Delirium and cognitive decline: more than a coincidence.

PURPOSE OF REVIEW: To review the recent findings on the relationships between delirium and cognitive decline in the elderly. RECENT FINDINGS: Current advances in the field include substantial new evidence that delirium increases the risk of dementia in patients without previous cognitive impairment and accelerates cognitive decline in patients with Alzheimer's disease. Findings on cognitive trajectories and domains affected contribute to better understanding of the clinical nature of cognitive impairment after delirium. Volume loss and disruption of white matter integrity may represent early MRI markers for long-term cognitive impairment. Neurodegenerative and low-level chronic inflammatory processes predispose to exaggerated response to incident stimuli that may precipitate both acute brain dysfunction and persisting cerebral damage. SUMMARY: Still little is known about the relationship between delirium and cognitive trajectories in the elderly, and the underlying pathophysiological mechanisms. The association of neurodegenerative and inflammatory processes appears to play an important role in the pathogenesis and the clinical course of cognitive impairment after delirium. The hypothetical role of several other factors remains to be clarified. Further clinical studies are needed to evaluate whether prevention and treatment approaches that proved to be useful to reduce delirium incidence and severity may also improve long-term outcomes, and prevent cognitive decline.

Désensibilisation: vers de nouvelles perspectives [Allergen specific immunotherapy: review of new perspectives].

Allergic diseases constitute a health problem worldwide. More than just a treatment option, the classical desensitization (SIT--Specific immunotherapy) by subcutaneous injection has profiled over time as a unique approach, able to attenuate the immune response to allergic stimuli proved. For a long time conservative, desensitization has now progressed in the knowledge of allergens, in the understanding of the mechanisms involved in immune response and in production techniques. From recombinants to alternative routes of allergen delivery, this article gives an overview of new perspectives and assesses SIT in order to provide guidance to the general physician before choosing to initiate such treatment or not in patients with respiratory allergy.

