A role for the transcriptional repressor ICER in the molecular pathogenesis of type 2 diabetes

AbstractType 2 diabetes (T2D) is a metabolic disease which affects more than 200 millions people worldwide. The progression of this affection reaches nowadays epidemic proportions, owing to the constant augmentation in the frequency of overweight, obesity and sedentary. The pathogenesis of T2D is characterized by reduction in the action of insulin on its target tissues - an alteration referred as insulin resistance - and pancreatic β-cell dysfunction. This latter deterioration is defined by impairment in insulin biosynthesis and secretion, and a loss of β-cell mass by apoptosis. Environmental factors related to T2D, such as chronic elevation in glucose and free fatty acids levels, inflammatory cytokines and pro-atherogenic oxidized low- density lipoproteins (LDL), contribute to the loss of pancreatic β-cell function.In this study, we have demonstrated that the transcription factor Inducible Cyclic AMP Early Repressor (ICER) participates to the progression of both β-cell dysfunction and insulin resistance. The expression of this factor is driven by an alternative promoter and ICER protein represents therefore a truncated product of the Cyclic AMP Response Element Modulator (CREM) family which lacks transactivation domain. Consequently, the transcription factor ICER acts as a passive repressor which reduces expression of genes controlled by the cyclic AMP and Cyclic AMP Response Element Binding protein (CREB) pathway.In insulin-secreting cells, the accumulation of reactive oxygen species caused by environmental factors and notably oxidized LDL - a process known as oxidative stress - induces the transcription factor ICER. This transcriptional repressor hampers the secretory capacity of β-cells by silencing key genes of the exocytotic machinery. In addition, the factor ICER reduces the expression of the scaffold protein Islet Brain 1 (IB 1 ), thereby favouring the activation of the c-Jun N-terminal Kinase (JNK) pathway. This triggering alters in turn insulin biosynthesis and survival capacities of pancreatic β-cells.In the adipose tissue of mice and human subjects suffering from obesity, the transcription factor ICER contributes to the alteration in insulin action. The loss in ICER protein in these tissues induces a constant activation of the CREB pathway and the subsequent expression of the Activating Transcription Factor 3 (ATF3). In turn, this repressor reduces the transcript levels of the glucose transporter GLUT4 and the insulin-sensitizer peptide adiponectin, thereby contributing to the diminution in insulin action.In conclusion, these data shed light on the important role of the transcriptional repressor ICER in the pathogenesis of T2D, which contributes to both alteration in β-cell function and aggravation of insulin resistance. Consequently, a better understanding of the molecular mechanisms responsible for the alterations in ICER levels is required and could lead to develop new therapeutic strategies for the treatment of T2D.RésuméLe diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. La progression de cette affection atteint aujourd'hui des proportions épidémiques imputables à l'augmentation rapide dans les fréquences du surpoids, de l'obésité et de la sédentarité. La pathogenèse du DT2 se caractérise par une diminution de l'action de l'insuline sur ses tissus cibles - un processus nommé insulino-résistance - ainsi qu'une dysfonction des cellules β pancréatiques sécrétrices d'insuline. Cette dernière détérioration se définit par une réduction de la capacité de synthèse et de sécrétion de l'insuline et mène finalement à une perte de la masse de cellules β par apoptose. Des facteurs environnementaux fréquemment associés au DT2, tels l'élévation chronique des taux plasmatiques de glucose et d'acides gras libres, les cytokines pro-inflammatoires et les lipoprotéines de faible densité (LDL) oxydées, contribuent à la perte de fonction des cellules β pancréatiques.