Do Different Neurons Age Differently? Direct Genome-Wide Analysis of Aging in Single Identified Cholinergic Neurons

Aplysia californica is a powerful experimental system to study the entire scope of genomic and epigenomic regulation at the resolution of single functionally characterized neurons and is an emerging model in the neurobiology of aging. First, we have identified and cloned a number of evolutionarily conserved genes that are age-related, including components of apoptosis and chromatin remodeling. Second, we performed gene expression profiling of different identified cholinergic neurons between young and aged animals. Our initial analysis indicates that two cholinergic neurons (R2 and LPl1) revealed highly differential genome-wide changes following aging suggesting that on the molecular scale different neurons indeed age differently. Each of the neurons tested has a unique subset of genes differentially expressed in older animals, and the majority of differently expressed genes (including those related to apoptosis and Alzheimer's disease) are found in aging neurons of one but not another type. The performed analysis allows us to implicate (i) cell specific changes in histones, (ii) DNA methylation and (iii) regional relocation of RNAs as key processes underlying age-related changes in neuronal functions and synaptic plasticity. These mechanisms can fine-tune the dynamics of long-term chromatin remodeling, or control weakening and the loss of synaptic connections in aging. At the same time our genomic tests revealed evolutionarily conserved gene clusters associated with aging (e.g., apoptosis-, telomere- and redox-dependent processes, insulin and estrogen signaling and water channels)

Molluscan memory of injury: evolutionary insights into chronic pain and neurological disorders.

Molluscan preparations have yielded seminal discoveries in neuroscience, but the experimental advantages of this group have not, until now, been complemented by adequate molecular or genomic information for comparisons to genetically defined model organisms in other phyla. The recent sequencing of the transcriptome and genome of Aplysia californica, however, will enable extensive comparative studies at the molecular level. Among other benefits, this will bring the power of individually identifiable and manipulable neurons to bear upon questions of cellular function for evolutionarily conserved genes associated with clinically important neural dysfunction. Because of the slower rate of gene evolution in this molluscan lineage, more homologs of genes associated with human disease are present in Aplysia than in leading model organisms from Arthropoda (Drosophila) or Nematoda (Caenorhabditis elegans). Research has hardly begun in molluscs on the cellular functions of gene products that in humans are associated with neurological diseases. On the other hand, much is known about molecular and cellular mechanisms of long-term neuronal plasticity. Persistent nociceptive sensitization of nociceptors in Aplysia displays many functional similarities to alterations in mammalian nociceptors associated with the clinical problem of chronic pain. Moreover, in Aplysia and mammals the same cell signaling pathways trigger persistent enhancement of excitability and synaptic transmission following noxious stimulation, and these highly conserved pathways are also used to induce memory traces in neural circuits of diverse species. This functional and molecular overlap in distantly related lineages and neuronal types supports the proposal that fundamental plasticity mechanisms important for memory, chronic pain, and other lasting alterations evolved from adaptive responses to peripheral injury in the earliest neurons. Molluscan preparations should become increasingly useful for comparative studies across phyla that can provide insight into cellular functions of clinically important genes

Recording cilia activity in ctenophores: effects of nitric oxide and low molecular weight transmitters

Cilia are the major effectors in Ctenophores, but very little is known about their transmitter control and integration. Here, we present a simple protocol to monitor and quantify cilia activity and provide evidence for polysynaptic control of cilia coordination in ctenophores. We also screened the effects of several classical bilaterian neurotransmitters (acetylcholine, dopamine, L-DOPA, serotonin, octopamine, histamine, gamma-aminobutyric acid (GABA), L-aspartate, L-glutamate, glycine), neuropeptide (FMRFamide), and nitric oxide (NO) on cilia beating in Pleurobrachia bachei and Bolinopsis infundibulum. NO and FMRFamide produced noticeable inhibitory effects on cilia activity, whereas other tested transmitters were ineffective. These findings further suggest that ctenophore-specific neuropeptides could be major candidates for signal molecules controlling cilia activity in representatives of this early-branching metazoan lineage