Signalling pathways in skin homeostasis

SUMMARY The results presented here contribute to a better understanding of the crucial molecular relationships and signalling cues exchanged by several fundamental cell types (epidermal keratinocytes, dermal fibroblasts, immune and endothelial cells) of the skin. Importantly we provide evidence to directly implicate Wnt/ß-catenin signalling as a putative player in different cell types (keratinocytes and neutrophils) in mediation of the cutaneous inflammatory response (Fart A). Finally we highlight the importance of several molecules, specifically expressed in the hair follicle stem cell niche to the morphogenesis and homeostasis of the hair follicle (Part B). PART A Currently the body of work pertaining to Wnt signalling and immune cells largely focuses on Wnt signalling in the development of these cells. The data presented here suggests a novel mechanism in which Wnt signalling appears to modulate immune cell recruitment to the skin. Keratinocytes are major contributors to early inflammatory responses by the release of chemokines which recruit immune cells. The resultant inflammatory response is a dynamic process of sequentially infiltrating immune cells governed by a network of growth factors, chemokines and cytokines. In wild type mice the response is typified by a rapid and substantial infiltration of neutrophils followed at later time points by macrophages and Tcells. The expression of the canonical Wnt pathway activating ligand, Wnt3a, is able to induce a strong neutrophil infiltration in the dermis. This response originates in keratinocytes, as it is abrogated upon keratinocyte-specific ablation of ß-catenin. Notably, this suggests that the crucial cross talk between these resident cells and recruited immune cells is, in part, mediated by Wnt signalling. In corroboration of this role of Wnt-mediated recruitment of neutrophils, expression of the Wnt inhibitory ligand sFRPI during acute inflammation results in a dramatic 'dampening' of immune cell infiltration in particular of neutrophil chemoattraction. Importantly, an intrinsic Wnt signalling pathway is essential for neutrophil chemoattraction in response to inflammatory stimuli. There is a marked reduction of neutrophil infiltration in mice grafted with a ß-catenin deficient bone marrow upon TPA induced cutaneous inflammation. Additionally, neutrophils lacking Wnt/ß-catenin fail to respond to IFNγ, an early inflammatory cue, in vitro. In combination, these data indicate a potent function of Wnt signalling in immune cell recruitment and the modulation of the inflammatory response. PART B Tissue specific stem cells form the cellular base on which tissue homeostasis and repair of adult tissue relies. The maintenance of this stem cell pool is highly dependent on the immediate environment or niche. We have identified three genes, the fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1), serpin protease inhibitor (serpin F1) and the haematopoietic cell phosphatase (Hcph) to be specifically expressed in a small population of stromal cells which are in close contact to bulge stem cells. These specialized stromal cells might represent an essential mesenchymal component of the skin stem cell niche and may regulate stem cell proliferation and differentiation. Multiple FGFR1 isoforms are generated through alternate transcript splicing and are able to interact with both FGFs and cell adhesion molecules. Two predominant forms of the receptor are FGFR1-α and FGFR1-ß. Expression of a dominant negative form of the alpha isoform prevents hair follicle morphogenesis altogether. Given that FGFR1-ß signals principally through the FGF ligands, this data indicates that FGF signalling is dispensable for follicle morphogenesis. Moreover the loss of follicular morphogenesis upon suggests a requirement for signalling via cell adhesion molecule association with the receptor as FGFR1 α has a greater affinity for these molecules. The expression of the second candidate niche gene serpin f1, lead to the complete ablation of hair follicle morphogenesis. The serpin f1 product, pigment-epithelial derived factor (PEDF) has potent anti-angiogenic effects. Immunohistochemical analysis using CD31, a endothelial cell marker, revealed that although these cells are present, they have are disorganised and do not form vessels. Interestingly, endothelial cells have been found to contribute to the neuronal stem cell niche and our results suggest a similar mechanism in the skin. SHP1, the Hcph gene product, is a phosphatase which acts in the haematopoetic system. Motheaten mice carrying spontaneous mutations in the Hcph gene have patchy alopecia in their skin and severe defects in their haematopoietic system. However the haematopoietic rescue of the mouse does not result in normal follicular homeostasis. Additionally, ablation of Hcph in either the dermal or keratinocyte compartments of the skin produces hair follicles with abberant morphologies. This data indicates that although SHP1 is not essential for hair follicle morphogenesis it is required in both epidermal and dermal compartments to maintain follicular morphology. RÉSUMÉ PARTIE A Jusqu'à présent, les travaux dédiés à l'étude de la voie de signalisation Wnt dans le système immunitaire se sont essentiellement concentrés sur son rôle dans le développement des cellules immunitaires. Les données présentées ici suggèrent fortement et de manière nouvelle, l'existence d'un mécanisme par lequel la voie de signalisation Wnt/ß-caténine module le recrutement de cellules immunitaires dans un tissu périphérique, la peau, et ainsi la réponse inflammatoire cutanée. La réponse inflammatoire cutanée est un processus dynamique d'infiltration séquentielle de diverses cellules immunitaires, orchestré par un réseau de facteurs de croissance, chémokines et cytokines. Les kératinocytes sont des contributeurs majeurs à la réponse inflammatoire précoce par la libération de chémokines qui permettent ensuite de recruter les cellules immunitaires. Dans des souris sauvages, la réponse est d'abord caractérisée par une infiltration rapide et substantielle de neutrophiles, suivie par celle des macrophages et des lymphocytes T. L'expression d'un ligand activateur de le voie canonique de signalisation Wnt (après injection infra-dermique de fibroblastes sur-exprimant Wnt-3a) induit une infiltration dermique très marquée de neutrophiles. De plus, la réponse est éliminée en l'absence de ß-caténine spécifiquement dans les kératinocytes, indiquant que ces cellules sont à l'origine de la réponse. De manière remarquable, ceci suggère qu'une signalisation cruciale entre ces cellules résidentes de la peau et les cellules immunitaires recrutées est, au moins en partie, médiée par la voie Wnt. Corroborant ce rôle de la voie Wnt/ß-caténine dans le recrutement des neutrophiles, l'expression d'un ligand inhibiteur de la voie (sFRP1) résulte au cours d'une inflammation aigüe en une réduction spectaculaire de l'infiltration des cellules immunitaires en général, et des neutrophiles en particulier. De manière importante, la voie de signalisation Wnt est intrinsèquement requise pour la chémoattraction des neutrophiles en réponse à un stimulus inflammatoire. En effet, suite à une inflammation cutanée induite par un ester de phorbol (TPA), une réduction notable de l'infiltration des neutrophiles est observée dans des souris préalablement greffées avec de la moelle osseuse constituée de cellules déficientes en ß-caténine. De plus, in vitro, les neutrophiles sans ß-caténine ne répondent pas à une stimulation par l'interféron γ, qui est pourtant un signal inflammatoire établi in vivo. En conclusion, nos données indiquent que la voie de signalisation Wnt/ß-caténine joue une fonction active dans le recrutement des cellules immunitaires vers un organe périphérique, la peau, ainsi que dans la modulation, à plusieurs niveaux, de la réponse inflammatoire cutanée. PARTIE B Les cellules souches tissu-spécifiques forment la base cellulaire sur laquelle repose l'homéostase et la réparation tissulaires chez l'adulte. La maintenance de ce réservoir de cellules souches est hautement dépendante de leur environnement cellulaire immédiat, encore appelé «niche des cellules souches». Dans la peau, ces cellules stromales spécialisées représentent un compartiment mésenchymateux essentiel de la niche des cellules souches en régulant leurs prolifération et différentiation. Nous avons identifié trois gènes, le «récepteur 1 àux facteurs de croissance des fibroblastes » (Fgfr1 ), l' «inhibiteur de protéase à sérine » (serpinf1 ou pedf) et la « phosphatase des cellules hématopoiétiques » (Hcph ou Ptpn6), comme spécifiquement exprimés par une petite population de cellules stromales qui sont étroitement associées aux cellules souches de la peau (localisées au niveau du bombement du follicule pileux). Pour analyser leur fonction dans ce contexte, nous avons utilisé un test de reconstitution complète de peau murine en combinaison à des. transductions géniques basées sur l'utilisation de lentivirus. Ce test repose sur le mélange de deux compartiments cellulaires, épidermique (kératinocytes) et dermique (fibroblastes), greffés sur une zone ouverte de peau du dos d'une souris pour ensemble reconstituer la peau. Des isoformes multiples de FGFR1 sont générées par épissage alternatif de transcrits et sont capables d'interagir à la fois avec les FGFs (facteurs de croissance des fibroblastes) et les molécules d'adhésion cellulaires. Les deux formes prédominantes du récepteur, FGFR1-α et FGFR1-ß, ne différent que par le «domaine ressemblant aux immunoglobulines 1 » (immunoglobulin-like 1 domain), absent de FGFR1-ß. De plus, FGFR1-ß a une affinité plus grande pour les FGFs et plus faible pour les molécules d'adhésion cellulaires telles que la Ncadhérine (connue pour activer FGFR). La sur-expression de l'une ou l'autre des formes n'empêche pas la morphogenèse folliculaire mais conduit à la formation de follicules aberrants. Toutefois, une différence phénotypique majeure est observée lorsqu'une forme «Dominant-Négatif » (DN) est exprimée dans le compartiment dermique. La sur-expression de FGFR1-ß DN conduit en effet à la formation de follicules petits et tronqués, avec des gaines épithéliales et un bulbe élargis ainsi qu'une petite papille dermique. Par contre, l'expression de FGFR1-α DN abolit complètement la morphogenèse folliculaire. Etant donné que la signalisation par FGFR1-ß est principalement dépendante des ligands FGFs, ces données indiquent que la signalisation par ceux-cì est non-nécessaire à la morphogenèse folliculaire. De plus, l'abolition du processus par la sur-expression de FGFR1-a DN suggëre une signalisation nécessaire entre le récepteur FGFR1 et une ou des molécules d'adhésion cellulaire. L'expression de notre second candidat comme gène spécifique de la niche des cellules souches de la peau, serpinf1, prévient la morphogenèse folliculaire. Seules de petites structures ressemblant à des cystes sont observées après reconstitution de la peau. De plus, dans ces transplants, aucune cellule CD34-positive (marqueur des cellules souches) n'est retrouvée associé à ces cystes. Le produit du gène serpin f1, le «facteur dérivé d'épithélium pigmentaire » (PEDF) est un puissant facteur anti-angiogénique. Nous avons donc analysé la vascularisation des transplants par immunohistochirnies utilisant CD31, un marqueur des cellules endothéliales. Nos résultats révèlent que les cellules endothéliales sont bien présentes, mais de manière désorganisée et ne formant pas de vaisseaux. De manière intéressante, les cellules endothéliales contribuent activement à la niche des cellules souches neuronales, et nos résultats suggèrent donc l'existence possible d'un mécanisme similaire dans la peau. SHP1, le produit du gène Hcph, est une phosphatase quì agit dans le système hématopoiétique. Les souris « motheaten »qui portent des mutations spontanées du gène ont une alopécie inégale au niveau de la peau et de sévères troubles du système hématopoiétique. Pour s'assurer que le phénotype observé au niveau de la peau n'est pas une conséquence d'un défaut du système hématopoiétique, nous avons transplanté des souris Hcph -/- avec de la moelle osseuse sauvage afin de restaurer la fonction de SHP 1 dans le système hématopoiétique. Toutefois, le défaut de morphologie folliculaire est maintenu. De plus, l'ablation d'Hcph dans le compartiment dermique ou épidermique d'essais de reconstitution de peau conduit à la production de follicules pileux avec des morphologies aberrantes. Ces données indiquent que SHP1 n'est pas essentiel à la morphogenèse folliculaire mais est toutefois requis à la fois dans les compartiments épidermiques et dermiques pour la maintenance de la forme du follicule.

