Localization and characterization of an active fault in an urbanized area in central Guatemala by means of geoelectrical imaging

The Polochic and Motagua faults define the active plate boundary between the North American and Caribbean plates in central Guatemala. A splay of the Polochic Fault traverses the rapidly growing city of San Miguel Uspantan that is periodically affected by destructive earthquakes. This fault splay was located using a 2D electrical resistivity tomography (ERT) survey that also characterized the fault damage zone and evaluated the thickness and nature of recent deposits upon which most of the city is built. ERT images show the fault as a similar to 50 m wide, near-vertical low-resistivity anomaly, bounded within a few meters by high resistivity anomalies. Forward modeling reproduces the key aspects of the observed electrical resistivity data with remarkable fidelity thus defining the overall location, geometry, and internal structure of the fault zone as well as the affected lithologies. Our results indicate that the city is constructed on a similar to 20 m thick surficial layer consisting of poorly consolidated, highly porous, water-logged pumice. This soft layer is likely to amplify seismic waves and to liquefy upon moderate to strong ground shaking. The electrical conductivity as well as the major element chemistry of the groundwater provides evidence to suggest that the local aquifer might, at least in part, be fed by water rising along the fault. Therefore, the potential threat posed by this fault splay may not be limited to its seismic activity per se, but could be compounded its potential propensity to enhance seismic site effects by injecting water into the soft surficial sediments. The results of this study provide the basis for a rigorous analysis of seismic hazard and sustainable development of San Miguel Uspantan and illustrate the potential of ERT surveying for paleoseismic studies.

