Functional MRI Mapping of the Human Auditory Cortex

Mapping the human auditory cortex with standard functional imaging techniques is difficult because of its small size and angular position along the Sylvian fissure. As a result, the exact number and location of auditory cortex areas in the human remains unknown. In a first experiment, we measured the two largest tonotopic areas of primary auditory cortex (PAC, Al and R) using high-resolution functional MRI at 7 Tesla relative to the underlying anatomy of Heschl's gyrus (HG). The data reveals a clear anatomical- functional relationship that indicates the location of PAC across the range of common morphological variants of HG (single gyri, partial duplication and complete duplication). Human PAC tonotopic areas are oriented along an oblique posterior-to-anterior axis with mirror-symmetric frequency gradients perpendicular to HG, as in the macaque. In a second experiment, we tested whether these primary frequency-tuned units were modulated by selective attention to preferred vs. non-preferred sound frequencies in the dynamic manner needed to account for human listening abilities in noisy environments, such as cocktail parties or busy streets. We used a dual-stream selective attention experiment where subjects attended to one of two competing tonal streams presented simultaneously to different ears. Attention to low-frequency tones (250 Hz) enhanced neural responses within low-frequency-tuned voxels relative to high (4000 Hz), and vice versa when at-tention switched from high to low. Human PAC is able to tune into attended frequency channels and can switch frequencies on demand, like a radio. In a third experiment, we investigated repetition suppression effects to environmental sounds within primary and non-primary early-stage auditory areas, identified with the tonotopic mapping design. Repeated presentations of sounds from the same sources, as compared to different sources, gave repetition suppression effects within posterior and medial non-primary areas of the right hemisphere, reflecting their potential involvement in semantic representations. These three studies were conducted at 7 Tesla with high-resolution imaging. However, 7 Tesla scanners are, for the moment, not yet used for clinical diagnosis and mostly reside in institutions external to hospitals. Thus, hospital-based clinical functional and structural studies are mainly performed using lower field systems (1.5 or 3 Tesla). In a fourth experiment, we acquired tonotopic maps at 3 and 7 Tesla and evaluated the consistency of a tonotopic mapping paradigm between scanners. Mirror-symmetric gradients within PAC were highly similar at 7 and 3 Tesla across renderings at different spatial resolutions. We concluded that the tonotopic mapping paradigm is robust and suitable for definition of primary tonotopic areas, also at 3 Tesla. Finally, in a fifth study, we considered whether focal brain lesions alter tonotopic representations in the intact ipsi- and contralesional primary auditory cortex in three patients with hemispheric or cerebellar lesions, without and with auditory complaints. We found evidence for tonotopic reorganisation at the level of the primary auditory cortex in cases of brain lesions independently of auditory complaints. Overall, these results reflect a certain degree of plasticity within primary auditory cortex in different populations of subjects, assessed at different field strengths. - La cartographie du cortex auditif chez l'humain est difficile à réaliser avec des techniques d'imagerie fonctionnelle standard, étant donné sa petite taille et position angulaire le long de la fissure sylvienne. En conséquence, le nombre et l'emplacement exacts des différentes aires du cortex auditif restent inconnus chez l'homme. Lors d'une première expérience, nous avons mesuré, avec de l'imagerie par résonance magnétique à haute intensité (IRMf à 7 Tesla) chez des sujets humains sains, deux larges aires au sein du cortex auditif primaire (PAC; Al et R) avec une représentation spécifique des fréquences pures préférées - ou tonotopie. Nos résultats ont démontré une relation anatomico- fonctionnelle qui définit clairement la position du PAC à travers toutes les variantes du gyrus d'Heschl's (HG). Les aires tonotopiques du PAC humain sont orientées le long d'un axe postéro-antérieur oblique avec des gradients de fréquences spécifiques perpendiculaires à HG, d'une manière similaire à celles mesurées chez le singe. Dans une deuxième expérience, nous avons testé si ces aires primaires pouvaient être modulées, de façon dynamique, par une attention sélective pour des fréquences préférées par rapport à celles non-préférées. Cette modulation est primordiale lors d'interactions sociales chez l'humain en présence de bruits distracteurs tels que d'autres discussions ou un environnement sonore nuisible (comme par exemple, dans la circulation routière). Dans cette étude, nous avons utilisé une expérience d'attention sélective où le sujet devait être attentif à une des deux voies sonores présentées simultanément à chaque oreille. Lorsque le sujet portait était attentif aux sons de basses fréquences (250 Hz), la réponse neuronale relative à ces fréquences augmentait par rapport à celle des hautes fréquences (4000 Hz), et vice versa lorsque l'attention passait des hautes aux basses fréquences. De ce fait, nous pouvons dire que PAC est capable de focaliser sur la fréquence attendue et de changer de canal selon la demande, comme une radio. Lors d'une troisième expérience, nous avons étudié les effets de suppression due à la répétition de sons environnementaux dans les aires auditives primaires et non-primaires, d'abord identifiées via le protocole de la première étude. La présentation répétée de sons provenant de la même source sonore, par rapport à de sons de différentes sources sonores, a induit un effet de suppression dans les aires postérieures et médiales auditives non-primaires de l'hémisphère droite, reflétant une implication de ces aires dans la représentation de la catégorie sémantique. Ces trois études ont été réalisées avec de l'imagerie à haute résolution à 7 Tesla. Cependant, les scanners 7 Tesla ne sont pour le moment utilisés que pour de la recherche fondamentale, principalement dans des institutions externes, parfois proches du patient mais pas directement à son chevet. L'imagerie fonctionnelle et structurelle clinique se fait actuellement principalement avec des infrastructures cliniques à 1.5 ou 3 Tesla. Dans le cadre dune quatrième expérience, nous avons avons évalués la cohérence du paradigme de cartographie tonotopique à travers différents scanners (3 et 7 Tesla) chez les mêmes sujets. Nos résultats démontrent des gradients de fréquences définissant PAC très similaires à 3 et 7 Tesla. De ce fait, notre paradigme de définition des aires primaires auditives est robuste et applicable cliniquement. Finalement, nous avons évalués l'impact de lésions focales sur les représentations tonotopiques des aires auditives primaires des hémisphères intactes contralésionales et ipsilésionales chez trois patients avec des lésions hémisphériques ou cérébélleuses avec ou sans plaintes auditives. Nous avons trouvé l'évidence d'une certaine réorganisation des représentations topographiques au niveau de PAC dans le cas de lésions cérébrales indépendamment des plaintes auditives. En conclusion, nos résultats démontrent une certaine plasticité du cortex auditif primaire avec différentes populations de sujets et différents champs magnétiques.