Regulation of dendritic development by neurotrophic factors

AbstractEstablishment of a functional nervous system occurs through an orchestrated multistep process during embryogenesis. As dendrites are the primary sites of synaptic connections, development of dendritic arborization is essential for the formation of functional neural circuits. Maturation of dendritic arbor occurs through dynamic processes that are regulated by intrinsic genetic factors and external signals, such as environmental stimuli, neuronal activity and growth factors. Among the latter, the neurotrophic factor BDNF is a key regulator of dendritic growth. However, the mechanisms by which BDNF controls dendritic development remain elusive.In this study, we first showed that activation of the MAPK signaling pathway and phosphorylation of the transcription factor CREB are required to mediate the effects of BDNF on dendritic development of cortical neurons. However, phosphorylation of CREB alone is not sufficient to induce dendritic growth in response to BDNF. Thus, by using a mutant form of CREB unable to bind its coactivator CRTC1, we demonstrated that BDNF-induced dendritic elaboration requires the functional interaction between CREB and CRTC1. Consistent with these observations, inhibition of CRTC1 expression by shRNA-mediated knockdown was found to suppress the effects of BDNF on dendritic length and branching of cortical neurons.The nuclear translocation of CRTC1, a step necessary for the interaction between CREB and CRTC1, was shown to result from the activation of NMD A receptors by glutamate, leading to the dephosphorylation of CRTC1 by the protein phosphatase calcineurin. In line with these findings, prevention of CRTC1 nuclear translocation in the absence of glutamate, or by inhibiting NMDA receptors or calcineurin suppressed the promotion of dendritic growth by BDNF.Increasing evidence supports a role for the growth factor HGF in the regulation of dendritic morphology during brain development. Despite these observations, little is known about the cellular mechanisms underlying the effects of HGF on dendritic elaboration of cortical neurons. The second part of this study was aimed at elucidating the cellular processes that mediate the effects of HGF on dendritic differentiation. We found that HGF increases cortical dendritic growth through mechanisms that involve MAPK-dependent phosphorylation of CREB, and interaction of CREB with its coactivator CRTC1. These data indicate that the mechanisms underlying the promotion of dendritic growth by HGF are similar to those that mediate the effects of BDNF, suggesting that the role of CREB and CRTC1 in the regulation of dendritic development may not be limited to HGF and BDNF, but may extend to other neurotrophic factors that control dendritic differentiation.Together, these results identify a previously unrecognized mechanism by which CREB and its coactivator CRTC1 mediate the effects of BDNF and HGF on dendritic growth of cortical neurons. Moreover, these data highlight the important role of the cooperation between BDNF/HGF and glutamate that converges on CREB to stimulate the expression of genes that contribute to the development of dendritic arborization.RésuméL'établissement d'un système nerveux fonctionnel s'accomplit grâce à des mécanismes précis, orchestrés en plusieurs étapes au cours de l'embryogenèse. Les dendrites étant les principaux sites de connexions synaptiques, le développement de l'arborisation dendritique est essentiel à la formation de circuits neuronaux fonctionnels. La maturation de l'arbre dendritique s'effectue grâce à des processus dynamiques qui sont régulés par des facteurs génétiques intrinsèques ainsi que par des facteurs externes tels que les stimuli environnementaux, l'activité neuronale ou les facteurs de croissance. Parmi ces derniers, le facteur neurotrophique BDNF est - connu pour être un régulateur clé de la croissance dendritique. Cependant, les mécanismes par lesquels BDNF contrôle le développement dendritique demeurent mal connus.Au cours de cette étude, nous avons montré dans un premier temps que l'activation de la voie de signalisation de la MAPK et la phosphorylation du facteur de transcription CREB sont nécessaires aux effets du BDNF sur le développement dendritique des neurones corticaux. Toutefois, la phosphorylation de CREB en tant que telle n'est pas sûffisante pour permettre la pousse des dendrites en réponse au BDNF. Ainsi, en utilisant une forme mutée de CREB incapable de se lier à son coactivateur CRTC1, nous avons démontré que l'élaboration des dendrites induite par le BDNF nécessite également une interaction fonctionnelle entre CREB et CRTC1. Ces résultats ont été confirmés par d'autres expériences qui ont montré que l'inhibition de l'expression de CRTC1 par l'intermédiaire de shRNA supprime les effets du BDNF sur la longueur et le branchement dendritique des neurones corticaux.Les résultats obtenus au cours de ce travail montrent également que la translocation nucléaire de CRTC1, qui est une étape nécessaire à l'interaction entre CREB et CRTC1, résulte de l'activation des récepteurs NMDA par le glutamate, entraînant la déphosphorylation de CRTC1 par la protéine phosphatase calcineurine. De plus, le blocage de la translocation nucléaire de CRTC1 en absence de glutamate, ou suite à l'inhibition des récepteurs NMDA ou de la calcineurine, supprime complètement la pousse des dendrites induite par le BDNF.De nombreuses d'évidences indiquent que le facteur de croissance HGF joue également un rôle important dans la régulation de la morphologie dendritique au cours du développement cérébral. Malgré ces observations, peu d'éléments sont connus quant aux mécanismes cellulaires qui sous-tendent les effets du HGF sur la croissance dendritique des neurones corticaux. Le but de la seconde partie de cette étude a eu pour but d'élucider les processus cellulaires responsables des effets du HGF sur la différenciation dendritique des neurones corticaux. Au cours de ces expériences, nous avons pu mettre en évidence que le HGF induit la pousse dendritique par des mécanismes qui impliquent la phosphorylation de CREB par la MAPK, et l'interaction de CREB avec son coactivateur CRTC1. Ces données indiquent que les mécanismes impliqués dans la stimulation de la croissance dendritique par le HGF sont similaires à ceux régulant les effets du BDNF, ce qui suggère que le rôle de CREB et de CRTC1 dans la régulation du développement dendritique n'est vraisemblablement pas limité aux effets du HGF ou du BDNF, mais pourrait s'étendre à d'autres facteurs neurotrophiques qui contrôlent la différenciation dendritique.En conclusion, ces résultats ont permis l'identification d'un nouveau mécanisme par lequel CREB et son coactivateur CRTC1 transmettent les effets du BDNF et du HGF sur la croissance dendritique de neurones corticaux. Ces observations mettent également en évidence le rôle important joué par la coopération entre BDNF/HGF et le glutamate, dans l'activation de CREB ainsi que dans l'expression de gènes qui participent au développement de l'arborisation dendritique des neurones corticaux.

