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).

Treeline and climate change : analyzing and modeling patterns and shifts in the Swiss Alps

Summary: Global warming has led to an average earth surface temperature increase of about 0.7 °C in the 20th century, according to the 2007 IPCC report. In Switzerland, the temperature increase in the same period was even higher: 1.3 °C in the Northern Alps anal 1.7 °C in the Southern Alps. The impacts of this warming on ecosystems aspecially on climatically sensitive systems like the treeline ecotone -are already visible today. Alpine treeline species show increased growth rates, more establishment of young trees in forest gaps is observed in many locations and treelines are migrating upwards. With the forecasted warming, this globally visible phenomenon is expected to continue. This PhD thesis aimed to develop a set of methods and models to investigate current and future climatic treeline positions and treeline shifts in the Swiss Alps in a spatial context. The focus was therefore on: 1) the quantification of current treeline dynamics and its potential causes, 2) the evaluation and improvement of temperaturebased treeline indicators and 3) the spatial analysis and projection of past, current and future climatic treeline positions and their respective elevational shifts. The methods used involved a combination of field temperature measurements, statistical modeling and spatial modeling in a geographical information system. To determine treeline shifts and assign the respective drivers, neighborhood relationships between forest patches were analyzed using moving window algorithms. Time series regression modeling was used in the development of an air-to-soil temperature transfer model to calculate thermal treeline indicators. The indicators were then applied spatially to delineate the climatic treeline, based on interpolated temperature data. Observation of recent forest dynamics in the Swiss treeline ecotone showed that changes were mainly due to forest in-growth, but also partly to upward attitudinal shifts. The recent reduction in agricultural land-use was found to be the dominant driver of these changes. Climate-driven changes were identified only at the uppermost limits of the treeline ecotone. Seasonal mean temperature indicators were found to be the best for predicting climatic treelines. Applying dynamic seasonal delimitations and the air-to-soil temperature transfer model improved the indicators' applicability for spatial modeling. Reproducing the climatic treelines of the past 45 years revealed regionally different attitudinal shifts, the largest being located near the highest mountain mass. Modeling climatic treelines based on two IPCC climate warming scenarios predicted major shifts in treeline altitude. However, the currently-observed treeline is not expected to reach this limit easily, due to lagged reaction, possible climate feedback effects and other limiting factors. Résumé: Selon le rapport 2007 de l'IPCC, le réchauffement global a induit une augmentation de la température terrestre de 0.7 °C en moyenne au cours du 20e siècle. En Suisse, l'augmentation durant la même période a été plus importante: 1.3 °C dans les Alpes du nord et 1.7 °C dans les Alpes du sud. Les impacts de ce réchauffement sur les écosystèmes - en particuliers les systèmes sensibles comme l'écotone de la limite des arbres - sont déjà visibles aujourd'hui. Les espèces de la limite alpine des forêts ont des taux de croissance plus forts, on observe en de nombreux endroits un accroissement du nombre de jeunes arbres s'établissant dans les trouées et la limite des arbres migre vers le haut. Compte tenu du réchauffement prévu, on s'attend à ce que ce phénomène, visible globalement, persiste. Cette thèse de doctorat visait à développer un jeu de méthodes et de modèles pour étudier dans un contexte spatial la position présente et future de la limite climatique des arbres, ainsi que ses déplacements, au sein des Alpes suisses. L'étude s'est donc focalisée sur: 1) la quantification de la dynamique actuelle de la limite des arbres et ses causes potentielles, 2) l'évaluation et l'amélioration des indicateurs, basés sur la température, pour la limite des arbres et 3) l'analyse spatiale et la projection de la position climatique passée, présente et future de la limite des arbres et des déplacements altitudinaux de cette position. Les méthodes utilisées sont une combinaison de mesures de température sur le terrain, de modélisation statistique et de la modélisation spatiale à l'aide d'un système d'information géographique. Les relations de voisinage entre parcelles de forêt ont été analysées à l'aide d'algorithmes utilisant des fenêtres mobiles, afin de mesurer les déplacements de la limite des arbres et déterminer leurs causes. Un modèle de transfert de température air-sol, basé sur les modèles de régression sur séries temporelles, a été développé pour calculer des indicateurs thermiques de la limite des arbres. Les indicateurs ont ensuite été appliqués spatialement pour délimiter la limite climatique des arbres, sur la base de données de températures interpolées. L'observation de la dynamique forestière récente dans l'écotone de la limite des arbres en Suisse a montré que les changements étaient principalement dus à la fermeture des trouées, mais aussi en partie à des déplacements vers des altitudes plus élevées. Il a été montré que la récente déprise agricole était la cause principale de ces changements. Des changements dus au climat n'ont été identifiés qu'aux limites supérieures de l'écotone de la limite des arbres. Les indicateurs de température moyenne saisonnière se sont avérés le mieux convenir pour prédire la limite climatique des arbres. L'application de limites dynamiques saisonnières et du modèle de transfert de température air-sol a amélioré l'applicabilité des indicateurs pour la modélisation spatiale. La reproduction des limites climatiques des arbres durant ces 45 dernières années a mis en évidence des changements d'altitude différents selon les régions, les plus importants étant situés près du plus haut massif montagneux. La modélisation des limites climatiques des arbres d'après deux scénarios de réchauffement climatique de l'IPCC a prédit des changements majeurs de l'altitude de la limite des arbres. Toutefois, l'on ne s'attend pas à ce que la limite des arbres actuellement observée atteigne cette limite facilement, en raison du délai de réaction, d'effets rétroactifs du climat et d'autres facteurs limitants.