On Strong Citizens: A Sociological View on Cognitions and Contentious Participation

The present thesis is about cognitions of left-wing activists and the role they play to better understand contentious participation. It compares activists of three post-industrial social movement organizations in Switzerland, i.e. Solidarity across Borders defending migrant's rights, the Society of Threatened People promoting collective human rights and Greenpeace protecting the environment. It makes use of an innovative mixed methods design combining survey and interview data. The main theoretical contribution is to conceptualize an analytical tool enabling to grasp the cognitive map of these activists by putting forward the concept of strong citizen, summing up their relation to society and politics. The relation to society consists of an extensive relation to others and an interconnected vision of society. Consequently, their primary concerns include the handing of common goods and the equal treatment of individuals with regard to common goods. The relation to politics incorporates a critical and vigilant citizen. They are critical towards political authorities and they appreciate political action by organized groups of the civil society. The thesis states that only by having such worldviews activists are able to construct an injustice, agency and identity frame for the claims of their organizations. Thus, the present work delivers a parsimonious answer to the question of where an injustice, agency and identity frame comes from. It does so by a systematic analysis of four specific arguments. First, it empirically demonstrates that these activists have - at the aggregate level - specific cognitive resources compared to the general population. Second, it describes the content of this specific cognitive outlook by evaluating the appropriateness of the strong citizen concept. Third, it looks at variations between activist's communities and shows that activists of more challenging protest issues are stronger citizens than activists of more mainstream protests. Finally, cognitions are not the only part of the story if one looks at contentious participation. Other factors, i.e. social networks and biographical availability, matter too. Therefore, I test if cognitions are able to contribute in explaining differences between activists' communities if one controls for other factors. In sum, this thesis is thus a first step to demonstrate why one should be concerned about activists' cognitions. - Cette thèse s'intéresse aux cognitions des activistes de gauche et à leur rôle dans le phénomène de la participation contestataire. Des activistes de trois organisations post- industrielles en Suisse sont comparé, à savoir Solidarité sans Frontières qui défend les droits des migrants, la Société des Peuples menacés qui promeut les droits des collectivités minoritaires et Greenpeace qui oeuvre pour la protection de l'environnement. Cette recherche utilise un « mixed methods design » en combinant de manière innovant des données de sondage et d'entretiens. Ma principale contribution théorique réside dans la conceptualisation d'un outil analytique qui permet de saisir la « carte cognitive » des activistes, à travers le concept de « strong citizen » qui se réfère à la relation spécifique qu'entretiennent certains individus avec la société et la politique. Ces individus sont caractérisés par une vision inclusive et interconnectée de la société, ainsi que par une conception politique du citoyen comme critique et vigilant. Mon argument principal est celui selon lequel seuls les individus possédant ce type particulier de cognitions sont capable de construire un cadre d'injustice, d'« agency » et d'identité. Cette thèse apporte donc quelques éléments de réponse à la question de l'origine de ces cadres cognitifs qui sont cruciales pour la participation. Pour ce faire, quatre aspects spécifiques sont analysés de manière systématique. Premièrement, je démontre empiriquement, au niveau agrégé, que ces activistes possèdent effectivement des ressources cognitives spécifiques - en comparaison avec la population générale. Deuxièmement, j'analyse le contenu de ces cognitions, ce qui me permet notamment d'évaluer la pertinence et l'adéquation du concept de « strong citizen ». Troisièmement, en m'intéressant cette fois aux variations entre communautés d'activistes, je démontre que ceux réunis autour d'enjeux protestataires très revendicatifs sont, d'un point de vue cognitif, plus proches de la figure du « strong citizen » que ceux mobilisés sur des enjeux plus consensuels. Finalement, d'autres facteurs, à savoir les réseaux sociaux et la disponibilité biographique, sont intégrés à l'analyse afin de mesurer le réel pouvoir explicatif des cognitions dans l'explication des différences observées entre communautés d'activistes. A travers ces analyses, cette thèse met en avant l'importance du rôle des cognitions dans l'étude de la participation contestataire.

A novel method for automated classification of epileptiform activity in the human electroencephalogram-based on independent component analysis.

Diagnosis of several neurological disorders is based on the detection of typical pathological patterns in the electroencephalogram (EEG). This is a time-consuming task requiring significant training and experience. Automatic detection of these EEG patterns would greatly assist in quantitative analysis and interpretation. We present a method, which allows automatic detection of epileptiform events and discrimination of them from eye blinks, and is based on features derived using a novel application of independent component analysis. The algorithm was trained and cross validated using seven EEGs with epileptiform activity. For epileptiform events with compensation for eyeblinks, the sensitivity was 65 +/- 22% at a specificity of 86 +/- 7% (mean +/- SD). With feature extraction by PCA or classification of raw data, specificity reduced to 76 and 74%, respectively, for the same sensitivity. On exactly the same data, the commercially available software Reveal had a maximum sensitivity of 30% and concurrent specificity of 77%. Our algorithm performed well at detecting epileptiform events in this preliminary test and offers a flexible tool that is intended to be generalized to the simultaneous classification of many waveforms in the EEG.