Recent advances in the epidermal growth factor receptor/ligand system biology on skin homeostasis and keratinocyte stem cell regulation.

The epidermal growth factor (EGF) receptor/ligand system stimulates multiple pathways of signal transduction, and is activated by various extracellular stimuli and inter-receptor crosstalk signaling. Aberrant activation of EGF receptor (EGFR) signaling is found in many tumor cells, and humanized neutralizing antibodies and synthetic small compounds against EGFR are in clinical use today. However, these drugs are known to cause a variety of skin toxicities such as inflammatory rash, skin dryness, and hair abnormalities. These side effects demonstrate the multiple EGFR-dependent homeostatic functions in human skin. The epidermis and hair follicles are self-renewing tissues, and keratinocyte stem cells are crucial for maintaining these homeostasis. A variety of molecules associated with the EGF receptor/ligand system are involved in epidermal homeostasis and hair follicle development, and the modulation of EGFR signaling impacts the behavior of keratinocyte stem cells. Understanding the roles of the EGF receptor/ligand system in skin homeostasis is an emerging issue in dermatology to improve the current therapy for skin disorders, and the EGFR inhibitor-associated skin toxicities. Besides, controlling of keratinocyte stem cells by modulating the EGF receptor/ligand system assures advances in regenerative medicine of the skin. We present an overview of the recent progress in the field of the EGF receptor/ligand system on skin homeostasis and regulation of keratinocyte stem cells.

Visuospatial working memory deficits and visual pursuit impairments are not directly related in schizophrenia.

OBJECTIVE: Patients with schizophrenia show deficits in visuospatial working memory and visual pursuit processes. It is currently unclear, however, whether both impairments are related to a common neuropathological origin. The purpose of the present study was therefore to examine the possible relations between the encoding and the discrimination of dynamic visuospatial stimuli in schizophrenia. METHOD: Sixteen outpatients with schizophrenia and 16 control subjects were asked to encode complex disc displacements presented on a screen. After a delay, participants had to identify the previously presented disc trajectory from a choice of six static linear paths, among which were five incorrect paths. The precision of visual pursuit eye movements during the initial presentation of the dynamic stimulus was assessed. The fixations and scanning time in definite regions of the six paths presented during the discrimination phase were investigated. RESULTS: In comparison with controls, patients showed poorer task performance, reduced pursuit accuracy during incorrect trials and less time scanning the correct stimulus or the incorrect paths approximating its global structure. Patients also spent less time scanning the leftmost portion of the correct path even when making a correct choice. The accuracy of visual pursuit and head movements, however, was not correlated with task performance. CONCLUSIONS: The present study provides direct support for the hypothesis that active integration of visuospatial information within working memory is deficient in schizophrenia. In contrast, a general impairment of oculomotor mechanisms involved in smooth pursuit did not appear to be directly related to lower visuospatial working memory performance in schizophrenia.

Origin of the relative afferent pupillary defect in optic tract lesions.

OBJECTIVE: To determine the percent decussation of pupil input fibers in humans and to explain the size and range of the log unit relative afferent pupillary defect (RAPD) in patients with optic tract lesions. DESIGN: Experimental study. PARTICIPANTS AND CONTROLS: Five patients with a unilateral optic tract lesion. METHODS: The pupil response from light stimulation of the nasal hemifield, temporal hemifield, and full field of each eye of 5 patients with a unilateral optic tract lesion was recorded using computerized binocular infrared pupillography. Six stimulus light intensities, separated by 0.5-log unit steps, were used; 12 stimulus repetitions were given for each stimulus condition. MAIN OUTCOME MEASURES: For each stimulus condition, the pupil response of each eye was characterized by plotting the mean pupil contraction amplitude as a function of stimulus light intensity. The percentage of decussating afferent pupillomotor input fibers was calculated from the ratio of the maximal pupil contractions elicited from each eye. The RAPD was determined pupillographically from full-field stimulation to each eye. RESULTS: In all patients, the pupil response from the functioning temporal hemifield ipsilateral to the tract lesion was greater than that from the functioning contralateral nasal hemifield. This temporal-nasal asymmetry increased with increasing stimulus intensity and was similar in hemifield and full-field stimuli, eventually saturating at maximal light intensity. The log unit RAPD did not correlate with the estimated percentage of decussating pupil fibers, which ranged from 54% to 67%. CONCLUSIONS: In patients with a unilateral optic tract lesion, the pupillary responses from full-field stimulation to each eye are the same as comparing the functioning temporal field with the functioning nasal field. The percentage of decussating fibers is reflected in the ratio of the maximal pupil contraction amplitudes resulting from stimulus input between the two eyes. The RAPD that occurs in this setting reflects the difference in light sensitivity between the intact temporal and nasal hemifields. Its magnitude does not correlate with the difference in the number of crossed and uncrossed axons, but its sidedness contralateral to the side of the optic tract lesion is consistent with the greater percentage of decussating pupillomotor input.

Cross-frequency coupling in EEG revealed by adaptive oscillation tracking.