Therapeutic drug monitoring and metabolites profil analysis of antiviral drugs

The widespread use of combination antiretroviral therapy (ARVs) has considerably improved the prognosis of patients infected with HIV. Conversely, considerable advances have been recently realized for the therapy of hepatitis C infection with the recent advent of potent new anti-HCV drugs that allow an increasing rate HCV infection cure. Despite their overall efficacy, a significant number of patients do not achieve or maintain adequate clinical response, defined as an undetectable viral load for HIV, and a sustained virological response (or cure) in HCV infection. Treatment failure therefore still remains an important issue besides drugs toxicities and viral resistance which is not uncommon in a significant percentage of patients who do not reach adequate virological suppression. The reasons of variability in drug response are multifactorial and apart from viral genetics, other factors such as environmental factors, drug- drug interactions, and imperfect compliance may have profound impact on antiviral drugs' clinical response. The possibility of measuring plasma concentration of antiviral drugs enables to guide antiviral drug therapy and ensure optimal drug exposure. The overall objective of this research was to widen up the current knowledge on pharmacokinetic and pharmacogenetic factors that influence the clinical response and toxicity of current and newly approved antiretroviral and anti-HCV drugs. To that endeavour, analytical methods using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry have been developed and validated for the precise and accurate measurement of new antiretroviral and anti-HCV drugs . These assays have been applied for the TDM of ARVs and anti-HCV in patients infected with either HIV or HCV respectively, and co-infected with HIV- HCV. A pharmacokinetic population model was developed to characterize inter and intra-patient variability of rilpivirine, the latest marketed Non Nucleoside Reverse transcriptase (NNRTI) Inhibitor of HIVand to identify genetic and non genetic covariates influencing rilpivirine exposure. None of the factors investigated so far showed however any influence of RPV clearance. Importantly, we have found that the standard daily dosage regimen (25 mg QD) proposed for rilpivirine results in concentrations below the proposed therapeutic target in about 40% of patients. In these conditions, virologie escape is a potential risk that remains to be further investigated, notably via the TDM approach that can be a useful tool to identify patients who are at risk for being exposed to less than optimal levels of rilpivirine in plasma. Besides the last generation NNRTI rilpivirine, we have studied efavirenz, the major NNRTI clinically used so far. Namely for efavirenz, we aimed at identifying a potential new marker of toxicity that may be incriminated for the neuropsychological sides effects and hence discontinuation of efavirenz therapy. To that endeavour, a comprehensive analysis of phase I and phase II metabolites profiles has been performed in plasma, CSF and in urine from patients under efavirenz therapy. We have found that phase II metabolites of EFV constitute the major species circulating in blood, sometimes exceeding the levels of the parent drug efavirenz. Moreover we have identified a new metabolite of efavirenz in humans, namely the 8-OH-EFV- sulfate which is present at high concentrations in all body compartments from patients under efavirenz therapy. These investigations may open the way to possible alternate phenotypic markers of efavirenz toxicity. Finally, the specific influence of P-glycoprotein on the cellular disposition of a series ARVs (NNRTIs and Pis] has been studies in in vitro cell systems using the siRNA silencing approach. -- Depuis l'introduction de la thérapie antirétrovirale (ARVs) la morbidité et la mortalité liées au VIH ont considérablement diminué. En parallèle le traitement contre le virus de l'hépatite C (VHC) a connu récemment d'énormes progrès avec l'arrivée de nouveaux médicaments puissants, ce qui a permis une augmentation considérable de la guérison de l'infection par le VHC. En dépit de l'efficacité de ces traitements antiviraux, les échecs thérapeutiques ainsi que les effets secondaires des traitements restent un problème important. Une réponse imparfaite ou la toxicité du traitement est certainement multifactorielle. Le suivi thérapeutique des médicaments [Therapeutic Drug Monitoring TDM) à travers la mesure des concentrations plasmatiques constitue une approche importante pour guider le traitement médicamenteux et de s'assurer que les patients sont exposés à des concentrations optimales des médicaments dans le sang, et puissent tirer tout le bénéfice potentiel du traitement. L'objectif global de cette thèse était d'étudier les facteurs pharmacocinétiques et pharmacogénétiques qui influencent l'exposition des médicaments antiviraux (ARVs et anti- VHC) récemment approuvés. A cet effet, des méthodes de quantification des concentrations plasmatiques des médicaments antirétroviraux, anti-VHC ainsi que pour certains métabolites ont été développées et validées en utilisant la Chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse tandem. Ces méthodes ont été utilisées pour le TDM des ARVs et pour les agents anti-VHC chez les patients infectés par le VIH, et le VHC, respectivement, mais aussi chez les patients co-infectés par le VIH-VHC. Un modèle de pharmacocinétique de population a été développé pour caractériser la variabilité inter-et intra-patient du médicament rilpivirine, un inhibiteur non nucléosidique de la transcriptase de VIH et d'identifier les variables génétiques et non génétiques influençant l'exposition au médicament. Aucun des facteurs étudiés n'a montré d'influence notable sur la clairance de la rilpivirine. Toutefois, la concentration résiduelle extrapolée selon le modèle de pharmacocinétique de population qui a été développé, a montré qu'une grande proportion des patients présente des concentrations minimales inférieures à la cible thérapeutique proposée. Dans ce contexte, la relation entre les concentrations minimales et l'échappement virologique nécessite une surveillance étroite des taux sanguins des patients recevant de la rilpivirine. A cet effet, le suivi thérapeutique est un outil important pour l'identification des patients à risque soient sous-exposés à lai rilpivirine. Pour identifier de nouveaux marqueurs de la toxicité qui pourraient induire l'arrêt du traitement, le profil des métabolites de phase I et de phase II a été étudié dans différentes matrices [plasma, LCR et urine) provenant de patients recevant de l'efavirenz. Les métabolites de phase II, qui n'avaient à ce jour jamais été investigués, constituent les principales espèces présentes dans les matrices étudiées. Au cours de ces investigations, un nouveau métabolite 8- OH-EFV-sulfate a été identifié chez l'homme, et ce dernier est. présent à des concentrations importantes. L'influence de certains facteurs pharmacogénétique des patients sur le profil des métabolites a été étudiée et ouvre la voie à de possibles nouveaux marqueurs phénotypiques alternatifs qui pourraient possiblement mieux prédire la toxicité associée au traitement par l'efavirenz. Finalement, nous nous sommes intéressés à étudier dans un modèle in vitro certains facteurs, comme la P-glycoprotéine, qui influencent la disposition cellulaire de certains médicaments antirétroviraux, en utilisant l'approche par la technologie du siRNA permettant de bloquer sélectivement l'expression du gène de cette protéine d'efflux des médicaments. -- Depuis l'introduction de la thérapie antiretrovirale (ARVs] la morbidité et la mortalité liées au VIH ont considérablement diminué. En parallèle le traitement contre le virus de l'hépatite C (VHC) a connu récemment d'énormes progrès avec l'arrivée de nouveaux médicaments puissants, ce qui a permis une augmentation considérable de la guérison de l'infection par le VHC. En dépit de l'efficacité de ces traitements antiviraux, les échecs thérapeutiques ainsi que les effets secondaires des traitements restent un problème important. Il a pu être démontré que la concentration de médicament présente dans l'organisme est corrélée avec l'efficacité clinique pour la plupart des médicaments agissant contre le VIH et contre le VHC. Les médicaments antiviraux sont généralement donnés à une posologie fixe et standardisée, à tous les patients, il existe cependant une importante variabilité entre les concentrations sanguines mesurées chez les individus. Cette variabilité peut être expliquée par plusieurs facteurs démographiques, environnementaux ou génétiques. Dans ce contexte, le suivi des concentrations sanguines (ou Therapeutic Drug Monitoring, TDM) permet de contrôler que les patients soient exposés à des concentrations suffisantes (pour bloquer la réplication du virus dans l'organisme) et éviter des concentrations excessives, ce qui peut entraîner l'apparition d'intolérence au traitement. Le but de ce travail de thèse est d'améliorer la compréhension des facteurs pharmacologiques et génétiques qui peuvent influencer l'efficacité et/ou la toxicité des médicaments antiviraux, dans le but d'améliorer le suivi des patients. A cet effet, des méthodes de dosage très sensibles et ont été mises au point pour permettre de quantifier les médicaments antiviraux dans le sang et dans d'autres liquides biologiques. Ces méthodes de dosage sont maintenant utilisées d'une part dans le cadre de la prise en charge des patients en routine et d'autre part pour diverses études cliniques chez les patients infectés soit par le HIV, le HCV ou bien coinfectés par les deux virus. Une partie de ce travail a été consacrée à l'investigation des différents facteurs démographiques, génétiques et environnementaux qui pourraient l'influencer la réponse clinique à la rilpivirine, un nouveau médicament contre le VIH. Toutefois, parmi tous les facteurs étudiés à ce jour, aucun n'a permis d'expliquer la variabilité de l'exposition à la rilpivirine chez les patients. On a pu cependant observer qu'à la posologie standard recommandée, un pourcentage relativement élevé de patients pourrait présenter des concentrations inférieures à la concentration sanguine minimale actuellement proposée. Il est donc utile de surveiller étroitement les concentrations de rilpivirine chez les patients pour identifier sans délai ceux qui risquent d'être sous-exposés. Dans l'organisme, le médicament subit diverses transformations (métabolisme) par des enzymes, notamment dans le foie, il est transporté dans les cellules et tissus par des protéines qui modulent sa concentration au site de son action pharmacologique. A cet effet, différents composés (métabolites) produits dans l'organisme après l'administration d'efavirenz, un autre médicament anti-VIH, ont été étudiés. En conclusion, nous nous sommes intéressés à la fois aux facteurs pharmacologiques et génétiques des traitements antiviraux, une approche qui s'inscrit dans l'optique d'une stratégie globale de prise en charge du patient. Dans ce contexte, le suivi des concentrations sanguines de médicaments constitue une des facettes du domaine émergent de la Médecine Personnalisée qui vise à maximiser le bénéfice thérapeutique et le profil de tolérance des médicaments antiviraux

