Differential Serotonin Uptake Mechanisms at the Human Maternal–Fetal Interface

Serotonin (5-HT) plays an extensive role during pregnancy in regulating both the placental physiology and embryonic/fetal development. The uptake of 5-HT into cells is central to the control of local concentrations of 5-HT near its molecular targets. Here, we investigated the mechanisms of 5-HT uptake into human primary placental cells and cord blood platelets, all isolated immediately after birth. Trophoblasts and cord blood platelets showed 5-HT uptake with similar Michaelis constant (Km) values (~0.6 μM), typical of the high-affinity serotonin transporter (SERT). The uptake of 5-HT into trophoblasts was efficiently inhibited by various SERT-targeting drugs. In contrast, the uptake of 5-HT into feto-placental endothelial cells was not inhibited by a SERT blocker and showed a Km value (~782 μM) in the low-affinity range. Consistent with this, SERT mRNAs were abundant in term trophoblasts but sparse in feto- placental endothelial cells, whereas the opposite was found for the low-affinity plasma membrane monoamine transporter (PMAT) mRNAs. Organic cation transporter (OCT) 1, 2, and 3 mRNAs were absent or sparse in both cell types. In summary, the results demonstrate, for the first time, the presence of functional 5-HT uptake systems in feto-placental endothelial cells and fetal platelets, cells that are in direct contact with fetal blood plasma. The data also highlight the sensitivity to various psychotropic drugs of 5-HT transport into trophoblasts facing the maternal blood. The multiple, high-, and low-affinity systems present for the cellular uptake of 5-HT underscore the importance of 5-HT homeostasis at the maternal–fetal interface

Guanosine effect on cholesterol efflux and apolipoprotein E expression in astrocytes

The main source of cholesterol in the central nervous system (CNS) is represented by glial cells, mainly astrocytes, which also synthesise and secrete apolipoproteins, in particular apolipoprotein E (ApoE), the major apolipoprotein in the brain, thus generating cholesterol-rich high density lipoproteins (HDLs). This cholesterol trafficking, even though still poorly known, is considered to play a key role in different aspects of neuronal plasticity and in the stabilisation of synaptic transmission. Moreover, cell cholesterol depletion has recently been linked to a reduction in amyloid beta formation. Here we demonstrate that guanosine, which we previously reported to exert several neuroprotective effects, was able to increase cholesterol efflux from astrocytes and C6 rat glioma cells in the absence of exogenously added acceptors. In this effect the phosphoinositide 3 kinase/extracellular signal-regulated kinase 1/2 (PI3K/ERK1/2) pathway seems to play a pivotal role. Guanosine was also able to increase the expression of ApoE in astrocytes, whereas it did not modify the levels of ATP-binding cassette protein A1 (ABCA1), considered the main cholesterol transporter in the CNS. Given the emerging role of cholesterol balance in neuronal repair, these effects provide evidence for a role of guanosine as a potential pharmacological tool in the modulation of cholesterol homeostasis in the brain

Measurement of branching fractions for B J / K decays and search for a narrow resonance in the J / final state

We report an observation of the and decays using pairs collected at the resonance with the Belle detector at the KEKB asymmetric-energy collider. We obtain the branching fractions and . We search for a new narrow charmonium(-like) state in the mass spectrum and find no significant excess. We set upper limits on the product of branching fractions, , at where a -odd partner of may exist, at and assuming their known mass and width, and over a range from 3.8 to . The obtained upper limits at 90 confidence level for , , and are , , and , respectivel

microbeMASST: A Taxonomically-informed Mass Spectrometry Search Tool for Microbial Metabolomics Data

microbeMASST, a taxonomically informed mass spectrometry (MS) search tool, tackles limited microbial metabolite annotation in untargeted metabolomics experiments. Leveraging a curated database of >60,000 microbial monocultures, users can search known and unknown MS/MS spectra and link them to their respective microbial producers via MS/MS fragmentation patterns. Identification of microbe-derived metabolites and relative producers without a priori knowledge will vastly enhance the understanding of microorganisms’ role in ecology and human health

A Taxonomically-informed Mass Spectrometry Search Tool for Microbial Metabolomics Data

MicrobeMASST, a taxonomically-informed mass spectrometry (MS) search tool, tackles limited microbial metabolite annotation in untargeted metabolomics experiments. Leveraging a curated database of >60,000 microbial monocultures, users can search known and unknown MS/MS spectra and link them to their respective microbial producers via MS/MS fragmentation patterns. Identification of microbial-derived metabolites and relative producers, without a priori knowledge, will vastly enhance the understanding of microorganisms’ role in ecology and human health