Introduction: Neuronal oscillations have been the focus of increasing interest in the neuroscientific community, in part because they have been considered as a possible integrating mechanism through which internal states can influence stimulus processing in a top-down way (Engel et al., 2001). Moreover, increasing evidence indicates that oscillations in different frequency bands interact with one other through coupling mechanisms (Jensen and Colgin, 2007). The existence and the importance of these cross-frequency couplings during various tasks have been verified by recent studies (Canolty et al., 2006; Lakatos et al., 2007). In this study, we measure the strength and directionality of two types of couplings - phase-amplitude couplings and phase-phase couplings - between various bands in EEG data recorded during an illusory contour experiment that were identified using a recently-proposed adaptive frequency tracking algorithm (Van Zaen et al., 2010). Methods: The data used in this study have been taken from a previously published study examining the spatiotemporal mechanisms of illusory contour processing (Murray et al., 2002). The EEG in the present study were from a subset of nine subjects. Each stimulus was composed of 'pac-man' inducers presented in two orientations: IC, when an illusory contour was present, and NC, when no contour could be detected. The signals recorded by the electrodes P2, P4, P6, PO4 and PO6 were averaged, and filtered into the following bands: 4-8Hz, 8-12Hz, 15-25Hz, 35-45Hz, 45-55Hz, 55-65Hz and 65-75Hz. An adaptive frequency tracking algorithm (Van Zaen et al., 2010) was then applied in each band in order to extract the main oscillation and estimate its frequency. This additional step ensures that clean phase information is obtained when taking the Hilbert transform. The frequency estimated by the tracker was averaged over sliding windows and then used to compare the two conditions. Two types of cross-frequency couplings were considered: phase-amplitude couplings and phase-phase couplings. Both types were measured with the phase locking value (PLV, Lachaux et al., 1999) over sliding windows. The phase-amplitude couplings were computed with the phase of the low frequency oscillation and the phase of the amplitude of the high frequency one. Different coupling coefficients were used when measuring phase-phase couplings in order to estimate different m:n synchronizations (4:3, 3:2, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1 and 9:1) and to take into account the frequency differences across bands. Moreover, the direction of coupling was estimated with a directionality index (Bahraminasab et al., 2008). Finally, the two conditions IC and NC were compared with ANOVAs with 'subject' as a random effect and 'condition' as a fixed effect. Before computing the statistical tests, the PLV values were transformed into approximately normal variables (Penny et al., 2008). Results: When comparing the mean estimated frequency across conditions, a significant difference was found only in the 4-8Hz band, such that the frequency within this band was significantly higher for IC than NC stimuli starting at ~250ms post-stimulus onset (Fig. 1; solid line shows IC and dashed line NC). Significant differences in phase-amplitude couplings were obtained only when the 4-8 Hz band was taken as the low frequency band. Moreover, in all significant situations, the coupling strength is higher for the NC than IC condition. An example of significant difference between conditions is shown in Fig. 2 for the phase-amplitude coupling between the 4-8Hz and 55-65Hz bands (p-value in top panel and mean PLV values in the bottom panel). A decrease in coupling strength was observed shortly after stimulus onset for both conditions and was greater for the condition IC. This phenomenon was observed with all other frequency bands. The results obtained for the phase-phase couplings were more complex. As for the phase-amplitude couplings, all significant differences were obtained when the 4-8Hz band was considered as the low frequency band. The stimulus condition exhibiting the higher coupling strength depended on the ratio of the coupling coefficients. When this ratio was small, the IC condition exhibited the higher phase-phase coupling strength. When this ratio was large, the NC condition exhibited the higher coupling strength. Fig. 3 shows the phase-phase couplings between the 4-8Hz and 35-45Hz bands for the coupling coefficient 6:1, and the coupling strength was significantly higher for the IC than NC condition. By contrast, for the coupling coefficient 9:1 the NC condition gave the higher coupling strength (Fig. 4). Control analyses verified that it is not a consequence of the frequency difference between the two conditions in the 4-8Hz band. The directionality measures indicated a transfer of information from the low frequency components towards the high frequency ones. Conclusions: Adaptive tracking is a feasible method for EEG analyses, revealing information both about stimulus-related differences and coupling patterns across frequencies. Theta oscillations play a central role in illusory shape processing and more generally in visual processing. The presence vs. absence of illusory shapes was paralleled by faster theta oscillations. Phase-amplitude couplings were decreased more for IC than NC and might be due to a resetting mechanism. The complex patterns in phase-phase coupling between theta and beta/gamma suggest that the contribution of these oscillations to visual binding and stimulus processing are not as straightforward as conventionally held. Causality analyses further suggest that theta oscillations drive beta/gamma oscillations (see also Schroeder and Lakatos, 2009). The present findings highlight the need for applying more sophisticated signal analyses in order to establish a fuller understanding of the functional role of neural oscillations.

Virulent bacterial infection improves aversive learning performance in Drosophila melanogaster.

Virulent infections are expected to impair learning ability, either as a direct consequence of stressed physiological state or as an adaptive response that minimizes diversion of energy from immune defense. This prediction has been well supported for mammals and bees. Here, we report an opposite result in Drosophila melanogaster. Using an odor-mechanical shock conditioning paradigm, we found that intestinal infection with bacterial pathogens Pseudomonas entomophila or Erwinia c. carotovora improved flies' learning performance after a 1h retention interval. Infection with P. entomophila (but not E. c. carotovora) also improved learning performance after 5 min retention. No effect on learning performance was detected for intestinal infections with an avirulent GacA mutant of P. entomophila or for virulent systemic (hemocoel) infection with E. c. carotovora. Assays of unconditioned responses to odorants and shock do not support a major role for changes in general responsiveness to stimuli in explaining the changes in learning performance, although differences in their specific salience for learning cannot be excluded. Our results demonstrate that the effects of pathogens on learning performance in insects are less predictable than suggested by previous studies, and support the notion that immune stress can sometimes boost cognitive abilities.

Glucagon-like peptide-1 and control of insulin secretion.

