Stability of cognitive performance in children with mild intellectual disability.

AIM: Longitudinal studies that have examined cognitive performance in children with intellectual disability more than twice over the course of their development are scarce. We assessed population and individual stability of cognitive performance in a clinical sample of children with borderline to mild non-syndromic intellectual disability. METHOD: Thirty-six children (28 males, eight females; age range 3-19y) with borderline to mild intellectual disability (Full-scale IQ [FSIQ] 50-85) of unknown origin were examined in a retrospective clinical case series using linear mixed models including at least three assessments with standardized intelligence tests. RESULTS: Average cognitive performance remained remarkably stable over time (high population stability, drop of only 0.38 IQ points per year, standard error=0.39, p=0.325) whereas individual stability was at best moderate (intraclass correlation of 0.58), indicating that about 60% of the residual variation in FSIQ scores can be attributed to between-child variability. Neither sex nor socio-economic status had a statistically significant impact on FSIQ. INTERPRETATION: Although intellectual disability during childhood is a relatively stable phenomenon, individual stability of IQ is only moderate, likely to be caused by test-to-test reliability (e.g. level of child's cooperation, motivation, and attention). Therefore, clinical decisions and predictions should not rely on single IQ assessments, but should also consider adaptive functioning and previous developmental history.

Extra Forces induced by wide-pulse, high-frequency electrical stimulation: Occurrence, magnitude, variability and underlying mechanisms.

OBJECTIVE: In contrast to conventional (CONV) neuromuscular electrical stimulation (NMES), the use of "wide-pulse, high-frequencies" (WPHF) can generate higher forces than expected by the direct activation of motor axons alone. We aimed at investigating the occurrence, magnitude, variability and underlying neuromuscular mechanisms of these "Extra Forces" (EF). METHODS: Electrically-evoked isometric plantar flexion force was recorded in 42 healthy subjects. Additionally, twitch potentiation, H-reflex and M-wave responses were assessed in 13 participants. CONV (25Hz, 0.05ms) and WPHF (100Hz, 1ms) NMES consisted of five stimulation trains (20s on-90s off). RESULTS: K-means clustering analysis disclosed a responder rate of almost 60%. Within this group of responders, force significantly increased from 4% to 16% of the maximal voluntary contraction force and H-reflexes were depressed after WPHF NMES. In contrast, non-responders showed neither EF nor H-reflex depression. Twitch potentiation and resting EMG data were similar between groups. Interestingly, a large inter- and intrasubject variability of EF was observed. CONCLUSION: The responder percentage was overestimated in previous studies. SIGNIFICANCE: This study proposes a novel methodological framework for unraveling the neurophysiological mechanisms involved in EF and provides further evidence for a central contribution to EF in responders.

Regulation of recombination at yeast nuclear pores controls repair and triplet repeat stability.

Secondary structure-forming DNA sequences such as CAG repeats interfere with replication and repair, provoking fork stalling, chromosome fragility, and recombination. In budding yeast, we found that expanded CAG repeats are more likely than unexpanded repeats to localize to the nuclear periphery. This positioning is transient, occurs in late S phase, requires replication, and is associated with decreased subnuclear mobility of the locus. In contrast to persistent double-stranded breaks, expanded CAG repeats at the nuclear envelope associate with pores but not with the inner nuclear membrane protein Mps3. Relocation requires Nup84 and the Slx5/8 SUMO-dependent ubiquitin ligase but not Rad51, Mec1, or Tel1. Importantly, the presence of the Nup84 pore subcomplex and Slx5/8 suppresses CAG repeat fragility and instability. Repeat instability in nup84, slx5, or slx8 mutant cells arises through aberrant homologous recombination and is distinct from instability arising from the loss of ligase 4-dependent end-joining. Genetic and physical analysis of Rad52 sumoylation and binding at the CAG tract suggests that Slx5/8 targets sumoylated Rad52 for degradation at the pore to facilitate recovery from acute replication stress by promoting replication fork restart. We thereby confirmed that the relocation of damage to nuclear pores plays an important role in a naturally occurring repair process.

Congenital hypogonadotropic hypogonadism with split hand/foot malformation: a clinical entity with a high frequency of FGFR1 mutations.