Amino acids integrate behaviors in nerveless placozoans

Placozoans are the simplest known free-living animals without recognized neurons and muscles but a complex behavioral repertoire. However, mechanisms and cellular bases of behavioral coordination are unknown. Here, using Trichoplax adhaerens as a model, we described 0.02–0.002 Hz oscillations in locomotory and feeding patterns as evidence of complex multicellular integration; and showed their dependence on the endogenous secretion of signal molecules. Evolutionary conserved low-molecular-weight transmitters (glutamate, aspartate, glycine, GABA, and ATP) acted as coordinators of distinct locomotory and feeding patterns. Specifically, L-glutamate induced and partially mimicked endogenous feeding cycles, whereas glycine and GABA suppressed feeding. ATP-modified feeding is complex, first causing feeding-like cycles and then suppressing feeding. Trichoplax locomotion was modulated by glycine, GABA, and, surprisingly, by animals’ own mucus trails. Mucus triples locomotory speed compared to clean substrates. Glycine and GABA increased the frequency of turns. The effects of the amino acids are likely mediated by numerous receptors (R), including those from ionotropic GluRs, metabotropic GluRs, and GABA-BR families. Eighty-five of these receptors are encoded in the Trichoplax genome, more than in any other animal sequenced. Phylogenetic reconstructions illuminate massive lineage-specific expansions of amino acid receptors in Placozoa, Cnidaria, and Porifera and parallel evolution of nutritional sensing. Furthermore, we view the integration of feeding behaviors in nerveless animals by amino acids as ancestral exaptations that pave the way for co-options of glutamate, glycine, GABA, and ATP as classical neurotransmitters in eumetazoans

Single Neuron Analysis by Capillary Electrophoresis with Fluorescence Spectroscopy

AbstractA technique to identify and quantitate simultaneously more than 30 compounds in individual neurons is described. The method uses nanoliter volume sampling, capillary electrophoresis separation, and wavelength-resolved native fluorescence detection. Limits of detection (LODs) range from the low attomole to the femtomole range, with 5-hydroxytryptamine (or serotonin [5-HT]) LODs being ∼20 attomoles. Although the cellular sample matrix is chemically complex, the combination of electrophoretic migration time and fluorescence spectral information allows positive identification of aromatic monoamines, aromatic amino acids and peptides containing them, flavins, adenosine- and guanosine-nucleotide analogs, and other fluorescent compounds. Individual identified neurons from Aplysia californica and Pleurobranchaea californica are used to demonstrate the applicability and figures of merit of this technique

Збільшення продуктивності промислового газотурбінного двигуна шляхом регулювання витрати охолоджуючого повітря

The modern gas turbine engine has been used in current power generation industry for almost half a century. They are designed to operate with the best efficiency during normal operating conditions and at specific operating points. However, due to power grid demands, different ambient temperatures, fuel types, relative humidity and driven equipment speed the gas turbine units have to work today on partial load too, which can affect the hot gas path condition and life expectancy. At these off-design conditions, gas turbine’s efficiency and life deterioration rate might significantly deviate from the design specifications. In this paper, a digital twin concept for gas turbine unit off-design performance prediction (AxSTREAM® platform) is used. The description of created digital twin is presented. The validation of proposed gas turbine unit digital twin is carried out by comparison with literature source test data. The GTU performance estimation controlling cooling air at part load modes using digital twin was performed.Сучасний газотурбінний двигун використовується в енергетиці вже майже півстоліття. Вони призначені для роботи з максимальною ефективністю при нормальних робочих умовах і в конкретних робочих точках спільної роботи турбіни і компресора. Проте, через вимоги електромережі, зміни температури навколишнього середовища, типу палива, відносної вологості або частоти обертання приводного пристрою, газотурбінні установки змушені сьогодні працювати при частковому навантаженні, що може вплинути на стан проточної частини турбіни і тривалість її життя. При цих внепроектних умовах ефективність газової турбіни і коефіцієнт зносу можуть значно відрізнятися від проектних специфікацій. У даній статті використовується концепція цифрового двійника об'єкта для прогнозування продуктивності турбоагрегату на позапроектних режимах (платформа AxSTREAM®). Представлено опис створеного цифрового двійника. Валідація запропонованого цифрового двійника газотурбінної установки здійснюється шляхом порівняння з даними випробувань наведеними в джерелах інформації. Була виконана оцінка продуктивності ГТУ, при регулюваннi витрати охолоджуючого повітря на режимах часткового навантаження з використанням цифрового двійника

Intervento alla tavola rotonda "Dove sta andando la critica letteraria?"