Although glucose is the major regulator of insulin secretion by pancreatic beta cells, its action is modulated by several neural and hormonal stimuli. In particular, hormones secreted by intestinal endocrine cells stimulate glucose-induced insulin secretion very potently after nutrient absorption. These hormones, called gluco-incretins or insulinotropic hormones, are major regulators of postprandial glucose homeostasis. The main gluco-incretins are GIP (gastric inhibitory polypeptide or glucose-dependent insulinotropic polypeptide) and GLP-1 (glucagon-like polypeptide-1). The secretion of GIP, a 42 amino acid polypeptide secreted by duodenal K cells, is triggered by fat and glucose. GIP stimulation of insulin secretion depends on the presence of specific beta-cell receptors and requires glucose at a concentration at least equal to or higher than the normoglycaemic level of approximately 5 mM. GIP accounts for about 50% of incretin activity, and the rest may be due to GLP-1 which is produced by proteolytic processing of the preproglucagon molecule in intestinal L cells. GLP-1 is the most potent gluco-incretin characterized so far. As with GIP, its stimulatory action requires a specific membrane receptor and normal or elevated glucose concentrations. Contrary to GIP, the incretin effect of GLP-1 is maintained in non-insulin-dependent diabetic patients. This peptide or agonists of its beta-cell receptor could provide new therapeutic tools for the treatment of Type II diabetic hyperglycaemia.

Evolution and functional characterisation of the IR chemosensory receptors in the Drosophila larval gustatory system

Chemosensory receptor gene families encode divergent proteins capable of detecting a huge diversity of environmental stimuli that are constantly changing over evolutionary time as organisms adapt to distinct ecological niches. While olfaction is dedicated to the detection of volatile compounds, taste is key to assess food quality for nutritional value and presence of toxic substances. The sense of taste also provides initial signals to mediate endocrine regulation of appetite and food metabolism and plays a role in kin recognition. The fruit fly Drosophila melanogaster is a very good model for studying smell and taste because these senses are very important in insects and because a broad variety of genetic tools are available in Drosophila. Recently, a family of 66 chemosensory receptors, the Ionotropic Receptors (IRs) was described in fruit flies. IRs are distantly related to ionotropic glutamate receptors (iGluRs), but their evolutionary origin from these synaptic receptors is unclear. While 16 IRs are expressed in the olfactory system, nothing is known about the other members of this repertoire. In this thesis, I describe bioinformatic, expression and functional analyses of the IRs aimed at understanding how these receptors have evolved, and at characterising the role of the non-olfactory IRs. I show that these have emerged at the basis of the protostome lineage and probably have acquired their sensory function very early. Moreover, although several IRs are conserved across insects, there are rapid and dramatic changes in the size and divergence of IR repertoires across species. I then performed a comprehensive analysis of IR expression in the larva of Drosophila melanogaster, which is a good model to study taste and feeding mechanisms as it spends most of its time eating or foraging. I found that most of the divergent members of the IR repertoire are expressed in both peripheral and internal gustatory neurons, suggesting that these are involved in taste perception. Finally, through the establishment of a new neurophysiological assay in larvae, I identified for the first time subsets of IR neurons that preferentially detect sugars and amino acids, indicating that IRs might be involved in sensing these compounds. Together, my results indicate that IRs are an evolutionarily dynamic and functionally versatile family of receptors. In contrast to the olfactory IRs that are well-conserved, gustatory IRs are rapidly evolving species-specific receptors that are likely to be involved in detecting a wide variety of tastants. - La plupart des animaux possèdent de grandes familles de récepteurs chimiosensoriels dont la fonction est de détecter l'immense diversité de composés chimiques présents dans l'environnement. Ces récepteurs évoluent en même temps que les organismes s'adaptent à leur écosystème. Il existe deux manières de percevoir ces signaux chimiques : l'olfaction et le goût. Alors que le système olfactif perçoit les composés volatiles, le sens du goût permet d'évaluer, par contact, la qualité de la nourriture, de détecter des substances toxiques et de réguler l'appétit et le métabolisme. L'un des organismes modèles les plus pertinents pour étudier le sens du goût est le stade larvaire de la mouche du vinaigre Drosophila melanogaster. En effet, la principale fonction du stade larvaire est de trouver de la nourriture et de manger. De plus, il est possible d'utiliser tous les outils génétiques développés chez la drosophile. Récemment, une nouvelle famille de 66 récepteurs chimiosensoriels appelés Récepteurs Ionotropiques (IRs) a été découverte chez la drosophile. Bien que leur orogine soit peu claire, ces récepteurs sont similaires aux récepteurs ionotropiques glutamatergiques impliqués dans la transmission synaptique. 16 IRs sont exprimés dans le système olfactif de la mouche adulte, mais pour l'instant on ne connaît rien des autres membres de cette famille. Durant ma thèse, j'ai effectué des recherches sur l'évolution de ces récepteurs ainsi que sur l'expression et la fonction des IRs non olfactifs. Je démontre que les IRs sont apparus chez l'ancêtre commun des protostomiens et ont probablement acquis leur fonction sensorielle très rapidement. De plus, bien qu'un certain nombre d'IRs olfactifs soient conservés chez les insectes, d'importantes variations dans la taille et la divergence des répertoires d'IRs entre les espèces ont été constatées. J'ai également découvert qu'un grand nombre d'IRs non olfactifs sont exprimés dans différents organes gustatifs, ce qui leur confère probablement une fonction dans la perception des goûts. Finalement, pour la première fois, des neurones exprimant des IRs ont été identifiés pour leur fonction dans la perception de sucres et d'acides aminés chez la larve. Mes résultats présentent les IRs comme une famille très dynamique, aux fonctions très variées, qui joue un rôle tant dans l'odorat que dans le goût, et dont la fonction est restée importante tout au long de l'évolution. De plus, l'identification de neurones spécialisés dans la perception de certains composés permettra l'étude des circuits neuronaux impliqués dans le traitement de ces informations.

Face Short-Term Memory-Related Electroencephalographic Patterns can Differentiate Multi- versus Single-Domain Amnestic Mild Cognitive Impairment.

Amnestic mild cognitive impairment (aMCI) is characterized by memory deficits alone (single-domain, sd-aMCI) or associated with other cognitive disabilities (multi-domain, md-aMCI). The present study assessed the patterns of electroencephalographic (EEG) activity during the encoding and retrieval phases of short-term memory in these two aMCI subtypes, to identify potential functional differences according to the neuropsychological profile. Continuous EEG was recorded in 43 aMCI patients, whose 16 sd-aMCI and 27 md-aMCI, and 36 age-matched controls (EC) during delayed match-to-sample tasks for face and letter stimuli. At encoding, attended stimuli elicited parietal alpha (8-12 Hz) power decrease (desynchronization), whereas distracting stimuli were associated with alpha power increase (synchronization) over right central sites. No difference was observed in parietal alpha desynchronization among the three groups. For attended faces, the alpha synchronization underlying suppression of distracting letters was reduced in both aMCI subgroups, but more severely in md-aMCI cases that differed significantly from EC. At retrieval, the early N250r recognition effect was significantly reduced for faces in md-aMCI as compared to both sd-aMCI and EC. The results suggest a differential alteration of working memory cerebral processes for faces in the two aMCI subtypes, face covert recognition processes being specifically altered in md-aMCI.

