Role of an LRR receptor-like kinase in the establishment of a functional root endodermal barrier

The endodermis is a highly conserved cell layer present in the root of all vascular plants, except Lycophytes. This tissue layer establishes a protective diffusion barrier surrounding the vasculature and is expected to prevent passive, uncontrolled flow of nutrients through the root. This barrier property is achieved by the production of Casparian strips (CS), a localized cell wall impregnation of lignin in the anticlinal walls of each endodermal cell, forming a belt-like structure sealing the extracellular space. The CS act as a selective barrier between the external cell layers and the vascular cylinder and are thought to be important in many aspects of root function. For instance, selective nutrient uptake and sequestration from the soil, resistance to different abiotic and biotic stresses are expected to involve functional CS. Although discovered 150 years ago, nothing was known about the genes involved in CS establishment until recently. The use of the model plant Arabidopsis thaliana together with both reverse and forward genetic approaches led to the discovery of an increasing number of genes involved in different steps of CS formation during the last few years. One of these genes encodes SCHENGEN3 (SGN3), a leucine-rich repeat receptor-like kinase (LRR-RLK). SGN3 was discovered first by reverse genetic due to its endodermis-enriched expression, and the corresponding mutant displays strong endodermal permeability of the apoplastic tracer Propidium Iodide (PI) indicative of defective CS. One aim of this thesis is to study the role of SGN3 at the molecular level in order to understand its involvement in establishing an impermeable CS. The endodermal permeability of sgn3 is shown to be the result of incorrect localization of key proteins involved in CS establishment (the "Casparian strip domain proteins", CASPs), leading to non-functional CS interrupted by discontinuities. CASPs localize in the plasma membrane domain subjacent to the CS, named the Casparian Strip membrane Domain (CSD). The CSD discontinuities in sgn3 together with SGN3 localization in close proximity to the CASPs lead to the assumption that SGN3 is involved in the formation of a continuous CSD. In addition, SGN3 might have a second role, acting as a kinase reporting CSD integrity leading to lignin and suberin production in CSD/CS defective plants. Up to now, sgn3 is the strongest and most specific CS mutant available, displaying tracer penetration along the whole length of the seedling root. For this reason, this mutant is well suited in order to characterize the physiological behaviour of CS affected plants. Due to the lack of such mutants in the past, it was not possible to test the presumed functions of CS by using plants lacking this structure. We decided to use sgn3 for this purpose. Surprisingly, sgn3 overall growth is only slightly affected. Nevertheless, processes expected to rely on functional CS, such as water transport through the root, nutrient homeostasis, salt tolerance and resistance to an excess of some nutrients are altered in this mutant. On the other hand, homeostasis for most elements and drought tolerance are not affected in sgn3. It is surprising to observe that homeostatic defects are specific, with a decrease in potassium and an increase in magnesium levels. It indicates a backup system, set up by the plant in order to counteract free diffusion of nutrients into the stele. For instance, potassium shortage in sgn3 upregulates the transcription of potassium influx transport proteins and genes known to be induced by potassium starvation. Moreover, sgn3 mutant is hypersensitive to low potassium conditions. Hopefully, these results about SGN3 will help our understanding of CS establishment at the molecular level. In addition, physiological experiments using sgn3 should give us a framework for future experiments and help us to understand the different roles of CS and their involvement during nutrient radial transport through the root. -- L'endoderme est un tissu présent dans les racines de toutes les plantes vasculaires à l'exception des Lycophytes. Ce tissu établit une barrière protectrice entourant les tissus vasculaires dans le but d'éviter la diffusion passive et incontrôlée des nutriments au travers de la racine. Cette propriété de barrière provient de la production des cadres de Caspary, une imprégnation localisée de lignine des parties anticlinales de la paroi de chaque cellule d'endoderme. Cela donne naissance à un anneau/cadre qui rend étanche l'espace extracellulaire. Les cadres de Caspary agissent comme une barrière sélective entre les couches externes de la racine et le cylindre central et sont supposés être importants dans beaucoup d'aspects du fonctionnement de la racine. Par exemple, l'absorption sélective de nutriments et leur séquestration à partir du sol ainsi que la résistance contre différents stress abiotiques et biotiques sont supposés impliquer des cadres de Caspary fonctionnels. Bien que découverts il y a 150 ans, rien n'était connu concernant les gènes impliqués dans Ja formation des cadres de Caspary jusqu'à récemment. Durant ces dernière années, l'utilisation de la plante modèle Arabidopsis thaliana ainsi que des approches de génétique inverse et classique ont permis la découverte d'un nombre