Marginalità rispetto alle altre letterature e alle altre forme di comunicazione. È questa, secondo lo studioso, la condizione attuale della letteratura italiana nel sistema globalizzato. È necessario che l'interprete riscopra la sua triplice funzione - critico, filologo, storico della letteratura - per tentare di penetrare nel testo, anche grazie agli apporti fecondi della critica tematica e ai nuovi approcci interdisciplinari della comparatistica

A Comparison of Standard One-Step DDA Circular Interpolators with a New Cheap Two-Step Algorithm

We present and study existing digital differential analyzer (DDA) algorithms for circle generation, including an improved two-step DDA algorithm which can be implemented solely in terms of elementary shifts, addition, and subtraction

Визначення основних характеристик стабілізаторних мікрофакельних пальникових пристроїв при спалюванні забаластованих паливних газів

This paper reports an experimental study into the combustion of alternative gases in the form of a mixture of propane-butane with air and carbon dioxide after a stabilizing flat module whose both sides are flown around with an airflow. The ballasted fuel was fed by jets into the airflow from the holes located on the side walls of the stabilizer. In this case, the fuel and air were partially premixed. It was established that when ballasting fuel with inert admixtures, the length of the torch and the maximum temperature gradually decreased while nitrogen oxide emissions decreased. With an increase in the content of ballast in fuel, combustion breaks. The dependence of torch stability on the relative consumption of ballast has been established. To stabilize the combustion, highly reactive fuel is supplied to the recirculation zone after a stabilizer from a separate collector. Ballasted fuel passes through the next torches of high-temperature fuel; the all fuel combustion process takes place. The combined scheme of mixture formation makes it possible to adjust fuel consumption in the zones and thus maintain a stable burner power. In the case of supplying all fuel to the recirculation zone after the stabilizer, a so-called "rich" detachment is possible when the torch is detached from the stabilizer. When working under such modes, highly reactive fuel is supplied from the holes on the side walls of the stabilizer, which are placed closer to its detachment edges than the holes for the supply of ballasted fuel. At the same time, the jets of ballasted fuel also pass between the torches of highly reactive fuel so there is joint combustion of all fuelБыли проведены экспериментальные исследования по сжиганию альтернативных газов в виде смеси пропан-бутана с воздухом и двуокисью углерода за стабилизаторным плоским модулем, который обтекался с обеих сторон воздушным потоком. Забалластированное топливо подавалось струями в воздушный поток из отверстий, которые размещались на боковых стенках стабилизатора. При этом происходило частичное предварительное перемешивание топлива и воздуха. Установлено, что при балластировке топлива инертными примесями длина факела и максимальная температура постепенно уменьшаются, а выбросы оксидов азота снижаются. При увеличении содержания балласта в топливе происходит срыв горения. Установлена зависимость устойчивости факела от относительного расхода балласта. Для стабилизации горения в зону рециркуляции за стабилизатором из отдельного коллектора подается высоко реакционное топливо. При этом забалластированное топливо проходит через дежурные факела высокотемпературного топлива и происходит процесс горения всего топлива. Комбинированная схема смесеобразования позволяет регулировать расходы топлива по зонам и таким образом поддерживать постоянную мощность горелки. При подаче всего топлива в зону рециркуляции за стабилизатором возможно появление так званного «богатого» срыва, при котором происходит отрыв факела от стабилизатора. При необходимости работы на таких режимах высоко реакционное топливо подается из отверстий на боковых стенках стабилизатора, которые размещаются ближе к его срывным кромкам, чем отверстия подачи забалластированного топлива. При этом струи забалластированного топлива также проходят между факелами высоко реакционного топлива и происходит совместное горение всего топлива.Були проведені експериментальні дослідження щодо спалювання альтернативних газів у вигляді суміші пропан-бутану з повітрям і двоокисом вуглецю за стабілізаторним плоским модулем, який обтікався з обох боків повітряним потоком. Забаластоване паливо подавалось струменями в повітряний потік із отворів, що розміщувались на бокових стінках стабілізатора. При цьому відбувалось часткове попереднє перемішування палива і повітря. Встановлено, що при баластуванні палива інертними домішками довжина факелу і максимальна температура поступово зменшуються, а викиди оксидів азоту знижуються. При збільшенні вмісту баласту в паливі відбувається зрив горіння. Встановлена залежність стійкості факелу від відносної витрати баласту. Для стабілізації горіння в зону рециркуляції за стабілізатором з окремого колектора подається високо реакційне паливо. Забаластоване паливо проходить через чергові факели високотемпературного палива і відбувається процес горіння всього палива. Комбінована схема сумішеутворення дозволяє регулювати витрату палива по зонах і таким чином підтримувати стабільну потужність пальника. У разі подачі всього палива в зону рециркуляції за стабілізатором можлива поява так званого «багатого» зриву, при якому відбувається відрив факелу від стабілізатора. При роботі на таких режимах високо реакційне паливо подається з отворів на бокових стінках стабілізатора, які розміщуються ближче до його зривних кромок, ніж отвори подачі забаластованого палива. При цьому струмені забаластованого палива також проходять між факелами високо реакційного палива і відбувається сумісне горіння всього палива