Characterization of GLUT8 and GLUT9, two novel glucose transporter isoforms

Summary Prevalence of type 2 diabetes is increasing worldwide at alarming rates, probably secondarily to that of obesity. As type 2 diabetes is characterized by blood hyperglycemia, controlling glucose entry into tissues from the bloodstream is key to maintain glycemia within acceptable ranges. In this context, several glucose transporter isoforms have been cloned recently and some of them have appeared to play important regulatory roles. Better characterizing two of them (GLUT8 and GLUT9) was the purpose of my work. The first part of my work was focused on GLUT8, which is mainly expressed in the brain and is able to transport glucose with high affinity. GLUT8 is retained intracellularly at basal state depending on an N-terminal dileucine motif, thus implying that cell surface expression may be induced by extracellular triggers. In this regard, I was interested in better defining GLUT8 subcellular localization at basal state and in finding signals promoting its translocation, using an adenoviral vector expressing a myc epitope-tagged version of the transporter, thus allowing expression and detection of cell-surface GLUT8 in primary hippocampal neurons and PC 12 cells. This tool enabled me to found out that GLUT8 resides in a unique compartment different from lysosomes, endoplasmic reticulum, endosomes and the Golgi. In addition, absence of GLUT8 translocation following pharmacological activation of several signalling pathways suggests that GLUT8 does not ever translocate to the cell surface, but would rather fulfill its role in its unique intracellular compartment. The second part of my work was focused on GLUT9, which -contrarily to GLUT8 - is unable to transport glucose, but retains the ability to bind glucose-derived cross-linker molecules, thereby suggesting that it may be a glucose sensor rather than a true glucose transporter. The aim of the project was thus to define if GLUT9 triggers intracellular signals when activated. Therefore, adenoviral vectors expressing GLUTS were used to infect both ßpancreatic and liver-derived cell lines, as GLUTS is endogenously expressed in the liver. Comparison of gene expression between cells infected with the GLUTS-expressing adenovirus and cells infected with a GFP-expressing control adenovirus ended up in the identification of the transcription factor HNF4α as being upregulated in aGLUT9-dependent manner. Résumé La prévalence du diabète de type 2 augmente de façon alarmante dans le monde entier, probablement secondairement à celle de l'obésité. Le diabète de type 2 étant caractérisé par une glycémie sanguine élevée, l'entrée du glucose dans les tissus depuis la circulation sanguine constitue un point de contrôle important pour maintenir la glycémie à des valeurs acceptables. Dans ce contexte, plusieurs isoformes de transporteurs au glucose ont été clonées récemment et certaines d'entre elles sont apparues comme jouant d'importants rôles régulateurs. Mieux caractériser deux d'entre elles (GLUT8 et GLUT9) était le but de mon travail. La première partie de mon travail a été centrée sur GLUT8, qui est exprimé principalement dans le cerveau et qui peut transporter le glucose avec une haute affinité. GLUT8 est retenu intracellulairement à l'état basal de façon dépendante d'un motif dileucine N-terminal, ce qui implique que son expression à la surface cellulaire pourrait être induite par des stimuli extracellulaires. Dans cette optique, je me suis intéressé à mieux définir la localisation subcellulaire de GLUT8 à l'état basal et à trouver des signaux activant sa translocation, en utilisant comme outil un vecteur adénoviral exprimant une version marquée (tag myc) du transporteur, me permettant ainsi d'exprimer et de détecter GLUT8 à la surface cellulaire dans des neurones hippocampiques primaires et des cellules PC12. Cet outil m'a permis de montrer que GLUT8 réside dans un compartiment unique différent des lysosomes, du réticulum endoplasmique, des endosomes, ainsi que du Golgi. De plus, l'absence de translocation de GLUT8 à la suite de l'activation pharmacologique de plusieurs voies de signalisation suggère que GLUT8 ne transloque jamais à la membrane plasmique, mais jouerait plutôt un rôle au sein même de son compartiment intracellulaire unique. La seconde partie de mon travail a été centrée sur GLUT9, lequel -contrairement à GLUT8 -est incapable de transporter le glucose, mais conserve la capacité de se lier à des molécules dérivées du glucose, suggérant que ce pourrait être un senseur de glucose plutôt qu'un vrai transporteur. Le but du projet a donc été de définir si GLUT9 active des signaux intracellulaires quand il est lui-même activé. Pour ce faire, des vecteurs adénoviraux exprimant GLUT9 ont été utilisés pour infecter des lignées cellulaires dérivées de cellules ßpancréatiques et d'hépatocytes, GLUT9 étant exprimé de façon endogène dans le foie. La comparaison de l'expression des gènes entre des cellules infectées avec l'adénovirus exprimant GLUT9 et un adénovirus contrôle exprimant la GFP a permis d'identifier le facteur de transcription HNF4α comme étant régulé de façon GLUT9-dépendante. Résumé tout public Il existe deux types bien distincts de diabète. Le diabète de type 1 constitue environ 10 des cas de diabète et se déclare généralement à l'enfance. Il est caractérisé par une incapacité du pancréas à sécréter une hormone, l'insuline, qui régule la concentration sanguine du glucose (glycémie). Il en résulte une hyperglycémie sévère qui, si le patient n'est pas traité à l'insuline, conduit à de graves dommages à divers organes, ce qui peut mener à la cécité, à la perte des membres inférieurs, ainsi qu'à l'insuffisance rénale. Le diabète de type 2 se déclare plus tard dans la vie. Il n'est pas causé par une déficience en insuline, mais plutôt par une incapacité de l'insuline à agir sur ses tissus cibles. Le nombre de cas de diabète de type 2 augmente de façon dramatique, probablement à la suite de l'augmentation des cas d'obésité, le surpoids chronique étant le principal facteur de risque de diabète. Chez l'individu sain, le glucose sanguin est transporté dans différents organes (foie, muscles, tissu adipeux,...) où il est utilisé comme source d'énergie. Chez le patient diabétique, le captage de glucose est altéré, expliquant ainsi l'hyperglycémie. Il est ainsi crucial d'étudier les mécanismes permettant ce captage. Ainsi, des protéines permettant l'entrée de glucose dans la cellule depuis le milieu extracellulaire ont été découvertes depuis une vingtaine d'années. La plupart d'entre elles appartiennent à une sous-famille de protéines nommée GLUT (pour "GLUcose Transporters") dont cinq membres ont été caractérisés et nommés selon l'ordre de leur découverte (GLUT1-5). Néanmoins, la suppression de ces protéines chez la souris par des techniques moléculaires n'affecte pas totalement le captage de glucose, suggérant ainsi que des transporteurs de glucose encore inconnus pourraient exister. De telles protéines ont été isolées ces dernières années et nommées selon l'ordre de leur découverte (GLUT6-14). Durant mon travail de thèse, je me suis intéressé à deux d'entre elles, GLUT8 et GLUT9, qui ont été découvertes précédemment dans le laboratoire. GLUT8 est exprimé principalement dans le cerveau. La protéine n'est pas exprimée à la surface de la cellule, mais est retenue à l'intérieur. Des mécanismes complexes doivent donc exister pour déplacer le transporteur à la surface cellulaire, afin qu'il puisse permettre l'entrée du glucose dans la cellule. Mon travail a consisté d'une part à définir où se trouve le transporteur à l'intérieur de la cellule, et d'autre part à comprendre les mécanismes capables de déplacer GLUT8 vers la surface cellulaire, en utilisant des neurones exprimant une version marquée du transporteur, permettant ainsi sa détection par des méthodes biochimiques. Cela m'a permis de montrer que GLUT8 est localisé dans une partie de la cellule encore non décrite à ce jour et qu'il n'est jamais déplacé à la surface cellulaire, ce qui suggère que le transporteur doit jouer un rôle à l'intérieur de la cellule et non à sa surface. GLUT9 est exprimé dans le foie et dans les reins. Il ressemble beaucoup à GLUT8, mais ne transporte pas le glucose, ce qui suggère que ce pourrait être un récepteur au glucose plutôt qu'un transporteur à proprement parler. Le but de mon travail a été de tester cette hypothèse, en comparant des cellules du foie exprimant GLUT9 avec d'autres n'exprimant pas la protéine. Par des méthodes d'analyses moléculaires, j'ai pu montrer que la présence de GLUT9 dans les cellules du foie augmente l'expression de HNF4α, une protéine connue pour réguler la sécrétion d'insuline dans le pancréas ainsi que la production de glucose dans le foie. Des expériences complémentaires seront nécessaires afin de mieux comprendre par quels mécanismes GLUT9 influence l'expression de HNF4α dans le foie, ainsi que de définir l'importance de GLUT9 dans la régulation de la glycémie chez l'animal entier.

