The use of the murine model of infection with Leishmania major to reveal the antagonistic effects that IL-4 can exert on T helper cell development and demonstrate that these opposite effects depend upon the nature of the cells targeted for IL-4 signaling.

In contrast to mice from the majority of inbred strains, BALB mice develop aberrant Th2 responses and suffer progressive disease after infection with Leishmania major. These outcomes depend on the production of Interleukin 4, during the first 2 d of infection, by CD4+ T cells that express the Vbeta4-Valpha8 T cell receptors specific for a dominant I-A(d) restricted epitope of the LACK antigen from L. major. In contrast to this well established role of IL-4 in Th2 cell maturation, we have recently shown that, when limited to the initial period of activation of dendritic cells by L. major preceding T cell priming, IL-4 directs DCs to produce IL-12, promotes Th1 cell maturation and resistance to L. major in otherwise susceptible BALB/c mice. Thus, the antagonistic effects that IL-4 can have on Th cell development depend upon the nature of the cells (DCs or primed T cells) targeted for IL-4 signaling.

Déterminants de l'évolution de la mesure d'indépendance fonctionnelle (MIF) des patients avec accident vasculaire cérébral lors de la neuroréhabilitation multiprofessionnelle intensive

Introduction :¦Généralement, toute personne souffrant de déficits neurologiques suite à un accident vasculaire cérébral (AVC) devrait bénéficier d'un traitement multiprofessionnel intensif de neuroréhabilitation. Or, on constate que, malgré une même prise en charge, tous les patients n'évoluent pas de façon similaire. Si nous pouvions déterminer précocement le potentiel de récupération fonctionnelle de chaque patient, nous pourrions adapter le programme de réadaptation à ses besoins et à ses capacités.¦Objectifs :¦Identifier les facteurs prédictifs précoces du devenir fonctionnel des patients victimes d'AVC, sous traitement multiprofessionnel intensif de neuroréhabilitation.¦Matériel et méthode :¦Enquête prospective d'observation de suivi d'une cohorte de 176 patients victimes d'un premier AVC et admis dans le service de neuropsychologie et de neuroréhabilitation du CHUV, entre 2005 et 2010. L'état fonctionnel des patients a été évalué à l'aide de l'échelle de Mesure d'Indépendance Fonctionnelle (MIF), lors de leur entrée et de leur sortie du service de réadaptation.¦Résultats :¦Une analyse multivariée a mis en évidence que le fait d'être un homme, d'avoir moins de 55 ans, d'avoir un score de MIF supérieur à 100 lors de l'entrée en neuroréhabilitation, de bénéficier d'au minimum 70 jours de réhabilitation, de gagner chaque semaine au minimum 10% du gain de MIF possible et de ne pas souffrir ni d'aphasie, ni d'héminégligence, ni de spasticité, ni de complications durant le séjour de réadaptation étaient des facteurs prédictifs précoces d'une bonne évolution fonctionnelle sous traitement multiprofessionnel intensif de neuroréhabilitation.¦Conclusion :¦Tous les patients n'évoluent pas de façon identique sous traitement multiprofessionnel intensif de neuroréhabilitation ; une prise en charge adaptée, en particulier concernant l'intensité des traitements, devrait être proposée.

Multiple facets of secretory immunoglobulin A at mucosal surfaces

Résumé : Le condylome acuminé anal (CAA), transmis par contact sexuel, résulte d'une infection par Human Papilloma Virus (HPV). Son traitement chirurgical est grevé d'un taux de récidive de 4-29%. Le but de cette étude était d'identifier une éventuelle corrélation entre type d'HPV présent dans les CAA excisés chirurgicalement et taux de récidive de la maladie, ? Cette étude rétrospective porte sur 140 patients opérés au Centre Hospitalier Universitaire Vaudois de CAA, entre 1990 et 2005. Le diagnostic lésionnel a été confirmé par un examen histomorphologique. Le(s) type(s) d'HPV présent(s) dans ces lésions a été déterminé par Polymerase Chain Reaction (PCR). Les patients ont donné leur accord à cette analyse et complété un questionnaire. Une éventuelle corrélation entre récidive de CAA, type d'HPV et status HIV a été recherchée. HPV 6 et 11 sont les virus les plus fréquemment découverts (51% et 28%, respectivement) chez les 140 patients (123H/17F). Trente-cinq (25%) d'entre eux ont présenté une récidive. HPV 11 était present chez 19 (41%) sujets. Ceci est statistiquement significatif (P<0.05), en comparaison aux autres HPVs. Il n'y a par contre pas de différence significative entre la fréquence de récidive des 33 (24%) patients HIV-positifs et le reste du collectif. HPV 11 est donc associé à un taux de récidive de CAA significativement élevé. Un suivi strict des patients atteints est nécessaire pour identifier une récidive et la traiter sans délai, notamment lorsque HPV 11 est present. Ces résultats innovateurs soulèvent la question de la nécessité de pratiquer une typisation virale systématique sur les lésions excisées. La justification d'une telle attitude demande toutefois encore d'être confirmée.

Lassa virus entry in antigen presenting cells and evaluation of a novel nanoparticle vaccine platform against arena viruses

Arenaviruses are a large and diverse family of viruses that merit significant attention as causative agents of severe hemorrhagic fevers in humans. Lassa virus (LASV) in Africa and the South American hemorrhagic fever viruses Junin (JUNV), Machupo (MACV), and Guanarito (GTOV) have emerged as important human pathogens and represent serious public health problems in their respective endemic areas. A hallmark of fatal arenaviruses hemorrhagic fevers is a marked immunosuppression of the infected patients. Antigen presenting cells (APCs) such as macrophages and in particular dendritic cells (DCs) are early and preferred targets of arenaviruses infection. Instead of being recognized and presented as foreign antigens by DCs, arenaviruses subvert the normal mechanisms of pathogen recognition, invade DCs and establish a productive infection. Viral replication perturbs the DCs' ability to present antigens and to activate T and B cells, contributing to the marked virus-induced immunosuppression observed in fatal disease. Considering their crucial role in the development of an anti-viral immune response, the mechanisms by which arenaviruses, and in particular LASV, invade DCs are of particular interest. The C-type lectin DC-specific Intercellular adhesion molecule-3-grabbing nonintegrin (DC-SIGN) was recently identified as a potential entry receptor for LASV. The first project of my thesis focused therefore on the investigation of the role of DC-SIGN in LASV entry into primary human DCs. My data revealed that DC-SIGN serves as an attachment factor for LASV on human DCs and can facilitate capture of free virus and subsequent cell entry. However, in contrast to other emerging viruses, of the phlebovirus family, I found that DC-SIGN does likely not function as an authentic entry receptor for LASV. Moreover, I was able to show that LASV enters DCs via an unusually slow pathway that depends on actin, but is independent of clathrin and dynamin. Considering the lack of effective treatments and the limited public health infrastructure in endemic regions, the development of protective vaccines against arenaviruses is an urgent need. To address this issue, the second project of my thesis aimed at the development of a novel recombinant arenavirus vaccine based on a nanoparticle (NPs) platform and its evaluation in a small animal model. During the first phase of the project I designed, produced, and characterized suitable vaccine antigens. In the second phase of the project, I generated antigen-conjugated NPs, developed vaccine formulations, and tested the NPs for their ability to elicit anti-viral T cell responses as well as anti-viral antibodies. I demonstrated that the NPs platform is able to activate both cellular and humoral branches of the adaptive anti-viral immunity, providing proof-of-principle. In sum, my first project will allow, in a long term perspective, a better understanding of the viral pathogenesis and contribute to the development of novel antiviral strategies. The second project will expectidly offer a new treatment option against arenaviruses.