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur de transcription « Inducible Cyclic AMP Early Repressor » (ICER) participe à la progression de la dysfonction des cellules β pancréatiques et au développement de Pinsulino-résistance. Son expression étant gouvernée par un promoteur alternatif, la protéine d'ICER représente un produit tronqué de la famille des «Cyclic AMP Response Element Modulator » (CREM), sans domaine de transactivation. Par conséquent, le facteur ICER agit comme un répresseur passif qui réduit l'expression des gènes contrôlés par la voie de l'AMP cyclique et des « Cyclic AMP Response Element Binding protein » (CREB).Dans les cellules sécrétrices d'insuline, l'accumulation de radicaux d'oxygène libres, soutenue par les facteurs environnementaux et notamment les LDL oxydées - un processus appelé stress oxydatif- induit de manière ininterrompue le facteur de transcription ICER. Ainsi activé, ce répresseur transcriptionnel altère la capacité sécrétoire des cellules β en bloquant l'expression de gènes clés de la machinerie d'exocytose. En outre, le facteur ICER favorise l'activation de la cascade de signalisation « c-Jun N- terminal Kinase » (JNK) en réduisant l'expression de la protéine « Islet Brain 1 » (IB1), altérant ainsi les fonctions de biosynthèse de l'insuline et de survie des cellules β pancréatiques.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur de transcription ICER contribue à l'altération de la réponse à l'insuline. La disparition de la protéine ICER dans ces tissus entraîne une activation persistante de la voie de signalisation des CREB et une induction du facteur de transcription « Activating Transcription Factor 3 » (ATF3). A son tour, le répresseur ATF3 inhibe l'expression du transporteur de glucose GLUT4 et du peptide adipocytaire insulino-sensibilisateur adiponectine, contribuant ainsi à la diminution de l'action de l'insuline en conditions d'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le répresseur transcriptionnel ICER apparaît comme un facteur important dans la pathogenèse du DT2, en participant à la perte de fonction des cellules β pancréatiques et à l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes moléculaires responsables de l'altération des niveaux du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.Résumé didactiqueL'énergie nécessaire au bon fonctionnement de l'organisme est fournie par l'alimentation, notamment sous forme de sucres (glucides). Ceux-ci sont dégradés en glucose, lequel sera distribué aux différents organes par la circulation sanguine. Après un repas, le niveau de glucose sanguin, nommé glycémie, s'élève et favorise la sécrétion d'une hormone appelée insuline par les cellules β du pancréas. L'insuline permet, à son tour, aux organes, tels le foie, les muscles et le tissu adipeux de capter et d'utiliser le glucose ; la glycémie retrouve ainsi son niveau basai.Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. Le développement de cette affection est causée par deux processus pathologiques. D'une part, les quantités d'insuline secrétée par les cellules β pancréatiques, ainsi que la survie de ces cellules sont réduites, un phénomène connu sous le nom de dysfonction des cellules β. D'autre part, la sensibilité des tissus à l'insuline se trouve diminuée. Cette dernière altération, l'insulino-résistance, empêche le transport et l'utilisation du glucose par les tissus et mène à une accumulation de ce sucre dans le sang. Cette stagnation de glucose dans le compartiment sanguin est appelée hyperglycémie et favorise l'apparition des complications secondaires du diabète, telles que les maladies cardiovasculaires, l'insuffisance rénale, la cécité et la perte de sensibilité des extrémités.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur ICER qui contrôle spécifiquement l'expression de certains gènes, contribue non seulement à la dysfonction des cellules β, mais aussi au développement de l'insulino-résistance. En effet, dans les cellules β pancréatiques en conditions diabétiques, l'activation du facteur ICER altère la capacité de synthèse et de sécrétion d'insuline et réduit la survie ces cellules.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur ICER contribue à la perte de sensibilité à l'insuline. La disparition d'ICER altère l'expression de la protéine qui capte le glucose, le transoprteur GLUT4, et l'hormone adipocytaire favorisant la sensibilité à l'insuline, nommée adiponectine. Ainsi, la perte d'ICER participe à la réduction de la captation de glucose par le tissue adipeux et au développement de l'insulino-résistance au cours de l'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le facteur ICER apparaît comme un contributeur important à la progression du DT2, en soutenant la dysfonction des cellules β pancréatiques et l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes responsables de la dérégulation du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.