Novel immunotherapeutic strategies against human papillomavirus type 16 (HPV 16) induced lesions and cervical cancer

RESUME Le cancer du col de l'utérus, deuxième cause de mort par cancer chez la femme, a pu être associé à une infection par plusieurs types de virus du Papillome Humain (HPV), et en particulier HPV 16. Les vaccins prophylactiques sont efficaces à prévenir le cancer du col utérin alors que les lésions de haut grade sont généralement traitées par ablation chirurgicale et par d'éventuels traitements additionnels. Les risques de récurrence liés aux ablations et le taux de mortalité (50%) lié au cancer, démontrent le besoin de développer des stratégies alternatives afin de cibler les lésions précancéreuses. A ce jour, les vaccins thérapeutiques ont démontré peu de résultats cliniques, contrastant avec les régressions de tumeurs ectopiques observées après vaccination dans des modèles murins avec tumeurs associées à HPV. L'induction de réponses immunitaires protectrices dans la muqueuse génitale semble être cruciale pour l'efficacité des vaccins thérapeutiques HPV et évaluer leur efficacité dans un modèle murin avec tumeurs-HPV génitales représente un pré-requis important avant de procéder à des études cliniques. Par conséquent, nous avons établi un modèle murin orthotopique où des tumeurs se développent dans (a muqueuse génitale après une instillation intra-vaginale (i.vag) de cellules tumorales exprimant les oncogènes E6/E7 d'HPV 16 et transduites par un vecteur lentiviral codant la luciferase afin de suivre le développement de ces tumeurs in vivo par imagerie. La caractérisation histologique a démontré que les tumeurs grandissaient dans l'épithélium vaginal et en accord avec leur localisation, des cellules Τ CD8 spécifiques à E7 induites par la tumeur n'étaient détectées que dans la muqueuse génitale et les ganglions drainants. Une infiltration de cellules Τ régulatrices a aussi été mise en évidence, empêchant la régression spontanée de ces tumeurs. Par conséquent, ce modèle devrait être plus adéquat pour tester des stratégies thérapeutiques, étant donné qu'il partage certaines similarités immunologiques avec les lésions génitales naturelles causées par HPV. Etant donné que les oncogènes E6 et E7 d'HPV sont nécessaires à la maintenance du phénotype cancéreux des cellules cervicales, elles représentent des antigènes cibles pour la vaccination thérapeutique. Nous avons démontré que des souris immunisées par voie sous-cutanée (s.c.) avec une dose d'un vaccin à base de polypeptide E7 d'HPV 16 et d'adjuvants, présentaient de nombreuses cellules Τ CD8 sécrétant de l'IFN-γ spécifiquement à E7 dans leurs organes lymphatiques mais également dans la muqueuse génitale. De plus, le manque de corrélation entre les réponses spécifiques mesurées dans la périphérie et dans la muqueuse génitale souligne la nécessité et l'importance de déterminer les réponses immunitaires localement là où les lésions dues à HPV se développent. Si une vaccination par voie muqueuse est plus propice à traiter/régresser des infections génitales/tumeurs que le voie parentérale est un sujet débattu. Nos données montrent que seule la voie s.c. était capable de régresser la quasi totalité des tumeurs génitales chez la souris bien que des réponses CD8 spécifiques à E7 similaires étaient mesurées dans la muqueuse génitale après des vaccinations intra-nasale et i.vag. Afin d'augmenter la réponse spécifique au vaccin dans la muqueuse génitale, des immunostimulants ont été administrés par voie i.vag après vaccination. Nous avons démontré qu'une application i.vag d'agonistes des Toll like receptors après une vaccination s.c. induisait de manière significative une augmentation des cellules Τ CD8 sécrétant de l'IFN-γ spécifiquement à E7 dans la muqueuse génitale. Plus précisément et concernant les CpG et Poly l:C, l'effet était probablement associé à une attraction locale des cellules Τ CD8 et deuxièmement dépendait respectivement des voies de signalisation TLR9 et TLR3/Mda5. Finalement, cette stratégie combinatoire a permis de régresser des grosses tumeurs génitales chez la souris, suggérant qu'une telle immunothérapie pourrait adéquatement traiter des lésions dues à HPV chez les femmes. SUMMARY Cervical cancer is the second leading cause of cancer mortality in women worldwide and results from an infection with a subset of Human Papillomavirus (HPV), HPV 16 representing the most prevalent type. The available prophylactic vaccines are an effective strategy to prevent cervical cancer while already established high grade lesions usually require surgical ablation of lesion with possible additional treatments. Recurrence risks linked to conventional ablations and the high mortality (50%) related to cervical cancer demonstrate the need for alternative strategies like immunotherapies to target pre¬cancerous lesions. Until now, therapeutic vaccines only showed limited clinical results, which strongly contrast with the regression of ectopic tumors observed in the available murine HPV tumor models after vaccination. Induction of protective immune responses in the genital mucosa (GM) may be crucial for efficacy of HPV therapeutic vaccines and evaluating their efficacy in a murine model with genital HPV- tumors represents an important prerequisite for clinical trials. Thus, we have here established an orthotopic mouse model where tumors in the GM develop after an intravaginal (i.vag) instillation of HPV 16 E6/E7 oncogenes-expressing tumor cells transduced with a luciferase encoding lentivirus vector for in vivo imaging of tumor growth. Histological characterization showed that tumor grew within the vaginal epithelium and according to their mucosal location tumor- induced E7-specific CD8 Τ cells were restricted to the GM and genital draining lymph nodes together with high Τ regulatory cells infiltrates preventing spontaneous regression. Consequently, sharing several immunological similarities with natural genital HPV lesions, this novel genital tumor model may be more adequate to test therapeutic strategies. As E6 and/or E7 HPV oncogenes expression is required for the maintenance of the cancerous phenotype of cervical cells, they represent target antigens for therapeutic vaccination. We reported that mice subcutaneously (s.c.) immunized once with an adjuvanted HPV 16 E7 polypeptide vaccine harbored high E7-specific IFN-γ secreting CD8 Τ cells in their lymphoid organs and more importantly in the GM. In addition, the lack of correlation between specific responses measured in the periphery with those measured in the GM highlighted the necessity and relevance to determine the immune responses locally where HPV 16-induced lesions develop. Whether a mucosal route of immunization is better to treat/regress genital infections/tumors than parenteral immunization is still debated. Our data shows that although similar E7-specific IFN-γ secreting CD8 Τ cells responses were measured in the GM upon mucosal routes of E7 vaccine delivery (nasal and vaginal immunizations), only the s.c immunization was able to regress at least all genital tumors in mice. To further increase the vaccine-specific responses in the GM, immunostimulatory agents were i.vag administrated after vaccination. We demonstrated that a single i.vag application of toll like receptor (TLR) agonists after a s.c. E7 vaccination induced a significant increase of E7-specific IFN-γ secreting CD8 Τ cells in the GM. More precisely, regarding CpG and Poly l:C, the effect is most probably associated with a local attraction of total CD8 Τ cells and secondly depends on TLR9 and TLR3/Mda5 signaling pathways, respectively. Finally, this combinatorial strategy induced tumor regression in mice harboring large genital tumors, suggesting that such an immunotherapy could be adequate to treat HPV-induced lesions in women.