PURPOSE: Congenital hypogonadotropic hypogonadism (CHH) and split hand/foot malformation (SHFM) are two rare genetic conditions. Here we report a clinical entity comprising the two. METHODS: We identified patients with CHH and SHFM through international collaboration. Probands and available family members underwent phenotyping and screening for FGFR1 mutations. The impact of identified mutations was assessed by sequence- and structure-based predictions and/or functional assays. RESULTS: We identified eight probands with CHH with (n = 3; Kallmann syndrome) or without anosmia (n = 5) and SHFM, seven of whom (88%) harbor FGFR1 mutations. Of these seven, one individual is homozygous for p.V429E and six individuals are heterozygous for p.G348R, p.G485R, p.Q594*, p.E670A, p.V688L, or p.L712P. All mutations were predicted by in silico analysis to cause loss of function. Probands with FGFR1 mutations have severe gonadotropin-releasing hormone deficiency (absent puberty and/or cryptorchidism and/or micropenis). SHFM in both hands and feet was observed only in the patient with the homozygous p.V429E mutation; V429 maps to the fibroblast growth factor receptor substrate 2α binding domain of FGFR1, and functional studies of the p.V429E mutation demonstrated that it decreased recruitment and phosphorylation of fibroblast growth factor receptor substrate 2α to FGFR1, thereby resulting in reduced mitogen-activated protein kinase signaling. CONCLUSION: FGFR1 should be prioritized for genetic testing in patients with CHH and SHFM because the likelihood of a mutation increases from 10% in the general CHH population to 88% in these patients.Genet Med 17 8, 651-659.

Frequency of and Risk Factors for Depression among Participants in the Swiss HIV Cohort Study (SHCS).

OBJECTIVES: We studied the incidence and prevalence of, and co-factors for depression in the Swiss HIV Cohort Study. METHODS: Depression-specific items were introduced in 2010 and prospectively collected at semiannual cohort visits. Clinical, laboratory and behavioral co-factors of incident depression among participants free of depression at the first two visits in 2010 or thereafter were analyzed with Poisson regression. Cumulative prevalence of depression at the last visit was analyzed with logistic regression. RESULTS: Among 4,422 participants without a history of psychiatric disorders or depression at baseline, 360 developed depression during 9,348 person-years (PY) of follow-up, resulting in an incidence rate of 3.9 per 100 PY (95% confidence interval (CI) 3.5-4.3). Cumulative prevalence of depression during follow-up was recorded for 1,937/6,756 (28.7%) participants. Incidence and cumulative prevalence were higher in injection drug users (IDU) and women. Older age, preserved work ability and higher physical activity were associated with less depression episodes. Mortality (0.96 per 100 PY, 95% CI 0.83-1.11) based upon 193 deaths over 20,102 PY was higher among male IDU (2.34, 1.78-3.09), female IDU (2.33, 1.59-3.39) and white heterosexual men (1.32, 0.94-1.84) compared to white heterosexual women and homosexual men (0.53, 0.29-0.95; and 0.71, 0.55-0.92). Compared to participants free of depression, mortality was slightly elevated among participants with a history of depression (1.17, 0.94-1.45 vs. 0.86, 0.71-1.03, P = 0.033). Suicides (n = 18) did not differ between HIV transmission groups (P = 0.50), but were more frequent among participants with a prior diagnosis of depression (0.18 per 100 PY, 95%CI 0.10-0.31; vs. 0.04, 0.02-0.10; P = 0.003). CONCLUSIONS: Depression is a frequent co-morbidity among HIV-infected persons, and thus an important focus of care.

