Morphological and physiological species-dependent characteristics of the rodent Grueneberg ganglion.

In the mouse, the Grueneberg ganglion (GG) is an olfactory subsystem implicated both in chemo- and thermo-sensing. It is specifically involved in the recognition of volatile danger cues such as alarm pheromones and structurally-related predator scents. No evidence for these GG sensory functions has been reported yet in other rodent species. In this study, we used a combination of histological and physiological techniques to verify the presence of a GG and investigate its function in the rat, hamster, and gerbil comparing with the mouse. By scanning electron microscopy (SEM) and transmitted electron microscopy (TEM), we found isolated or groups of large GG cells of different shapes that in spite of their gross anatomical similarities, display important structural differences between species. We performed a comparative and morphological study focusing on the conserved olfactory features of these cells. We found fine ciliary processes, mostly wrapped in ensheating glial cells, in variable number of clusters deeply invaginated in the neuronal soma. Interestingly, the glial wrapping, the amount of microtubules and their distribution in the ciliary processes were different between rodents. Using immunohistochemistry, we were able to detect the expression of known GG proteins, such as the membrane guanylyl cyclase G and the cyclic nucleotide-gated channel A3. Both the expression and the subcellular localization of these signaling proteins were found to be species-dependent. Calcium imaging experiments on acute tissue slice preparations from rodent GG demonstrated that the chemo- and thermo-evoked neuronal responses were different between species. Thus, GG neurons from mice and rats displayed both chemo- and thermo-sensing, while hamsters and gerbils showed profound differences in their sensitivities. We suggest that the integrative comparison between the structural morphologies, the sensory properties, and the ethological contexts supports species-dependent GG features prompted by the environmental pressure.

Molecular and cellular analysis of genodermatoses

Summary Skin is the essential interface between our body and its environment; not only does it prevent water loss and protect us from external insults it also plays an essential role in the central nervous system acting as a major sense organ primarily for touch and pain. The main cell type present in skin, keratinocyte, undergoes a differentiation process leading to the formation of this protecting barrier. This work is intended to contribute to the understanding of how keratinocyte differentiates and skin functions. To do this, we studied two genetic skin diseases: Erythrokeratodermia variabilis and Mal de Meleda. Our approach was to examine the expression and localization of proteins implicated in these two pathologies in normal and diseased tissues and to determine the influence of mutant proteins at the molecular and cellular levels. Connexins are major components of gap junctions, channels allowing direct communication between cells. Our laboratory has identified mutations in both connexin 30.3 (Cx30.3) and 31 (Cx31) to be causally involved in erythrokeratodermia variabilis (EKV), an autosomal dominant disorder of keratinization. In the first chapter, we show a new mutation of Cx31, L209P-Cx31, in 3 EKV patients, extending the field of EKV-causing mutations although the mechanism by which connexin mutations lead to the disease is unclear. In the second chapter, we studied the effect of F137L-Cx30.3 on expression, trafficking and localization of cotransfected Cx31 and Cx30.3 in connexin-deficient HeLa cells. The F137 amino acid, highly conserved in connexin family, is oriented towards the channel pore and F137L mutation in either Cx30.3 or Cx31 lead to EKV. As two genes can lead to EKV when mutated, our hypothesis was that Cx31 and Cx30.3 might cooperate at a molecular level. We were able to demonstrate a physical interaction between Cx31 and Cx30.3. The presence of F137L-Cx30.3 disturbed the trafficking of both connexins, less connexins were integrated into gap junctions and thus, the coupling between cell was diminished. Connexins formed in the presence of F137L-Cx30.3 are degraded at their exit from the endoplasmic reticulum. In conclusion, our results indicate that the genetic heterogeneity of EKV is due to mutations in two interacting proteins. F137L-Cx30.3 has a dominant negative effect and affects Cx31, disturbing cellular communication in epidermal cells. Mal de Meleda is an autosomal recessive inflammatory and a keratotic palmoplantar skin disorder due to mutations in SLURP1 (secreted LY6/PLAUR-related protein 1). SLURP1 belongs to the LY6/PLAUR family of proteins and has the particularity of being secreted instead of being GPI-anchored. The high degree of structural similarity between SLURP1 and the three fingers motif of snake neurotoxins and LYNX 1-C suggests that this protein could interact with the neuronal acetylcholine receptors. In the third chapter, we show that SLURP1 potentiates responses of the a7 nicotinic acetylcholine receptor (nAchR) to acetylcholine. These results identify SLURP1 as a secreted epidermal neuromodulator that is likely to be essential for palmoplantar skin. In the fourth chapter, we show that SLURP1 is expressed in the granular layer of the epidermis but is absent from skin biopsies of Mal de Meleda patients. SLURP1 is also present in secretions such as sweat, tears or saliva. An in vitro analysis on two mutant of SLURP-I demonstrates that W15R-SLURP1 is absent in cells while G86R-SLURP1 is expressed and secreted, suggesting that SLURP1 can lead to the disease by either an absent or an abnormal protein. Finally, in the fifth chapter, we analyse the expression and biological properties of other LY6/PLAUR members, clustered around SLURP] on chromosome 8. Their GPI-anchored or secreted status were analysed in vitro. SLURP1, LYNX1-A and -B are secreted while LYPDC2 and LYNX 1-C are GPI anchored. Three of these proteins are expressed in the epidermis and in cultured keratinocytes. These results suggest that these LY6/PLAUR members may have an important role in skin homeostasis. Résumé Résumé La peau est la barrière essentielle entre notre corps et l'environnement, nous protégeant des agressions extérieures, de la déshydratation et assurant aussi un rôle dans le système nerveux central en tant qu'organe du toucher et de la douleur. Le principal type de cellules présent dans la peau est le kératinocyte qui suit un processus de différenciation aboutissant à la formation de cette barrière protectrice. Ce travail est destiné à comprendre la différenciation des kératinocytes et le fonctionnement de la peau. Pour cela, nous avons étudié deux maladies génodermatoses : l'Erthrokeratodermia Variabilis (EKV) et le Mal de Meleda. Nous avons examiné l'expression et la localisation des protéines impliquées dans ces deux pathologies dans des tissus normaux et malades puis déterminé l'influence des protéines mutantes aux niveaux moléculaires et cellulaires. Les connexines (Cx) sont les composants majeurs des jonctions communicantes, canaux permettant la communication directe entre les cellules. Notre laboratoire a identifié des mutations dans les Cx30.3 et Cx31 comme responsables de l'EKV, génodermatose de transmission autosomique dominante. Dans le ler chapitre, nous décrivons une nouvelle mutation de Cx31, L209-Cx31, et contribuons à l'établissement du catalogue des mutations de Cx31 entraînant cette maladie. Cependant, le mécanisme par lequel les mutations de Cx31 et C3x0.3 provoquent l'EKV est inconnu. Dans le 2ème chapitre, nous étudions les effets de la mutation F137L-Cx30.3 sur l'expression, le trafic et la localisation des Cx31 et Cx30.3 transfectées dans des cellules HeLa, déficientes en connexines. Comme deux gènes peuvent causer une EKV quand ils sont mutés, notre hypothèse était que Cx31 et Cx30.3 pourraient coopérer au niveau moléculaire. Nous avons montré l'existence d'une interaction physique entre ces deux connexines. La présence de la mutation F137L-Cx30.3 perturbe le trafic des deux connexines, moins de connexines sont intégrées dans les jonctions communicantes et donc le couplage entre les cellules est diminué. Les connexons formés en présence de cette mutation sont dégradés à leur sortie du réticulum endoplasmique. En conclusion, nos résultats indiquent que l'hétérogénéité génétique de EKV est due à des mutations dans deux protéines qui interagissent. F137L-Cx30.3 a un effet dominant négatif et affecte Cx31, perturbant la communication entre les cellules épidermiques. Le Mal de Meleda est une maladie récessive de la peau palmoplantaire due à des mutations dans SLURP1. SLURP1 appartient à la famille des protéines contenant un domaine LY6/PLAUR et a la particularité d'être sécrétée. La grande homologie de structure existant entre SLURP1, les neurotoxines de serpent et LYNX1-C suggère que la protéine pourrait interagir avec des récepteurs à acétylcholine (Ach). Dans le 3ème chapitre, nous montrons que SLURP1 module la réponse à l'Ach du récepteur nicotinique α7. Ces résultats identifient SLURP1 comme un neuromodulateur épidermique sécrété, probablement essentiel pour la peau palmoplantaire. Dans le 4ème chapitre, nous montrons que SLURP1 est exprimé dans la couche granuleuse de l'épiderme et qu'il est absent des biopsies des patients. SLURP1 a aussi été détecté dans des sécrétions telles que la sueur, les lamies et la salive. Une analyse in vitro de deux mutants de SLURP1 a montré que W15R-SLURP1 est absent des cellules tandis que G86R-SLURP1 est exprimé et sécrété, suggérant qu'une absence ou une anomalie de SLURP1 peuvent causer la maladie. Finalement, dans le 5ème chapitre, nous analysons l'expression et les propriétés biologiques d'autres membres de la famille LY6/PLAUR localisés autour de SLURP1 sur le chromosome 8. Leur statut de protéines sécrétées ou liées à la membrane par une ancre GPI est analysé in vitro. SLURP1, LYNXI-A et -B sont sécrétées alors que LYPDC2 et LYNX1-C sont liés à la membrane. Trois de ces protéines sont exprimées dans l'épiderme et dans des kératinocytes cultivés. Ces résultats suggèrent que la famille LY6/PLAUR pourrait avoir un rôle important dans l'homéostasie de la peau.