Evidence for polygenic adaptation to pathogens in the human genome.

Most approaches aiming at finding genes involved in adaptive events have focused on the detection of outlier loci, which resulted in the discovery of individually "significant" genes with strong effects. However, a collection of small effect mutations could have a large effect on a given biological pathway that includes many genes, and such a polygenic mode of adaptation has not been systematically investigated in humans. We propose here to evidence polygenic selection by detecting signals of adaptation at the pathway or gene set level instead of analyzing single independent genes. Using a gene-set enrichment test to identify genome-wide signals of adaptation among human populations, we find that most pathways globally enriched for signals of positive selection are either directly or indirectly involved in immune response. We also find evidence for long-distance genotypic linkage disequilibrium, suggesting functional epistatic interactions between members of the same pathway. Our results show that past interactions with pathogens have elicited widespread and coordinated genomic responses, and suggest that adaptation to pathogens can be considered as a primary example of polygenic selection.

Long-term ex vivo expansion of human fetal liver primitive haematopoietic progenitor cells in stroma-free cultures

Successful expansion of haematopoietic cells in ex vivo cultures will have important applications in transplantation, gene therapy, immunotherapy and potentially also in the production of non-haematopoietic cell types. Haematopoietic stem cells (HSC), with their capacity to both self-renew and differentiate into all blood lineages, represent the ideal target for expansion protocols. However, human HSC are rare, poorly characterized phenotypically and genotypically, and difficult to test functionally. Defining optimal culture parameters for ex vivo expansion has been a major challenge. We devised a simple and reproducible stroma-free liquid culture system enabling long-term expansion of putative haematopoietic progenitors contained within frozen human fetal liver (FL) crude cell suspensions. Starting from a small number of total nucleated cells, a massive haematopoietic cell expansion, reaching > 1013-fold the input cell number after approximately 300 d of culture, was consistently achieved. Cells with a primitive phenotype were present throughout the culture and also underwent a continuous expansion. Moreover, the capacity for multilineage lymphomyeloid differentiation, as well as the recloning capacity of primitive myeloid progenitors, was maintained in culture. With its better proliferative potential as compared with adult sources, FL represents a promising alternative source of HSC and the culture system described here should be useful for clinical applications.

Effect of age on toxicokinetics among human volunteers exposed to propylene glycol methyl ether (PGME)

Aging adults represent the fastest growing population segment in many countries. Physiological and metabolic changes in the aging process may alter how aging adults biologically respond to pollutants. In a controlled human toxicokinetic study (exposure chamber; 12 m³), aging volunteers (n=10; >58 years) were exposed to propylene glycol monomethyl ether (PGME, CAS no. 107-98-2) at 50 ppm for 6 h. The dose-dependent renal excretion of oxidative metabolites, conjugated and free PGME could potentially be altered by age. AIMS: (1) Compare PGME toxicokinetic profiles between aging and young volunteers (20-25 years) and gender; (2) test the predictive power of a compartmental toxicokinetic (TK) model developed for aging persons against urinary PGME concentrations found in this study. METHODS: Urine samples were collected before, during, and after the exposure. Urinary PGME was quantified by capillary GC/FID. RESULTS: Differences in urinary PGME profiles were not noted between genders but between age groups. Metabolic parameters had to be changed to fit the age adjusted TK model to the experimental results, implying a slower enzymatic pathway in the aging volunteers. For an appropriate exposure assessment, urinary total PGME should be quantified. CONCLUSION: Age is a factor that should be considered when biological limit values are developed.

Is human lactation a particularly efficient process?

The recommended dietary allowances of many expert committees (UK DHSS 1979, FAO/WHO/UNU 1985, USA NRC 1989) have set out the extra energy requirements necessary to support lactation on the basis of an efficiency of 80 per cent for human milk production. The metabolic efficiency of milk synthesis can be derived from the measurements of resting energy expenditure in lactating women and in a matched control group of non-pregnant non-lactating women. The results of the present study in Gambian women, as well as a review of human studies on energy expenditure during lactation performed in different countries, suggest an efficiency of human milk synthesis greater than the value currently used by expert committees. We propose that an average figure of 95 per cent would be more appropriate to calculate the energy cost of human lactation.

Comparison of Seegene Anyplex II HPV28 with the PGMY-CHUV Assay for Human Papillomavirus Genotyping.