On some numerical aspects of an active strain model in cardiac mechanics

We are interested in the development, implementation and testing of an orthotropic model for cardiac contraction based on an active strain decomposition. Our model addresses the coupling of a transversely isotropic mechanical description at the cell level, with an orthotropic constitutive law for incompressible tissue at the macroscopic level. The main differences with the active stress model are addressed in detail, and a finite element discretization using Taylor-Hood and MINI elements is proposed and illustrated with numerical examples.

MAR elements regulate the probability of epigenetic switching between active and inactive gene expression.

Gene expression often cycles between active and inactive states in eukaryotes, yielding variable or noisy gene expression in the short-term, while slow epigenetic changes may lead to silencing or variegated expression. Understanding how cells control these effects will be of paramount importance to construct biological systems with predictable behaviours. Here we find that a human matrix attachment region (MAR) genetic element controls the stability and heritability of gene expression in cell populations. Mathematical modeling indicated that the MAR controls the probability of long-term transitions between active and inactive expression, thus reducing silencing effects and increasing the reactivation of silent genes. Single-cell short-terms assays revealed persistent expression and reduced expression noise in MAR-driven genes, while stochastic burst of expression occurred without this genetic element. The MAR thus confers a more deterministic behavior to an otherwise stochastic process, providing a means towards more reliable expression of engineered genetic systems.

HCFC1 is a common component of active human CpG-island promoters and coincides with ZNF143, THAP11, YY1, and GABP transcription factor occupancy.

In human transcriptional regulation, DNA-sequence-specific factors can associate with intermediaries that orchestrate interactions with a diverse set of chromatin-modifying enzymes. One such intermediary is HCFC1 (also known as HCF-1). HCFC1, first identified in herpes simplex virus transcription, has a poorly defined role in cellular transcriptional regulation. We show here that, in HeLa cells, HCFC1 is observed bound to 5400 generally active CpG-island promoters. Examination of the DNA sequences underlying the HCFC1-binding sites revealed three sequence motifs associated with the binding of (1) ZNF143 and THAP11 (also known as Ronin), (2) GABP, and (3) YY1 sequence-specific transcription factors. Subsequent analysis revealed colocalization of HCFC1 with these four transcription factors at ∼90% of the 5400 HCFC1-bound promoters. These studies suggest that a relatively small number of transcription factors play a major role in HeLa-cell transcriptional regulation in association with HCFC1.

Restoration of anti-tetanus toxoid responses in patients initiating highly active antiretroviral therapy with or without a boost immunization: an INITIO substudy.