Immunological and protective properties of novel malaria blood stage peptide antigens

ABSTRACT Malaria is a major worldwide public health problem, with transmission occurring throughout Africa, Asia, Oceania and Latin America. Over two billion people live in malarious areas of the world and it is estimated that 300-500 million cases and 1.5-2.7 million deaths occur annually. The increase in multi-drug resistant parasites and insecticide-resistant vectors has made the development of malaria vaccine a public health priority. The published genome offers tremendous opportunity for the identification of new antigens that can befast-tracked for vaccine development. We identified potential protein antigens present on the surface of asexual malaria blood stages through bioinformatics and published transcriptome and proteorné analysis. Amongst the proteins identified, we selected those that contain predicted a-helical coiled-coil regions, which are generally short and structurally stable as isolated fragments. Peptides were synthesized and used to immunize mice. Most peptides tested were immunogenic as demonstrated in ELISA assays, and induced antibodies of varying titres. In immunofluorescence assays, anti-sera from immunized mice reacted with native proteins expressed at different intraerythrocytic developmental stages of the parasite's cycle. In parallel in vitro ADCI functional studies, human antibodies affinity purified on some of these peptides inhibited parasite growth in association with monocytes in magnitudes similar to that seen in semiimmune African adults. Siudies using human immune sera taken from different malaria endemic regions, demonstrated that majority of peptides were recognized at high prevalence. 73 peptides were next tested in longitudinal studies in two cohorts separated in space and time in coastal Kenya. In these longitudinal analyses, antibody responses to peptides were sequentially examined in two cohorts of children at risk of clinical malaria in order to characterize the level of peptide recognition by age, and the role of anti-peptide antibodies in protection from clinical malaria. Ten peptides were associated ?with a significantly reduced odds ratio for an episode of clinical malaria in the first cohort of children and two of these peptides (LR146 and ÁS202.11) were associated with a significantly reduced odds ratio in both cohorts. This study has identified proteins PFB0145c and MAL6P1.37 among others as likely targets of protective antibodies. Our findings support further studies to systematically assess immunogenicity of peptides of interest in order to establish clear criteria for optimal design of potential vaccine constructs to be tested in clinical trials. RESUME La malaria est un problème de santé publique mondial principalement en Afrique, en Asie, en Océanie et en Amérique latine. Plus de 2 milliards de personnes vivent dans des régions endémiques et le nombre de cas par année est estimé entre 300 et 500 millions. 1.5 à 2.7 millions de décès surviennent annuellement dans ces zones. L'augmentation de la résistance aux médicaments et aux insecticides fait du développement d'un vaccin une priorité. Le séquençage complet du génome du parasite offre l'opportunité d'identifier de nouveaux antigènes qui peuvent rapidement mener au développement d'un vaccin. Des protéines antigéniques potentielles présentes à la surface des globules rouges infectés ont été identifiées par bioinformatique et par l'analyse du protéome et du transcriptome. Nous avons sélectionné, parmi ces protéines, celles contenant des motifs dits "a helical coiled-coil" qui sont généralement courts et structurellement stables. Ces régions ont été obtenues par synthèse peptidique et utilisées pour immuniser des souris. La plupart des peptides testés sont immunogéniques et induisent un titre variable d'anticorps déterminé par ELISA. Les résultats de tests d'immunofluorescence indiquent que les sera produits chez la souris reconnaissent les protéines natives exprimées aux différents stades de développement du parasite. En parallèle, des études d'ADCI in vitro montrent qué des anticorps humains purifiés à partir de ces peptides associés à des monocytes inhibent la croissance du parasite aussi bien que celle observée chez des adultes africains protégés. Des études d'antigénicité utilisant des sera de personnes protégées de différents âges vivant dans des régions endémiques montrent que la majorité des peptides sont reconnus avec une haute prévalence. 