croissant de gènes impliqués à différentes étapes de la formation de cette structure. Un des ces gènes code pour SCHENGEN3 (SGN3), un récepteur kinase "leucine-rich repeat receptor-like kinase" (LRR-RLK). SGN3 a été découvert en premier par génétique inverse grâce à son expression enrichie dans l'endoderme. Les cadres de Caspary ne sont pas fonctionnels dans le mutant correspondant, ce qui est visible à cause de la perméabilité de l'endoderme au traceur apoplastique Propidium Iodide (PI). Un des objectifs de cette thèse est d'étudier la fonction de SGN3 au niveau moléculaire dans le but de comprendre son rôle dans la formation des cadres de Caspary. J'ai pu démontrer que la perméabilité de l'endoderme du mutant sgn3 est le résultat de la localisation incorrecte de protéines impliquées dans la formation des cadres de Caspary, les "Casparian strip domain proteins" (CASPs). Cela induit des cadres de Caspary non fonctionnels, contenant de nombreuses interruptions. Les CASPs sont localisés à la membrane plasmique dans un domaine sous-jacent les cadres de Caspary appelé Casparian Strip membrane Domain (CSD). Les interruptions du CSD dans le mutant sgn3, ainsi que la localisation de SGN3 à proximité des CASPs nous font penser à un rôle de SGN3 dans l'élaboration d'un CSD ininterrompu. De plus, SGN3 pourrait avoir un second rôle, agissant en tant que kinase reportant l'intégrité du CSD et induisant la production de lignine et de subérine dans des plantes contenant des cadres de Caspary non fonctionnels. Jusqu'à ce jour, sgn3 est le mutant en notre possession le plus fort et le plus spécifique, ayant un endoderme perméable tout le long de la racine. Pour cette raison, ce mutant est adéquat dans le but de caractériser la physiologie de plantes ayant des cadres de Caspary affectés. De manière surprenante, la croissance de sgn3 est seulement peu affectée. Néanmoins, des processus censés nécessiter des cadres de Caspary fonctionnels, comme le transport de l'eau au travers de la racine, l'homéostasie des nutriments, la tolérance au sel et la résistance à l'excès de certains nutriments sont altérés dans ce mutant. Malgré tout, l'homéostasie de la plupart des nutriments ainsi que la résistance au stress hydrique ne sont pas affectés dans sgn3. De manière surprenante, les altérations de l'ionome de sgn3 sont spécifiques, avec une diminution de potassium et un excès de magnésium. Cela implique un système de compensation établi par la plante dans le but d'éviter la diffusion passive des nutriments en direction du cylindre central. Par exemple, le manque de potassium dans sgn3 augmente la transcription de transporteurs permettant l'absorption de cet élément. De plus, des gènes connus pour être induits en cas de carence en potassium sont surexprimés dans sgn3 et la croissance de ce mutant est sévèrement affectée dans un substrat pauvre en potassium. Ces résultats concernant SGN3 vont, espérons-le, aider à la compréhension du processus de formation des cadres de Caspary au niveau moléculaire. De plus, les expériences de physiologie utilisant sgn3 présentées dans cette thèse devraient nous donner une base pour des expériences futures et nous permettre de comprendre mieux le rôle des cadres de Caspary, et plus particulièrement leur implication dans le transport radial des nutriments au travers de la racine. -- Les plantes terrestres sont des organismes puisant l'eau et les nutriments dont elles ont besoin pour leur croissance dans le sol grâce à leurs racines. De par leur immobilité, elles doivent s'adapter à des sols contenant des quantités variables de nutriments et il leur est crucial de sélectionner ce dont elles ont besoin afin de ne pas s'intoxiquer. Cette sélection est faite grâce à un filtre formé d'un tissu racinaire interne appelé endoderme. L'endoderme fabrique une barrière imperméable entourant chaque cellule appelée "cadre de Caspary". Ces cadres de Caspary empêchent le libre passage des nutriments, permettant un contrôle précis de leur passage. De plus, ils sont censés permettre de résister contre différents stress environnementaux comme la sécheresse, la salinité du sol ou l'excès de nutriments. Bien que découverts il y a 150 ans, rien n'était connu concernant les gènes impliqués dans la formation des cadres de Caspary jusqu'à récemment. Durant ces dernière années, l'utilisation de la plante modèle Arabidopsis thaliana a permis la découverte d'un nombre croissant de gènes impliqués à différentes étapes de la formation de cette structure. Un de ces gènes code pour SCHENGEN3 (SGN3), un récepteur kinase "leucine-rich repeat receptor-like kinase" (LRR- RLK). Nous montrons dans cette étude que le gène SGN3 est impliqué dans la formation des cadres de Caspary, et que le mutant correspondant sgn3 a des cadres de Caspary interrompus. Ces interruptions rendent l'endoderme perméable, l'empêchant de bloquer le passage des molécules depuis le sol vers le centre de la racine. En utilisant ce mutant, nous avons pu caractériser la physiologie de plantes ayant des cadres de Caspary affectés. Cela a permis de découvrir que le transport de l'eau au travers de la racine était affecté dans le mutant sgn3. De plus, l'accumulation de certains éléments dans les feuilles de ce mutant est altérée. Nous avons également pu montrer une sensibilité de ce mutant à un excès de sel ou de certains nutriments comme le fer et le manganèse.