Contribution of estrogen and GluN2B subunit to the HtraKO mouse phenotype

Htr1a is one of the most widespread serotonin receptor across the brain, strongly expressed in CAI region of hippocampus. Our laboratory studies the phenotypic alteration in 5HTla- deficient mice (Htr1aK0), characterized an abnormal anxious-like behavior. Our aim is to evaluate the regulation of this cognitive process by understanding the circuitry involved. This phenotype sets up early during development and has durable effect in adulthood. Our laboratory showed that adult Htr1aK0 male mice displaying exuberant dendritic growth of oblique dendrites in a specific layer of a CAI pyramidal neurons, the stratum radiatum. Application of drugs in organotypic cultures and by in vivo injections revealed that GluN2B, a subunit of NMDA receptor highly expressed during development, is responsible for this dendritic exuberance. Immunohistochemistry highlighted in particular a synaptic enrichment of GluN2B in stratum radiatum of Htr1aK0 CAI pyramidal neurons at puberty. Finally, original analysis of Htr1aK0 mouse behavior showed a different response to anxiety between male and female. Htr1a activation down-regulates the CaMKII activity in the CAI pyramidal neurons. CaMKII directly favors the membrane conductance and stability of GluN2B at the synapse. In the context of the Htr1aK0 mouse, GluN2B is the final common pathway of our phenotype. This subunit is well known to regulate the threshold of LTD/LTP and the dendritogenesis during development. In my thesis, I establish a link between the gender differences in the morphology and the physiology in the Htr1aK0 mice during development to understand how these characteristics shape the circuit with prominent cognitive impacts in adulthood. My study highlighted that during development, Htr1aK0 male mice show a constant increase of the dendritic growth of oblique dendrites from early ages until adulthood associated with an increased physiological impact of altered GluN2A/GluN2B ratio. Whereas during puberty, synaptic contribution of GluN2B to NMDA response is higher in Htr1aK0 compared to WT male mice, this ratio comes back to normal values towards adulthood. However, this recovery of the ratio of GluN2A/GluN2B located at the synaptic level is concomitant with the lateral diffusion of excess GluN2B subunits, leading to extrasynaptic enrichment. The main impact was a lowering of the LTP threshold characterized by strong increased potentiation of synaptic strength after 5 Hz low frequency stimulation. Moreover, the extrasynaptic GluN2B overexpression leads to a shift of the maturation phase switch explaining the exuberant morphology. However, Htr1aK0 females characterized during the 3 first weeks of development by an increase of the dendritic growth of oblique dendrites showed starting at puberty that the dendrite arborization returns progressively to WT values. The physiological impact of GluN2B was investigated and directly linked to this morphology, since Htr1aK0 female mice does not show alteration of the synaptic strength during development. These observations show a compensation occurring in Htr1aK0 female, responsible for a rescue of the phenotype morphologically, physiologically and to be tested behaviorally. We highlighted then the biological processes underlying this compensation. During development, sexual hormones such as testosterone and estrogen are responsible to induce sexual differentiation of specific brain regions. I demonstrated that estrogen, but not testosterone, was able to reduce both in vitro and in vivo the dendritic arborization early during development, through activation of GPER-1, a G-coupled protein estrogen receptor, which phenocopy the activation of Htr1a by reducing GluN2B conductance and stability. I then identified a pathway, parallel to Htr1a, able to regulate GluN2B and responsible for the morphological and physiological phenotype in Htr1aK0 female mice. The specific rise of estrogen occurring at puberty in female is responsible for the compensation observed and induces a late rescue of the Htr1aK0 phenotype by activation GPER-1. -- Htr1a est un des récepteurs à la sérotonine les plus répandus dans le cerveau, fortement exprimé dans la région CAI de l'hippocampe. Notre laboratoire étudie les altérations phénotypiques de souris déficientes pour ce récepteur (Htr1aK0), caractérisées