The Anyplex II HPV28 (H28; Seegene) is a new semiquantitative real-time multiplex PCR assay for screening and genotyping 28 human papillomaviruses (HPV) in only 2 reaction wells. H28 was compared to the PGMY-CHUV assay (PG) with 309 archival DNA samples from cervical smears collected over 8 years in our laboratory. H28 and PG were fully concordant at the genotypic level on 228 (73.8%) out of 309 samples: 27 HPV negative and 201 HPV positive. The 201 fully concordant positive samples corresponded to single infections (n = 145) and to multiple infections (2 genotypes, n = 38; 3 to 5 genotypes, n = 18). The remaining 81 samples (26.2%) were either partially concordant (n = 64, 20.7%) or fully discordant (n = 17, 5.5%). While genotype-specific agreement was nearly perfect (κ = 0.877), HPV51 was significantly less well detected by H28 and the converse was observed for HPV40, -42, -54, and -68. Sequencing of PG amplicons confirmed HPV51 discordants and suggested the involvement of a possibly local HPV51 subtype. Mismatches in the PGMY09 primers to HPV68a explained most of the HPV68 discordants, confirming the specificity of H28 toward HPV68. With PG as a reference, the sensitivity and specificity of H28 were 93.4% and 99.0%, respectively. Considering H28 as a reference, the sensitivity and specificity of PG were 83.8% and 99.6%, respectively. H28 is a very sensitive and specific HPV genotyping assay suitable for research and clinical use as an adjunct to a clinically validated test. H28 semiquantitative readout ought to be evaluated for primary cervical cancer screening.

Allostatic working memory processing in schizophrenia: Human and animal model coherence

The most evident symptoms of schizophrenia are severe impairment of cognitive functions like attention, abstract reasoning and working memory. The latter has been defined as the ability to maintain and manipulate on-line a limited amount of information. Whereas several studies show that working memory processes are impaired in schizophrenia, the specificity of this deficit is still unclear. Results obtained with a new paradigm, involving visuospatial, dynamic and static working memory processing, suggest that schizophrenic patients rely on a specific compensatory strategy. An animal model of schizophrenia with a transient deficit in glutathione during the development reveals similar substitutive processing, masking the impairment in working memory functions in specific test conditions only. Taken together, these results show coherence between working memory deficits in schizophrenic patients and in animal models. More generally, it is possible to consider that the pathological state may be interpreted as a reduced homeostatic reserve. However, this may be balanced in specific situations by efficient allostatic strategies. Thus, the pathological condition would remain latent in several situations, due to such allostatic regulations. However, to maintain a performance based on highly specific strategies requires in turn specific conditions, limitating adaptative resources in humans and in animals. In summary, we suggest that the psychological and physical load to maintain this rigid allostatic state is very high in patients and animal subjects.