Microbial ecology of arctic and alpine lakes

Niedrige Wassertemperaturen, kurze Vegetationsperioden, stark schwankende Strahlungsverhältnisse und geringe Nährstoffkonzentrationen charakterisieren sowohl arktische als auch alpine Seen. Diese extreme Kombination an Umweltfaktoren führt zu meist sehr einfachen Nahrungsnetzen, was die Untersuchung von Stoffflüssen im Ökosystem wie z.B. jenem von Kohlenstoff vereinfacht. Im ersten Teil dieser Dissertation wurde das pelagische Nahrungsnetz sowie die Primär- und Sekundärproduktion eines arktischen, permanent eisbedeckten Sees auf Franz Joseph Land während einer Sommerexpedition untersucht. Phyto- und Bakterienplankton dominierten das äußerst einfach strukturierte Nahrungsnetz dieses arktischen Sees mit Rotatorien als höchste trophische Ebene. Der Anteil an photosynthetisch produziertem, extrazellulärem Kohlenstoff (% PER) war mit bis zu 96 % der gesamten Primärproduktion sehr hoch und stieg ebenso wie die bakterielle Produktion während des Sommers an, wohingegen die gesamte Primärproduktion und die Algenbiomasse (Chlorophyll a) sanken. Trotz des geringen Anstiegs der Wassertemperatur während des Untersuchungszeitraumes konnte ein stimulierender Effekt auf die bakterielle Produktion beobachtet werden. Im Durchschnitt reichte ein Drittel des gemessenen PER um den bakteriellen Kohlenstoffbedarf zu decken. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die niedrigen Temperaturen und nicht die Substratverfügbarkeit limitierend für das mikrobielle Wachstum in diesem arktischen See ist. Immer mehr Studien prognostizieren, dass sich die Biogeochemie und Biozönosen alpiner und arktischer Seen maßgeblich verändern werden, da insbesondere für Polar- und Hochgebirgsregionen beträchtliche Auswirkungen des globalen Klimawandels erwartet werden. Den Kohlenstoffkreislauf innerhalb des mikrobiellen Nahrungsnetzes unter dem Einfluss sich ändernder Umweltfaktoren detaillierter zu verstehen, kann dazu dienen Konsequenzen des globalen Klimawandels auf aquatische Ökosysteme besser abschätzen zu können. Diesbezüglich wurde im zweiten und dritten Teil dieser Dissertation die Auswirkung unterschiedlicher Strahlungs- und Temperaturbedingungen auf die Produktionsraten von Phyto- und Bakterioplankton in arktischen und alpinen Seen untersucht. Diese Arbeiten beruhen weitgehend auf experimentellen Ansätzen. Die Untersuchungen wurden einerseits in zwei Seen auf der Taymir Halbinsel (Sibirien) während einer Sommerexpedition, andererseits in einem alpinen See in den Stubaier Alpen (Tirol, Austria) durchgeführt. Bei letzterem erfolgte ein ganzjähriges Monitoring, um einen Einblick in die Adaptation der mikrobiellen Gemeinschaft an Strahlung und Temperatur zu erhalten sowie die relative Bedeutung von Temperatur und Substratverfügbarkeit als limitierende Faktoren für das mikrobielle Wachstum in Abhängigkeit von der Jahreszeit zu erfassen. Im alpinen See nahm % PER von Frühling bis Winter unabhängig von der Primärproduktion und umgekehrt proportional zur Algenbiomasse ab, wobei ein starker Einfluss der Strahlungsintensität beobachtet werden konnte. Unter Eisbedeckung gab das Phytoplankton bis zu 95% des photosynthetisch produzierten Kohlenstoffs ab, wenn es höheren als den aktuell unter Wasser vorherrschenden Strahlungsintensitäten ausgesetzt war. Währenddessen sank die gesamte Primärproduktion mit zunehmender Lichtintensität. Dies weist darauf hin, dass dunkel adaptierte Algen einen hohen Anteil an PER als Folge von Photoinhibition abgeben. Zunehmende Lichtadaptation der Algen während der eisfreien Periode führten dazu, dass mit steigender Lichtintensität im Rahmen der Strahlungsexperimente sowohl Primärproduktion als auch % PER anstiegen. Dies kann als Ungleichgewicht zwischen Photosynthese und Algenwachstum, vermutlich aufgrund von Nährstoffmangel, und damit als Abgabe von überschüssigem Kohlenstoff in Form von PER interpretiert werden. PER reichte in allen untersuchten Seen aus, um den bakteriellen Kohlenstoffbedarf zu decken und überdies wesentlich zum Pool an DOC (dissolved organic carbon) der Gewässer beizutragen. UVR-Exposition hemmte nicht nur die Primärproduktion, sondern verringerte in Folge auch die Menge an PER und dessen bakterielle Aufnahme. Dieser Effekt war umgekehrt proportional zum DOC-Gehalt des Gewässers und identifiziert den alpinen See als sensibler gegenüber UV-Strahlung aus als die arktischen, DOC-reicheren Seen. Beobachtete Auswirkungen von Temperatur auf bakterielles Wachstum waren abhängig vom Temperaturbereich als auch von der Substratverfügbarkeit und führten zu verschiedenen Wachstumsstrategien. Eine Temperaturerhöhung wirkte sich besonders im unteren Temperaturbereich drastisch auf die bakterielle Sekundärproduktion (BP) aus, während bei höheren Temperaturen die Substratverfügbarkeit als stimulierender Faktor dominierte. Bei allen Inkubationstemperaturen (0–30°C) war eine Kompensation limitierender Temperatureffekte durch eine höhere Substratkonzentration zu beobachten. Bakterielle Adaptation an die vorherrschenden Umweltbedingungen zeigte sich insofern, als dass die bakterielle Reproduktion (Zellvermehrung) im unteren Temperaturbereich dominierte, während sowohl bei höheren Temperaturen als auch besserer Substratverfügbarkeit Bakterien zunehmend in Biomasse investierten. Ähnliche Muster betreffend die bakterielle Produktion und Wachstumsstrategie in Abhängigkeit