par un comportement avec des traits anxieux. Notre objectif est d'évaluer la régulation de ces processus cognitifs en comprenant les connexions nerveuses impliquées. Ce phénotype se met en place tôt au cours du développement et présente un effet durable à l'âge adulte. Notre laboratoire a montré que les souris Htr1aK0 mâles adultes se caractérisent par une croissance exubérante des dendrites obliques dans une couche spécifique des neurones pyramidaux du CAI, le stratum radiatum. L'application de drogues sur cultures organotypiques et par injections in vivo ont révélé que GluN2B, une sous-unité du récepteur NMDA fortement exprimée au cours du développement, est responsable de cette exubérance dendritique. Des expériences d'immunohistochimie ont notamment mis en évidence un enrichissement synaptique de GluN2B durant la puberté dans le stratum radiatum des neurones de la région CAI des souris Htr1aK0. Finalement, l'analyse originale du comportement des souris Htr1aK0 a montré une différence de réponse à l'anxiété entre mâles et femelles. L'activation de Htr1a diminue l'activité de la CaMKII dans les neurones pyramidaux du CAI. La CaMKII favorise directement la conductance et la stabilité de la sous-unité GluN2B à la synapse. Dans le contexte de la souris Htr1aK0, GluN2B est le « médiateur » de notre phénotype. Cette sous-unité est particulièrement connue pour réguler le seuil de LTD-LTP ainsi que la dendritogénèse durant le développement. Dans ma thèse, j'ai établi le lien entre les différences dépendant du genre dans la morphologie et physiologie des souris Htr1aK0 au cours du développement pour comprendre comment ces caractéristiques modulent le circuit accompagnés d'impacts cognitifs visibles à l'âge adulte. Mon étude a mis en évidence que durant le développement, les souris mâles Htr1aK0 montrent une constante augmentation de la croissance des dendrites obliques entre les premières semaines et l'âge adulte associée à une augmentation de l'impact physiologique du ratio GluN2A/GluN2B altéré. Alors que durant la puberté, la contribution synaptique de GluN2B à la réponse NMDA est plus haute chez la souris mâle Htr1aK0 que le WT, ce ratio revient à des valeurs normales à l'âge adulte. Cependant, cette récupération de l'expression du récepteur au niveau synaptique est concomitante avec la diffusion des sous-unités GluN2B excédantes, amenant alors à un enrichissement extrasynaptique. Le principal impact est une diminution du seuil de la LTP caractérisée par une forte potentiation de la plasticité après une stimulation basse fréquence à 5 Hz. De plus, la surexpression des GluN2B extrasynaptiques conduit à un décalage de la bascule à la phase de maturation, expliquant la morphologie dendritique exubérante. Cependant, les femelles Htr1aK0 initialement caractérisées pendant les 3 premières semaines du développement par une augmentation de la croissance des dendrites obliques montrent à partir de la puberté que cette arborisation dendritique retourne à des valeurs WT. L'impact physiologique de GLuN2B a été investigué et mis en lien avec cette morphologie, étant donné que les femelles Htr1aK0 ne montrent pas d'altération de la plasticité durant le développement. Ces observations montrent une compensation se produisant chez la femelle Htr1aK0, responsable d'une récupération du phénotype morphologique, physiologique et peut-être comportemental. Nous avons souligné les processus biologiques sous-jacent à cette compensation. Au cours du développement, les hormones sexuelles telles que la testostérone et l'estrogène sont responsables de la différentiation sexuelle de régions du cerveau spécifiques. J'ai démontré que l'estrogène, mais pas la testostérone, était capable de réduire in vitro et in vivo l'arborisation dendritique tôt dans le développement au travers de l'activation du récepteur GPER-1, un récepteur aux estrogènes couplés à un protéine G, qui phénocopie l'activation de Htr1a en réduisant la conductance et la stabilité de GluN2B à la membrane. J'ai identifié une voie de signalisation parallèle à celle de Htr1a, capable de réguler GluN2B et responsable du phénotype morphologique et physiologique de la souris femelle Htr1aK0. La montée spécifique d'estrogène se déroulant à la puberté chez la femelle est responsable de cette compensation et implique une récupération tardive du phénotype Htr1aK0 par l'activation de GPER-1.