Arginase as a marker of disease severity in human leishmaniasis

The leishmaniases are a group of diseases transmitted by the bite of Leishmania infected female phlebotomine sand flies. The diseases occur in different forms: localized, diffuse and muco-cutaneous leishmaniasis, and visceral leishmaniasis (VL). Inside macrophages, the main host cells of the obligate intracellular Leishmania parasites, nitric oxide synthase and arginase can regulate parasite killing or growth. In experimental leishmaniasis, we previously reported that non-healing disease is associated with higher arginase activity at site of pathology, correlating with local suppression of T cell function. To test whether these data translate to human leishmaniasis, the following study was initiated: I first tested the hypothesis that local suppression of T cell responses observed in persistent CL is associated with arginase induced L-arginine depletion. The results showed that arginase activity is increased at site of pathology compared to peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of LCL patients and intact skin of healthy controls. The phenotype of arginase expressing cells was identified in both compartments as CD15+ CD14|0W low-density granulocytes (LDGs). Finally, high arginase activity at site of pathology observed in cutaneous lesions of patients coincides with downregulation of CD3Ç, CD4 and CD8 molecules in CD4+ and CD8+ T cells at site of pathology. We concluded that increased arginase levels in lesions of LCL patients might contribute to CL pathogenesis by impairing T cell effector function at site of pathology. Next, it was tested whether arginase, an enzyme associated with immunosuppression, is higher in patients with VL and contributes to impaired T cell function through depletion of L- arginine. The results showed that higher level of arginase activity in the PBMC coincides with active phase of VL. Cells expressing arginase in PBMCs were also found to be LDGs. Importantly, increased arginase activity and frequency of degranulated neutrophils coincided with lower plasma L-arginine levels. Furthermore, downregulation of CD3Ç, in T cells correlated with low plasma arginine levels. VL/HIV co-infection is a frequently reported leishmaniasis complication in Ethiopia associated with poor prognosis, with up to 40% mortality rate and high relapse rate. Arginase activity was significantly increased in PBMCs and plasma of VL patients co-infected with HIV than in those having VL alone. Similarly, cells expressing arginase in PBMCs were found to be LDGs. In summary, the results presented here show that increased arginase activity is a marker of disease severity in human leishmaniasis with and without HIV; further, these results suggest that arginase mediated L-arginine depletion may inhibit T cell function and contribute to impaired control of infection. - Les leishmanioses sont un groupe de maladies transmises par la piqûre de mouches des sables femelles, appelées phlébotomes, ayant été infectées par Leishmania. Les maladies se manifestent sous différentes formes: la leishmaniose cutanée localisée, la leishmaniose diffuse et mucocutanée et la leishmaniose viscérale (LV). A l'intérieur des macrophages, les principales cellules hôtes des parasites, l'oxyde nitrique synthase et l'arginase, peuvent contrôler, soit la mort du parasite, soit sa croissance. Pour la leishmaniose expérimentale, nous avons déjà rapporté que le développement de lesions qui ne guérissent pas est associé à une activité plus grande d'arginase au site d'infection, en corrélation avec la suppression locale de la fonction des cellules T. Pour vérifier si ces données pouvaient s'appliquer à la leishmaniose humaine, j'ai d'abord vérifié l'hypothèse selon laquelle la suppression locale des réponses des cellules T observée dans la CL persistante, est associée à la la diminution de L- arginine induite par l'arginase. Les résultats ont montré que l'activité arginase est augmentée au site d'infection, par rapport aux cellules mononucléées du sang périphérique (CMSP) de patients LCL et à la peau intacte des contrôles sains. Le phénotype de cellules exprimant l'arginase a été identifié dans les deux compartiments comme des granulocytes CD15+ et CD 14" de basse densité (LDG). Enfin, l'activité arginase élevée au site de la pathologie, observée dans les lésions cutanées de patients, coïncide avec la reduction dde l'expression des molécules CD3Ç, CD4 et CD8 dans les cellules T CD4+ et CD8+ au site de pathologie . Nous avons conclu que l'augmentation des niveaux d'arginase dans les lésions de patients LCL pourrait contribuer à la pathogenèse de la CL, en altérant la fonction effectrice des celllules T au site de la pathologie. Ensuite, nous avons vérifié si l'arginase, une enzyme associée à l'immunosuppression, était plus élevée chez les patients atteints de VL et si elle contribuait à la mauvaise fonction des cellules T par la depletion en L-arginine. Les résultats ont montré qu'un niveau plus élevé de l'activité arginase dans les PBMC correspond à la phase active de la VL. Les cellules exprimant l'arginase dans les CMSP se sont révélées à être de type LDG . Il est important de souligner que l'augmentation de l'activité arginase et la fréquence des neutrophiles dégranulés a coïncidé avec des niveaux inférieurs de L-arginine plasmatique. En outre, la suppression de CD3Ç dans les cellules T correlle avec de faibles niveaux d'arginine plasmatique . Il a été fréquement rapporté que la co-infection VL/VIH est une complication de la leishmaniose en Ethiopie, associée à un mauvais prognostic, un taux de mortalité pouvant atteindre 40% et un pourcentage élevé de rechutes. L'activité de l'arginase a beaucoup plus augmentée dans les CMSP et le plasma de patients atteints de VL et co-infectés par le VIH, que chez ceux seulement attaints de VL. De même, les cellules exprimant l'arginase dans les CMSP sont aussi des LDG. En résumé, les résultats présentés ici montrent que l'augmentation de l'activité de l'arginase est un marqueur de gravité de la la leishmaniose humaine, avec ou sans VIH ; en outre, ces résultats suggèrent que la déplétion de L-arginine par l'arginase pourrait inhiber la fonction des cellules T et contribuer à un contrôle réduit de l'infection. - Les Leishmanioses sont des maladies parasitaires transmises par la piqûre d'une mouche des sables femelle (phlébotome) infectée par Leishmania. La maladie se manifeste sous différentes formes cliniques : la leishmaniose viscérale, une maladie progressive mortelle en l'absence de traitement, la leishmaniose muco-cutanée (MCL), la leishmaniose cutanée diffuse (LCD ) maladie mutilante, qui peut être de longue durée et la leishmaniose cutanée localisée maladie dont on guérit mais laissant une cicatrice inesthétique à vie. La maladie est largement répandue, elle affecte les populations les plus pauvres dans 98 pays et 350 millions de personnes à risque. Globalement on estime à 500.000 les nouveaux cas de la forme viscérale et 1-1.5 million ceux de la leishmaniose cutanée. La leishmaniose est fortement endémique en Ethiopie et se manifeste dans les formes viscérale et cutanée. Le parasite Leishmania infecte et se multiplie dans les cellules du système immunitaire, principalement les macrophages. Les macrophages sont capables de tuer le parasite Leishmania s'ils reçoivent des instructions correctes de la part d'autres cellules du système immunitaire, les lymphocytes. Les macrophages expriment deux enzymes importants, appelés oxide nitrique synthase inductible (iNOS ) et l'arginase, qui sont respectivement associés à la promotion de la mort du parasite et la multiplication. L'enzyme iNOS présent dans les macrophages métabolise l'arginine afin de générer de l'oxyde d'azote (NO) , une molécule effectrice nécessaire pour tuer le parasite . Au contraire, lorsque les macrophages sont activés d'une certaine manière conduisant à l'augmention de la régulation de l'arginase, ils métabolisent l'arginine en polyamines qui favorisent la croissance du parasite. Au cours du développement de la leishmaniose, les lymphocytes ne parviennent pas à transmettre aux macrophages les signaux nécessaires pour tuer le parasite. Les mécanismes cellulaires qui sont la cause de ce défaut, ne sont pas bien compris. En utilisant des modèles animaux, nous avons montré la régulation à la hausse de l'arginase au site de la pathologie, qui s'est traduit par l'altération de la fonction effectrice des lymphoctes. Nous avons initié des études de leishmaniose humaine en Ethiopie afin d'identifier le rôle de l'arginase dans la sévérité de la maladie. Nos résultats montrent, que l'arginase est fortement augmentée dans la lésion des patients CL, et dans le sang des patients VL et ceux co-infectés par VL / VIH. Le niveau d' arginase régulée à la hausse coincide avec l'expression inférieure d'une molécule de signalisation dans les lymphocytes, qui est essentielle à leur bon fonctionnement. En VL actif, l'augmentation d'arginase se traduit par la diminution de l'arginine qui est indispensable à la synthèse de NO et au bon fonctionnement des lymphocytes. Ainsi, l'incapacité des lymphocytes à envoyer des signaux adéquats aux macrophages pourrait être due à la suppression de l'arginine.

Use of a combined ex vivo/in vivo population approach for screening of human genes involved in the human immunodeficiency virus type 1 life cycle for variants influencing disease progression.

Humans differ substantially with respect to susceptibility to human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1). We evaluated variants of nine host genes participating in the viral life cycle for their role in modulating HIV-1 infection. Alleles were assessed ex vivo for their impact on viral replication in purified CD4 T cells from healthy blood donors (n = 128). Thereafter, candidate alleles were assessed in vivo in a cohort of HIV-1-infected individuals (n = 851) not receiving potent antiretroviral therapy. As a benchmark test, we tested 12 previously reported host genetic variants influencing HIV-1 infection as well as single nucleotide polymorphisms in the nine candidate genes. This led to the proposition of three alleles of PML, TSG101, and PPIA as potentially associated with differences in progression of HIV-1 disease. In a model considering the combined effects of new and previously reported gene variants, we estimated that their effect might be responsible for lengthening or shortening by up to 2.8 years the period from 500 CD4 T cells/mul to <200 CD4 T cells/mul.