INITIO is an open-labelled randomized trial evaluating first-line therapeutic strategies for human immunodeficiency virus-1 (HIV-1) infection. In an immunology substudy a tetanus toxoid booster (TTB) immunization was planned for 24 weeks after initiation of highly active antiretroviral therapy (HAART). All patients had received tetanus toxoid immunization in childhood. Generation of proliferative responses to tetanus toxoid was compared in two groups of patients, those receiving a protease inhibitor (PI)-sparing regimen (n = 21) and those receiving a PI-containing (n = 54) regimen. Fifty-two participants received a TTB immunization [PI-sparing (n = 15), PI-containing (n = 37)] and 23 participants did not [PI-sparing (n = 6) or PI-containing (n = 17)]. Cellular responses to tetanus antigen were monitored by lymphoproliferation at time of immunization and every 24 weeks to week 156. Proportions with a positive response (defined as stimulation index > or = 3 and Delta counts per minute > or = 3000) were compared at weeks 96 and 156. All analyses were intent-to-treat. Fifty-two participants had a TTB immunization at median 25 weeks; 23 patients did not. At weeks 96 and 156 there was no evidence of a difference in tetanus-specific responses, between those with or without TTB immunization (P = 0.2, P = 0.4). There was no difference in the proportion with response between those with PI-sparing or PI-containing regimens at both time-points (P = 0.8, P = 0.7). The proliferative response to tetanus toxoid was unaffected by initial HAART regimen. Anti-tetanus responses appear to reconstitute eventually in most patients over 156 weeks when treated successfully with HAART, irrespective of whether or not a TTB immunization has been administered.

Human alveolar macrophages infected by virulent bacteria expressing SipB are a major source of active interleukin-18.

Recent publications have demonstrated that the protease caspase-1 is responsible for the processing of pro-interleukin 18 (IL-18) into the active form. Studies on cell lines and murine macrophages have shown that the bacterial invasion factor SipB activates caspase-1, triggering cell death. Thus, we investigated the role of SipB in the activation and release of IL-18 in human alveolar macrophages (AM), which are the first line of defense against inhaled pathogens. Under steady-state conditions, AM are a more important source of IL-18 than are dendritic cells (DC) and monocytes. Cytokine production by AM and DC was compared after both types of cells had been infected with a virulent strain of Salmonella enterica serovar Typhimurium and an isogenic sipB mutant, which were used as an infection model. Infection with virulent Salmonella led to marked cell death with features of apoptosis while both intracellular activation and release of IL-18 were demonstrated. In contrast, the sipB mutant did not induce such cell death or the release of active IL-18. The specific caspase-1 inhibitor Ac-YVAD-CMK blocked the early IL-18 release in AM infected with the virulent strain. However, the type of Salmonella infection did not differentially regulate IL-18 gene expression. We concluded that the bacterial virulence factor SipB plays an essential posttranslational role in the intracellular activation of IL-18 and the release of the cytokine in human AM.

Tobramycin exposure from active calcium sulfate bone graft substitute.

BACKGROUND: Bone graft substitute such as calcium sulfate are frequently used as carrier material for local antimicrobial therapy in orthopedic surgery. This study aimed to assess the systemic absorption and disposition of tobramycin in patients treated with a tobramycin-laden bone graft substitute (Osteoset® T). METHODS: Nine blood samples were taken from 12 patients over 10 days after Osteoset® T surgical implantation. Tobramycin concentration was measured by fluorescence polarization. Population pharmacokinetic analysis was performed using NONMEM to assess the average value and variability (CV) of pharmacokinetic parameters. Bioavailability (F) was assessed by equating clearance (CL) with creatinine clearance (Cockcroft CLCr). Based on the final model, simulations with various doses and renal function levels were performed. (ClinicalTrials.gov number, NCT01938417). RESULTS: The patients were 52 +/- 20 years old, their mean body weight was 73 +/- 17 kg and their mean CLCr was 119 +/- 55 mL/min. Either 10 g or 20 g Osteoset® T with 4% tobramycin sulfate was implanted in various sites. Concentration profiles remained low and consistent with absorption rate-limited first-order release, while showing important variability. With CL equated to CLCr, mean absorption rate constant (ka) was 0.06 h-1, F was 63% or 32% (CV 74%) for 10 and 20 g Osteoset® T respectively, and volume of distribution (V) was 16.6 L (CV 89%). Simulations predicted sustained high, potentially toxic concentrations with 10 g, 30 g and 50 g Osteoset® T for CLCr values below 10, 20 and 30 mL/min, respectively. CONCLUSIONS: Osteoset® T does not raise toxicity concerns in subjects without significant renal failure. The risk/benefit ratio might turn unfavorable in case of severe renal failure, even after standard dose implantation.

Neurogenic subventricular zone stem/progenitor cells are notch1-dependent in their active but not quiescent state.