Comparison of "Live High-Train Low" in Normobaric versus Hypobaric Hypoxia.

We investigated the changes in both performance and selected physiological parameters following a Live High-Train Low (LHTL) altitude camp in either normobaric hypoxia (NH) or hypobaric hypoxia (HH) replicating current "real" practices of endurance athletes. Well-trained triathletes were split into two groups (NH, n = 14 and HH, n = 13) and completed an 18-d LHTL camp during which they trained at 1100-1200 m and resided at an altitude of 2250 m (PiO2  = 121.7±1.2 vs. 121.4±0.9 mmHg) under either NH (hypoxic chamber; FiO2 15.8±0.8%) or HH (real altitude; barometric pressure 580±23 mmHg) conditions. Oxygen saturations (SpO2) were recorded continuously daily overnight. PiO2 and training loads were matched daily. Before (Pre-) and 1 day after (Post-) LHTL, blood samples, VO2max, and total haemoglobin mass (Hbmass) were measured. A 3-km running test was performed near sea level twice before, and 1, 7, and 21 days following LHTL. During LHTL, hypoxic exposure was lower for the NH group than for the HH group (220 vs. 300 h; P<0.001). Night SpO2 was higher (92.1±0.3 vs. 90.9±0.3%, P<0.001), and breathing frequency was lower in the NH group compared with the HH group (13.9±2.1 vs. 15.5±1.5 breath.min-1, P<0.05). Immediately following LHTL, similar increases in VO2max (6.1±6.8 vs. 5.2±4.8%) and Hbmass (2.6±1.9 vs. 3.4±2.1%) were observed in NH and HH groups, respectively, while 3-km performance was not improved. However, 21 days following the LHTL intervention, 3-km run time was significantly faster in the HH (3.3±3.6%; P<0.05) versus the NH (1.2±2.9%; ns) group. In conclusion, the greater degree of race performance enhancement by day 21 after an 18-d LHTL camp in the HH group was likely induced by a larger hypoxic dose. However, one cannot rule out other factors including differences in sleeping desaturations and breathing patterns, thus suggesting higher hypoxic stimuli in the HH group.

IL-10 controls cystatin C synthesis and blood concentration in response to inflammation through regulation of IFN regulatory factor 8 expression.

Cystatin C (CstC) is a cysteine protease inhibitor of major clinical importance. Low concentration of serum CstC is linked to atherosclerosis. CstC can prevent formation of amyloid β associated with Alzheimer's disease and can itself form toxic aggregates. CstC regulates NO secretion by macrophages and is a TGF-β antagonist. Finally, the serum concentration of CstC is an indicator of kidney function. Yet, little is known about the regulation of CstC expression in vivo. In this study, we demonstrate that the transcription factor IFN regulatory factor 8 (IRF-8) is critical for CstC expression in primary dendritic cells. Only those cells with IRF-8 bound to the CstC gene promoter expressed high levels of the inhibitor. Secretion of IL-10 in response to inflammatory stimuli downregulated IRF-8 expression and consequently CstC synthesis in vivo. Furthermore, the serum concentration of CstC decreased in an IL-10-dependent manner in mice treated with the TLR9 agonist CpG. CstC synthesis is therefore more tightly regulated than hitherto recognized. The mechanisms involved in this regulation might be targeted to alter CstC production, with potential therapeutic value. Our results also indicate that caution should be exerted when using the concentration of serum CstC as an indicator of kidney function in conditions in which inflammation may alter CstC production.