IASC), can help ensure success

Dynamics of chromosomal target search by a membrane-integrated one-component receptor.

Membrane proteins account for about one third of the cellular proteome, but it is still unclear how dynamic they are and how they establish functional contacts with cytoplasmic interaction partners. Here, we consider a membrane-integrated one-component receptor that also acts as a transcriptional activator, and analyze how it kinetically locates its specific binding site on the genome. We focus on the case of CadC, the pH receptor of the acid stress response Cad system in E. coli. CadC is a prime example of a one-component signaling protein that directly binds to its cognate target site on the chromosome to regulate transcription. We combined fluorescence microscopy experiments, mathematical analysis, and kinetic Monte Carlo simulations to probe this target search process. Using fluorescently labeled CadC, we measured the time from activation of the receptor until successful binding to the DNA in single cells, exploiting that stable receptor-DNA complexes are visible as fluorescent spots. Our experimental data indicate that CadC is highly mobile in the membrane and finds its target by a 2D diffusion and capture mechanism. DNA mobility is constrained due to the overall chromosome organization, but a labeled DNA locus in the vicinity of the target site appears sufficiently mobile to randomly come close to the membrane. Relocation of the DNA target site to a distant position on the chromosome had almost no effect on the mean search time, which was between four and five minutes in either case. However, a mutant strain with two binding sites displayed a mean search time that was reduced by about a factor of two. This behavior is consistent with simulations of a coarse-grained lattice model for the coupled dynamics of DNA within a cell volume and proteins on its surface. The model also rationalizes the experimentally determined distribution of search times. Overall our findings reveal that DNA target search does not present a much bigger kinetic challenge for membrane-integrated proteins than for cytoplasmic proteins. More generally, diffusion and capture mechanisms may be sufficient for bacterial membrane proteins to establish functional contacts with cytoplasmic targets

Effekter av predatorkontroll og klima på bestandsforhold hos ærfugl på Svalbard. Sluttrapport for Svalbards Miljøvernfond

Moe, B. Hanssen, S.A., Bårdsen, B-J., Hanssen, F., Bourgeon, Pavlova, O., Nielsen, C.P., Gerland, S., & Gabrielsen, G.W. 2012. Effekter av predatorkontroll og klima på bestandsforhold hos ærfugl på Svalbard. NINA Rapport 868, 30 s. Ærfugl ble totalfredet på Svalbard i 1963, og 15 fuglereservater ble opprettet i 1973 med formål om å sikre viktige hekkeområder for fugl, særlig ærfugl og gjess. På bakgrunn av dette er det viktig å kartlegge hva som påvirker ærfuglens bestandsutvikling på Svalbard. I Kongsfjorden, som inkluderer Kongsfjorden og Blomstrandhamna fuglereservat, er ærfuglbestanden overvåket av Norsk Polarinstitutt siden 1981. På Eholmen har Louis Nielsen drevet dunvær siden 1987. Her har han utført predatorkontroll som har hatt til hensikt å redusere eggpredasjon fra isbjørn, fjellrev, polarmåke og tyvjo. Samtidig har han gjort årlige registreringer av antall ærfuglreir, og det har gitt en unik mulighet til å undersøke bestandsutviklingen i disse to områdene. Siden Eholmen har vært underlagt predatorkontroll, og Kongsfjorden ikke har vært det, har vi sammenlignet disse to populasjonene for å se på betydning av predatorkontroll på bestandsutviklingen hos ærfugl. Klimaet er i hurtig endring i Arktis, med økende temperaturer og minkende mengder havis. I dette studiet har vi også undersøkt hvordan klima påvirker bestandsutvikling i begge ærfugl populasjonene. Prosess-studier har gitt detaljerte data fra Kongsfjorden. Her har vi fokusert på tidspunkt for hekking og fordeling av ærfugl på ulike holmer, for å øke forståelsen av hvilke klimatiske mekanismer som har størst betydning for ærfugl. De viktigste resultatene Resultatene våre viser at ærfuglbestandene i Kongsfjorden og på Eholmen har hatt forskjellig bestandsutvikling og dynamikk. Bestanden på Eholmen har hatt en kraftig positiv utvikling, mens Kongsfjorden har vært stabil over studieperioden (1981-2011). Vi har også vist at isbjørn i økende grad har besøkt Eholmen over tid. En populasjonsdynamisk modell viste at predatorkontroll hadde en stor positiv effekt på områdets bærekapasitet. Den estimerte bærekapasiteten for Eholmen, der predasjonsratene ble redusert, var 3,4 ganger høyere enn for Kongsfjorden. Vi kan ikke fastslå de nøyaktige mekanismene bak dette, men en simuleringsmodell viste at en predatorkontroll som fører til 20-30 % reduksjon i eggpredasjon er tilstrekkelig for å gi en positiv bestandsutvikling lik den vi har observert for Eholmen. Dette scenarioet er konservativt i den forstand at det forutsetter ingen immigrasjon eller emigrasjon. Vi forventer at predatorkontrollen også har en positiv effekt på immigrasjonen, noe som betyr at en enda lavere predasjonsreduksjon er forventet å kunne gi samme positive bestandsutvikling. Klimaet har endret seg gjennom studieperioden, og det har inkludert høyere luft- og havtemperaturer, mindre havis og tidligere is- og snøsmelting på våren. Vi fant at hekkebestanden er større i år med lite havis. Ærfuglene går også tidligere til hekking i år med tidlig isgang og snøsmelting. Klimaendringene har så langt ikke ført til en større bestand i Kongsfjorden, men den romlige fordelingen av hekkende ærfugl har endret seg slik at holmer med relativt sen isgang har fått en økt andel av bestanden