New insights into the regulatory mechanisms of the NALP3 inflammasome

Résumé : Les vertébrés ont recours au système immunitaire inné et adaptatif pour combattre les pathogènes. La découverte des récepteurs Toll, il y a dix ans, a fortement augmenté l'intérêt porté à l'immunité innée. Depuis lors, des récepteurs intracellulaires tels que les membres de la famille RIG-like helicase (RLHs) et NOD-like receptor (NLRs) ont été décrits pour leur rôle dans la détection des pathogènes. L'interleukine-1 beta (IL-1β) est une cytokine pro-inflammatoire qui est synthétisée sous forme de précurseur, la proIL-1β. La proIL-1β requiert d'être clivée par la caspase-1 pour devenir active. La caspase-1 est elle-même activée par un complexe appelé inflammasome qui peut être formé par divers membres de la famille NLR. Plusieurs inflammasomes ont été décrits tels que le NALP3 inflammasome ou l'IPAF inflammasome. Dans cette étude nous avons identifié la co-chaperone SGT1 et la chaperone HSP90 comme partenaires d'interaction de NALP3. Ces deux protéines sont bien connues chez les plantes pour leurs rôles dans la régulation des gènes de résistance (gène R) qui sont structurellement apparentés à la famille NLR. Nous avons pu montrer que SGT1 et HSP90 jouent un rôle similaire dans la régulation de NALP3 et des protéines R. En effet, nous avons démontré que les deux protéines sont nécessaires pour l'activité du NALP3 inflammasome. De plus, la HSP90 est également requise pour la stabilité de NALP3. En se basant sur ces observations, nous avons proposé un modèle dans lequel SGT1 et HSP90 maintiennent NALP3 inactif mais prêt à percevoir un ligand activateur qui initierait la cascade inflammatoire. Nous avons également montré une interaction entre SGT1 et HSP90 avec plusieurs NLRs. Cette observation suggère qu'un mécanisme similaire pourrait être impliqué dans la régulation des membres de la famille des NLRs. Ces dernières années, plusieurs PAMPs mais également des DAMPs ont été identifiés comme activateurs du NALP3 inflammasome. Dans la seconde partie de cette étude, nous avons identifié la réponse au stress du réticulum endoplasmique (RE) comme nouvel activateur du NALP3 inflammasome. Cette réponse est initiée lors de l'accumulation dans le réticulum endoplasmique de protéines ayant une mauvaise conformation ce qui conduit, en autre, à l'arrêt de la synthèse de nouvelles protéines ainsi qu'une augmentation de la dégradation des protéines. Les mécanismes par lesquels la réponse du réticulum endoplasmique induit l'activation du NALP3 inflammasome doivent encore être déterminés. Summary : Vertebrates rely on the adaptive and the innate immune systems to fight pathogens. Awarness of the importance of the innate system increased with the identification of Toll-like receptors a decade ago. Since then, intracellular receptors such as the RIG-like helicase (RLH) and the NOD-like receptor (NLR) families have been described for their role in the recognition of microbes. Interleukin- 1ß (IL-1ß) is a key mediator of inflammation. This proinflammatory cytokine is synthesised as an inactive precursor that requires processing by caspase-1 to become active. Caspase-1 is, itself, activated in a complex termed the inflammasome that can be formed by members of the NLR family. Various inflammasome complexes have been described such as the IPAF and the NALP3 inflammasome. In this study, we have identified the co-chaperone SGT1 and the chaperone HSP90 as interacting partners of NALP3. SGT1 and HSP90 are both known for their role in the activity of plant resistance proteins (R proteins) which are structurally related to the NLR family. We have shown that HSP90 and SGT1 play a similar role in the regulation of NALP3 and in the regulation of plant R proteins. Indeed, we demonstrated that both HSP90 and SGT1 are essential for the activity of the NALP3 inflammasome complex. In addition, HSP90 is required for the stability of NALP3. Based on these observations, we have proposed a model in which SGT1 and HSP90 maintain NALP3 in an inactive but signaling-competent state, ready to receive an activating ligand that induces the inflammatory cascade. An interaction between several NLR members, SGTI and HSP90 was also shown, suggesting that similar mechanisms could be involved in the regulation of other NLRs. Several pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) but also danger associated molecular patterns (DAMPs) have been identified as NALP3 activators. In the second part of this study, we have identified the ER stress response as a new NALP3 activator. The ER stress response is activated upon the accumulation of unfolded protein in the endoplasmic reticulum and results in a block in protein synthesis and increased protein degradation. The mechanisms of ER stress-mediated NALP3 activation remain to be determined.

Assessment and analysis of mechanical allodynia-like behavior induced by spared nerve injury (SNI) in the mouse