An Ion Transport-Independent Role for the Cation-Chloride Cotransporter KCC2 in Dendritic Spinogenesis In Vivo.

The neuron-specific K-Cl cotransporter, KCC2, is highly expressed in the vicinity of excitatory synapses in pyramidal neurons, and recent in vitro data suggest that this protein plays a role in the development of dendritic spines. The in vivo relevance of these observations is, however, unknown. Using in utero electroporation combined with post hoc iontophoretic injection of Lucifer Yellow, we show that premature expression of KCC2 induces a highly significant and permanent increase in dendritic spine density of layer 2/3 pyramidal neurons in the somatosensory cortex. Whole-cell recordings revealed that this increased spine density is correlated with an enhanced spontaneous excitatory activity in KCC2-transfected neurons. Precocious expression of the N-terminal deleted form of KCC2, which lacks the chloride transporter function, also increased spine density. In contrast, no effect on spine density was observed following in utero electroporation of a point mutant of KCC2 (KCC2-C568A) where both the cotransporter function and the interaction with the cytoskeleton are disrupted. Transfection of the C-terminal domain of KCC2, a region involved in the interaction with the dendritic cytoskeleton, also increased spine density. Collectively, these results demonstrate a role for KCC2 in excitatory synaptogenesis in vivo through a mechanism that is independent of its ion transport function.

Amphipathic alpha-helix AH2 is a major determinant for the oligomerization of hepatitis C virus nonstructural protein 4B.

Nonstructural protein 4B (NS4B) is a key organizer of hepatitis C virus (HCV) replication complex formation. It induces a specific membrane rearrangement, designated membranous web, that serves as a scaffold for the HCV replication complex. However, the mechanisms underlying membranous web formation are poorly understood. Based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) and confirmatory coimmunoprecipitation analyses, we provide evidence for an oligomerization of NS4B in the membrane environment of intact cells. Several conserved determinants were found to be involved in NS4B oligomerization, through homotypic and heterotypic interactions. N-terminal amphipathic ?-helix AH2, comprising amino acids 42 to 66, was identified as a major determinant for NS4B oligomerization. Mutations that affected the oligomerization of NS4B disrupted membranous web formation and HCV RNA replication, implying that oligomerization of NS4B is required for the creation of a functional replication complex. These findings enhance our understanding of the functional architecture of the HCV replication complex and may provide new angles for therapeutic intervention. At the same time, they expand the list of positive-strand RNA virus replicase components acting as oligomers.