Effekter av predatorkontroll og klima på bestandsforhold hos ærfugl på Svalbard. Sluttrapport for Svalbards Miljøvernfond

Moe, B. Hanssen, S.A., Bårdsen, B-J., Hanssen, F., Bourgeon, Pavlova, O., Nielsen, C.P., Gerland, S., & Gabrielsen, G.W. 2012. Effekter av predatorkontroll og klima på bestandsforhold hos ærfugl på Svalbard. NINA Rapport 868, 30 s. Ærfugl ble totalfredet på Svalbard i 1963, og 15 fuglereservater ble opprettet i 1973 med formål om å sikre viktige hekkeområder for fugl, særlig ærfugl og gjess. På bakgrunn av dette er det viktig å kartlegge hva som påvirker ærfuglens bestandsutvikling på Svalbard. I Kongsfjorden, som inkluderer Kongsfjorden og Blomstrandhamna fuglereservat, er ærfuglbestanden overvåket av Norsk Polarinstitutt siden 1981. På Eholmen har Louis Nielsen drevet dunvær siden 1987. Her har han utført predatorkontroll som har hatt til hensikt å redusere eggpredasjon fra isbjørn, fjellrev, polarmåke og tyvjo. Samtidig har han gjort årlige registreringer av antall ærfuglreir, og det har gitt en unik mulighet til å undersøke bestandsutviklingen i disse to områdene. Siden Eholmen har vært underlagt predatorkontroll, og Kongsfjorden ikke har vært det, har vi sammenlignet disse to populasjonene for å se på betydning av predatorkontroll på bestandsutviklingen hos ærfugl. Klimaet er i hurtig endring i Arktis, med økende temperaturer og minkende mengder havis. I dette studiet har vi også undersøkt hvordan klima påvirker bestandsutvikling i begge ærfugl populasjonene. Prosess-studier har gitt detaljerte data fra Kongsfjorden. Her har vi fokusert på tidspunkt for hekking og fordeling av ærfugl på ulike holmer, for å øke forståelsen av hvilke klimatiske mekanismer som har størst betydning for ærfugl. De viktigste resultatene Resultatene våre viser at ærfuglbestandene i Kongsfjorden og på Eholmen har hatt forskjellig bestandsutvikling og dynamikk. Bestanden på Eholmen har hatt en kraftig positiv utvikling, mens Kongsfjorden har vært stabil over studieperioden (1981-2011). Vi har også vist at isbjørn i økende grad har besøkt Eholmen over tid. En populasjonsdynamisk modell viste at predatorkontroll hadde en stor positiv effekt på områdets bærekapasitet. Den estimerte bærekapasiteten for Eholmen, der predasjonsratene ble redusert, var 3,4 ganger høyere enn for Kongsfjorden. Vi kan ikke fastslå de nøyaktige mekanismene bak dette, men en simuleringsmodell viste at en predatorkontroll som fører til 20-30 % reduksjon i eggpredasjon er tilstrekkelig for å gi en positiv bestandsutvikling lik den vi har observert for Eholmen. Dette scenarioet er konservativt i den forstand at det forutsetter ingen immigrasjon eller emigrasjon. Vi forventer at predatorkontrollen også har en positiv effekt på immigrasjonen, noe som betyr at en enda lavere predasjonsreduksjon er forventet å kunne gi samme positive bestandsutvikling. Klimaet har endret seg gjennom studieperioden, og det har inkludert høyere luft- og havtemperaturer, mindre havis og tidligere is- og snøsmelting på våren. Vi fant at hekkebestanden er større i år med lite havis. Ærfuglene går også tidligere til hekking i år med tidlig isgang og snøsmelting. Klimaendringene har så langt ikke ført til en større bestand i Kongsfjorden, men den romlige fordelingen av hekkende ærfugl har endret seg slik at holmer med relativt sen isgang har fått en økt andel av bestanden