The alternatively spliced domain TnFnIII A1A2 of the extracellular matrix protein tenascin-C suppresses activation-induced T lymphocyte proliferation and cytokine production.

Several lines of evidences have suggested that T cell activation could be impaired in the tumor environment, a condition referred to as tumor-induced immunosuppression. We have previously shown that tenascin-C, an extracellular matrix protein highly expressed in the tumor stroma, inhibits T lymphocyte activation in vitro, raising the possibility that this molecule might contribute to tumor-induced immunosuppression in vivo. However, the region of the protein mediating this effect has remained elusive. Here we report the identification of the minimal region of tenascin-C that can inhibit T cell activation. Recombinant fragments corresponding to defined regions of the molecule were tested for their ability to inhibit in vitro activation of human peripheral blood T cells induced by anti-CD3 mAbs in combination with fibronectin or IL-2. A recombinant protein encompassing the alternatively spliced fibronectin type III domains of tenascin-C (TnFnIII A-D) vigorously inhibited both early and late lymphocyte activation events including activation-induced TCR/CD8 down-modulation, cytokine production, and DNA synthesis. In agreement with this, full length recombinant tenascin-C containing the alternatively spliced region suppressed T cell activation, whereas tenascin-C lacking this region did not. Using a series of smaller fragments and deletion mutants issued from this region, we have identified the TnFnIII A1A2 domain as the minimal region suppressing T cell activation. Single TnFnIII A1 or A2 domains were no longer inhibitory, while maximal inhibition required the presence of the TnFnIII A3 domain. Altogether, these data demonstrate that the TnFnIII A1A2 domain mediate the ability of tenascin-C to inhibit in vitro T cell activation and provide insights into the immunosuppressive activity of tenascin-C in vivo.

Potential target antigens for immunotherapy in human pancreatic cancer.