The adult mammalian forebrain contains neural stem/progenitor cells (NSCs) that generate neurons throughout life. As in other somatic stem cell systems, NSCs are proposed to be predominantly quiescent and proliferate only sporadically to produce more committed progeny. However, quiescence has recently been shown not to be an essential criterion for stem cells. It is not known whether NSCs show differences in molecular dependence based on their proliferation state. The subventricular zone (SVZ) of the adult mouse brain has a remarkable capacity for repair by activation of NSCs. The molecular interplay controlling adult NSCs during neurogenesis or regeneration is not clear but resolving these interactions is critical in order to understand brain homeostasis and repair. Using conditional genetics and fate mapping, we show that Notch signaling is essential for neurogenesis in the SVZ. By mosaic analysis, we uncovered a surprising difference in Notch dependence between active neurogenic and regenerative NSCs. While both active and regenerative NSCs depend upon canonical Notch signaling, Notch1-deletion results in a selective loss of active NSCs (aNSCs). In sharp contrast, quiescent NSCs (qNSCs) remain after Notch1 ablation until induced during regeneration or aging, whereupon they become Notch1-dependent and fail to fully reinstate neurogenesis. Our results suggest that Notch1 is a key component of the adult SVZ niche, promoting maintenance of aNSCs, and that this function is compensated in qNSCs. Therefore, we confirm the importance of Notch signaling for maintaining NSCs and neurogenesis in the adult SVZ and reveal that NSCs display a selective reliance on Notch1 that may be dictated by mitotic state.

Estimating dormant and active hematopoietic stem cell kinetics through extensive modeling of bromodeoxyuridine label-retaining cell dynamics.

Bone marrow hematopoietic stem cells (HSCs) are responsible for both lifelong daily maintenance of all blood cells and for repair after cell loss. Until recently the cellular mechanisms by which HSCs accomplish these two very different tasks remained an open question. Biological evidence has now been found for the existence of two related mouse HSC populations. First, a dormant HSC (d-HSC) population which harbors the highest self-renewal potential of all blood cells but is only induced into active self-renewal in response to hematopoietic stress. And second, an active HSC (a-HSC) subset that by and large produces the progenitors and mature cells required for maintenance of day-to-day hematopoiesis. Here we present computational analyses further supporting the d-HSC concept through extensive modeling of experimental DNA label-retaining cell (LRC) data. Our conclusion that the presence of a slowly dividing subpopulation of HSCs is the most likely explanation (amongst the various possible causes including stochastic cellular variation) of the observed long term Bromodeoxyuridine (BrdU) retention, is confirmed by the deterministic and stochastic models presented here. Moreover, modeling both HSC BrdU uptake and dilution in three stages and careful treatment of the BrdU detection sensitivity permitted improved estimates of HSC turnover rates. This analysis predicts that d-HSCs cycle about once every 149-193 days and a-HSCs about once every 28-36 days. We further predict that, using LRC assays, a 75%-92.5% purification of d-HSCs can be achieved after 59-130 days of chase. Interestingly, the d-HSC proportion is now estimated to be around 30-45% of total HSCs - more than twice that of our previous estimate.

Ecotoxicological approaches to assess the long-term effects of four anticancer drugs and metabolites on Daphnia pulex