Quantitative morphometry analysis of the fetal brain using clinical MR imaging

In vivo fetal magnetic resonance imaging provides aunique approach for the study of early human braindevelopment [1]. In utero cerebral morphometry couldpotentially be used as a marker of the cerebralmaturation and help to distinguish between normal andabnormal development in ambiguous situations. However,this quantitative approach is a major challenge becauseof the movement of the fetus inside the amniotic cavity,the poor spatial resolution provided by very fast MRIsequences and the partial volume effect. Extensiveefforts are made to deal with the reconstruction ofhigh-resolution 3D fetal volumes based on severalacquisitions with lower resolution [2,3,4]. Frameworkswere developed for the segmentation of specific regionsof the fetal brain such as posterior fossa, brainstem orgerminal matrix [5,6], or for the entire brain tissue[7,8], applying the Expectation-Maximization MarkovRandom Field (EM-MRF) framework. However, many of theseprevious works focused on the young fetus (i.e. before 24weeks) and use anatomical atlas priors to segment thedifferent tissue or regions. As most of the gyraldevelopment takes place after the 24th week, acomprehensive and clinically meaningful study of thefetal brain should not dismiss the third trimester ofgestation. To cope with the rapidly changing appearanceof the developing brain, some authors proposed a dynamicatlas [8]. To our opinion, this approach however faces arisk of circularity: each brain will be analyzed /deformed using the template of its biological age,potentially biasing the effective developmental delay.Here, we expand our previous work [9] to proposepost-processing pipeline without prior that allow acomprehensive set of morphometric measurement devoted toclinical application. Data set & Methods: Prenatal MRimaging was performed with a 1-T system (GE MedicalSystems, Milwaukee) using single shot fast spin echo(ssFSE) sequences (TR 7000 ms, TE 180 ms, FOV 40 x 40 cm,slice thickness 5.4mm, in plane spatial resolution1.09mm). For each fetus, 6 axial volumes shifted by 1 mmwere acquired under motherâeuro?s sedation (about 1min pervolume). First, each volume is segmentedsemi-automatically using region-growing algorithms toextract fetal brain from surrounding maternal tissues.Inhomogeneity intensity correction [10] and linearintensity normalization are then performed. Brain tissues(CSF, GM and WM) are then segmented based on thelow-resolution volumes as presented in [9]. Ahigh-resolution image with isotropic voxel size of 1.09mm is created as proposed in [2] and using B-splines forthe scattered data interpolation [11]. Basal gangliasegmentation is performed using a levet setimplementation on the high-resolution volume [12]. Theresulting white matter image is then binarized and givenas an input in FreeSurfer software(http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu) to providetopologically accurate three-dimensional reconstructionsof the fetal brain according to the local intensitygradient. References: [1] Guibaud, Prenatal Diagnosis29(4) (2009). [2] Rousseau, Acad. Rad. 13(9), 2006. [3]Jiang, IEEE TMI 2007. [4] Warfield IADB, MICCAI 2009. [5]Claude, IEEE Trans. Bio. Eng. 51(4) 2004. [6] Habas,MICCAI 2008. [7] Bertelsen, ISMRM 2009. [8] Habas,Neuroimage 53(2) 2010. [9] Bach Cuadra, IADB, MICCAI2009. [10] Styner, IEEE TMI 19(39 (2000). [11] Lee, IEEETrans. Visual. And Comp. Graph. 3(3), 1997. [12] BachCuadra, ISMRM 2010.

The use of external mesh reinforcement to reduce intimal hyperplasia and preserve the structure of human saphenous veins.

The saphenous vein is the conduit of choice in bypass graft procedures. Haemodynamic factors play a major role in the development of intimal hyperplasia (IH), and subsequent bypass failure. To evaluate the potential protective effect of external reinforcement on such a failure, we developed an ex vivo model for the perfusion of segments of human saphenous veins under arterial shear stress. In veins submitted to pulsatile high pressure (mean pressure at 100 mmHg) for 3 or 7 days, the use of an external macroporous polyester mesh 1) prevented the dilatation of the vessel, 2) decreased the development of IH, 3) reduced the apoptosis of smooth muscle cells, and the subsequent fibrosis of the media layer, 4) prevented the remodelling of extracellular matrix through the up-regulation of matrix metalloproteinases (MMP-2, MMP-9) and plasminogen activator type I. The data show that, in an experimental ex vivo setting, an external scaffold decreases IH and maintains the integrity of veins exposed to arterial pressure, via increase in shear stress and decrease wall tension, that likely contribute to trigger selective molecular and cellular changes.

Different concentrations of Mg++ ions affect nuclear matrix protein distribution during thermal stabilization of isolated nuclei.

The nuclear matrix, a proteinaceous network believed to be a scaffolding structure determining higher-order organization of chromatin, is usually prepared from intact nuclei by a series of extraction steps. In most cell types investigated the nuclear matrix does not spontaneously resist these treatments but must be stabilized before the application of extracting agents. Incubation of isolated nuclei at 37C or 42C in buffers containing Mg++ has been widely employed as stabilizing agent. We have previously demonstrated that heat treatment induces changes in the distribution of three nuclear scaffold proteins in nuclei prepared in the absence of Mg++ ions. We studied whether different concentrations of Mg++ (2.0-5 mM) affect the spatial distribution of nuclear matrix proteins in nuclei isolated from K562 erythroleukemia cells and stabilized by heat at either 37C or 42C. Five proteins were studied, two of which were RNA metabolism-related proteins (a 105-kD component of splicing complexes and an RNP component), one a 126-kD constituent of a class of nuclear bodies, and two were components of the inner matrix network. The localization of proteins was determined by immunofluorescent staining and confocal scanning laser microscope. Mg++ induced significant changes of antigen distribution even at the lowest concentration employed, and these modifications were enhanced in parallel with increase in the concentration of the divalent cation. The different sensitivity to heat stabilization and Mg++ of these nuclear proteins might reflect a different degree of association with the nuclear scaffold and can be closely related to their functional or structural role.