Responders to Wide-Pulse, High-Frequency Neuromuscular Electrical Stimulation Show Reduced Metabolic Demand: A 31P-MRS Study in Humans.

Conventional (CONV) neuromuscular electrical stimulation (NMES) (i.e., short pulse duration, low frequencies) induces a higher energetic response as compared to voluntary contractions (VOL). In contrast, wide-pulse, high-frequency (WPHF) NMES might elicit-at least in some subjects (i.e., responders)-a different motor unit recruitment compared to CONV that resembles the physiological muscle activation pattern of VOL. We therefore hypothesized that for these responder subjects, the metabolic demand of WPHF would be lower than CONV and comparable to VOL. 18 healthy subjects performed isometric plantar flexions at 10% of their maximal voluntary contraction force for CONV (25 Hz, 0.05 ms), WPHF (100 Hz, 1 ms) and VOL protocols. For each protocol, force time integral (FTI) was quantified and subjects were classified as responders and non-responders to WPHF based on k-means clustering analysis. Furthermore, a fatigue index based on FTI loss at the end of each protocol compared with the beginning of the protocol was calculated. Phosphocreatine depletion (ΔPCr) was assessed using 31P magnetic resonance spectroscopy. Responders developed four times higher FTI's during WPHF (99 ± 37 ×103 N.s) than non-responders (26 ± 12 ×103 N.s). For both responders and non-responders, CONV was metabolically more demanding than VOL when ΔPCr was expressed relative to the FTI. Only for the responder group, the ∆PCr/FTI ratio of WPHF (0.74 ± 0.19 M/N.s) was significantly lower compared to CONV (1.48 ± 0.46 M/N.s) but similar to VOL (0.65 ± 0.21 M/N.s). Moreover, the fatigue index was not different between WPHF (-16%) and CONV (-25%) for the responders. WPHF could therefore be considered as the less demanding NMES modality-at least in this subgroup of subjects-by possibly exhibiting a muscle activation pattern similar to VOL contractions.

A system to assess the stability of airborne nanoparticle agglomerates under aerodynamic shear

Stability of airborne nanoparticle agglomerates is important for occupational exposure and risk assessment in determining particle size distribution of nanomaterials. In this study, we developed an integrated method to test the stability of aerosols created using different types of nanomaterials. An aerosolization method, that resembles an industrial fluidized bed process, was used to aerosolize dry nanopowders. We produced aerosols with stable particle number concentrations and size distributions, which was important for the characterization of the aerosols' properties. Next, in order to test their potential for deagglomeration, a critical orifice was used to apply a range of shear forces to them. The mean particle size of tested aerosols became smaller, whereas the total number of particles generated grew. The fraction of particles in the lower size range increased, and the fraction in the upper size range decreased. The reproducibility and repeatability of the results were good. Transmission electron microscopy imaging showed that most of the nanoparticles were still agglomerated after passing through the orifice. However, primary particle geometry was very different. These results are encouraging for the use of our system for routine tests of the deagglomeration potential of nanomaterials. Furthermore, the particle concentrations and small quantities of raw materials used suggested that our system might also be able to serve as an alternative method to test dustiness in existing processes.

Stability of nanoparticle agglomerates under mechanical stress and its effects on their release into the air