The aquatic environment is exposed continuously and increasingly to chemical substances such as pharmaceuticals. These medical compounds are released into the environment after having being consumed and body-excreted by patients. Pharmaceutical residues are synthetic molecules that are not always removed by traditional sewage treatment processes and thus escape degradation. Among pharmaceuticals that escape sewage treatment plants (STPs), the anticancer drugs were measured in STP effluents and natural waters. In the aquatic environment, their long-term effects at low concentrations are sparsely known on non-target species. Tamoxifen is an anticancer drug that is widely prescribed worldwide for the prevention and treatment of hormone receptor-positive breast cancers. Two of its metabolites, i.e., endoxifen and 4-hydroxy- tamoxifen (4OHTam), have high pharmacological potency in vivo and such as tamoxifen, they are excreted via faeces by patients. Tamoxifen was measured in STP effluents and natural waters but, to the best of our knowledge, its metabolites concentrations in waters have never been reported. Imatinib is another and recent anticancer compound that targets specific tumour cells. This pharmaceutical is also body excreted and because of its increasing use in cancer treatment, imatinib may reach the natural water. The effects of tamoxifen and imatinib are unknown upon more than one generation of aquatic species. And the effects of 4OHTam, endoxifen have never been studied in ecotoxicology so far. The aims of this thesis were threefold. First, the sensitivity of D. pulex exposed to tamoxifen, 4OHTam, endoxifen or imatinib was assessed using ecotoxicological experiments. Ecotoxicology is the science that considers the toxic effects of natural or synthetic substances, such as pharmaceuticals, on organisms, populations, community and ecosystem. Acute and multigenerational (2-4 generations) tests were performed on daphnids considering several studied endpoints, such as immobilisation, size, reproduction, viability and intrinsic rate of natural increase. Additional prospective assays were designed to evaluate whether 1) low concentrations of tamoxifen and 4OHTam were able to induce toxic effects when used in combination, and 2) daphnids were able to recover when offspring were withdrawn from solutions carrying the pharmaceutical. Second, the stability of tamoxifen, 4OHTam and endoxifen in incubation medium was evaluated in solution exempted from daphnids. Because the nominal concentrations of tamoxifen, 4OHTam and endoxifen did not correspond to the measured, we provide a predictive method to estimate the concentrations of these chemicals during long-term ecotoxicological tests. Finally, changes in protein expressions were analysed in D. pulex exposed 2 or 7 seven days to tamoxifen using ecotoxicoproteomic experiments with a shot-gun approach inducing a peptide fractionation step. Our results show that tamoxifen, 4OHTam and endoxifen induced adverse effects in D. pulex at environmentally relevant concentrations. At very low concentrations, these molecules displayed unusual and teratogenic effects because morphological abnormalities were observed in offspring, such as thick and short antennas, curved spines, premature neonates and aborted eggs. Tamoxifen was the most toxic compound among the test chemicals, followed by 4OHTam, endoxifen and imatinib. Tamoxifen no-observed effect concentrations (NOECs) that were calculated for size, reproduction and intrinsic rate were below or in the range of the concentrations measured in natural waters, i.e., between 0.12 µg/L and 0.67 µg/L. For instance, the tamoxifen NOECs that were calculated for reproduction were between 0.67 and 0.72 µg/L, whereas the NOEC was < 0.15 µg/L when based on morphological abnormalities. The NOECs of 4OHTam were higher but still in the same order of magnitude as tamoxifen environmental concentrations, with a value of 1.48 µg/L. Endoxifen NOEC for the intrinsic rate of natural increase (r) and the reproduction were 0.4 and 4.3 µg/L, respectively. Daphnids that were withdrawn from tamoxifen and 4OHTam were not able to recover. Also, the reproduction of D. pulex was reduced when the treated animals were exposed to the combination of tamoxifen and 4OHTam while no effects were observed when these chemicals were tested individually at the same concentration. Among the anticancer drugs that were tested during this thesis, imatinib was the less toxic molecule towards D. pulex. No effects on size and reproduction were observed within two generations, except for the first whose reproduction decreased at the highest test concentration, i.e., 626 µg/L. Our results also underline the need to use measured or predicted concentrations instead of the nominal during aquatic experiments, particularly when lipophilic molecules are tested. Indeed, notable differences between nominal (i.e., theoretical) and measured concentrations were found with tamoxifen, 4OHTam and endoxifen at all test concentrations. A cost and time sustainable method was proposed to predict the test exposure levels of these chemicals during long-term experiments. This predictive method was efficient particularly for low concentrations, which corresponded to the test concentrations in multigenerational tests. In the ecotoxicoproteomic experiments a total of 3940 proteins were identified and quantified in D. pulex exposed to tamoxifen. These results are currently the largest dataset from D. pulex that is published and the results of proteomic analyses are available for the scientific community. Among these 3940 proteins, 189 were significantly different from controls. After protein annotation, we assumed that treated daphnids with tamoxifen had shifted cost-energy functions, such as reproduction, to maintain their basic metabolism necessary to survive. This metabolic cost hypothesis was supported by the presence of proteins involved in oxidative stress. Biomarkers for early detection of tamoxifen harmful effects on D. pulex were not discovered but the proteins of the vitellogenin-2 family (E9H8K5) and the ryanodine receptor (E9FTU9) are promising potential biomarkers because their expression was already modified after 2 days of treatment. In this thesis, the effects of tamoxifen, 4OHTam and endoxifen on daphnids raise questions about the potential impact of tamoxifen and 4OHTam in other aquatic ecosystems, and therefore, about metabolites in ecotoxicology. Because the NOECs were environmentally relevant, these results suggest that tamoxifen and 4OHTam may be interesting pharmaceuticals to consider in risk assessment. Our findings also emphasize the importance of performing long-term experiments and of considering multi-endpoints instead of the standard reproductive endpoint. Finally, we open the discussion about the importance to measure test exposures or not, during ecotoxicological studies. -- Les milieux aquatiques sont exposés continuellement à un nombre croissant de substances chimiques, notamment les médicaments issus de la médecine vétérinaire et humaine. Chez les patients, les substances administrées sont utilisées par le corps avant d'être éliminées par l'intermédiaire des excrétas dans le système d'eaux usées de la ville. Ces eaux rejoignent ensuite une station de traitement afin d'y éliminer les déchets. Dans le cas des molécules chimiques, il arrive que les processus de traitement d'eaux usées ne soient pas suffisamment efficaces et que ces molécules ne soient pas dégradées. Elles sont alors libérées dans le milieu aquatique avec les effluents de la station d'épuration. Une fois dans l'environnement, ces résidus de médicaments sont susceptibles d'induire des effets sur la faune