73 peptides ont été testés dans une étude longitudinale avec 2 cohortes de la côte du Kenya. Ces 2 groupes viennent de zones bien distinctes et les prélèvements n'ont pas été effectués pendant la même période. Dans cette étude, la réponse anticorps contre les peptides synthétiques a été testée dans les 2 cohortes d'enfants à risque de développer un épisode de malaria afin de caractériser le niveau de reconnaissance des peptides en fonction de l'âge et de déterminer le rôle des anticorps anti-peptides dans la protection contre la malaria. Parmi ces peptides, 10 sont associés à une réduction significative des risques de développer un épisode de malaria dans la première cohorte alors qu'un seul (LR146 et AS202.11) l'est dans les 2 cohortes. Cette étude a identifié, parmi d'autres, les protéines PFB0145c et MAL6P1.37 comme pouvant être la cible d'anticorps. Ces résultats sont en faveur de futures études qui évalueraient systématiquement l'immunogénicité des peptides d'intérêt dans le but d'établir des critères de sélection clairs pour le développement d'un vaccin. Résumé pour un large public La malaria est un problème de santé publique mondial principalement en Afrique, en Asie, en Océanie et en Amérique latine. Plus de 2 milliards de personnes vivent dans des régions endémiques et le nombre de cas par année est estimé entre 300 et 500 millions. 1.5 à 2.7 millions de décès surviennent annuellement dans ces zones. La résistance aux médicaments et aux insecticides augmente de plus en plus d'où la nécessité de développer un vaccin. Le séquençage complet du génome (ensemble des gènes) de P. falciparum a conduit au développement de nouvelles .études à large échelle dans le domaine des protéines du parasite (protéome) ; dans l'utilisation d'algorithmes, de techniques informatiques et statistiques pour l'analyse de données biologiques (bioinformatique) et dans les technologies de transcription et de profiles d'expression (transcriptome). Nous avons identifié, en utilisant les outils ci-dessus, des nouvelles protéines antigéniques qui sont présentes au stade sanguin de la malaria. Nous avons sélectionné, parmi ces protéines, celles contenant un motif dit "a-helical coiled-coil" qui sont des domaines impliqués dans un large éventail de fonctions biologiques. Des peptides représentant ces régions structurellement stables ont été synthétisés et utilisés pour immuniser des souris. La plupart des peptides testés sont immunogéniques et induisent un titre variable d'anticorps déterminé par ELISA. Les résultats de tests d'immunofluorescence indiquent que plusieurs sera de souris immunisées avec ces peptides reconnaissent les protéines natives exprimées à la surface des globules rouges infectés. En parallèle, des études d'ADCI in vitro montrent que des anticorps humains purifiés à partir de ces peptides en présence de monocytes inhibent la croissance du parasite de manière similaire à celle observée chez des adultes africains protégés. Des études d'antigénicité utilisant des sera de personnes immunes de différents âges (adultes et enfants) vivant dans des régions endémiques montrent que la majorité des peptides sont reconnus avec une haute prévalence. 73 peptides ont été testés dans des études épidémiologiques dans 2 villages côtiers du Kenya Ces 2 groupes vivent dans des zones bien distinctes et les prélèvements n'ont pas été effectués pendant la même période. Dans ces études, la réponse anticorps dirigée contre les peptides synthétiques a été testée en utilisant 467 échantillons sanguins d'enfants à risque de développer un épisode de malaria afin de caractériser le niveau de reconnaissance des peptides en fonction de l'âge et de déterminer le rôle des anticorps anti-peptides dans la protection contre la malaria cérébrale. Parmi ces peptides, 10 sont associés à une protection contre un épisode de malaria dans le premier village alors qu'un seul l'est dans les 2 villages. Ces résultats sont en faveur de futures études qui évalueraient systématiquement l'immunogénicité des peptides intéressants dans le but d'établir des critères de sélection clairs pour le développement d'un vaccin.