On landslide risk, resilience and vulnerability of mountain communities in Central-Eastern Nepal

Executive SummaryIn Nepal, landslides are one of the major natural hazards after epidemics, killing over 100 persons per year. However, this figure is an underreported reflection of the actual impact that landslides have on livelihoods and food security in rural Nepal. With predictions of more intense rainfall patterns, landslide occurrence in the Himalayas is likely to increase and continue to be one of the major impediments to development. Due to the remoteness of many localities and lack of resources, responsibilities for disaster preparedness and response in mountain areas usually lie with the communities themselves. Everyday life is full of risk in mountains of Nepal. This is why mountain populations, as well as other populations living in harsh conditions have developed a number of coping strategies for dealing with adverse situations. Perhaps due to the dispersed and remote nature of landslides in Nepal, there have been few studies on vulnerability, coping- and mitigation strategies of landslide affected populations. There are also few recommendations available to guide authorities and populations how to reduce losses due to landslides in Nepal, and even less so, how to operationalize resilience and vulnerability.Many policy makers, international donors, NGOs and national authorities are currently asking what investments are needed to increase the so-called 'resilience' of mountain populations to deal with climate risks. However, mountain populations are already quite resilient to seasonal fluctuations, temperature variations, rainfall patterns and market prices. In spite of their resilience, they continue to live in places at risk due to high vulnerability caused by structural inequalities: access to land, resources, markets, education. This interdisciplinary thesis examines the concept of resilience by questioning its usefulness and validity as the current goal of international development and disaster risk reduction policies, its conceptual limitations and its possible scope of action. The goal of this study is two-fold: to better define and distinguish factors and relationships between resilience, vulnerability, capacities and risk; and to test and improve a participatory methodology for evaluating landslide risk that can serve as a guidance tool for improving community-based disaster risk reduction. The objective is to develop a simple methodology that can be used by NGOs, local authorities and communities to reduce losses from landslides.Through its six case studies in Central-Eastern Nepal, this study explores the relation between resilience, vulnerability and landslide risk based on interdisciplinary methods, including geological assessments of landslides, semi-structured interviews, focus groups and participatory risk mapping. For comparison, the study sites were chosen in Tehrathum, Sunsari and Dolakha Districts of Central/Eastern Nepal, to reflect a variety of landslide types, from chronic to acute, and a variety of communities, from very marginalized to very high status. The study uses the Sustainable Livelihoods Approach as its conceptual basis, which is based on the notion that access and rights to resources (natural, human/institutional, economic, environmental, physical) are the basis for coping with adversity, such as landslides. The study is also intended as a contribution to the growing literature and practices on Community Based Disaster Risk Reduction specifically adapted to landslide- prone areas.In addition to the six case studies, results include an indicator based methodology for assessing and measuring vulnerability and resilience, a composite risk assessment methodology, a typology of coping strategies and risk perceptions and a thorough analysis of the relation between risk, vulnerability and resilience. The methodology forassessing vulnerability, resilience and risk is relatively cost-effective and replicable in a low-data environment. Perhaps the major finding is that resilience is a process that defines a community's (or system's) capacity to rebound following adversity but it does not necessarily reduce vulnerability or risk, which requires addressing more structural issues related to poverty. Therefore, conclusions include a critical view of resilience as a main goal of international development and disaster risk reduction policies. It is a useful concept in the context of recovery after a disaster but it needs to be addressed in parallel with vulnerability and risk.This research was funded by an interdisciplinary grant (#26083591) from the Swiss National Science Foundation for the period 2009-2011 and a seed grant from the Faculty of Geosciences and Environment at the University of Lausanne in 2008.Résumé en françaisAu Népal, les glissements de terrain sont un des aléas les plus dévastateurs après les épidémies, causant 100 morts par an. Pourtant, ce chiffre est une sous-estimation de l'impact réel de l'effet des glissements sur les moyens de subsistance et la sécurité alimentaire au Népal. Avec des prévisions de pluies plus intenses, l'occurrence des glissements dans les Himalayas augmente et présente un obstacle au développement. Du fait de l'éloignement et du manque de ressources dans les montagnes au Népal, la responsabilité de la préparation et la réponse aux catastrophes se trouve chez les communautés elles-mêmes. Le risque fait partie de la vie quotidienne dans les montagnes du Népal. C'est pourquoi les populations montagnardes, comme d'autres populations vivant dans des milieux contraignants, ont développé des stratégies pour faire face aux situations défavorables. Peu d'études existent sur la vulnérabilité, ceci étant probablement dû à l'éloignement et pourtant, les stratégies d'adaptation et de mitigation des populations touchées par des glissements au Népal existent.Beaucoup de décideurs politiques, bailleurs de fonds, ONG et autorités nationales se demandent quels investissements sont nécessaires afin d'augmenter la 'resilience' des populations de montagne pour faire face aux changements climatiques. Pourtant, ces populations sont déjà résilientes aux fluctuations des saisons, des variations de température, des pluies et des prix des marchés. En dépit de leur résilience, ils continuent de vivre dans des endroits à fort risque à cause des vulnérabilités créées par les inégalités structurelles : l'accès à la terre, aux ressources, aux marchés et à l'éducation. Cette thèse interdisciplinaire examine le concept de la résilience en mettant en cause son utilité et sa validité en tant que but actuel des politiques internationales de développement et de réduction des risques, ainsi que ses limitations conceptuelles et ses possibles champs d'action. Le but de cette étude est double : mieux définir et distinguer les facteurs et relations entre la résilience, la vulnérabilité, les capacités et le risque ; Et tester et améliorer une méthode participative pour évaluer le risque des glissements qui peut servir en tant qu'outil indicatif pour améliorer la réduction des risques des communautés. Le but est de développer une méthodologie simple qui peut être utilisée par des ONG, autorités locales et communautés pour réduire les pertes dues aux glissements.A travers les études de cas au centre-est du Népal, cette étude explore le rapport entre la résilience, la vulnérabilité et les glissements basée sur des méthodes interdisciplinaires ; Y sont inclus des évaluations géologiques des glissements, des entretiens semi-dirigés, des discussions de groupes et des cartes de risques participatives. Pour la comparaison, les zones d'études ont été sélectionnées dans les districts de Tehrathum, Sunsari et Dolakha dans le centre-est du Népal, afin de refléter différents types de glissements, de chroniques à urgents, ainsi que différentes communautés, variant de très marginalisées à très haut statut. Pour son cadre conceptuel, cette étude s'appuie sur l'approche de moyens de subsistance durable, qui est basée sur les notions d'accès et de droit aux ressources (naturelles, humaines/institutionnelles, économiques, environnementales, physiques) et qui sont le minimum pour faire face à des situations difficiles, comme des glissements. Cette étude se veut aussi une contribution à la littérature et aux pratiques en croissantes sur la réduction des risques communautaires, spécifiquement adaptées aux zones affectées par des glissements.En plus des six études de cas, les résultats incluent une méthodologie basée sur des indicateurs pour évaluer et mesurer la vulnérabilité et la résilience, une méthodologie sur le risque composé, une typologie de stratégies d'adaptation et perceptions des risques ainsi qu'une analyse fondamentale de la relation entre risque, vulnérabilité et résilience. Les méthodologies pour l'évaluation de la vulnérabilité, de la résilience et du risque sont relativement peu coûteuses et reproductibles dans des endroits avec peu de données disponibles. Le résultat probablement le plus pertinent est que la résilience est un processus qui définit la capacité d'une communauté (ou d'un système) à rebondir suite à une situation défavorable, mais qui ne réduit pas forcement la vulnérabilité ou le risque, et qui requiert une approche plus fondamentale s'adressant aux questions de pauvreté. Les conclusions incluent une vue critique de la résilience comme but principal des politiques internationales de développement et de réduction des risques. C'est un concept utile dans le contexte de la récupération après une catastrophe mais il doit être pris en compte au même titre que la vulnérabilité et le risque.Cette recherche a été financée par un fonds interdisciplinaire (#26083591) du Fonds National Suisse pour la période 2009-2011 et un fonds de préparation de recherches par la Faculté des Géosciences et Environnement à l'Université de Lausanne en 2008.