et la flore aquatique, dont les conséquences à long terme et à faibles concentrations sont peu connues. Les anticancéreux sont une famille de médicaments qui peuvent échapper aux traitements des stations d'épuration et qui sont retrouvées dans le milieu aquatique naturel. Parmi ces substances, le tamoxifen est une molécule utilisée dans le monde entier pour prévenir et traiter les cancers hormonaux dépendant du sein, notamment. Une fois ingéré, le tamoxifen est transformé par le foie en métabolites dont deux d'entre eux, le 4-hydroxy-tamoxifen (4OHTam) et l'endoxifen, possèdent un affinité pour les récepteurs aux estrogènes et une efficacité sur les cellules tumorales supérieure au tamoxifen lui- même. Tout comme la molécule mère, ces métabolites sont principalement éliminés par l'intermédiaire des fèces. Le tamoxifen a déjà été mesuré dans les effluents de stations d'épuration et dans les eaux naturelles, mais aucune valeur n'a été reportée pour ses métabolites jusqu'à présent. Un autre anticancéreux, également éliminé par voie biliaire et susceptible d'atteindre l'environnement, est l'imatinib. Cette récente molécule a révolutionné le traitement et la survie des patients souffrant de leucémie myéloïde chronique et de tumeur stromales gastrointestinales. Les effets du tamoxifen et de l'imatinib sur plusieurs générations d'organismes aquatiques, tels que les microcrustacés Daphnia, sont inconnus et le 4OHTam et l'endoxifen n'ont même jamais été testés en écotoxicologie. Cette thèse s'est articulée autour de trois objectifs principaux. Premièrement, la sensibilité des D. pulex exposés au tamoxifen, 4OHTam, endoxifen et imatinib a été évaluée par l'intermédiaire de tests aigus et de tests sur deux à quatre générations. La mobilité, la taille, la reproduction, la viabilité et la croissance potentielle de la population ont été relevées au cours de ces expériences. Des tests supplémentaires, à but prospectifs, ont également été réalisés afin d'évaluer 1) la capacité de récupération des daphnies, lorsque leurs descendants ont été placés dans un milieu exempté de tamoxifen ou de 4OHTam, 2) les effets chez les daphnies exposées à une solution contenant de faibles concentration de tamoxifen et de 4OHTam mélangés. Le deuxième objectif a été d'évaluer la stabilité du tamoxifen, 4OHTam et endoxifen dilué dans le milieu des daphnies. Après analyses, les concentrations mesurées ne correspondaient pas aux concentrations nominales (c.-à-d., théoriques) et il a été nécessaire de développer une méthode efficace de prédiction des niveaux d'exposition lors de tests de longue durée réalisés avec ces trois molécules. Finalement, des changements dans l'expression des protéines chez des daphnies exposées au tamoxifen ont été investigués par l'intermédiaire d'expériences écotoxicoprotéomiques avec une approche dite de shot-gun avec une étape de fractionnement des protéines. Les résultats obtenus dans cette thèse montrent que le tamoxifen, le 4OHTam et l'endoxifen induisent des effets indésirables chez les daphnies à des niveaux d'exposition proches ou identiques aux concentrations du tamoxifen mesurées dans l'environnement, c'est-à-dire 0.12 et 0.67 µg/L de tamoxifen. Ces molécules ont induit des effets inhabituels tels que la production de : nouveau-nés anormaux, avec des antennes et des queues déformées, des prématurés et des oeufs avortés. Le tamoxifen fut la molécule la plus toxique pour les D. pulex suivie du 4OHTam, de l'endoxifen et enfin de l'imatinib. Lors des expériences sur plusieurs générations, les concentrations n'ayant statistiquement pas d'effet (c.à.d. NOEC en anglais) sur la taille, la reproduction et la croissance intrinsèque de la population étaient du même ordre de grandeur que les concentrations environnementales du tamoxifen. Par exemple, les NOECs du tamoxifen calculées pour la reproduction étaient de 0.67 et 0.72 µg/L, tandis que celle calculée sur la base des anomalies chez les nouveau-nés était < 0.15 µg/L. Les NOECs du 4OHTam se situaient entre 0.16 et 1.48 µg/L et celles de l'endoxifen pour la croissance intrinsèque de la population, ainsi que pour la reproduction, étaient de 0.4 et 4.3 µg/L, respectivement. Dans l'expérience basée sur la récupération des daphnies, la taille et la reproduction ont diminué bien que la descendance fût placée dans un milieu sans substances chimiques. Les daphnies exposées au mélange de tamoxifen et de 4OHTam ont produit moins de nouveau-nés que les contrôles, alors que ces concentrations n'ont pas induit d'effets lorsque testées individuellement. Finalement, l'imatinib n'a pas montré d'effets sur les deux générations testées. Seule la première génération exposée à la plus haute concentration (626 µg/L) a montré une diminution de la reproduction. Les résultats obtenus lors de l'évaluation de la stabilité du tamoxifen, 4OHTam et endoxifen dans le milieu des daphnies ont souligné l'importance d'utiliser des concentrations mesurées ou prédites en écotoxicologie. En effet, des différences notables entre concentrations nominales et mesurées ont été observées à toutes les concentrations et l'hypothèse d'un phénomène d'adsorption sur le verre des récipients a été posée. De ce fait, il a été nécessaire d'élaborer une méthode prédictive efficace et acceptable, en terme de temps et de coûts. Une régression polynomiale basée sur des concentrations mesurées et nominales a permis de prédire avec efficacité les faibles niveaux d'exposition utilisés lors d'expériences écotoxicologiques à long terme, sur plusieurs générations. Suite aux expériences d'écotoxicoprotéomiques, un total de 3940 protéines ont été identifiées et quantifiées chez des daphnies exposées au tamoxifen. Ce nombre est actuellement la plus large série de données publiées et mises à disposition pour la communauté scientifique. Parmi ces protéines, 189 sont significatives et possiblement reliées à des processus de reproduction et de stress. Sur cette base, nous avons émis l'hypothèse que les individus subissant un stress, lié à l'exposition au tamoxifen, ont utilisé leur énergie de base pour favoriser leur survie plutôt que la reproduction. Enfin, la détermination de bio-marqueurs exprimant des dommages précoces des daphnies exposées au tamoxifen n'a pas abouti en tant que telle, mais des protéines prometteuses, telle que la famille de viellogenin-2 (E9H8K5) et le récepteur à la ryanodine (E9FTU9), ont été exprimées après deux jours d'exposition déjà. Ces protéines pourraient faire l'objet d'investigations écotoxicoprotéomiques futures. Les résultats de cette thèse posent certaines questions quant au risque du tamoxifen, du 4OHTam et de l'endoxifen sur la faune et la flore aquatique et plus particulièrement sur les anticancéreux présents dans l'environnement. Les effets toxiques de ces molécules ont été observés à des concentrations environnementales et sur plusieurs générations. La question de considérer les métabolites, et ainsi les pro-médicaments, en écotoxicologie est soulevée, notamment parce que ces molécules peuvent être plus actives et efficaces que la molécule mère. Les expériences chroniques, sur plusieurs générations sont également à favoriser car elles offrent un meilleur reflet de la réalité environnementale que des essais aigus ou d'une génération. L'utilisation de la protéomique permet d'agrandir les connaissances sur les effets des médicaments à un niveau inférieur de l'organisation biologique et ainsi, de mieux comprendre de potentiels mécanismes d'action ou de déterminer de potentiels biomarqueurs. Finalement, il semble important de discuter de l'opportunité de mesurer les concentrations qui sont testées en écotoxicologie afin de ne pas sous-estimer le risque pour la faune et la flore aquatique.