Sensitive photonic system to measure oxidative potential of airborne nanoparticles and ROS levels in exhaled air

A photonic system has been developed that enables sensitive quantitative determination of reactive oxygen species (ROS) - mainly hydrogen peroxide (H2O2) - in aerosol samples such as airborne nanoparticles and exhaled air from patients. The detection principle relies on the amplification of the absorbance under multiple scattering conditions due to optical path lengthening [1] and [2]. In this study, the presence of cellulose membrane that acts as random medium into the glass optical cell considerably improved the sensitivity of the detection based on colorimetric FOX assay (FeII/orange xylenol). Despite the loss of assay volume (cellulose occupies 75% of cell volume) the limit of detection is enhanced by one order of magnitude reaching the value of 9 nM (H2O2 equivalents). Spectral analysis is performed automatically with a periodicity of 5 to 15 s, giving rise to real-time ROS measurements. Moreover, the elution of air sample into the collection chamber via a micro-diffuser (impinger) enables quantitative determination of ROS contained in or generated from airborne samples. As proof-of-concept the photonic ROS detection system was used in the determination of both ROS generated from traffic pollution and ROS contained in the exhaled breath as lung inflammation biomarkers.

Tangential migration of neuronal precursors of glutamatergic neurons in the adult mammalian brain.

In a classic model of mammalian brain formation, precursors of principal glutamatergic neurons migrate radially along radial glia fibers whereas GABAergic interneuron precursors migrate tangentially. These migration modes have significant implications for brain function. Here we used clonal lineage tracing of active radial glia-like neural stem cells in the adult mouse dentate gyrus and made the surprising discovery that proliferating neuronal precursors of glutamatergic granule neurons exhibit significant tangential migration along blood vessels, followed by limited radial migration. Genetic birthdating and morphological and molecular analyses pinpointed the neuroblast stage as the main developmental window when tangential migration occurs. We also developed a partial "whole-mount" dentate gyrus preparation and observed a dense plexus of capillaries, with which only neuroblasts, among the entire population of progenitors, are directly associated. Together, these results provide insight into neuronal migration in the adult mammalian nervous system.

Impact of body tilt on the central aortic pressure pulse.

The present work was undertaken to investigate, in young healthy volunteers, the relationships between the forward propagation times of arterial pressure waves and the timing of reflected waves observable on the aortic pulse, in the course of rapid changes in body position. 20 young healthy subjects, 10 men, and 10 women, were examined on a tilt table at two different tilt angles, -10° (Head-down) and + 45° (Head-up). In each position, carotid-femoral (Tcf) and carotid-tibial forward propagation times (Tct) were measured with the Complior device. In each position also, the central aortic pressure pulse was recorded with radial tonometry, using the SphygmoCor device and a generalized transfer function, so as to evaluate the timing of reflected waves reaching the aorta in systole (onset of systolic reflected wave, sT1r) and diastole (mean transit time of diastolic reflected wave, dMTT). The position shift from Head-up to Head-down caused a massive increase in both Tct (women from 130 ± 10 to 185 ± 18 msec P < 0.001, men from 136 ± 9 to 204 ± 18 msec P < 0.001) and dMTT (women from 364 ± 35 to 499 ± 33 msec P < 0.001, men from 406 ± 22 to 553 ± 21 msec P < 0.001). Mixed model regression showed that the changes in Tct and dMTT observed between Head-up and Head-down were tightly coupled (regression coefficient 2.1, 95% confidence interval 1.9-2.3, P < 0.001). These results strongly suggest that the diastolic waves observed on central aortic pulses reconstructed from radial tonometric correspond at least in part to reflections generated in the lower limbs.