Phosphorylation-dependent dimerization and subcellular localization of islet-brain 1/c-Jun N-terminal kinase-interacting protein 1.

Islet-brain 1 [IB1; also termed c-Jun N-terminal kinase (JNK)-interacting protein 1 (JIP-1] is involved in the apoptotic signaling cascade of JNK and functions as a scaffold protein. It organizes several MAP kinases and the microtubule-transport motor protein kinesin and relates to other signal-transducing molecules such as the amyloid precursor protein. Here we have identified IB1/JIP-1 using different antibodies that reacted with either a monomeric or a dimeric form of IB1/JIP-1. By immunoelectron microscopy, differences in the subcellular localization were observed. The monomeric form was found in the cytoplasmic compartment and is associated with the cytoskeleton and with membranes, whereas the dimeric form was found in addition in nuclei. After treatment of mouse brain homogenates with alkaline phosphatase, the dimeric form disappeared and the monomeric form decreased its molecular weight, suggesting that an IB1/JIP-1 dimerization is phosphorylation dependent and that IB1 exists in several phospho- forms. N-methyl-D-aspartate receptor activation induced a dephosphorylation of IB1/JIP-1 in primary cultures of cortical neurons and reduced homodimerization. In conclusion, these data suggest that IB1/JIP-1 monomers and dimers may differ in compartmental localization and thus function as a scaffold protein of the JNK signaling cascade in the cytoplasm or as a transcription factor in nuclei.

Molecular mechanisms of follicular associated epithelium differentiation

Les muqueuses respiratoires, genitales et digestives sont continuellement exposées aux antigènes de l?alimentation, à la flore intestinale et aux pathogènes. Cela implique une activité immunologique intense et finement régulée dans ces tissus. On admet que la modulation de ces réponses immunitaires muqueuses s?effectue dans des organes sentinels spécifiques appelés o-MALT (organized mucosal associated lymphoid tissues). Ces processus de modulation et la biologie de ces sites immuno-inducteurs sont peu connus. Ceci est pourtant d?une grande relevance si l?on veut faire un design rationnel de drogues et de vaccins muqueux. Dans l?intestin grèle, ces organes sont composés de follicules multiples et sont appelés plaques de Peyer. Ils sont constitués de follicules enrichis en cellules B comprenant ou non un centre germinatif, de regions interfolliculaires comprenant des cellules T, et d?une région en d ome riche en cellules dendritiques, cellules B naives et cellules T CD4+, surmontée par un epithelium specialisé, le FAE (epithelium associé aux follicules). Le FAE contient des cellules M spécialisées dans le transport de macromolécules et micro-organismes de la lumière intestinale au tissu lymphoide sous-jacent. Ce transport des antigènes est une condition obligatoire pour induire une réponse immunitaire. Les cellules du FAE, outre les cellules M, expriment un programme de différenciation distinct de celui des cellules associées aux villosités. Ceci est characterisé par une baisse des fonctions digestives et de défenses, et l?expression constitutive des chimiokines: CCL20 et CCL25. Le but de l?étude présentée ici est de rechercher les facteurs cellulaires et/ou moléculaire responsables de cette différenciation. Certaines études ont démontré l?importance du contact entre le compartiment mésenchymateux et l?épithelium pour la morphogenèse de ce dernier. En particulier, les molécules de la matrice extracellulaire peuvent activer des gènes clefs qui, à leur tour, vont controler l?adhésion et la differenciation cellulaire. Dans l?intestin, les cellules mésenchymateuses différencient en myofibroblastes qui participent à l?élaboration de la matrice extracellulaire. Dans cette étude, nous avons décrit les différences d?expression de molécules de la matrices sous le FAE et les villosités. Nous avons également montré une absence de myofibroblastes sous le FAE. Suite à plusieurs évidences expérimentales, certains ont proposé une influence des composés présents dans la lumière sur la différenciation et/ou la maturation des plaques de Peyer. La chimiokine CCL20, capable de recruter des cellules initiatrices de la réponse immunitaire, constitue notre seul marqueur positif de FAE. Nous avons pu montrer que la flagelline, un composé du flagelle bactérien, était capable d?induire l?expression de CCL20 in vitro et in vivo. Cet effet n?est pas limité aux cellules du FAE mais est observé sur l?ensemble de l?épithelium intestinal. Molecular mechanisms of FAE differenciation. La signalement induit par la lymphotoxine ß est critique pour l?organogenèse des plaques de Peyer, car des souris déficientes pour cette molécules ou son récepteur n?ont ni plaque de Peyer, ni la plupart des ganglions lymphatiques. Nous avons obtenus plusieurs évidences que la lymphotoxine ß était impliquée dans la régulation du gène CCL20 in vitro et in vivo.<br/><br/>Mucosal surfaces of the respiratory, genital and digestive systems are exposed to food antigens, normal bacterial flora and oral pathogens. This justifies an intense and tuned immunological activity in mucosal tissues. The modulation of immune responses in the mucosa is thought to occur in specific sentinel sites, the organized mucosa associated lymphoid tissues (o-MALT). This immune modulation and the biology of these immune-inductive sites are poorly understood but highly important and relevant in the case of drugs and vaccines design. In the small intestine, these organs (gut associated lymphoid tissue : GALT) consists of single or multiple lymphoid follicles, the so-called Peyer?s patches (PP), with typical B cell-enriched follicles and germinal centers, inter-follicular T cell areas, and a dome region enriched in dendritic cells, naive B cells, and CD4+ T cells under a specialized follicle associated epithelium (FAE). To trigger protective immunity, antigens have to cross the mucosal epithelial barrier. This is achieved by the specialized epithelial M cells of the FAE that are able to take up and transport macromolecules and microorganisms from the environment into the underlying organized lymphoid tissue. The ontogeny of M cells remains controversial: some data are in favor of a distinct cell lineage, while others provide evidence for the conversion of differentiated enterocytes into M cells. In this study we mapped the proliferative, M cells and apoptotic compartments along the FAE. Enterocytes acquire transient M cell features as they leave the crypt and regain enterocyte properties as they move towards the apoptotic compartment at the apex of the FAE, favouring the hypothesis of a plastic phenotype. The follicle-associated epithelium (FAE) is found exclusively over lymphoid follicles in mucosal tissues, including Peyer?s patches. The enterocytes over Peyer?s patches express a distinct phenotype when compared to the villi enterocytes, characterized by the down regulation of digestive and defense functions and the constitutive expression of chemokines, i.e. CCL20 and CCL25. The purpose of this study was to investigate and identify the potential cells and/or molecules instructing FAE differentiation. Contact between the epithelial and the mesenchymal cell compartment is required for gut morphogenesis. Extracellular matrix molecules (ECM) can activate key regulatory genes which in turn control cell adhesion and differentiation. In the gut, mesenchymal cells differentiate into myofibroblats that participate to the elaboration of ECM. We have described a differential expression of extracellular matrix components under the FAE, correlating with the absence of subepithelial myofibroblats. Molecular mechanisms of FAE differenciation. Different studies proposed an influence of the luminal compartment in the differentiation and/or the maturation of PP. CCL20, a chemokine able to recruit cells that initiate adaptive immunity constitutes our first positive FAE molecular marker. We have shown that CCL20 gene expression is inducible in vitro and in vivo in intestinal epithelium by flagellin, a component of bacterial flagella. This effect was not restricted to the FAE. Lymphotoxin ß (LTß) signaling is critical for PPs organogenesis as LT deficient mice as well as LTß-receptor-/- mice lack PPs and most of the lymph nodes (LN). The continuous signaling via LTßR-expressing cells appears necessary for the maintenance throughout the life of PP architecture. We obtained in vitro and in vivo evidence that LTß signalling is involved in CCL20 gene expression.