Persistence of a Gastrocutaneous Fistula after gastrostomy removal in children: Incidence and predictive factors

Background/Purpose: The aims of this study were to determine the incidence of persistent gastrocutaneous fistulas (GCF) after gastrostomy removal and to identify associated risk factors. Methods: This retrospective study included 75 children from the Centre Hospitalier Universitaire Vaudois, Lausanne, Switzerland who had a gastrostomy performed between 1988 and 2010. The records of the children were reviewed for sex, age at the time of gastrostomy removal, underlying disease, type of gastrostomy placement and length of use, and then analyzed in order to find a correlation between the GCF and these parameters. Results: The gastrostomy orifice did not close spontaneously within the first month in 33 of the patients (44%), and 15 subsequently underwent surgical closure. The mean duration of gastrostomy use was significantly longer in children who developed a persistent GCF (30 vs. 19 months, P = 0.03). The other parameters studied did not show any significant association with the persistence of a GCF. Conclusions: The only predictive factor determining the persistence of a GCF was found to be the timespan between the placement and removal of the gastrostomy appliance. Elective surgical closure of the gastrostomy orifice should be considered after 1 month of persistent GCF.

Histone deacetylase inhibitors impair innate immune responses

SUMMARYThe innate immune system plays a central role in host defenses against invading pathogens. Innate immune cells sense the presence of pathogens through pattern recognition receptors that trigger intracellular signaling, leading to the production of pro-inflammatory mediators like cytokines, which shape innate and adaptive immune responses. Both by excess and by default inflammation may be detrimental to the host. Indeed, severe sepsis and septic shock are lethal complications of infections characterized by a dysregulated inflammatory response.In recent years, members of the superfamily of histone deacetylases have been the focus of great interest. In mammals, histone deacetylases are broadly classified into two main subfamilies comprising histone deacetylases 1-11 (HDAC1-11) and sirtuins 1-7 (SIRT1-7). These enzymes influence gene expression by deacetylating histones and numerous non-histone proteins. Histone deacetylases have been involved in the development of oncologic, metabolic, cardiovascular, neurodegenerative and autoimmune diseases. Pharmacological modulators of histone deacetylase activity, principally inhibitors, have been developed for the treatment of cancer and metabolic diseases. When we initiated this project, several studies suggested that inhibitors of HDAC 1-11 have anti-inflammatory activity. Yet, their influence on innate immune responses was largely uncharacterized. The present study was initiated to fill in this gap.In the first part of this work, we report the first comprehensive study of the effects of HDAC 1- 11 inhibitors on innate immune responses in vitro and in vivo. Strikingly, expression studies revealed that HDAC1-11 inhibitors act essentially as negative regulators of basal and microbial product- induced expression of critical immune receptors and antimicrobial products by mouse and human innate immune cells like macrophages and dendritic cells. Furthermore, we describe a new molecular mechanism whereby HDAC1-11 inhibitors repress pro-inflammatory cytokine expression through the induction of the expression and the activity of the transcriptional repressor Μί-2β. HDAC1-11 inhibitors also impair the potential of macrophages to engulf and kill bacteria. Finally, mice treated with an HDAC inhibitor are more susceptible to non-severe bacterial and fungal infection, but are protected against toxic and septic shock. Altogether these data support the concept that HDAC 1-11 inhibitors have potent anti-inflammatory and immunomodulatory activities in vitro and in vivo.Macrophage migration inhibitory factor (MIF) is a pro-inflammatory cytokine that plays a central role in innate immune responses, cell proliferation and oncogenesis. In the second part of this manuscript, we demonstrate that HDAC1-11 inhibitors inhibit MIF expression in vitro and in vivo and describe a novel molecular mechanism accounting for these effects. We propose that inhibition of MIF expression by HDAC 1-11 inhibitors may contribute to the antitumorigenic and anti-inflammatory effects of these drugs.NAD+ is an essential cofactor of sirtuins activity and one of the major sources of energy within the cells. Therefore, sirtuins link deacetylation to NAD+ metabolism and energy status. In the last part of this thesis, we report preliminary results indicating that a pharmacological inhibitor of SIRT1-2 drastically decreases pro-inflammatory cytokine production (RNA and protein) and interferes with MAP kinase intracellular signal transduction pathway in macrophages. Moreover, administration of the SIRT1-2 inhibitor protects mice from lethal endotoxic shock and septic shock.Overall, our studies demonstrate that inhibitors of HDAC1-11 and sirtuins are powerful anti-inflammatory molecules. Given their profound negative impact on the host antimicrobial defence response, these inhibitors might increase the susceptibility to opportunistic infections, especially in immunocompromised cancer patients. Yet, these inhibitors might be useful to control the inflammatory response in severely ill septic patients or in patients suffering from chronic inflammatory diseases.