L'exposition professionnelle aux nanomatériaux manufacturés dans l'air présente des risques potentiels pour la santé des travailleurs dans les secteurs de la nanotechnologie. Il est important de comprendre les scénarios de libération des aérosols de nanoparticules dans les processus et les activités associées à l'exposition humaine. Les mécanismes de libération, y compris les taux de libération et les propriétés physico-chimiques des nanoparticules, déterminent leurs comportements de transport ainsi que les effets biologiques néfastes. La distribution de taille des particules d'aérosols est l'un des paramètres les plus importants dans ces processus. La stabilité mécanique d'agglomérats de nanoparticules affecte leurs distributions de tailles. Les potentiels de désagglomération de ces agglomérats déterminent les possibilités de leur déformation sous énergies externes. Cela rend les changements possibles dans leur distribution de taille et de la concentration en nombre qui vont finalement modifier leurs risques d'exposition. Les conditions environnementales, telles que l'humidité relative, peuvent influencer les processus de désagglomération par l'adhérence de condensation capillaire de l'humidité. L'objectif général de cette thèse était d'évaluer les scénarios de libération des nanomatériaux manufacturés des processus et activités sur le lieu de travail. Les sous-objectifs étaient les suivants: 1. Etudier les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans des conditions environnementales variées. 2. Etudier la libération des nano-objets à partir de nanocomposites polymères; 3. Evaluer la libération de nanoparticules sur le lieu de travail dans des situations concrètes. Nous avons comparé différents systèmes de laboratoire qui présentaient différents niveau d'énergie dans l'aérosolisation des poudres. Des nanopoudres de TiO2 avec des hydrophilicités de surface distinctes ont été testées. Un spectromètre à mobilité électrique (SMPS), un spectromètre à mobilité aérodynamique (APS) et un spectromètre optique (OPC) ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de taille des particules. La microscopie électronique à transmission (TEM) a été utilisée pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Les propriétés des aérosols (distribution de taille et concentration en nombre) étaient différentes suivant la méthode employée. Les vitesses des flux d'air d'aérosolisation ont été utilisées pour estimer le niveau d'énergie dans ces systèmes, et il a été montré que les tailles modales des particules étaient inversement proportionnelles à la vitesse appliquée. En général, les particules hydrophiles ont des diamètres plus grands et des nombres inférieurs à ceux des particules hydrophobes. Toutefois, cela dépend aussi des méthodes utilisées. La vitesse de l'air peut donc être un paramètre efficace pour le classement de l'énergie des procédés pour des systèmes d'aérosolisation similaires. Nous avons développé un système laboratoire pour tester les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans l'air en utilisant des orifices critiques et un humidificateur. Sa performance a été comparée à un système similaire dans un institut partenaire. Une variété de nanopoudres différentes a été testée. Le niveau d'énergie appliquée et l'humidité ont été modifiés. Le SMPS et l'OPC ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de la taille. Un TEM a été utilisé pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Le diamètre moyen des particules a diminué et la concentration en nombre s'est accrue lorsque des énergies externes ont été appliquées. Le nombre de particules inférieures à 100 nm a été augmenté, et celui au-dessus de 350 nm réduits. Les conditions humides ont faits exactement le contraire, en particulier pour les petites particules. En outre, ils ont réduits les effets de la différence de pression due à l'orifice. Les résultats suggèrent que la désagglomération d'agglomérats de nanoparticules dans l'air est possible dans la gamme d'énergie appliquée. Cependant, l'atmosphère humide peut favoriser leur agglomération et améliorer leurs stabilités en réduisant la libération de nanoparticules dans l'environnement. Nous proposons d'utiliser notre système pour le test de routine des potentiels de désagglomération des nanomatériaux manufacturés et de les classer. Un tel classement faciliterait la priorisation de l'exposition et du risque encouru en fonction du niveau d'ENM. Un système de perçage automatique et un système de sciage manuel ont été développés pour étudier la libération de nanoparticules à partir de différents types de nanocomposites. La vitesse de perçage et taille de la mèche ont été modifiées dans les expériences. La distribution de taille des particules et leur concentration en nombre ont été mesurées par un SMPS et un miniature diffusion size classifier (DISCmini). Les distributions de nanoparticules dans les composites et les particules libérées ont été analysés par un TEM et un microscope électronique à balayage (SEM). Les tests de perçage ont libérés un plus grand nombre de particules que le sciage. Des vitesses de perçage plus rapide et les mèches plus grandes ont augmentés la génération de particules. Les charges de nanoparticules manufacturées dans les composites ne modifient pas leurs comportements de libération dans les expériences de perçage. Toutefois, le sciage différencie les niveaux de libération entre les composites et les échantillons blancs. De plus, les vapeurs de polymères ont été générées par la chaleur de sciage. La plupart des particules libérées sont des polymères contenant des nanoparticules ou sur leurs surface. Les résultats ont souligné l'importance du type de processus et paramètres pour déterminer la libération de nanoparticules de composites. Les émissions secondaires telles que les fumées polymères appellent à la nécessité d'évaluations de l'exposition et de risque pour de tels scénarios. Une revue systématique de la littérature sur le sujet de libérations de nanoparticules dans l'air dans les secteurs industriels et laboratoires de recherche a été effectuée. Des stratégies de recherche des informations pertinentes et de stockage ont été développées. Les mécanismes de libération, tels que la taille de particules d'aérosol et de leur concentration en nombre, ont été comparés pour différentes activités. La disponibilité de l'information contextuelle qui est pertinente pour l'estimation de l'exposition humaine a été évaluée. Il a été constaté que les données relatives à l'exposition ne sont pas toujours disponibles dans la littérature actuelle. Les propriétés des aérosols libérés semblent dépendre de la nature des activités. Des procédés à haute énergie ont tendance à générer des plus hauts niveaux de concentrations de particules dans les gammes de plus petite taille. Les résultats peuvent être utiles pour déterminer la priorité des procédés industriels pour l'évaluation les risques associés dans une approche à plusieurs niveaux. Pour l'évaluation de l'exposition, la disponibilité de l'information peut être améliorée par le développement d'une meilleure méthode de communication des données.