Development and application of computational methodologies in qualitative modeling

La présente thèse s'intitule "Développent et Application des Méthodologies Computationnelles pour la Modélisation Qualitative". Elle comprend tous les différents projets que j'ai entrepris en tant que doctorante. Plutôt qu'une mise en oeuvre systématique d'un cadre défini a priori, cette thèse devrait être considérée comme une exploration des méthodes qui peuvent nous aider à déduire le plan de processus regulatoires et de signalisation. Cette exploration a été mue par des questions biologiques concrètes, plutôt que par des investigations théoriques. Bien que tous les projets aient inclus des systèmes divergents (réseaux régulateurs de gènes du cycle cellulaire, réseaux de signalisation de cellules pulmonaires) ainsi que des organismes (levure à fission, levure bourgeonnante, rat, humain), nos objectifs étaient complémentaires et cohérents. Le projet principal de la thèse est la modélisation du réseau de l'initiation de septation (SIN) du S.pombe. La cytokinèse dans la levure à fission est contrôlée par le SIN, un réseau signalant de protéines kinases qui utilise le corps à pôle-fuseau comme échafaudage. Afin de décrire le comportement qualitatif du système et prédire des comportements mutants inconnus, nous avons décidé d'adopter l'approche de la modélisation booléenne. Dans cette thèse, nous présentons la construction d'un modèle booléen étendu du SIN, comprenant la plupart des composantes et des régulateurs du SIN en tant que noeuds individuels et testable expérimentalement. Ce modèle utilise des niveaux d'activité du CDK comme noeuds de contrôle pour la simulation d'évènements du SIN à différents stades du cycle cellulaire. Ce modèle a été optimisé en utilisant des expériences d'un seul "knock-out" avec des effets phénotypiques connus comme set d'entraînement. Il a permis de prédire correctement un set d'évaluation de "knock-out" doubles. De plus, le modèle a fait des prédictions in silico qui ont été validées in vivo, permettant d'obtenir de nouvelles idées de la régulation et l'organisation hiérarchique du SIN. Un autre projet concernant le cycle cellulaire qui fait partie de cette thèse a été la construction d'un modèle qualitatif et minimal de la réciprocité des cyclines dans la S.cerevisiae. Les protéines Clb dans la levure bourgeonnante présentent une activation et une dégradation caractéristique et séquentielle durant le cycle cellulaire, qu'on appelle communément les vagues des Clbs. Cet évènement est coordonné avec la courbe d'activation inverse du Sic1, qui a un rôle inhibitoire dans le système. Pour l'identification des modèles qualitatifs minimaux qui peuvent expliquer ce phénomène, nous avons sélectionné des expériences bien définies et construit tous les modèles minimaux possibles qui, une fois simulés, reproduisent les résultats attendus. Les modèles ont été filtrés en utilisant des simulations ODE qualitatives et standardisées; seules celles qui reproduisaient le phénotype des vagues ont été gardées. L'ensemble des modèles minimaux peut être utilisé pour suggérer des relations regulatoires entre les molécules participant qui peuvent ensuite être testées expérimentalement. Enfin, durant mon doctorat, j'ai participé au SBV Improver Challenge. Le but était de déduire des réseaux spécifiques à des espèces (humain et rat) en utilisant des données de phosphoprotéines, d'expressions des gènes et des cytokines, ainsi qu'un réseau de référence, qui était mis à disposition comme donnée préalable. Notre solution pour ce concours a pris la troisième place. L'approche utilisée est expliquée en détail dans le dernier chapitre de la thèse. -- The present dissertation is entitled "Development and Application of Computational Methodologies in Qualitative Modeling". It encompasses the diverse projects that were undertaken during my time as a PhD student. Instead of a systematic implementation of a framework defined a priori, this thesis should be considered as an exploration of the methods that can help us infer the blueprint of regulatory and signaling processes. This exploration was driven by concrete biological questions, rather than theoretical investigation. Even though the projects involved divergent systems (gene regulatory networks of cell cycle, signaling networks in lung cells), as well as organisms (fission yeast, budding yeast, rat, human), our goals were complementary and coherent. The main project of the thesis is the modeling of the Septation Initiation Network (SIN) in S.pombe. Cytokinesis in fission yeast is controlled by the SIN, a protein kinase signaling network that uses the spindle pole body as scaffold. In order to describe the qualitative behavior of the system and predict unknown mutant behaviors we decided to adopt a Boolean modeling approach. In this thesis, we report the construction of an extended, Boolean model of the SIN, comprising most SIN components and regulators as individual, experimentally testable nodes. The model uses CDK activity levels as control nodes for the simulation of SIN related events in different stages of the cell cycle. The model was optimized using single knock-out experiments of known phenotypic effect as a training set, and was able to correctly predict a double knock-out test set. Moreover, the model has made in silico predictions that have been validated in vivo, providing new insights into the regulation and hierarchical organization of the SIN. Another cell cycle related project that is part of this thesis was to create a qualitative, minimal model of cyclin interplay in S.cerevisiae. CLB proteins in budding yeast present a characteristic, sequential activation and decay during the cell cycle, commonly referred to as Clb waves. This event is coordinated with the inverse activation curve of Sic1, which has an inhibitory role in the system. To generate minimal qualitative models that can explain this phenomenon, we selected well-defined experiments and constructed all possible minimal models that, when simulated, reproduce the expected results. The models were filtered using standardized qualitative ODE simulations; only the ones reproducing the wave-like phenotype were kept. The set of minimal models can be used to suggest regulatory relations among the participating molecules, which will subsequently be tested experimentally. Finally, during my PhD I participated in the SBV Improver Challenge. The goal was to infer species-specific (human and rat) networks, using phosphoprotein, gene expression and cytokine data and a reference network provided as prior knowledge. Our solution to the challenge was selected as in the final chapter of the thesis.

Right ventricular dysfunction in children and adolescents conceived by assisted reproductive technologies.

Assisted reproductive technologies (ART) predispose the offspring to vascular dysfunction, arterial hypertension, and hypoxic pulmonary hypertension. Recently, cardiac remodeling and dysfunction during fetal and early postnatal life have been reported in offspring of ART, but it is not known whether these cardiac alterations persist later in life and whether confounding factors contribute to this problem. We, therefore, assessed cardiac function and pulmonary artery pressure by echocardiography in 54 healthy children conceived by ART (mean age 11.5 ± 2.4 yr) and 54 age-matched (12.2 ± 2.3 yr) and sex-matched control children. Because ART is often associated with low birth weight and prematurity, two potential confounders associated with cardiac dysfunction, only singletons born with normal birth weight at term were studied. Moreover, because cardiac remodeling in infants conceived by ART was observed in utero, a situation associated with increased right heart load, we also assessed cardiac function during high-altitude exposure, a condition associated with hypoxic pulmonary hypertension-induced right ventricular overload. We found that, while at low altitude cardiac morphometry and function was not different between children conceived by ART and control children, under the stressful conditions of high-altitude-induced pressure overload and hypoxia, larger right ventricular end-diastolic area and diastolic dysfunction (evidenced by lower E-wave tissue Doppler velocity and A-wave tissue Doppler velocity of the lateral tricuspid annulus) were detectable in children and adolescents conceived by ART. In conclusion, right ventricular dysfunction persists in children and adolescents conceived by ART. These cardiac alterations appear to be related to ART per se rather than to low birth weight or prematurity.

The health promotion model and rare disease patients : a mixed methods study examining adherence to treatment in men with congenital hypogonadotropic hypogonadism