Notch Signaling Mediates Differentiation in Barrett\u27s Esophagus and Promotes Progression to Adenocarcinoma

© 2020 AGA Institute Background & Aims: Studies are needed to determine the mechanism by which Barrett\u27s esophagus (BE) progresses to esophageal adenocarcinoma (EAC). Notch signaling maintains stem cells in the gastrointestinal tract and is dysregulated during carcinogenesis. We explored the relationship between Notch signaling and goblet cell maturation, a feature of BE, during EAC pathogenesis. Methods: We measured goblet cell density and levels of Notch messenger RNAs in BE tissues from 164 patients, with and without dysplasia or EAC, enrolled in a multicenter study. We analyzed the effects of conditional expression of an activated form of NOTCH2 (pL2.Lgr5.N2IC), conditional deletion of NOTCH2 (pL2.Lgr5.N2fl/fl), or loss of nuclear factor κB (NF-κB) (pL2.Lgr5.p65fl/fl), in Lgr5+ (progenitor) cells in L2-IL1B mice (which overexpress interleukin 1 beta in esophagus and squamous forestomach and are used as a model of BE). We collected esophageal and stomach tissues and performed histology, immunohistochemistry, flow cytometry, transcriptome, and real-time polymerase chain reaction analyses. Cardia and forestomach tissues from mice were cultured as organoids and incubated with inhibitors of Notch or NF-kB. Results: Progression of BE to EAC was associated with a significant reduction in goblet cell density comparing nondysplastic regions of tissues from patients; there was an inverse correlation between goblet cell density and levels of NOTCH3 and JAG2 messenger RNA. In mice, expression of the activated intracellular form of NOTCH2 in Lgr5+ cells reduced goblet-like cell maturation, increased crypt fission, and accelerated the development of tumors in the squamocolumnar junction. Mice with deletion of NOTCH2 from Lgr5+ cells had increased maturation of goblet-like cells, reduced crypt fission, and developed fewer tumors. Esophageal tissues from in pL2.Lgr5.N2IC mice had increased levels of RelA (which encodes the p65 unit of NF-κB) compared to tissues from L2-IL1B mice, and we found evidence of increased NF-κB activity in Lgr5+ cells. Esophageal tissues from pL2.Lgr5.p65fl/fl mice had lower inflammation and metaplasia scores than pL2.Lgr5.N2IC mice. In organoids derived from pL2-IL1B mice, the NF-κB inhibitor JSH-23 reduced cell survival and proliferation. Conclusions: Notch signaling contributes to activation of NF-κB and regulates differentiation of gastric cardia progenitor cells in a mouse model of BE. In human esophageal tissues, progression of BE to EAC was associated with reduced goblet cell density and increased levels of Notch expression. Strategies to block this pathway might be developed to prevent EAC in patients with BE