Rrésumé: La première description dans une publication médicale des douleurs neuropathiques remonte à 1872, le Dr S.W. Mitchell les résumant ainsi [...]" la causalgie est la plus terrible des tortures qu'une lésion nerveuse puisse entraîner "[...]. Par définition, la douleur neuropathique est une douleur chronique faisant suite à une lésion ou dysfonction du système nerveux. Malgré les progrès faits dans la compréhension de ce syndrome, le détail des mécanismes impliqués nous échappe encore et son traitement reste insuffisant car moins de 50% des patients sont soulagés par les thérapies actuelles. Différents modèles expérimentaux ont été élaborés chez l'animal de laboratoire, en particulier des modèles de lésion de nerfs périphériques chez le rat, permettant des investigations tant moléculaires que fonctionnelles des mécanismes impliqués dans le développement de ces douleurs. En revanche, peu de modèles existent chez la souris, alors que cet animal, grâce à la transgénèse, est très fréquemment utilisé pour l'approche fonctionnelle ciblée sur un gène. Dans l'étude présentée ici, nous avons évalué chez la souris C57BL/6 l'adaptation d'un modèle neuropathique, proposé une nouvelle modalité de mesure de la sensibilité douloureuse adaptée à la souris et défini une méthode d'analyse performante des résultats. Ce modèle, dit de lésion avec épargne nerveuse (spared Werve injury, SNI), consiste en la lésion de deux des trois branches du nerf sciatique, soit les nerfs peronier commun et tibial. La troisième branche, le nerf sural est laissé intact et c'est dans le territoire cutané de ce dernier que la sensibilité douloureuse à des stimulations mécaniques est enregistrée. Des filaments calibrés de force croissante sont appliqués sur la surface de la patte impliquée et la fréquence relative de retrait de la patte a été modélisée mathématiquement et analysée par un modèle statistique intégrant tous les paramètres de l'expérience (mixed-effects model). Des variantes chirurgicales lésant séquentiellement les trois branches du nerf sciatique ainsi que la réponse en fonction du sexe de l'animal ont également été évaluées. La lésion SNI entraîne une hypersensibilité mécanique marquée comparativement aux souris avec chirurgie contrôle; cet effet est constant entre les animaux et persiste durant les quatre semaines de l'étude. De subtiles différences entre les variables, y compris une divergence de sensibilité mécanique entre les sexes, ont été démontrées. La nécessité de léser le nerf tibial pour le développement des symptômes a également été documentée par notre méthode d'évaluation et d'analyse. En conclusion, nous avons validé le modèle SNI chez la souris par l'apparition d'un symptôme reproductible et apparenté à l'allodynie mécanique décrite par les patients souffrant de douleurs neuropathiques. Nous avons développé des méthodes d'enregistrement et d'analyse de la sensibilité douloureuse sensibles qui permettent la mise en évidence de facteurs intrinsèques et extrinsèques de variation de la réponse. Le modèle SNI utilisé chez des souris génétiquement modifiées, de par sa précision et reproductibilité, pourra permettre la discrimination de facteurs génétiques et épigénétiques contribuant au développement et à la persistance de douleurs neuropathiques.

Stage of change of cigarette smoking in drug dependent patients

Résumé En Suisse, les programmes de désaccoutumance au tabac se réfèrent généralement au modèle de préparation au changement de Prochaska et DiClemente (1983), Les patients atteints de maladies somatiques liées au tabagisme comme les pathologies cardiovasculaires ou pulmonaires accèdent facilement à ces programmes, contrairement aux patients présentant une dépendance à des drogues illicites. La prévalence de fumeurs dans cette population est pourtant élevée et les problèmes engendrés par le tabac sont importants, non seulement d'un point de vue individuel mais aussi en terme de santé publique. Il est par conséquent intéressant d'évaluer la motivation concernant la désaccoutumance au tabac de patients toxicomanes entreprenant un sevrage de drogues illicites. Dans cette étude, nous avons évalué les stades de préparation au changement concernant la dépendance au tabac chez 100 patients toxicomanes hospitalisés sur un mode volontaire dans le cadre d'un programme de sevrage à des drogues illégales. L'évaluation s'est faite à l'aide d'un auto-questionnaire dont les résultats indiquent qu'une minorité de patients sont décidés à interrompre la consommation de tabac. En effet, seul 15% des patients se trouvaient aux stades de contemplation ou de décision. De plus, 93% des sujets considéraient l'arrêt du tabac comme difficile ou très difficile. Ces données montrent qu'il existe un décalage important entre la motivation relative au sevrage de drogues illégales et la motivation liées à l'arrêt du tabac. En effet, malgré leur motivation élevée pour se sevrer de drogues illicites, la proportion de patients restant au stade de précontemplation concernant la désaccoutumance au tabac reste élevée. Diverses hypothèses permettent d'expliquer ces résultats, notamment la perception que la désaccoutumance au tabac est plus difficile à réaliser que le sevrage de substances illicites. Abstract Nicotine cessation programmes in Switzerland, which are commonly based on the stage of change model of Prochaska and DiClemente (1983), are rarely offered to patients with illicit drug dependence. This stands in contrast to the high smoking rates and the heavy burden of tobacco-related problems in these patients. The stage of change was therefore assessed by self-administered questionnaire in 100 inpatients attending an illegal drug withdrawal programme. Only 15% of the patients were in the contemplation or decision stage. 93% considered smoking cessation to be difficult or very difficult. These data show a discrepancy between the motivation to change illegal drug consumption habits and the motivation for smoking cessation. The high pro-portion of patients remaining in the precontemplation stage for smoking cessation, in spite of their motivation for illicit drug detoxification, may be due to the perception that cessation of smoking is more difficult than illicit drug abuse cessation.