Rare diseases are typically chronic medical conditions of genetic etiology characterized by low prevalence and high complexity. Patients living with rare diseases face numerous physical, psychosocial and economic challenges that place them in the realm of health disparities. Congenital hypogonadotropic hypogonadism (CHH) is a rare endocrine disorder characterized by absent puberty and infertility. Little is known about the psychosocial impact of CHH on patients or their adherence to available treatments. This project aimed to examine the relationship between illness perceptions, depressive symptoms and adherence to treatment in men with CHH using the nursing-sensitive Health Promotion Model (HPM). A community based participatory research (CBPR) framework was employed as a model for empowering patients and overcoming health inequities. The study design used a sequential, explanatory mixed-methods approach. To reach dispersed CHH men, we used web-based recruitment and data collection (online survey). Subsequently, three patient focus groups were conducted to provide explanatory insights into the online survey (i.e. barriers to adherence, challenges of CHH, and coping/support) The online survey (n=101) revealed that CHH men struggle with adherence and often have long gaps in care (40% >1 year). They experience negative psychosocial consequences because of CHH and exhibit significantly increased rates of depression (p<0.001). Focus group participants (n=26) identified healthcare system, interpersonal, and personal factors as barriers to adherence. Further, CHH impacts quality of life and impedes psychosexual development in these men. The CHH men are active internet users who rely on the web forcrowdsourcing solutions and peer-to-peer support. Moreover, they are receptive to web-based interventions to address unmet health needs. This thesis contributes to nursing knowledge in several ways. First, it demonstrates the utility of the HPM as a valuable theoretical construct for understanding medication adherence and for assessing rare disease patients. Second, these data identify a range of unmet health needs that are targets for patient-centered interventions. Third, leveraging technology (high-tech) effectively extended the reach of nursing care while the CBPR approach and focus groups (high-touch) served as concurrent nursing interventions facilitating patient empowerment in overcoming health disparities. Last, these findings hold promise for developing e-health interventions to bridge identified shortfalls in care and activating patients for enhanced self- care and wellness -- Les maladies rares sont généralement de maladies chroniques d'étiologie génétique caractérisées par une faible prévalence et une haute complexité de traitement. Les patients atteints de maladies rares sont confrontés à de nombreux défis physiques, psychosociaux et économiques qui les placent dans une posture de disparité et d'inégalités en santé. L'hypogonadisme hypogonadotrope congénital (CHH) est un trouble endocrinien rare caractérisé par l'absence de puberté et l'infertilité. On sait peu de choses sur l'impact psychosocial du CHH sur les patients ou leur adhésion aux traitements disponibles. Ce projet vise à examiner la relation entre la perception de la maladie, les symptômes dépressifs et l'observance du traitement chez les hommes souffrant de CHH. Cette étude est modélisée à l'aide du modèle de la Promotion de la santé de Pender (HPM). Le cadre de l'approche communautaire de recherche participative (CBPR) a aussi été utilisé. La conception de l'étude a reposé sur une approche mixte séquentielle. Pour atteindre les hommes souffrant de CHH, un recrutement et une collecte de données ont été organisées électroniquement. Par la suite, trois groupes de discussion ont été menées avec des patients experts impliqués au sein d'organisations reliés aux maladies rares. Ils ont été invités à discuter certains éléments additionnels dont, les obstacles à l'adhésion au traitement, les défis généraux de vivre avec un CHH, et l'adaptation à la maladie en tenant compte du soutien disponible. Le sondage en ligne (n = 101) a révélé que les hommes souffrant de CHH ont souvent de longues périodes en rupture de soins (40% > 1 an). Ils vivent des conséquences psychosociales négatives en raison du CHH et présentent une augmentation significative des taux de dépression (p <0,001). Les participants aux groupes de discussion (n = 26) identifient dans l'ordre, les systèmes de soins de santé, les relations interpersonnelles, et des facteurs personnels comme des obstacles à l'adhésion. En outre, selon les participants, le CHH impacte négativement sur leur qualité de vie générale et entrave leur développement psychosexuel. Les hommes souffrant de CHH se considèrent être des utilisateurs actifs d'internet et comptent sur le web pour trouver des solutions pour trouver des ressources et y recherchent le soutien de leurs pairs (peer-to-peer support). En outre, ils se disent réceptifs à des interventions qui sont basées sur le web pour répondre aux besoins de santé non satisfaits. Cette thèse contribue à la connaissance des soins infirmiers de plusieurs façons. Tout d'abord, elle démontre l'utilité de la HPM comme une construction théorique utile pour comprendre l'adhésion aux traitements et pour l'évaluation des éléments de promotion de santé qui concernent les patients atteints de maladies rares. Deuxièmement, ces données identifient une gamme de besoins de santé non satisfaits qui sont des cibles pour des interventions infirmières centrées sur le patient. Troisièmement, méthodologiquement parlant, cette étude démontre que les méthodes mixtes sont appropriées aux études en soins infirmiers car elles allient les nouvelles technologies qui peuvent effectivement étendre la portée des soins infirmiers (« high-tech »), et l'approche CBPR par des groupes de discussion (« high-touch ») qui ont facilité la compréhension des difficultés que doivent surmonter les hommes souffrant de CHH pour diminuer les disparités en santé et augmenter leur responsabilisation dans la gestion de la maladie rare. Enfin, ces résultats sont prometteurs pour développer des interventions e-santé susceptibles de combler les lacunes dans les soins et l'autonomisation de patients pour une meilleure emprise sur les auto-soins et le bien-être.

Microtubule Associated Protein 1b (MAP1B) Is a Marker of the Microtubular Cytoskeleton in Podocytes but Is Not Essential for the Function of the Kidney Filtration Barrier in Mice.