Improving coronary artery bypass graft durability: use of the external saphenous vein graft support.

Coronary bypass grafting remains the best option for patients suffering from multivessel coronary artery disease, and the saphenous vein is used as an additional conduit for multiple complete revascularizations. However, the long-term vein graft durability is poor, with almost 75% of occluded grafts after 10 years. To improve the durability, the concept of an external supportive structure was successfully developed during the last years: the eSVS Mesh device (Kips Bay Medical) is an external support for vein graft made of weft-knitted nitinol wire into a tubular form with an approximate length of 24 cm and available in three diameters (3.5, 4.0 and 4.5 mm). The device is placed over the outer wall of the vein and carefully deployed to cover the full length of the graft. The mesh is flexible for full adaptability to the heart anatomy and is intended to prevent kinking and dilatation of the vein in addition to suppressing the intima hyperplasia induced by the systemic blood pressure. The device is designed to reduce the vein diameter of about 15-20% at most to prevent the vein radial expansion induced by the arterial blood pressure, and the intima hyperplasia leading to the graft failure. We describe the surgical technique for preparing the vein graft with the external saphenous vein graft support (eSVS Mesh) and we share our preliminary clinical results.

A comprehensive model for quantum noise characterization in digital mammography.

NlmCategory="UNASSIGNED">A version of cascaded systems analysis was developed specifically with the aim of studying quantum noise propagation in x-ray detectors. Signal and quantum noise propagation was then modelled in four types of x-ray detectors used for digital mammography: four flat panel systems, one computed radiography and one slot-scan silicon wafer based photon counting device. As required inputs to the model, the two dimensional (2D) modulation transfer function (MTF), noise power spectra (NPS) and detective quantum efficiency (DQE) were measured for six mammography systems that utilized these different detectors. A new method to reconstruct anisotropic 2D presampling MTF matrices from 1D radial MTFs measured along different angular directions across the detector is described; an image of a sharp, circular disc was used for this purpose. The effective pixel fill factor for the FP systems was determined from the axial 1D presampling MTFs measured with a square sharp edge along the two orthogonal directions of the pixel lattice. Expectation MTFs were then calculated by averaging the radial MTFs over all possible phases and the 2D EMTF formed with the same reconstruction technique used for the 2D presampling MTF. The quantum NPS was then established by noise decomposition from homogenous images acquired as a function of detector air kerma. This was further decomposed into the correlated and uncorrelated quantum components by fitting the radially averaged quantum NPS with the radially averaged EMTF(2). This whole procedure allowed a detailed analysis of the influence of aliasing, signal and noise decorrelation, x-ray capture efficiency and global secondary gain on NPS and detector DQE. The influence of noise statistics, pixel fill factor and additional electronic and fixed pattern noises on the DQE was also studied. The 2D cascaded model and decompositions performed on the acquired images also enlightened the observed quantum NPS and DQE anisotropy.

Connectivity and tissue microstructural alterations in right and left temporal lobe epilepsy revealed by diffusion spectrum imaging.