Active and passive screening for tuberculosis in Vaud Canton, Switzerland

Résumé Même si l'incidence de la tuberculose est basse en Suisse, cette maladie reste un problème de santé publique en raison des migrations de populations provenant de pays où l'incidence de la tuberculose est élevée. Les immigrants, à leur arrivée en terre helvétique, doivent s'annoncer auprès d'un des cinq centres d'enregistrement pour les réfugiés (Vallorbe, Bâle, Kreuzlingen, Altstätten et Chiasso) et subir un contrôle médical qui comprend un test tuberculinique et une radiographie du thorax afin de détecter des anomalies compatibles avec une tuberculose. Les requérants avec des signes de maladie sont immédiatement pris en charge dans le but d'éviter une dissémination du bacille de Koch. Cette* étude rétrospective compare la présentation bactériologique et clinique de la tuberculose ainsi que le résultat du traitement de cette maladie chez les immigrants diagnostiqués par dépistage actif (= immigrants venant d'être enregistrés comme requérants d'asile en Suisse) avec d'autres patients diagnostiqués par dépistage passif (= patients suisses, travailleurs étrangers résidents en Suisse ainsi que d'autres étrangers incluant les touristes, les étudiants, les immigrants illégaux ainsi que 11 requérants d'asile détectés tardivement et passivement après leur entrée en Suisse). Parmi les 179 patients, 78% sont des étrangers. La médiane d'âge de la population étrangère atteinte de tuberculose est de 29 ans contre 64 ans pour les Suisses. Le dépistage actif a été effectué auprès de 71 requérants d'asile chez lesquels 49.3% [CI : 37.4 - 61.2] n'avaient pas de symptômes contre 17.6% [Cl : 10.3 - 24.9] chez les 108 passifs. La durée des symptômes était de 2 mois dans le groupe des actifs versus 2.5 mois chez les passifs (ns). L'analyse bactériologique est positive à l'examen direct ou à la culture chez 63.4% des actifs contre 70.4% des passifs (ns). La confirmation bactériologique de la tuberculose chez des patients asymptomatiques s'élevait à 42.2% [Cl : 27.2-57.2] chez les actifs contre 13% [Cl : 5.31-20.7] chez les passifs. Le plus grand danger de dissémination est couru par les patients avec un examen direct positif dont la proportion des asymptomatiques était de 22.2% ([Cl : 9.6-34.8] dans le groupe des actifs contre 11.7% [CI : 4.4-19.0] dans le groupe des passifs. Le résultat du traitement, comprenant les patients guéris (avec confirmation bactériologique de guérison) ainsi que les patients ayant accompli le traitement jusqu'à la fin (mais sans confirmation bactériologique) est similaire dans les groupes des actifs et passifs. Le résultat différent selon le statut légal avec 88% pour les travailleurs étrangers, 85% pour les Suisses, 78% pour les autres étrangers et 83% pour les réfugiés. Ces chiffres sont proches des cibles de l'OMS (85%). Le dépistage actif de la tuberculose permet la détection plus précoce des cas de tuberculose que le dépistage passif. Etant donné que les immigrants proviennent de régions où la prévalence de la tuberculose est supérieure à celle de la Suisse, ce dépistage à la frontière permet non seulement de diminuer la dissémination de cette maladie par la prise en charge immédiate des malades et de réduire la durée des symptômes mais encore de détecter des patients ne présentant aucun symptôme malgré une activité bactériologique positive. Les résultats du traitement ne satisfont pas entièrement aux exigences de l'OMS, ce qui peut être expliqué par le fait que la population de patients tuberculeux suisses étant plus âgés que celles des étrangers, le nombre de décès est plus nombreux (soit par la tuberculose, soit par les complications de maladies sous-jacentes) et que le suivi de patients étrangers est plus difficile car certains disparaissent durant le traitement et d'autres sont transférés ailleurs en Suisse ou retournent dans leur pays. Summary Aim: This retrospective study compared the bacteriological and clinical presentation of tuberculosis and the outcome of treatment in immigrant notified for TB after active screening by chest X-ray at the border with other patients detected by passive screening. Design: Retrospective study of all patients notified for TB in Vaud Canton in 2001 and 2002. Result: In Vaud Canton 78% of the 179 patients notified for TB were foreign-born. Among 71 asylum seekers actively screened at the border, 49.3% [CI 37.4 - 61.2] were symptom-free vs 17.6% [CI 10.3 - 24.9] among 108 passively screened patients. In the passively screened group, the proportion of asymptomatic patients was 15.4% for Swiss patients. 8.6% for foreign workers, and 29.4% for other foreigners. The average duration of symptoms before diagnosis among patients with complaints was 2 months in actively screened foreign-born, compared to 2.5 months in passively screened patients (no significant difference by Wilcoxon-Mann-Whitney test). The proportion of pulmonary TB cases with positive smear or culture was 63.4% in actively screened patients vs 70.4% in passively detected cases. Among actively screened patients with bacteriological confirmation, 42.2% [CI 27.2-57,2] were asymptomatic compared to 13% [CI 5.31-20.7] for passively screened patients. Considering only smear positive patients, the proportion of symptom-free patients was 22.2% [CI 9.6-34.8] in 45 actively screened cases vs 11-7% [4.4 - 19.0] for 77 passive screening. Cure and treatment completion rate for new cases reached 88% for foreign workers, 83% for asylum seekers, 85% for Swiss patients, 78% for other foreigners. Conclusions: Actively screened patients were more frequently asymptomatic than passively detected cases, even when considering only patients with bacteriological confirmation. The active screening by chest X-ray of an immigrant population with a high prevalence of tuberculosis allows the early detection and treatment of tuberculosis. This may contribute to the protection of the resident population for infection. The outcome of treatment for tuberculosis was satisfactory in all population groups.

Intracortical connectivity of layer VI pyramidal cells in the barrel cortex of mice