Optimisation de la cryo microscopie électronique pour les études des minicercles d'ADN

RESUME : Bien que les propriétés physiques de la structure de l'ADN aient été intensivement étudiées pendant plus de 50 ans il y a encore beaucoup de questions importantes qui attendent des réponses. Par exemple, qu'arrive-t-il à la structure de la double hélice d'ADN nue (sans protéines liées) lorsqu'elle est fortement courbée, de la même manière que dans les nucléosomes? Cet ADN nu est-il facilement plié (il reste dans le régime élastique) ou réduit-il la contrainte de flexion en formant des sites hyperflexibles «kinks» (il sort du régime élastique en cassant l'empilement des paires de bases à certains endroits) ? La microscopie électronique peut fournir une réponse à cette question par visualisation directe des minicercles d'ADN de la longueur d'un tour de nucléosome (environ 90 paires de bases). Pour que la réponse soit scientifiquement valide, on doit observer les molécules d'ADN lorsqu'elles sont en suspension dans la solution d'intérêt et sans que des colorations, produits chimiques ou fixatifs n'aient été ajoutés, étant donné que ceux-ci peuvent changer les propriétés de l'ADN. La technique de la cryo-microscopie électronique (cryo-EM) développée par le groupe de Jacques Dubochet au début des années 80, permet la visualisation directe des molécules d'ADN suspendues dans des couche minces vitrifiées de solutions aqueuses. Toutefois, le faible contraste qui caractérise la cryo-EM combinée avec la très petite taille des minicercles d'ADN rendent nécessaire l'optimisation de plusieurs étapes, aussi bien dans la préparation des échantillons que dans le processus d'acquisition d'images afin d'obtenir deux clichés stéréo qui permettent la reconstruction 3-D des minicercles d'ADN. Dans la première partie de ma thèse, je décris l'optimisation de certains paramètres pour la cryoEM et des processus d'acquisition d'image utilisant comme objets de test des plasmides et d'autres molécules d'ADN. Dans la deuxième partie, je .décris comment j'ai construit les minicercles d'ADN de 94 bp et comment j'ai introduit des modifications structurelles comme des coupures ou des lacunes. Dans la troisième partie, je décris l'analyse des reconstructions des rninicercles d'ADN. Cette analyse, appuyée par des tests biochimiques, indique fortement que des molécules d'ADN sont capables de former de petites molécules circulaires de 94 bp sans dépasser les limites d'élasticité, indiquant que les minicercles adoptent une forme circulaire régulière où la flexion est redistribuée le long la molécule. ABSTRACT : Although physical properties of DNA structure have been intensively studied for over 50 years there are still many important questions that need to be answered. For example, what happens to protein-free double-stranded DNA when it is strongly bent, as in DNA forming nucleosomes? Is such protein-free DNA smoothly bent (i.e. it remains within elastic limits of DNA rigidity) or does it release its bending stress by forming sharp kinks (i.e. it exits the elastic regime and breaks the stacking between neighbouring base-pairs in localized regions)? Electron microscopy can provide an answer to this question by directly visualizing DNA minicircles that have the size of nucleosome gyres (ca 90 bp). For the answer to be scientifically valid, one needs to observe DNA molecules while they are still suspended in the solution of interest and no staining chemicals or fixatives have been added since these can change the properties of the DNA. CryoEM techniques developed by Jacques Dubochet's group beginning in the 1980's permit direct visualization of DNA molecules suspended in cryo-vitrified layers of aqueous solutions. However, a relatively weak contrast of cryo-EM preparations combined with the very small size of the DNA minicircles made it necessary to optimize many of the steps and parameters of the cryo-EM specimen preparation and image acquisition processes in order to obtain stereo-pairs of images that permit the 3-D reconstruction of the observed DNA minicircles. In the first part of my thesis I describe the optimization of the cryo-EM preparation and the image acquisition processes using plasmid size DNA molecules as a test object. In the second part, I describe how I formed the 94 by DNA minicircles and how I introduced structural modifications like nicks or gaps. In the third part, I describe the cryo-EM analysis of the constructed DNA minicircles. That analysis, supported by biochemical tests, strongly indicates that DNA minicircles as small as 94 by remain within the elastic limits of DNA structure, i.e. the minicircles adopt a regular circular shape where bending is redistributed along the molecules.