BACKGROUND: To be effective and selective, immunotherapy ideally targets specifically tumor cells and spares normal tissues. Identification of tumor specific antigens is a prerequisite to establish an effective immunotherapy. Still very little is known about the expression of tumor-related antigens in pancreatic neoplasms. Cancer Testis antigens (CT) are antigens shared by a variety of malignant tumors, but not by normal tissues with the exception of germ cells in testis. Restricted expression in neoplastic tissues and inherent immunogenic features make CT antigens ideal for use in immunotherapy. We analyzed the expression of a selected panel of nine CT antigens that have been proven to elicit an efficient immunogenic response in other malignancies. In addition we analyzed the expression of HERV-K-MEL, an immunogenic antigen of viral origin. METHODS: Pancreatic adenocarcinoma tumor samples (n=130) were obtained intraoperatively, control tissues (n=23) were collected from cadaveric donor and from patients with chronic pancreatitis. Tumor-associated antigen expression of MAGE-A1, MAGE-A3, MAGE-A4, MAGE-A10, LAGE-1, NY-ESO-1, SCP-1, SSX-2, SSX-4 and HERV-K-MEL was assessed by PCR. Sequencing of PCR products were performed to assess the expression of SSX-4 in neoplastic and normal pancreatic tissues. RESULTS: Three of 10 tested antigens were expressed in over 10% of malignant pancreatic tissue samples. SSX-4 was found positive in 30% of cases, SCP-1 in 19% and HERV-K-MEL in 23% of cases. No expression of CT antigens was found in non-malignant pancreatic tissue with the exception of SSX-4 and and SSX-2. CONCLUSIONS: Fifty two percentage of the analyzed tissues expressed at least one CT antigen. The concomitant expression of SSX-4 in both malignant and non-malignant pancreatic tissue is a new finding which may raise concerns for immunotherapy. However, HERV-K-MEL is expressed with a relatively high prevalence and may be a candidate for specific immunotherapy in a large subgroup of pancreatic cancer patients. This study advocates the analysis of patients with regard to their immunogenic profile before the onset of antigen-specific immunotherapy.

Molecular basis of coagulation factor V deficiency caused by the R1698W inter-domain mutation.

Coagulation factor V (FV) deficiency is characterised by variable bleeding phenotypes and heterogeneous mutations. To add new insights into the FV genotype-phenotype relationship, we characterised the R1698W change in the A3 domain, at the poorly investigated interface with the A2 domain. The FV R1698W mutation was responsible for a markedly reduced expression level (10% of FV-WT) and specific activity in thrombin generation (0.39). Interestingly, the FVa1698W showed rapid activity decay upon activation due to increased dissociation rate between the heavy and light chains. The importance of the size and charge of the residue at position 1698 was investigated by three additional recombinant mutants, FVR1698A, FVR1698Q, and FVR1698E. FVR1698A and FVR1698Q expression (30 and 45% of FV-WT), specific activity (both 0.57) and stability were all reduced. Noticeably, FVR1698E showed normal activity and stability despite poor expression (10% of FV-WT). These data indicate the essential role of R1698 for normal biosynthetic process and support local flexibility for positively or negatively charged residues to produce stable and functional A3-A2 domain interactions. Their experimental alteration produces a gradient of FV defects, which help to interpret the wide spectrum of phenotypes in FV-deficient patients.

The synthetic Plasmodium falciparum circumsporozoite peptide PfCS102 as a malaria vaccine candidate: a randomized controlled phase I trial.

BACKGROUND: Fully efficient vaccines against malaria pre-erythrocytic stage are still lacking. The objective of this dose/adjuvant-finding study was to evaluate the safety, reactogenicity and immunogenicity of a vaccine candidate based on a peptide spanning the C-terminal region of Plasmodium falciparum circumsporozoite protein (PfCS102) in malaria naive adults. METHODOLOGY AND PRINCIPAL FINDINGS: Thirty-six healthy malaria-naive adults were randomly distributed into three dose blocks (10, 30 and 100 microg) and vaccinated with PfCS102 in combination with either Montanide ISA 720 or GSK proprietary Adjuvant System AS02A at days 0, 60, and 180. Primary end-point (safety and reactogenicity) was based on the frequency of adverse events (AE) and of abnormal biological safety tests; secondary-end point (immunogenicity) on P. falciparum specific cell-mediated immunity and antibody response before and after immunization. The two adjuvant formulations were well tolerated and their safety profile was good. Most AEs were local and, when systemic, involved mainly fatigue and headache. Half the volunteers in AS02A groups experienced severe AEs (mainly erythema). After the third injection, 34 of 35 volunteers developed anti-PfCS102 and anti-sporozoite antibodies, and 28 of 35 demonstrated T-cell proliferative responses and IFN-gamma production. Five of 22 HLA-A2 and HLA-A3 volunteers displayed PfCS102 specific IFN-gamma secreting CD8(+) T cell responses. Responses were only marginally boosted after the 3(rd) vaccination and remained stable for 6 months. For both adjuvants, the dose of 10 microg was less immunogenic in comparison to 30 and 100 microg that induced similar responses. AS02A formulations with 30 microg or 100 microg PfCS102 induced about 10-folds higher antibody and IFN-gamma responses than Montanide formulations. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: PfCS102 peptide was safe and highly immunogenic, allowing the design of more advanced trials to test its potential for protection. Two or three immunizations with a dose of 30 microg formulated with AS02A appeared the most appropriate choice for such studies. TRIAL REGISTRATION: Swissmedic.ch 2002 DR 1227.