ABSTRACT : The whisker-to-barrel pathway of rodents is formed by a series of somatotopic projections from the mystacial whisker follicles to the layer IV of the primary somatosensory cortex such that each follicle corresponds to a cluster of cortical neurons called barrel. Barrels are present in layer IV but form part of functional columns that comprise the entire depth of the somatosensory cortex. Interestingly, the cortex of the barrelless mouse strain (BRL) is organized such a manner that thalamocortical afferents do not remodel their projections in layer IV and barrels fail to appear. Nevertheless, functionally, a columnar organization persists, indicating that functional columns are not only provided by thalamocortical projections and layer IV cells. Since in the visual cortex of cats, layer VI cells contribute to the response properties of layer IV neurons, we wonder whether layer VI pyramidal cells could contribute to the columnar organization of the primary somatosensory cortex of mice. To address -this question, we morphologically analyzed the distribution of intracortical axon collaterals of layer VI neurons after in-vivo juxtacellular injections of biocytin in the C2 barrel column. Injected hemispheres were tangentially serial cut and intracortical collaterals of individual layer VI neurons were reconstructed at the light microscopic level. The position of axonal boutons was recorded to evaluate the distribution of presumed synaptic contacts. In normal (NOR) mice, cluster analysis shows that layer VI pyramidal cells can be classified in four statistically different clusters of neurons. Moreover, we assume that two classes are formed by cortico-cortical neurons and two classes are formed by cortico-thalamic neurons. Looking at the direction of the main axon in the white matter, we noticed that its orientation correlates perfectly with the type of neuron: cortico-cortical neurons send main axon medially whereas cortico-thalamic neurons send main axon laterally. Performing the same study in the BRL strain, we showed that the BRL mutation affects layer VI pyramidal cells tangentially and radially: the effects of the mutation are illustrated by a significant decrease of the index of colurnnarization and a significant decrease of percentage of boutons in granular and supragranular layers comparing to NOR neurons. In spite of these differences, the same four classes of layer VI neurons have been found in BRL mice. Using a tangential analysis of the boutons distribution, we showed that putative synapses are distributed mainly in the C2 barrel column. This was observed for each layer, type of neuron, cluster or strain, indicating that layer VI pyramidal cells could participate to the functional columnar organization of the barrel cortex. To determine post-synaptic partners of layer VI neurons in layer IV, we conducted an ultrastructural analysis of layer VI-to-IV contacts. We showed that synapses principally occur on spines and spiny dendritic shafts, supposed to belong to excitatory neurons. We furthermore showed that pre-synaptic elements are significantly different between en passant and terminaux contacts, which support hypothesis that terminaux boutons should show longer duration of facilitation than en passant boutons. RÉSUMÉ : Le «whisker-to-barrel pathway» des rongeurs est caractérisé par une série de projections somatotopiques depuis les follicules des moustaches ('whiskers') jusqu'à la couche IV de l'aire somatosensorielle primaire, de telle façon que chaque follicule corresponde à un groupe de neurones corticaux appelés tonneaux (`barrels'). Les tonneaux sont seulement présents en couche IV mais font partie de colonnes fonctionnelles qui s'étendent sur toute la profondeur du cortex somatosensoriel. Chez les souris mutantes barrelless (BRL), le cortex somatosensoriel est organisé de façon telle que lés afférences thalamocorticales ne remodellent pas leurs projections en couche IV et que les tonneaux n'apparaissent pas. Fonctionnellement, pourtant, une organisation en colonnes persiste, ce qui indique que les colonnes fonctionnelles ne sont pas uniquement produites par les projections thalamocorticales et par les cellules de la couche IV. Puisque les cellules de la couche VI contribuent à influencer les réponses des cellules de la couche IV dans le cortex visuel du chat, nous nous sommes demandé si ces cellules ne pourraient pas aussi contribuer à l'organisation en colonnes du cortex somatosensoriel primaire de la souris. Pour répondre à cette question, nous avons analysé de façon morphologique la distribution intracorticale des collatéraux axonaux de neurones de la couche VI. Suite à des injections juxtacellulaires de biocytine in-vivo dans la colonne C2, les hémisphères cérébraux ont été tangentiellement coupés en série et les collatéraux intracorticaux des neurones de la couche VI ont été reconstruits en microscopie optique. La position des boutons axonaux a aussi été enregistrée pour évaluer la distribution des contacts synpptiques potentiels. Chez les souris NOR, une analyse multivariée montre que les cellules pyramidales de la couche VI sont distribuées en quatre classes. Deux de ces classes sont probablement formées de neurons cortico-corticaux, alors que les deux autres sont probablement formées de neurones corticothalamiques. En observant la direction de l'axone principal dans la matière blanche, nous avons noté que son orientation est parfaitement corrélée avec le type supposé de neurone : les neurones corticocorticaux envoient leurs axones principaux médiallement, alors que les neurons cortico-thalamiques envoient leurs axones principaux latéralement. En menant la même étude chez les souris BRL, nous avons montré que la mutation affecte les cellules pyramidales de la couche VI de façon tangentielle, mais aussi radiaire : les effets de 1a mutation se traduisent par une diminution significative de l'index de « columnarization » et de la connectivité en couches granulaire et supragranulaire. Malgré ces différences, les quatre mêmes classes de neurones ont été retrouvées. En utilisant une analyse tangentielle de la distribution des boutons, nous avons montré que les synapses potentielles sont distribuées principalement dans la colonne C2. Cette observation a été faite dans chaque couche, chaque type de neurones, chaque classe de neurones et chaque souche de souris, indicant que les cellules de la couche VI participent certainement à l'organisation en colonne du cortex somatosensoriel. Pour déterminer les partenaires post-synaptiques des cellules de la couche VI en couche IV, nous avons conduit une analyse ultrastructurelle de ces contacts. Nous avons montré que les synapses interviennent principalement sur les épines et sur les dendrites supposés appartenir à des cellules excitatrices. Nous avons aussi montré que les éléments pré-synaptiques de ces synapses sont significativement differents selon le type de bouton, en passant ou terminal, ce qui supporte l'hypothèse que les boutons terminaux seraient capables d'une plus longue facilitation.

Regulation of horizontal gene transfer of the catabolic island ICEclc

ICEclc is a mobile genetic element found in two copies on the chromosome of the bacterium Pseudomonas knackmussii B13. ICEclc harbors genes encoding metabolic pathways for the degradation of chlorocatechols (CLC) and 2-aminophenol (2AP). At low frequencies, ICEclc excises from the chromosome, closes into a circular DNA molecule which can transfer to another bacterium via conjugation. Once in the recipient cell, ICEclc can reintegrate into the chromosome by site-specific recombination. This thesis aimed at identifying the regulatory network underlying the decisions for ICEclc horizontal transfer (HGT). The first chapter is an introduction on integrative and conjugative elements (ICEs) more in general, of which ICEclc is one example. In particular I emphasized the current knowledge of regulation and conjugation machineries of the different classes of ICE. In the second chapter, I describe a transcriptional analysis using microarrays and other experiments to understand expression of ICEclc in exponential and stationary phase. By overlaying transcriptomic profiles with Northern hybridizations and RT- PCR data, we established a transcription map for the entire core region of ICEclc, a region assumed to encode the ICE conjugation process. We also demonstrated how transcription of the ICEclc core is maximal in stationary phase, which correlates to expression of reporter genes fused to key ICEclc promoters. In the third chapter, I present a transcriptome analysis of ICEclc in a variety of different host species, in order to explore whether there are species-specific differences. In the fourth chapter, I focus on the role of a curious ICEclc-encoded TetR-type transcriptional repressor. We find that this gene, which we name mfsR, not only controls its own expression but that of a set of genes for a putative multi-drug efflux pump (mfsABC) as well. By using a combination of biochemical and molecular biology techniques, I could show that MfsR specifically binds to operator boxes in two ICEclc promoters (PmfsR and PmfsA), inhibiting the transcription of both the mfsR and mfsABC-orf38184 operons. Although we could not detect a clear phenotype of an mfsABC deletion, we discuss the implications of pump gene reorganizations in ICEclc and close relatives. In the fifth chapter, we find that mfsR not only controls its own expression and that of the mfsABC operon, but is also indirectly controlling ICEclc transfer. Using gene deletions, microarrays, transfer assays and microscopy-based reporter fusions, we demonstrate that mfsR actually controls a small operon of three regulatory genes. The last gene of this mfsR operon, orf17162, encodes a LysR-type activator that when deleted strongly impairs ICEclc transfer. Interestingly, deletion of mfsR leads to transfer competence in almost all cells, thereby overruling the bistability process in the wild-type. In the final sixth chapter, I discuss the relevance of the present thesis and the resulting perspectives for future studies.