von Temperatur und Substrat konnten auch in den arktischen Seen beobachtet werden. Dies zeigt, dass Temperatur und Substrat als interagierende Faktoren die Produktion wie auch die Investmentstrategie der Bakterien beeinflussen und dass durch die Klimaerwärmung Folgen für das bakterielle Wachstum in alpinen und arktischen Gewässern zu erwarten sind.Arctic and alpine lakes are harsh environments with numerous identical properties such as low temperatures, a short growing season, highly variable irradiances and low nutrient concentrations. These conditions result in a more or less simple food web allowing easier tracking of, for instance, carbon flux between the trophic levels. The first part of this thesis represents the investigation of the pelagic food web structure and primary and secondary production in a high Arctic, permanently ice-covered lake on Franz Joseph Land sampled during a summer expedition. The very simple food web of the investigated lake was dominated by phyto- and bacterioplankton; rotifers represented the highest trophic level. While phytoplankton biomass and primary production decreased, the contribution of photosynthetical extracellular release (PER) to total primary production was relatively high (up to 96%) and increased like bacterial production (BP) during summer. Although water temperature increased only within a narrow range during the investigation, enhanced temperatures positively affected BP. The mean carbon demand of the bacterioplankton accounted for one third of PER indicating PER as sufficient carbon supply. These findings suggest that bacterioplankton were not limited by substrate but rather by low temperature in this investigated high Arctic lake. There is growing evidence that the biogeochemistry and biocoenoses of alpine and Arctic lakes will alter due to ongoing environmental changes since especially high altitudes and high latitudes are predicted to be greatly affected by climate change. Increasing our knowledge on the factors controlling the carbon cycle within the microbial food web will be important for a better understanding of the response of cold water lakes to global warming. Hence, the second and third part of this thesis focuses on the influence of varying radiation and temperature conditions on phyto- and bacterioplankton production in Arctic and alpine lakes. The data were primarily estimated under experimentally altered settings. The research for these parts was conducted in two lakes on the Taymir peninsula (Siberia) studied during summer and an alpine lake in the Stubaier Alps (Tyrol, Austria) monitored over a period of one year which allowed a closer investigation of temperature and light adaptation processes of the microbial community and of the relative importance of temperature and substrate as seasonal varying factors in limiting bacterial growth. In the alpine lake, % PER decreased from spring to winter independent of total primary production and was inversely related to algal biomass. Moreover, % PER was greatly influenced by irradiance. Phytoplankton present in the lakes under ice-coverage were highly susceptible to higher than ambient irradiance and released up to 95% of photosynthetically produced carbon while total primary production decreased with experimentally increasing irradiance. This indicates PER as a result of photoinhibition with dark-adapted phytoplankton. During the ice-free period when phytoplankton were photo-acclimatized, % PER and total primary production increased with rising irradiances. This can be considered as imbalance of photosynthesis and algal growth possibly due to nutrient deficiency that results in carbon overflow. In all lakes, the amount of PER was capable to fulfil the bacterial carbon demand and represented an important contribution to the in-lake pool of dissolved organic carbon (DOC), especially in the alpine low-DOC lake. Since primary production was suppressed by UV-radiation, the amount of PER as well as the bacterial incorporated proportion were reduced. The extent of this impact was inversely related to the DOC concentration of the lakes indicating the alpine lake as more sensitive to UVR than the Arctic lakes. Observed effects of temperature on bacterioplankton depended on the temperature range and resource availability and led to different growth characteristics of bacteria. Especially in the lower temperature range bacterial production greatly responded to increasing temperatures while in the upper temperature range resource availability prevailed in controlling bacterial growth. Over the whole investigated temperature range (0–30°C), enhanced resource availability released bacteria from temperature limitation. Bacterial adaptation to ambient environmental conditions resulted in predominating cell production at lower temperature while at higher temperatures supported by improved resource availability bacteria favoured protein production over cell production. Similar patterns of bacterial production and growth characteristics influenced by temperature and substrate supply were observed in two Arctic lakes. Taken together, the results of this study demonstrate that temperature and resources as highly interacting factors influence not only bacterial production but also bacterial investment strategies and ongoing global warming can be expected to alter the microbial growth in alpine and Arctic lakes