Pattern and clinical significance of cancer-testis gene expression in head and neck squamous cell carcinoma

Les cancer-testis antigènes appartiennent à la famille des antigènes tumoraux spécifiques. Ils ont montré un pouvoir immunogène chez les patients porteurs de différents cancers. En effet, ils stimulent sélectivement les lymphocytes cytotoxiques, et leur expression spécifique dans les tissus tumoraux en fait une cible idéale pour une vaccination antitumorale. Le but de cette étude est d'identifier l'expression de certains de ces antigènes, d'analyser leur valeur pronostique et de déterminer la meilleure cible antigénique pour permettre une immunothérapie spécifique dans les carcinomes épidermoïdes des voies aérodigestives supérieures. Le profil et le taux d'expression de 12 cancer-testis antigènes (MAGE-A1, MAGE-A3, MAGE-A4, MAGEA10, MAGE-C2, NY-ESO-1, LAGE-1, SSX-2, SSX-4, BAGE, GAGE-1/2, GAGE-3/4) et de 3 autres antigènes tumoraux spécifiques (PRAME, HERV-K-MEL, NA-17A) ont été évalués par RT-PCR sur 57 échantillons de cancers ORL primaires. Les paramètres tumoraux et cliniques ont été prospectivement collectés afin de corréler ces données avec le résultat de nos investigations immunobiologiques. Quatre-vingt-huit pour cent des tumeurs expriment au moins 1 antigène. Une co-expression de 3 gènes ou plus est détectée chez 59% des patients. MAGE-A4 (60%), MAGE-A3 (51%), PRAME (49%) et HERV-K-MEL (42%) sont les gènes le plus fréquemment exprimés. Ils sont totalement absents des muqueuses saines avoisinantes. La présence de MAGE-A et NY-ESO-1 à la surface des cellules a été vérifiée par immunohistochimie. Nos analyses statistiques ont permis d'identifier une diminution de la survie liée au cancer chez les patients porteurs d'une tumeur exprimant de multiples cancer-testis antigènes et notamment MAGE-A4 dont l'expression indépendante d'autres éléments cliniques s'associe statistiquement à un taux de survie diminué. Nos résultats ont permis d'identifier un rôle pronostique de l'expression des gènes associés aux tumeurs dont l'expression est apparemment liée à un phénotype de malignité plus élevé. Cette constatation, corroborée par l'identification parallèle d'un infiltrat lymphocytaire spécifique confirme l'utilité potentielle de certains cancer-testis antigènes comme cible pour une immunothérapie ciblée dans les carcinomes des voies aérodigestives supérieures

Milbemycins: more than efflux inhibitors for fungal pathogens.

Existing antifungal agents are still confronted to activities limited to specific fungal species and to the development of resistance. Several improvements are possible either by tackling and overcoming resistance or exacerbating the activity of existing antifungal agents. In Candida glabrata, azole resistance is almost exclusively mediated by ABC transporters (including C. glabrata CDR1 [CgCDR1] and CgCDR2) via gain-of-function mutations in the transcriptional activator CgPDR1 or by mitochondrial dysfunctions. We also observed that azole resistance was correlating with increasing virulence and fitness of C. glabrata in animal models of infection. This observation motivated the re-exploitation of ABC transporter inhibitors as a possible therapeutic intervention to decrease not only the development of azole resistance but also to interfere with the virulence of C. glabrata. Milbemycins are known ABC transporter inhibitors, and here we used commercially available milbemycin A3/A4 oxim derivatives to verify this effect. As expected, the derivatives were inhibiting C. glabrata efflux with the highest activity for A3 oxim below 1 μg/ml. More surprising was that oxim derivatives had intrinsic fungicidal activity above 3.2 μg/ml, thus highlighting effects additional to the efflux inhibition. Similar values were obtained with C. albicans. Our data show that the fungicidal activity could be related to reactive oxygen species formation in these species. Transcriptional analysis performed both in C. glabrata and C. albicans exposed to A3 oxim highlighted a core of commonly regulated genes involved in stress responses, including genes involved in oxidoreductive processes, protein ubiquitination, and vesicle trafficking, as well as mitogen-activated protein kinases. However, the transcript profiles contained also species-specific signatures. Following these observations, experimental treatments of invasive infections were performed in mice treated with the commercial A3/A4 oxim preparation alone or in combination with fluconazole. Tissue burden analysis revealed that oxims on their own were able to decrease fungal burdens in both Candida species. In azole-resistant isolates, oxims acted synergistically in vivo with fluconazole to reduce fungal burden to levels of azole-susceptible isolates. In conclusion, we show here the potential of milbemycins not only as drug efflux inhibitors but also as effective fungal growth inhibitors in C. glabrata and C. albicans.