Visual representation of food in the brain : effects of repeated exposure and gut hormone secretion

The thesis at hand is concerned with the spatio-temporal brain mechanisms of visual food perception as investigated by electrical neuroimaging. Due to the increasing prevalence of obesity and its associated challenges for public health care, there is a need to better understand behavioral and brain processes underlying food perception and food-based decision-making. The first study (Study A) of this thesis was concerned with the role of repeated exposure to visual food cues. In our everyday lives we constantly and repeatedly encounter food and these exposures influence our food choices and preferences. In Study A, we therefore applied electrical neuroimaging analyses of visual evoked potentials to investigate the spatio-temporal brain dynamics linked to the repeated viewing of high- and low-energy food cues (published manuscript: "The role of energetic value in dynamic brain response adaptation during repeated food image viewing" (Lietti et al., 2012)). In this study, we found that repetitions differentially affect behavioral and brain mechanisms when high-energy, as opposed to low-energy foods and non-food control objects, were viewed. The representation of high-energy food remained invariant between initial and repeated exposures indicating that the sight of high-energy dense food induces less behavioral and neural adaptation than the sight of low-energy food and non-food control objects. We discuss this finding in the context of the higher salience (due to greater motivation and higher reward or hedonic valuation) of energy- dense food that likely generates a more mnemonically stable representation. In turn, this more invariant representation of energy-dense food is supposed to (partially) explain why these foods are over-consumed despite of detrimental health consequences. In Study Β we investigated food responsiveness in patients who had undergone Roux-en-Y gastric bypass surgery to overcome excessive obesity. This type of gastric bypass surgery is not only known to alter food appreciation, but also the secretion patterns of adipokines and gut peptides. Study Β aimed at a comprehensive and interdisciplinary investigation of differences along the gut-brain axis in bypass-operated patients as opposed to weight-matched non-operated controls. On the one hand, the spatio-temporal brain dynamics to the visual perception of high- vs. low-energy foods under differing states of motivation towards food intake (i.e. pre- and post-prandial) were assessed and compared between groups. On the other hand, peripheral gut hormone measures were taken in pre- and post-prandial nutrition state and compared between groups. In order to evaluate alterations in the responsiveness along the gut-brain-axis related to gastric bypass surgery, correlations between both measures were compared between both participant groups. The results revealed that Roux-en- Y gastric bypass surgery alters the spatio-temporal brain dynamics to the perception of high- and low-energy food cues, as well as the responsiveness along the gut-brain-axis. The potential role of these response alterations is discussed in relation to previously observed changes in physiological factors and food intake behavior post-Roux-en-Y gastric bypass surgery. By doing so, we highlight potential behavioral, neural and endocrine (i.e. gut hormone) targets for the future development of intervention strategies for deviant eating behavior and obesity. Together, the studies showed that the visual representation of foods in the brain is plastic and that modulations in neural activity are already noted at early stages of visual processing. Different factors of influence such as a repeated exposure, Roux-en-Y gastric bypass surgery, motivation (nutrition state), as well as the energy density of the visually perceived food were identified. En raison de la prévalence croissante de l'obésité et du défi que cela représente en matière de santé publique, une meilleure compréhension des processus comportementaux et cérébraux liés à la nourriture sont nécessaires. En particulier, cette thèse se concentre sur l'investigation des mécanismes cérébraux spatio-temporels liés à la perception visuelle de la nourriture. Nous sommes quotidiennement et répétitivement exposés à des images de nourriture. Ces expositions répétées influencent nos choix, ainsi que nos préférences alimentaires. La première étude (Study A) de cette thèse investigue donc l'impact de ces exposition répétée à des stimuli visuels de nourriture. En particulier, nous avons comparé la dynamique spatio-temporelle de l'activité cérébrale induite par une exposition répétée à des images de nourriture de haute densité et de basse densité énergétique. (Manuscrit publié: "The role of energetic value in dynamic brain response adaptation during repeated food image viewing" (Lietti et al., 2012)). Dans cette étude, nous avons pu constater qu'une exposition répétée à des images représentant de la nourriture de haute densité énergétique, par opposition à de la nourriture de basse densité énergétique, affecte les mécanismes comportementaux et cérébraux de manière différente. En particulier, la représentation neurale des images de nourriture de haute densité énergétique est similaire lors de l'exposition initiale que lors de l'exposition répétée. Ceci indique que la perception d'images de nourriture de haute densité énergétique induit des adaptations comportementales et neurales de moindre ampleur par rapport à la perception d'images de nourriture de basse densité énergétique ou à la perception d'une « catégorie contrôle » d'objets qui ne sont pas de la nourriture. Notre discussion est orientée sur les notions prépondérantes de récompense et de motivation qui sont associées à la nourriture de haute densité énergétique. Nous suggérons que la nourriture de haute densité énergétique génère une représentation mémorielle plus stable et que ce mécanisme pourrait (partiellement) être sous-jacent au fait que la nourriture de haute densité énergétique soit préférentiellement consommée. Dans la deuxième étude (Study Β) menée au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux mécanismes de perception de la nourriture chez des patients ayant subi un bypass gastrique Roux- en-Y, afin de réussir à perdre du poids et améliorer leur santé. Ce type de chirurgie est connu pour altérer la perception de la nourriture et le comportement alimentaire, mais également la sécrétion d'adipokines et de peptides gastriques. Dans une approche interdisciplinaire et globale, cette deuxième étude investigue donc les différences entre les patients opérés et des individus « contrôles » de poids similaire au niveau des interactions entre leur activité cérébrale et les mesures de leurs hormones gastriques. D'un côté, nous avons investigué la dynamique spatio-temporelle cérébrale de la perception visuelle de nourriture de haute et de basse densité énergétique dans deux états physiologiques différent (pre- et post-prandial). Et de l'autre, nous avons également investigué les mesures physiologiques des hormones gastriques. Ensuite, afin d'évaluer les altérations liées à l'intervention chirurgicale au niveau des interactions entre la réponse cérébrale et la sécrétion d'hormone, des corrélations entre ces deux mesures ont été comparées entre les deux groupes. Les résultats révèlent que l'intervention chirurgicale du bypass gastrique Roux-en-Y altère la dynamique spatio-temporelle de la perception visuelle de la nourriture de haute et de basse densité énergétique, ainsi que les interactions entre cette dernière et les mesures périphériques des hormones gastriques. Nous discutons le rôle potentiel de ces altérations en relation avec les modulations des facteurs physiologiques et les changements du comportement alimentaire préalablement déjà démontrés. De cette manière, nous identifions des cibles potentielles pour le développement de stratégies d'intervention future, au niveau comportemental, cérébral et endocrinien (hormones gastriques) en ce qui concerne les déviances du comportement alimentaire, dont l'obésité. Nos deux études réunies démontrent que la représentation visuelle de la nourriture dans le cerveau est plastique et que des modulations de l'activité neurale apparaissent déjà à un stade très précoce des mécanismes de perception visuelle. Différents facteurs d'influence comme une exposition repetee, le bypass gastrique Roux-en-Y, la motivation (état nutritionnel), ainsi que la densité énergétique de la nourriture qui est perçue ont pu être identifiés.