Podocytes are essential for the function of the kidney glomerular filter. A highly differentiated cytoskeleton is requisite for their integrity. Although much knowledge has been gained on the organization of cortical actin networks in podocyte's foot processes, less is known about the molecular organization of the microtubular cytoskeleton in primary processes and the cell body. To gain an insight into the organization of the microtubular cytoskeleton of the podocyte, we systematically analyzed the expression of microtubule associated proteins (Maps), a family of microtubules interacting proteins with known functions as regulator, scaffold and guidance proteins. We identified microtubule associated protein 1b (MAP1B) to be specifically enriched in podocytes in human and rodent kidney. Using immunogold labeling in electron microscopy, we were able to demonstrate an enrichment of MAP1B in primary processes. A similar association of MAP1B with the microtubule cytoskeleton was detected in cultured podocytes. Subcellular distribution of MAP1B HC and LC1 was analyzed using a double fluorescent reporter MAP1B fusion protein. Subsequently we analyzed mice constitutively depleted of MAP1B. Interestingly, MAP1B KO was not associated with any functional or structural alterations pointing towards a redundancy of MAP proteins in podocytes. In summary, we established MAP1B as a specific marker protein of the podocyte microtubular cytoskeleton.

Rationnement des soins

Le rationnement a mauvaise presse, en partie parce qu'il véhicule une image misérable de guerre et de famine. C'est ainsi que pour éviter la brutalité du mot rationnement, on cherche des mots plus fréquentables, tels que «rationalisation» ou «meilleure gestion», comme si la notion même de limitation était insupportable. Cette difficulté est peut-être propre à la démocratie, comme cela avait été remarqué à propos des Etats-Unis : «Ces mots abstraits qui remplissent les langues démocratiques (...) rendent l'expression plus rapide et l'idée moins nette. (...) Les hommes des pays démocratiques ont souvent des pensées vacillantes ; il leur faut donc des expressions très larges pour les renfermer. (...) Un mot abstrait est comme une boîte à double fond : on y met les idées que l'on désire, et on les en retire sans que personne ne le voie.»1Intuitivement, le rationnement peut être évoqué avec une liste d'exemples telle que celle-ci : ablation de tatouage, traitement de l'infertilité, physiothérapie pour les blessures de sport, changement de sexe, prise en charge de la contraception. Cette liste comporte des procédures dont la nécessité (ou, au moins, la prise en charge par le système public) peut être con-testée, d'autant plus si la demande de soins réputés nécessaires va croissante dans un contexte de restrictions budgétaires. Dans son sens le plus simple, le rationnement désigne les procédures améliorant l'allocation des services de santé dans une communauté, étant donné que les ressources disponibles sont limitées. Aussi, tout rationnement est-il lié à un système de priorités, produisant une liste d'individus éligibles ou de services admissibles.Il existe déjà une grande expérience de rationalisation des soins de santé dans les pays développés, à commencer par celle des pays scandinaves (qui ont entrepris des démarches explicites de rationnement depuis plus de dix ans). L'analyse des stratégies de rationnement aujourd'hui utilisées montre qu'ellestournent autour de trois grandes approches :I la limitation des bénéficiaires, qui utilise une ou plusieurs caractéristiques des individus pour rendre inéligibles certains d'entre eux pour un service particulier : l'âge, la nationalité, l'état de santé général, le revenu sont autant d'exemples. L'utilisation de l'âge en particulier suscite beaucoup de débats, en partie émotionnels, bien qu'il y ait un fondement éthique raisonnable à cette utilisation...

Imaging findings in fetal diaphragmatic abnormalities.

Imaging plays a key role in the detection of a diaphragmatic pathology in utero. US is the screening method, but MRI is increasingly performed. Congenital diaphragmatic hernia is by far the most often diagnosed diaphragmatic pathology, but unilateral or bilateral eventration or paralysis can also be identified. Extralobar pulmonary sequestration can be located in the diaphragm and, exceptionally, diaphragmatic tumors or secondary infiltration of the diaphragm from tumors originating from an adjacent organ have been observed in utero. Congenital abnormalities of the diaphragm impair normal lung development. Prenatal imaging provides a detailed anatomical evaluation of the fetus and allows volumetric lung measurements. The comparison of these data with those from normal fetuses at the same gestational age provides information about the severity of pulmonary hypoplasia and improves predictions about the fetus's outcome. This information can help doctors and families to make decisions about management during pregnancy and after birth. We describe a wide spectrum of congenital pathologies of the diaphragm and analyze their embryological basis. Moreover, we describe their prenatal imaging findings with emphasis on MR studies, discuss their differential diagnosis and evaluate the limits of imaging methods in predicting postnatal outcome.

NLRP12 is a neutrophil-specific, negative regulator of in vitro cell migration but does not modulate LPS- or infection-induced NF-κB or ERK signalling.

NOD-like receptors (NLR) are a family of cytosolic pattern recognition receptors that include many key drivers of innate immune responses. NLRP12 is an emerging member of the NLR family that is closely related to the well-known inflammasome scaffold, NLRP3. Since its discovery, various functions have been proposed for NLRP12, including the positive regulation of dendritic cell (DC) and neutrophil migration and the inhibition of NF-κB and ERK signalling in DC and macrophages. We show here that NLRP12 is poorly expressed in murine macrophages and DC, but is strongly expressed in neutrophils. Using myeloid cells from WT and Nlrp12(-/)(-) mice, we show that, contrary to previous reports, NLRP12 does not suppress LPS- or infection-induced NF-κB or ERK activation in myeloid cells, and is not required for DC migration in vitro. Surprisingly, we found that Nlrp12 deficiency caused increased rather than decreased neutrophil migration towards the chemokine CXCL1 and the neutrophil parasite Leishmania major, revealing NLRP12 as a negative regulator of directed neutrophil migration under these conditions.