Formation of a spatial memory trace : a behavioral, cellular and molecular study

THESIS ABSTRACTThis thesis project was aimed at studying the molecular mechanisms underlying learning and memory formation, in particular as they relate to the metabolic coupling between astrocytes and neurons. For that, changes in the metabolic activity of different mice brain regions after 1 or 9 days of training in an eight-arm radial maze were assessed by (14C) 2-deoxyglucose (2DG) autoradiography. Significant differences in the areas engaged during the behavioral task at day 1 (when animals are confronted for the first time to the learning task) and at day 9 (when animals are highly performing) have been identified. These areas include the hippocampus, the fornix, the parietal cortex, the laterodorsal thalamic nucleus and the mammillary bodies at day 1 ; and the anterior cingulate, the retrosplenial cortex and the dorsal striatum at day 9. Two of these cerebral regions (those presenting the greatest changes at day 1 and day 9: the hippocampus and the retrosplenial cortex, respectively) were microdissected by laser capture microscopy and selected genes related to neuron-glia metabolic coupling, glucose metabolism and synaptic plasticity were analyzed by RT-PCR. 2DG and gene expression analysis were performed at three different times: 1) immediately after the end of the behavioral paradigm, 2) 45 minutes and 3) 6 hours after training. The main goal of this study was the identification of the metabolic adaptations following the learning task. Gene expression results demonstrate that the learning task profoundly modulates the pattern of gene expression in time, meaning that these two cerebral regions with high 2DG signal (hippocampus and retrosplenial cortex) have adapted their metabolic molecular machinery in consequence. Almost all studied genes show a higher expression in the hippocampus at day 1 compared to day 9, while an increased expression was found in the retrosplenial cortex at day 9. We can observe these molecular adaptations with a short delay of 45 minutes after the end of the task. However, 6 hours after training a high gene expression was found at day 9 (compared to day 1) in both regions, suggesting that only one day of training is not sufficient to detect transcriptional modifications several hours after the task. Thus, gene expression data match 2DG results indicating a transfer of information in time (from day 1 to day 9) and in space (from the hippocampus to the retrosplenial cortex), and this at a cellular and a molecular level. Moreover, learning seems to modify the neuron-glia metabolic coupling, since several genes involved in this coupling are induced. These results also suggest a role of glia in neuronal plasticity.RESUME DU TRAVAIL DE THESECe projet de thèse a eu pour but l'étude des mécanismes moléculaires qui sont impliqués dans l'apprentissage et la mémoire et, en particulier, à les mettre en rapport avec le couplage métabolique existant entre les astrocytes et les neurones. Pour cela, des changements de l'activité métabolique dans différentes régions du cerveau des souris après 1 ou 9 jours d'entraînement dans un labyrinthe radial à huit-bras ont été évalués par autoradiographie au 2-désoxyglucose (2DG). Des différences significatives dans les régions engagées pendant la tâche comportementale au jour 1 (quand les animaux sont confrontés pour la première fois à la tâche) et au jour 9 (quand les animaux ont déjà appris) ont été identifiés. Ces régions incluent, au jour 1, l'hippocampe, le fornix, le cortex pariétal, le noyau thalamic laterodorsal et les corps mamillaires; et, au jour 9, le cingulaire antérieur, le cortex retrosplenial et le striatum dorsal. Deux de ces régions cérébrales (celles présentant les plus grands changements à jour 1 et à jour 9: l'hippocampe et le cortex retrosplenial, respectivement) ont été découpées par microdissection au laser et quelques gènes liés au couplage métabolique neurone-glie, au métabolisme du glucose et à la plasticité synaptique ont été analysées par RT-PCR. L'étude 2DG et l'analyse de l'expression de gènes ont été exécutés à trois temps différents: 1) juste après entraînement, 2) 45 minutes et 3) 6 heures après la fin de la tâche. L'objectif principal de cette étude était l'identification des adaptations métaboliques suivant la tâche d'apprentissage. Les résultats de l'expression de gènes démontrent que la tâche d'apprentissage module profondément le profile d'expression des gènes dans le temps, signifiant que ces deux régions cérébrales avec un signal 2DG élevé (l'hippocampe et le cortex retrosplenial) ont adapté leurs « machines moléculaires » en conséquence. Presque tous les gènes étudiés montrent une expression plus élevée dans l'hippocampe au jour 1 comparé au jour 9, alors qu'une expression accrue a été trouvée dans le cortex retrosplenial au jour 9. Nous pouvons observer ces adaptations moléculaires avec un retard court de 45 minutes après la fin de la tâche. Cependant, 6 heures après l'entraînement, une expression de gènes élevée a été trouvée au jour 9 (comparé à jour 1) dans les deux régions, suggérant que seulement un jour d'entraînement ne suffit pas pour détecter des modifications transcriptionelles plusieurs heures après la tâche. Ainsi, les données d'expression de gènes corroborent les résultats 2DG indiquant un transfert d'information dans le temps (de jour 1 à jour 9) et dans l'espace (de l'hippocampe au cortex retrosplenial), et ceci à un niveau cellulaire et moléculaire. D'ailleurs, la tâche d'apprentissage semble modifier le couplage métabolique neurone-glie, puisque de nombreux gènes impliqués dans ce couplage sont induits. Ces observations suggèrent un rôle important de la glie dans les mécanismes de plasticité du système nerveux.