Focal epilepsy is increasingly recognized as the result of an altered brain network, both on the structural and functional levels and the characterization of these widespread brain alterations is crucial for our understanding of the clinical manifestation of seizure and cognitive deficits as well as for the management of candidates to epilepsy surgery. Tractography based on Diffusion Tensor Imaging allows non-invasive mapping of white matter tracts in vivo. Recently, diffusion spectrum imaging (DSI), based on an increased number of diffusion directions and intensities, has improved the sensitivity of tractography, notably with respect to the problem of fiber crossing and recent developments allow acquisition times compatible with clinical application. We used DSI and parcellation of the gray matter in regions of interest to build whole-brain connectivity matrices describing the mutual connections between cortical and subcortical regions in patients with focal epilepsy and healthy controls. In addition, the high angular and radial resolution of DSI allowed us to evaluate also some of the biophysical compartment models, to better understand the cause of the changes in diffusion anisotropy. Global connectivity, hub architecture and regional connectivity patterns were altered in TLE patients and showed different characteristics in RTLE vs LTLE with stronger abnormalities in RTLE. The microstructural analysis suggested that disturbed axonal density contributed more than fiber orientation to the connectivity changes affecting the temporal lobes whereas fiber orientation changes were more involved in extratemporal lobe changes. Our study provides further structural evidence that RTLE and LTLE are not symmetrical entities and DSI-based imaging could help investigate the microstructural correlate of these imaging abnormalities.

Angioplastie primaire par voie radiale ou fémorale dans les STEMI

Introduction La stratégie de reperfusion coronarienne par voie percutanée (PCI: percutaneous coronary intervention) est considérée comme étant la méthode de choix dans la prise en charge urgente des STEMI(H). Actuellement, les deux accès artériels principaux pour les PCI sont l'artère fémorale et l'artère radiale. La voie radiale est préconisée en première intention par les guidelines actuelles car elle serait associée à moins de complications hémorragiques. Objectif L'objectif de cette étude était de comparer la voie d'abord radiale à la voie fémorale, chez les patients admis pour un STEMI, en analysant le succès de la procédure de revascularisation, l'évolution clinique et les complications. Méthode Il s'agit d'une étude observationnelle, comprenant 268 patients admis au CHUV entre le 1er janvier et le 31 décembre 2013, avec le diagnostic de STEMI. Le choix de la voie d'accès artériel (fémorale ou radiale) était laissé au cardiologue interventionnel, sans randomisation. Les patients ont été séparés en 2 groupes, selon la voie d'abord vasculaire choisie au début de la procédure de revascularisation (intention to treat). Les endpoints primaires étaient les saignements majeurs (≥ 3 selon BARC)(A), et le door to balloon time(B). Les endpoints secondaires étaient les MACE(C), les saignements mineurs(A), le taux succès des procédures(D), le temps de fluoroscopie, la quantité de produit de contraste, et le taux de crossover(E) Résultats 268 patients en STEMI ont été inclus dans cette étude, pour un geste de revascularisation en urgence. La moyenne d'âge était de 64.3 ans, avec 73.1% d'hommes. 3 cas de saignements majeurs(A) ont lieu avec la voie radiale (3.4%), et 10 avec la voie fémorale (5.6%), p=0.44. Le door to balloon time ne diffère pas de manière significative selon la voie d'accès employée : 42 min (34-57) pour le groupe radial, et 48 min (31-61) pour le groupe fémoral, p=0.09. Les taux de MACE étaient de 8.0% avec la voie radiale, et de 6.7% avec la voie fémorale, p=0.7. Le taux de crossover était de 4.5% avec la voie radiale, et 0.6% avec la voie fémorale, p=0.02. Le temps de fluoroscopie était de 7min 28sec (5min 9 sec - 12min 25) pour la voie fémorale, contre 12min 22sec (9min 30 sec - 16min 19sec) pour la voie radiale, p < 0.05. La quantité de produit de contraste nécessaire était de 120 ml (100-160) pour le groupe fémoral, et de 170 ml (140-210) pour le groupe radial, p < 0.05. Le taux de succès était comparable entres les 2 groupes : 97.7% pour le groupe radial et 96.0% pour le groupe fémoral, p=0.47. 5.7% des patients du groupe radial sont décédés, contre 5.7% du groupe fémoral, p=0.97. Conclusion Notre étude démontre que la prise en charge d'un STEMI par voie radiale est possible, puisqu'elle n'allonge pas le « door to balloon time », qu'elle n'augmente pas le taux de MACE ni les saignements majeurs, que soit au point de ponction ou non. Par contre la voie radiale augmente la quantité de produit de contraste nécessaire, et allonge le temps de fluoroscopie de manière non négligeable. De futures études permettront peut-être de mieux définir les groupes de patients qui pourraient bénéficier le plus d'une approche radiale.