Active uptake of dendritic cell-derived exovesicles by epithelial cells induces the release of inflammatory mediators through a TNF-alpha-mediated pathway.

Dendritic cells (DCs) can release hundreds of membrane vesicles, called exovesicles, which are able to activate resting DCs and distribute antigen. Here, we examined the role of mature DC-derived exovesicles in innate and adaptive immunity, in particular their capacity to activate epithelial cells. Our analysis of exovesicle contents showed that exovesicles contain major histocompatibility complex-II, CD40, and CD83 molecules in addition to tumor necrosis factor (TNF) receptors, TNFRI and TNFRII, and are important carriers of TNF-alpha. These exovesicles are rapidly internalized by epithelial cells, inducing the release of cytokines and chemokines, but do not transfer an alloantigen-presenting capacity to epithelial cells. Part of this activation appears to involve the TNF-alpha-mediated pathway, highlighting the key role of DC-derived exovesicles, not only in adaptive immunity, but also in innate immunity by triggering innate immune responses and activating neighboring epithelial cells to release cytokines and chemokines, thereby amplifying the magnitude of the innate immune response.

Multi-Atlas based Segmentation of Head and Neck CT Images using Active Contour

This paper presents the segmentation of bilateral parotid glands in the Head and Neck (H&N) CT images using an active contour based atlas registration. We compare segmentation results from three atlas selection strategies: (i) selection of "single-most-similar" atlas for each image to be segmented, (ii) fusion of segmentation results from multiple atlases using STAPLE, and (iii) fusion of segmentation results using majority voting. Among these three approaches, fusion using majority voting provided the best results. Finally, we present a detailed evaluation on a dataset of eight images (provided as a part of H&N auto segmentation challenge conducted in conjunction with MICCAI-2010 conference) using majority voting strategy.