Budgeting rockfall and modeling sedimentary delivery in torrent systems

This thesis is a compilation of projects to study sediment processes recharging debris flow channels. These works, conducted during my stay at the University of Lausanne, focus in the geological and morphological implications of torrent catchments to characterize debris supply, a fundamental element to predict debris flows. Other aspects of sediment dynamics are considered, e.g. the coupling headwaters - torrent, as well as the development of a modeling software that simulates sediment transfer in torrent systems. The sediment activity at Manival, an active torrent system of the northern French Alps, was investigated using terrestrial laser scanning and supplemented with geostructural investigations and a survey of sediment transferred in the main torrent. A full year of sediment flux could be observed, which coincided with two debris flows and several bedload transport events. This study revealed that both debris flows generated in the torrent and were preceded in time by recharge of material from the headwaters. Debris production occurred mostly during winter - early spring time and was caused by large slope failures. Sediment transfers were more puzzling, occurring almost exclusively in early spring subordinated to runoffconditions and in autumn during long rainfall. Intense rainstorms in summer did not affect debris storage that seems to rely on the stability of debris deposits. The morpho-geological implication in debris supply was evaluated using DEM and field surveys. A slope angle-based classification of topography could characterize the mode of debris production and transfer. A slope stability analysis derived from the structures in rock mass could assess susceptibility to failure. The modeled rockfall source areas included more than 97% of the recorded events and the sediment budgets appeared to be correlated to the density of potential slope failure. This work showed that the analysis of process-related terrain morphology and of susceptibility to slope failure document the sediment dynamics to quantitatively assess erosion zones leading to debris flow activity. The development of erosional landforms was evaluated by analyzing their geometry with the orientations of potential rock slope failure and with the direction of the maximum joint frequency. Structure in rock mass, but in particular wedge failure and the dominant discontinuities, appear as a first-order control of erosional mechanisms affecting bedrock- dominated catchment. They represent some weaknesses that are exploited primarily by mass wasting processes and erosion, promoting not only the initiation of rock couloirs and gullies, but also their propagation. Incorporating the geological control in geomorphic processes contributes to better understand the landscape evolution of active catchments. A sediment flux algorithm was implemented in a sediment cascade model that discretizes the torrent catchment in channel reaches and individual process-response systems. Each conceptual element includes in simple manner geomorphological and sediment flux information derived from GIS complemented with field mapping. This tool enables to simulate sediment transfers in channels considering evolving debris supply and conveyance, and helps reducing the uncertainty inherent to sediment budget prediction in torrent systems. Cette thèse est un recueil de projets d'études des processus de recharges sédimentaires des chenaux torrentiels. Ces travaux, réalisés lorsque j'étais employé à l'Université de Lausanne, se concentrent sur les implications géologiques et morphologiques des bassins dans l'apport de sédiments, élément fondamental dans la prédiction de laves torrentielles. D'autres aspects de dynamique sédimentaire ont été abordés, p. ex. le couplage torrent - bassin, ainsi qu'un modèle de simulation du transfert sédimentaire en milieu torrentiel. L'activité sédimentaire du Manival, un système torrentiel actif des Alpes françaises, a été étudiée par relevés au laser scanner terrestre et complétée par une étude géostructurale ainsi qu'un suivi du transfert en sédiments du torrent. Une année de flux sédimentaire a pu être observée, coïncidant avec deux laves torrentielles et plusieurs phénomènes de charriages. Cette étude a révélé que les laves s'étaient générées dans le torrent et étaient précédées par une recharge de débris depuis les versants. La production de débris s'est passée principalement en l'hiver - début du printemps, causée par de grandes ruptures de pentes. Le transfert était plus étrange, se produisant presque exclusivement au début du printemps subordonné aux conditions d'écoulement et en automne lors de longues pluies. Les orages d'été n'affectèrent guère les dépôts, qui semblent dépendre de leur stabilité. Les implications morpho-géologiques dans l'apport sédimentaire ont été évaluées à l'aide de MNT et études de terrain. Une classification de la topographie basée sur la pente a permis de charactériser le mode de production et transfert. Une analyse de stabilité de pente à partir des structures de roches a permis d'estimer la susceptibilité à la rupture. Les zones sources modélisées comprennent plus de 97% des chutes de blocs observées et les bilans sédimentaires sont corrélés à la densité de ruptures potentielles. Ce travail d'analyses des morphologies du terrain et de susceptibilité à la rupture documente la dynamique sédimentaire pour l'estimation quantitative des zones érosives induisant l'activité torrentielle. Le développement des formes d'érosion a été évalué par l'analyse de leur géométrie avec celle des ruptures potentielles et avec la direction de la fréquence maximale des joints. Les structures de roches, mais en particulier les dièdres et les discontinuités dominantes, semblent être très influents dans les mécanismes d'érosion affectant les bassins rocheux. Ils représentent des zones de faiblesse exploitées en priorité par les processus de démantèlement et d'érosion, encourageant l'initiation de ravines et couloirs, mais aussi leur propagation. L'incorporation du control géologique dans les processus de surface contribue à une meilleure compréhension de l'évolution topographique de bassins actifs. Un algorithme de flux sédimentaire a été implémenté dans un modèle en cascade, lequel divise le bassin en biefs et en systèmes individuels répondant aux processus. Chaque unité inclut de façon simple les informations géomorpologiques et celles du flux sédimentaire dérivées à partir de SIG et de cartographie de terrain. Cet outil permet la simulation des transferts de masse dans les chenaux, considérants la variabilité de l'apport et son transport, et aide à réduire l'incertitude liée à la prédiction de bilans sédimentaires torrentiels. Ce travail vise très humblement d'éclairer quelques aspects de la dynamique sédimentaire en milieu torrentiel.

The L-Type Ca2+ and KATP channels may contribute to pacing-induced protection against anoxia-reoxygenation in the embryonic heart model

Rapport de synthèse : Implication des canaux Ca2+ de type L et des canaux KATP dans la protection induite par pacing dans un modèle de coeur embryonnaire soumis à l'anoxieréoxygénation. Contexte et but : le canal Ca2+ de type L, les canaux K+ du sarcolemme (sarcKatp) et de la mitochondrie (mitoKatp) interviennent dans le préconditionnement ischémique ou pharmacologique du myocarde. La présente étude cherche à déterminer dans quelle mesure ces canaux peuvent aussi jouer un rôle dans la cardioprotection induite par pacing. Méthodes :des coeurs d'embryons de poulet âgés de 4 jours ont été soumis in ovo à un pacing durant 12 heures, en pratiquant une stimulation électrique ventriculaire asynchrone intermittente à 110% de la fréquence cardiaque intrinsèque. Les coeurs contrôles (sham) et les coeurs stimulés ont ensuite été soumis in vitro à une période d'anoxie de 30 minutes, suivie d'une réoxygénation de 60 minutes. Les coeurs ont été exposés à l'agoniste du canal Ca2+ de type L (Bay-K-8644, BAY-K) ou à son bloqueur (vérapamil, VERAP), à l'antagoniste non sélectif des canaux KATP (glibenclamide, GLIB), ainsi qu'à l'agoniste du canal mitoKATP (diazoxide, DIAZO), ou à son antagoniste (5-hydroxydécanoate, 5-HD). L'électrocardiogramme, le délai électro-mécanique (DEM) reflétant le couplage excitation-contraction, ainsi que la contractilité myocardique ont été systématiquement déterminés pendant l'anoxieréoxygénation. Résultats : en normoxie, la fréquence cardiaque, l'intervalle QT, la conduction atrioventriculaire, le DEM et le raccourcissement ventriculaires étaient identiques dans les coeurs sham et les coeurs stimulés. Par contre, au cours de la réoxygénation post-anoxique, les arythmies cessaient plus précocément et le DEM ventriculaire retrouvait plus rapidement son niveau initial dans les coeurs stimulés, comparés aux sham. Dans les coeurs sham, BAY-K (mais pas le VERAP), DIAZO (mais pas le 5HD) ou GLIB accéléraient la récupération du DEM ventriculaire, reproduisant ainsi la protection induite par le pacing. En revanche, aucun de ces agents n'affectait la récupération des cceurs stimulés. Conclusion : un pacing ventriculaire chronique et intermittent délivré à une fréquence quasi physiologique améliore la tolérance myocardique à une anoxie-réoxygénation ultérieure. L'approche pharmacologique amontré qu'une activation discrète du canal Ca2+ de type L, une inhibition du canal sarcKATP et/ou une ouverture du canal mitoKATP peuvent contribuer à la cardioprotection induite par le pacing.