Comparison of a multiplexed bead-based assay with an immunofluorescence and an enzyme-immuno assay for the assessment of Epstein-Barr virus serologic status

Dans cette étude, nous avons testé la performance diagnostique d'une nouvelle technique d'analyse multiplexée qui permet la détection d'anticorps de différentes spécificités dans la même réaction. En l'absence de gold standard, nous avons choisi de comparer la performance diagnostique de l'analyse avec deux méthodes de référance que sont l'IF et EIA, et avec un consensus déterminé selon une règle de majorité entre les trois méthodes.¦393 sérums analysés par IF, conservés par congélation, ont été décongelés pour être analysés par EIA et BBA. Pour chaque sérum, les anticorps recherchés ont été les anti-VCA (Viral Capsid Antigen) IgM, anti-VCA IgG et anti-EBNA (Epstein-Barr Nuclear Associated) IgG. Les échantillons ont été classés en cinq groupes selon les résultats de l'IF : séronégatifs, infections aiguës, infections anciennes et deux types d'indéterminés.¦Pour chaque méthode, le résultat numérique (index ou titre) des analyses est converti en termes de positif, négatif ou douteux. Pour le résultat de chaque type d'anticorps, un consensus est établi selon une règle de majorité entre les trois méthodes, permettant une interprétation du stade de l'infection. Puis l'interprétation de chacune des méthodes a été comparée au consensus. Nous avons également comparé les trois méthodes les unes aux autres concernant la détection des anticorps.¦Globalement, nous observons une bonne corrélation qualitative entre les trois approches pour détecter les anti-VCA IgG et IgM. Pour pour les anti-EBNA IgG, il y a une divergence notable entre l'IF et les deux autres méthodes, l'IF apparaissant moins sensible que les autres méthodes, résultant en un nombre accru d'interprétations indéterminées du stade de l'infection.¦L'origine de cette divergence ne peut être due à une perte d'anticorps liée au stockage de longue durée des échantillons. En effet, EIA et BBA restent plus sensibles que IF, dont l'analyse a été faite sur des sérums frais.¦Cette divergence ne semble pas non plus être due aux différents antigènes utilisés par les trois méthodes. EIA et BBA utilisent le même antigène recombinant EBNA-1, alors que l'IF utilise des "cellules lymphoïdes choisies pour leur production sélective d'antigènes EBNA". Ces cellules sont probablement des cellules infectées par EBV qui devraient exprimer plus d'antigènes de latence que seul EBNA-1. Cette différence devrait donc plutôt en principe résulter en une meilleure sensibilité de l'IF par rapport aux deux autres méthodes.¦Les anti-EBNA IgG peuvent disparaître chez les patients immunocompromis chez qui se produit une réactivation d'EBV. Nous avons donc recherché le status immunitaire des patients du groupe dont les sérums étaient négatifs pour anti-EBNA IgG en IF et positifs par les autres méthodes: seulement 28 des 70 patients étaient immunocompromis.¦Par conséquent, il est probable que dans la majorité de ces résultats discordants, les anticorps anti-EBNA IgG détectés par BBA et EIA sont de vrais positifs non décelés par l'IF.¦En conclusion, BBA est meilleur que la méthode de référance qu'est l'IF, et est égal à EIA en ce qui concerne la performance diagnostique. En outre, ces deux nouvelles méthodes offrent une économie de temps en raison de manipulations moindres, et ne requièrent aucune formation en microscopie à fluorescence. Elles sont également plus économes en échantillons que IF. BBA a l'avantage de n'avoir besoin que de deux analyses pour donner un diagnostique, alors que IF et EIA ont en besoin d'une par anticorps. Enfin, BBA dispose de contrôles internes permettant de reconnaître les liaisons non antigène-spécifiques des anticorps. Par contre, BBA nécessite l'achat d'un lecteur par cytométrie de flux assez coûteux.