Effect of age toxicokinetics among human volunteers exposed to propylene glycol monomethyl ether (PGME)

Rationale: Aging adults represent the fastest growing population segment in many countries. Physiological and metabolic changes in the aging process may alter how aging adults respond to exposures compared to younger workers. Current preventive workplace exposure measures may therefore not be sufficiently protective for the aging workforce. In a controlled human toxicokinetic study (exposure chamber; 12m3), the volunteers (n=11) were men and women over the age of 58 years and exposed to a commonly used, low neurotoxic glycol ether; PGME (CAS no. 107-98- 2) (50 ppm, 6 hours). Oxidative metabolism (Michaelis-Menten) is the major pathway and conjugation the minor in humans. Metabolites, conjugated and free PGME are eliminated through the kidneys, and the elimination kinetics is dose-dependent (0 order). Scope: (1) compare the toxicokinetic profile of PGME obtained in the aging volunteers (58- 62 years) to young volunteers (20-25 years) from a previous study; (2) Test the predictive power of an existing PGME toxicokinetic compartment model for aging persons against urinary PGME concentrations found in volunteers from our experimental study. Experimental procedure: Urine samples were collected before, every 2-hour during exposures for six hours, and ad-lib for additional 20 hours. Urinary analysis of free and total PGME was performed using capillary GC/FID. The toxicokinetic model (Berkley Madonna software) was ageadjusted. Results. Urinary free and total PGME concentration rose rapidly, and did not reach an apparent plateau level during exposure. Less conjugation was observed in the older group. The predictive model developed for the young group predicted well total PGME in the aging group but not free PGME. The age adjusted toxicokinetic model's Vmax1 had to be changed for the aging group, implying slower enzymatic pathway. Conclusion: The toxicokinetic model did not predict well if only the physiological parameters were adjusted for aging adults (existing model); a substance specific metabolic rate parameter was also needed.

Mutant huntingtin's effects on striatal gene expression in mice recapitulate changes observed in human Huntington's disease brain and do not differ with mutant huntingtin length or wild-type huntingtin dosage.

To test the hypotheses that mutant huntingtin protein length and wild-type huntingtin dosage have important effects on disease-related transcriptional dysfunction, we compared the changes in mRNA in seven genetic mouse models of Huntington's disease (HD) and postmortem human HD caudate. Transgenic models expressing short N-terminal fragments of mutant huntingtin (R6/1 and R6/2 mice) exhibited the most rapid effects on gene expression, consistent with previous studies. Although changes in the brains of knock-in and full-length transgenic models of HD took longer to appear, 15- and 22-month CHL2(Q150/Q150), 18-month Hdh(Q92/Q92) and 2-year-old YAC128 animals also exhibited significant HD-like mRNA signatures. Whereas it was expected that the expression of full-length huntingtin transprotein might result in unique gene expression changes compared with those caused by the expression of an N-terminal huntingtin fragment, no discernable differences between full-length and fragment models were detected. In addition, very high correlations between the signatures of mice expressing normal levels of wild-type huntingtin and mice in which the wild-type protein is absent suggest a limited effect of the wild-type protein to change basal gene expression or to influence the qualitative disease-related effect of mutant huntingtin. The combined analysis of mouse and human HD transcriptomes provides important temporal and mechanistic insights into the process by which mutant huntingtin kills striatal neurons. In addition, the discovery that several available lines of HD mice faithfully recapitulate the gene expression signature of the human disorder provides a novel aspect of validation with respect to their use in preclinical therapeutic trials.