Des syncinésies aux mécanismes d'inhibition motrice chez l'enfant

Certaines manifestations motrices involontaires représentent une caractéristique développementale ou pathologique connue sous le terme de syncinésie. Cet article traite de la question des syncinésies en trois temps. Une première partie fait un point sur la diversité de leurs manifestations selon les populations et dresse un bilan sur les multiples épreuves psychomotrices qui mesurent leurs intensités et leurs évolutions dans le temps. Une seconde partie s'intéresse à une catégorie de ces syncinésies, les syncinésies d'imitation, et fait la description dedeux modèles d'organisation neuro-motrices qui pourraient expliquer leur survenue. Enfin dans un troisième temps, nous montrons que les déterminants neurobiologiques du couplage neuro-moteur à l'origine des syncinésies d'imitation sont également une source d'intérêt pour les travaux de recherche qui s'intéressent à l'évolution avec l'âge des coordinations bimanuelles et plus particulièrement au développement des mécanismes d'inhibition motrice. Nous faisons l'hypothèse de mécanismes de contrôle en commun (et probablement de nature inhibitrice) qui, d'une part, participent à la diminution des syncinésies d'imitation et d'autre part favorisent la production des performances bimanuelles plus complexes chez l'enfant. Une approche interdisciplinaire intégrant des mesures classiques des manifestations syncinétiques et l'analyse de l'inhibition motrice inter-hémisphérique pourrait, dans une perspective développementale, permettre de mettre en évidence les liens entre ces deux phénomènes fondamentaux de la motricité humaine.

Recognition of major histoincompatibilities after transplantation with marrow from HLA closely matched donors.

BACKGROUND: To determine the extent to which major histoincompatibilities are recognized after bone marrow transplantation, we characterized the specificity of the cytotoxic T lymphocytes isolated during graft-versus-host disease. We studied three patients transplanted with marrow from donors who were histoincompatible for different types of HLA antigens. METHODS: Patient 1 was mismatched for one "ABDR-antigen" (HLA-A2 versus A3). Two patients were mismatched for antigens that would usually not be taken into account by standard selection procedures: patient 2 was mismatched for an "HLA-A subtype" (A*0213 versus A*0201), whereas patient 3 was mismatched for HLA-C (HLA-C*0501 versus HLA-C*0701). All three HLA class I mismatches were detected by a pretransplant cytotoxic precursor test. RESULTS: Analysis of the specificity of the cytotoxic T lymphocyte clones isolated after transplantation showed that the incompatibilities detected by the pretransplant cytotoxic precursor assay were the targets recognized during graft-versus-host disease. CONCLUSIONS: Independent of whether the incompatibility consisted of a "full" mismatch, a "subtype" mismatch, or an HLA-C mismatch, all clones recognized the incompatible HLA molecule. In addition, some of these clones had undergone antigen selection and were clearly of higher specificity than the ones established before transplantation, indicating that they had been participating directly in the antihost immune response.

Roles of astrocytic sodium dynamics in the neurometabolic coupling : a study by cellular imaging