Chemotherapy induces tumor metastasis and dormancy

Chemotherapy is widely used as a systemic treatment modality in cancer patients and provides survival benefits for a significant fraction of treated patients H However, some patients suffer from cancer relapse and rapidly progress to metastasis, suggesting that following chemotherapy their residual tumor developed a more aggressive phenotype 4 5. Although some molecular mechanisms involved in chemo-resistance and chemotherapy-induced metastatic relapse have been reported, more investigations and understanding of these processes are necessary before any translation into the clinic might be considered. By using the syngeneic metastatic 4T1 murine breast cancer model, we observed that chemotherapy treatment and selection of chemotherapy-resistant cancer cells in vitro can induces two opposite phenotypes: a dormant one and a relapsing-metastatic one. Previous studies in our laboratory demonstrated that irradiation of mammary gland promotes tumor metastasis, at least in part, by inducing the recruitment of CD11b+ cells to both the primary tumor and the lungs at a pre-metastatic stage. In this study we found that CD11b+ cells may also play important roles in chemotherapy-induced tumor metastasis and dormancy in vivo. Tumor cells expressing the stem cell marker Sca-1 were enriched by chemotherapy treatment in vitro, as well as in tumor metastasis in vivo. Furthermore, tumor-derived CD11b+ cells were capable to maintain and expand this population in vitro. These results suggest that the expansion of a tumor cell population with stem cell features might be a mechanism by which chemotherapy induces metastasis. On the other hand, the same drug treatment in vitro generated resistant cells with a dormant phenotype. Dormant tumor cells were able to induce an in vivo immune- inflammatory response in the draining lymph node, which is normally absent due to the immunosuppressive effects of tumor-recruited myeloid derived- suppressor cells (MDSCs). Genome-wide gene expression analysis revealed the enrichment of invasion and metastasis-related genes in the relapsing metastatic tumor cells and immune response-related genes in the dormant tumor cells. Interestingly, CD11b+ cells derived from the microenvironment of growing-metastatic tumors, but not CD11b+ cells derived from the spleen of tumor-free mice, were able to instigate outgrowth of dormant tumor cells in vivo. Also, dormant cells formed growing and metastatic tumors when injected into immune-compromised NGS mice. These results point to a role of chemotherapy in enabling treated tumor cells to acquire immune response-inducing capabilities, while impairing the recruitment of CD11b+ cells and their differentiation into an immune-suppressive cell. The molecular mechanisms underneath these effects are being further investigated. In conclusion, results obtained in this model indicate that chemotherapy can induce a dormant phenotype in cancer cells and that this state of dormancy can be broken by MDSCs educated by relapsing tumors. Understanding the mechanism beyond these effects, in particular unraveling the genetic or epigenetic determinants of dormancy vs relapse, might open the way to therapies aimed and maintaining residual cells escaping chemotherapy in a state of sustained dormancy. - La chimiothérapie est un traitement systémique largement utilisé chez les patients cancéreux qui donne un avantage de survie significatif pour une bonne partie de patients traités (1-3). Cependant, certains patients souffrent d'une rechute et progressent ensuite vers la métastase. Ceci suggère que leur tumeur résiduelle a développé un phénotype agressif suite à la chimiothérapie (4-5). Bien que certains mécanismes moléculaires impliqués dans la chimiorésistance et la rechute métastatique ont été identifiés, d'avantage d'études sont nécessaires afin de mieux comprendre ce phénomène et de développer des nouvelles thérapies cliniques. En utilisant un modèle syngénique de cancer du sein métastatique chez la sourie (4T1), nous avons observé que la sélection des cellules cancéreuses résistantes à la chimiothérapie in vitro peut induire deux phénotypes opposés: un phénotype de dormance et un phénotype de progression métastatique. Une étude précédente issue de notre laboratoire a démontré que l'irradiation de la glande mammaire favorise la métastase de tumeurs recourants suite au recrutement de cellules CD11b+ dans la tumeur primaire et dans les poumons pré-métastatiques. Dans notre étude nous avons constaté que les cellules CD11b+ peuvent également jouer un rôle important dans la formation de métastases induites par la chimiothérapie ainsi que dans le maintien de la dormance in vivo. Nous avons également observé un enrichissement de cellules tumorales exprimant le marqueur de cellule souche Sca-1 parmi les cellules tumorales résistantes à la chimiothérapie et dans les cellules qui on formé des métastases in vivo. Des cellules CD11b+ dérivées du microenvironnement tumorale favorisent l'expansion de la population de cellules tumorales Sca-1+ in vitro. Ces résultats suggèrent que l'expansion d'une population de cellules tumorales avec des caractéristiques de cellules souches pourrait constituer un mécanisme par lequel la chimiothérapie induit des métastases dans des tumeurs récurrentes. D'autre part le même traitement de chimiothérapie peut générer des cellules résistantes avec un phénotype dormant. Les expériences in vivo indiquent que les cellules tumorales dormantes induisent une réponse immunitaire inflammatoire dans le ganglion lymphatique de drainage, qui est normalement réprimée par des cellules myéloïdes suppressives de tumeur (MDSC). Une analyse d'expression de gènes a révélé l'enrichissement de gènes liés à l'invasion et à la métastase dans les cellules tumorales récurrentes et des gènes liés à la réponse immunitaire dans les cellules tumorales dormantes. Les cellules CD11b+ issues du microenvironnement des tumeurs récurrents ont incité la croissance des cellules tumorales dormantes in vivo, tandis que les cellules CD11b+ dérivées de la rate de souris non porteuses de tumeur ne l'étaient pas. Les mécanismes moléculaires sous-jacents restent à découvrir. En conclusion, les résultats obtenus dans ce modèle indiquent que la chimiothérapie pourrait favoriser non seulement l'induction d'une dormance cellulaire, mais également que les cellules dormantes seraient adroits de induire une réponse immunitaire capable les maintenir dans un état de dormance prolongé. Un déséquilibre dans cette réponse immunitaire pourrait des lors briser cet état de dormance et induire une progression tumorale. Comprendre les mécanismes responsables de ces effets, en particulier l'identification des déterminants génétiques ou épigénétiques liés à la dormance vs la rechute, pourraient ouvrir la voie à des nouvelles thérapies visant le maintien d'un état de dormance permanente des cellules résiduelles après chimiothérapie.

Bone anabolic potential of soy isoflavones and plant extracts and genomic changes during differentiation of hPOB-tert osteoblast-like cells

Summary For the nutritional management of bone health and the prevention of osteoporosis it is important to identify nutrients that positively influence the bone remodeling process at the cellular level. Soy isoflavones show promising osteoprotective effects in animals and humans but their mechanism of action in bone cells is yet poorly understood. Firstly, soy tissue cultures were characterized as a new and optimized source of isoflavones. A large variability in the isoflavone content was observed and high-producing strains (46.3 mg/g dry wt isoflavones) were identified. In the Ishikawa cells bioassay, the estrogenicity of isoflavones was confirmed to be 1000 to 10000 less than 17Mestradiol and that of the malonyl forms was shown for the first time (EC50 of 350 nM and 1880 nM for malonylgenistin and malonyldaidzin, respectively). The estrogenic activity of soya tissue culture extracts correlated to their isoflavone content. Secondly, the effects of phytonutrients on BMP-2 gene expression and on the mevalonate synthesis pathway, as key mediators of bone formation, were investigated. Dietary achievable concentrations of genistein and daidzein (10vM), and statins (4xM) but not 17M estradiol (10nM), induced BMP-2 gene expression (by up to 3-fold) and inhibited the cholesterol biosynthetic pathway (by up to 50%) in the human osteoblastic cell line hP0B¬tert. In addition, several plant extracts (Cyperus rotundus, Lindera benzoin and Cnidium monnieri) induced BMP-2 gene expression but this induction was not restricted to the inhibition of the cholesterol synthesis pathway neither to the estrogenicity. Finally, the gene expression profiles during hP0B-tert differentiation induced by vitamin D and dexamethasone were analyzed with the Affymetrix human GeneChip. 1665 different genes and 98 ESTs were significantly regulated. The expression profiles of bone-related genes was largely in agreement with previously documented patterns, supporting the physiological relevance of the genomic results and the hP0B-tert cell line as a valid model of human osteoblast differentiation. The expression of alternative differentiation markers during the osteogenic treatment of hP0B-tert cells indicated that the adipocyte and myoblast differentiation pathways were repressed, confirming that these culture conditions allowed only osteoblast differentiation. The gene ontology analysis identified further sub-groups of genes that may be involved in the bone formation process. Aims of the thesis In order to define new strategies for the nutritional management of bone health and for the prevention of osteoporosis the major goal of the present work was to investigate the potential of phytonutrients to positively modulate the bone formation process at the cellular level and, in particular: 1.To select and optimise alternative plant sources containing high levels of isoflavones with estrogenic activity (Chapter 3). 2.To compare the effects of statins and phytonutrients on BMP-2 gene expression and on the mevalonate synthesis pathway and to select new plant extracts with a bone anabolic potential (Chapter 4). 3.To further characterize the new human periosteal cell line, hP0B-tert, as a bone- formation model, by elucidating its gene expression profile during differentiation induced by vitamin D and dexamethasone (Chapter 5).