RESUME LARGE PUBLIC Le système nerveux central est principalement composé de deux types de cellules :les neurones et les cellules gliales. Ces dernières, bien que l'emportant en nombre sur les neurones, ont longtemps été considérées comme des cellules sans intérêts par les neuroscientifiques. Hors, les connaissances modernes à leurs sujets indiquent qu'elles participent à la plupart des tâches physiologiques du cerveau. Plus particulièrement, elles prennent part aux processus énergétiques cérébraux. Ceux-ci, en plus d'être vitaux, sont particulièrement intrigants puisque le cerveau représente seulement 2 % de la masse corporelle mais consomme environ 25 % du glucose (substrat énergétique) corporel. Les astrocytes, un type de cellules gliales, jouent un rôle primordial dans cette formidable utilisation de glucose par le cerveau. En effet, l'activité neuronale (transmission de l'influx nerveux) est accompagnée d'une augmentation de la capture de glucose, issu de la circulation sanguine, par les astrocytes. Ce phénomène est appelé le «couplage neurométabolique » entre neurones et astrocytes. L'ion sodium fait partie des mécanismes cellulaires entrant en fonction lors de ces processus. Ainsi, dans le cadre de cette thèse, les aspects dynamiques de la régulation du sodium astrocytaire et leurs implications dans le couplage neurométabolique ont été étudiés par des techniques d'imagerie cellulaires. Ces études ont démontré que les mitochondries, machineries cellulaires convertissant l'énergie contenue dans le glucose, participent à la régulation du sodium astrocytaire. De plus, ce travail de thèse a permis de découvrir que les astrocytes sont capables de se transmettre, sous forme de vagues de sodium se propageant de cellules en cellules, un message donnant l'ordre d'accroître leur consommation d'énergie. Cette voie de signalisation leur permettrait de fournir de l'énergie aux neurones suite à leur activation. RESUME Le glutamate libéré dans la fente synaptique pendant l'activité neuronale, est éliminé par les astrocytes environnants. Le glutamate est co-transporté avec des ions sodiques, induisant une augmentation intracellulaire de sodium (Na+i) dans les astrocytes. Cette élévation de Na+i déclenche une cascade de mécanismes moléculaires qui aboutissent à la production de substrats énergétiques pouvant être utilisés par les neurones. Durant cette thèse, la mesure simultanée du sodium mitochondrial (Na+mit) et cytosolique par des techniques d'imagerie utilisant des sondes fluorescentes spécifiques, a indiqué que les variations de Na+i induites par le transport du glutamate sont transmises aux mitochondries. De plus, les voies d'entrée et de sortie du sodium mitochondrial ont été identifiées. L'échangeur de Na+ et de Ca2+ mitochondrial semble jouer un rôle primordial dans l'influx de Na+mit, alors que l'efflux de Na+mit est pris en charge par l'échangeur de Na+ et de H+ mitochondrial. L'étude du Na+mit a nécessité l'utilisation d'un système de photoactivation. Les sources de lumière ultraviolette (UV) classiques utilisées à cet effet (lasers, lampes à flash) ayant plusieurs désavantages, une alternative efficace et peu coûteuse a été développée. Il s'agit d'un système compact utilisant une diode électroluminescente (LED) à haute puissance et de longueur d'onde de 365nm. En plus de leurs rôles dans le couplage neurométabolique, les astrocytes participent à la signalisation multicellulaire en transmettant des vagues intercellulaires de calcium. Ce travail de thèse démontre également que des vagues intercellulaires de sodium peuvent être évoquées en parallèle à ces vagues calciques. Le glutamate, suite à sa libération par un mécanisme dépendent du calcium, est réabsorbé par les transporteurs au glutamate. Ce mécanisme a pour conséquence la génération de vagues sodiques se propageant de cellules en cellules. De plus, ces vagues sodiques sont corrélées spatialement avec une consommation accrue de glucose par les astrocytes. En conclusion, ce travail de thèse a permis de montrer que le signal sodique astrocytaire, déclenché en réponse au glutamate, se propage à la fois de façon intracellulaire aux mitochondries et de façon intercellulaire. Ces résultats suggèrent que les astrocytes fonctionnent comme un réseau de cellules nécessaire au couplage énergétique concerté entre neurones et astrocytes et que le sodium est un élément clé dans les mécanismes de signalisations cellulaires sous-jacents. SUMMARY Glutamate, released in the synaptic cleft during neuronal activity, is removed by surrounding astrocytes. Glutamate is taken-up with Na+ ions by specific transporters, inducing an intracellular Na+ (Na+i) elevation in astrocytes which triggers a cascade of molecular mechanisms that provides metabolic substrates to neurons. Thus, astrocytic Na+i homeostasis represents a key component of the so-called neurometabolic coupling. In this context, the first part of this thesis work was aimed at investigating whether cytosolic Na+ changes are transmitted to mitochondria, which could therefore influence their function and contribute to the overall intracellular Na+ regulation. Simultaneous monitoring of both mitochondrial Na+ (Na+mit) and cytosolic Na+ changes with fluorescent dyes revealed that glutamate-evoked cytosolic Na+ elevations are indeed transmitted to mitochondria. The mitochondrial Na+/Ca2+ exchangers have a prominent role in the regulation of Na+mit influx pathway, and Na+mit extrusion appears to be mediated by Na+/H+ exchangers. To demonstrate the implication of Na+/Ca2+ exchangers, this study has required the technical development of an UV-flash photolysis system. Because light sources for flash photolysis have to be powerful and in the near UV range, the use of UV lasers or flash lamps is usually required. As an alternative to these UV sources that have several drawbaks, we developped a compact, efficient and lowcost flash photolysis system which employs a high power 365nm light emitting diode. In addition to their role in neurometabolic coupling, astrocytes participate in multicellular signaling by transmitting intercellular Ca2+ waves. The third part of this thesis show that intercellular Na+ waves can be evoked in parallel to Ca2+ waves. Glutamate released by a Ca2+ wave-dependent mechanism is taken up by glutamate transporters, resulting in a regenerative propagation of cytosolic Na+ increases. Na+ waves in turn lead to a spatially correlated increase in glucose uptake. In conclusion, the present thesis demonstrates that glutamate-induced Na+ changes occurring in the cytosol of astrocytes propagate to both the mitochondrial matrix and the astrocytic network. These results furthermore support the view that astrocytic Na+ is a signal coupled to the brain energy metabolism.

Mutations in ALDH1A3 represent a frequent cause of microphthalmia/anophthalmia in consanguineous families.

Anophthalmia or microphthalmia (A/M), characterized by absent or small eye, can be unilateral or bilateral and represent developmental anomalies due to the mutations in several genes. Recently, mutations in aldehyde dehydrogenase family 1, member A3 (ALDH1A3) also known as retinaldehyde dehydrogenase 3, have been reported to cause A/M. Here, we screened a cohort of 75 patients with A/M and showed that mutations in ALDH1A3 occurred in six families. Based on this series, we estimate that mutations in ALDH1A3 represent a major cause of A/M in consanguineous families, and may be responsible for approximately 10% of the cases. Screening of this gene should be performed in a first line of investigation, together with SOX2.