Division de l'attention lors d'interventions d'urgence préhospitalière : quelques apports de l'analyse d'activité en situation réelle de travail

Problème : Les ambulanciers effectuent souvent des tâches en contexte de division de l'attention. Cette caractéristique du travail peut contribuer à augmenter les risques d'erreurs ou ralentir le déroulement des interventions. Dans les situations d'urgences préhospitalières, cela peut avoir des conséquences dramatiques pour le patient et pour les intervenants. Méthode : Nous avons analysé l'activité réelle de travail d'ambulanciers en contexte d'intervention d'urgences. Notre démarche a impliqué l'accompagnement d'ambulanciers lors d'interventions réelles qu'il nous a été possible de filmer. Les analyses effectuées par une équipe multidisciplinaire ont de plus été complétées et validées par des séances en auto-confrontation. Résultats : Nos analyses ont permis de constater plusieurs exemples de travail en contexte de division de l'attention. De plus, nous avons aussi été en mesure de documenter certaines stratégies mises en oeuvre par ces professionnels afin de diminuer la charge cognitive attribuable à la division de l'attention. Conclusion : Notre étude pilote a permis de mieux comprendre le travail des ambulanciers. Nous avons constaté que la division de l'attention est fréquente et que les professionnels confrontés à cette exigence développent diverses stratégies pour y faire face. Nous avons aussi montré la faisabilité et la pertinence de l'analyse de l'activité réelle de travail lors d'interventions d'urgences préhospitalières. [Auteurs]

Genetic compatibility affects division of labor in the argentine ant linepithema humile.

Division of labor is central to the organization of insect societies. Within-colony comparisons between subfamilies of workers (patrilines or matrilines) revealed genetic effects on division of labor in many social insect species. Although this has been taken as evidence for additive genetic effects on division of labor, it has never been experimentally tested. To determine the relative roles of additive and nonadditive genetic effects (e.g., genetic compatibility, epistasis, and parent-of-origin imprinting effects) on worker behavior, we performed controlled crosses using the Argentine ant Linepithema humile. Three of the measured behaviors (the efficiency to collect pupae, the foraging propensity, and the distance between non-brood-tenders and brood) were affected by the maternal genetic background and the two others (the efficiency to feed larvae and the distance between brood-tenders and brood) by the paternal genetic background. Moreover, there were significant interactions between the maternal and paternal genetic backgrounds for three of the five behaviors. These results are most consistent with parent-of-origin and genetic compatibility effects on division of labor. The finding of nonadditive genetic effects is in strong contrast with the current view and has important consequences for our understanding of division of labor in insect societies.

Spontaneous NA+ transients in individual mitochondria of intact astrocytes.

Mitochondria in intact cells maintain low Na(+) levels despite the large electrochemical gradient favoring cation influx into the matrix. In addition, they display individual spontaneous transient depolarizations. The authors report here that individual mitochondria in living astrocytes exhibit spontaneous increases in their Na(+) concentration (Na(mit)(+) spiking), as measured using the mitochondrial probe CoroNa Red. In a field of view with approximately 30 astrocytes, up to 1,400 transients per minute were typically detected under resting conditions. Na(mit)(+) spiking was also observed in neurons, but was scarce in two nonneural cell types tested. Astrocytic Na(mit)(+) spikes averaged 12.2 +/- 0.8 s in duration and 35.5 +/- 3.2 mM in amplitude and coincided with brief mitochondrial depolarizations; they were impaired by mitochondrial depolarization and ruthenium red pointing to the involvement of a cation uniporter. Na(mit)(+) spiking activity was significantly inhibited by mitochondrial Na(+)/H(+) exchanger inhibition and sensitive to cellular pH and Na(+) concentration. Ca(2+) played a permissive role on Na(mit)(+) spiking activity. Finally, the authors present evidence suggesting that Na(mit)(+) spiking frequency was correlated with cellular ATP levels. This study shows that, under physiological conditions, individual mitochondria in living astrocytes exhibit fast Na(+) exchange across their inner membrane, which reveals a new form of highly dynamic and localized functional regulation.

Division of labour and worker size polymorphism in ant colonies: the impact of social and genetic factors

Division of labour among workers is central to the organisation and ecological success of insect societies. If there is a genetic component to worker size, morphology or task preference, an increase in colony genetic diversity arising from the presence of multiple breeders per colony might improve division of labour. We studied the genetic basis of worker size and task preference in Formica selysi, an ant species that shows natural variation in the number of mates per queen and the number of queens per colony. Worker size had a heritable component in colonies headed by a doubly mated queen (h(2)=0.26) and differed significantly among matrilines in multiple-queen colonies. However, higher levels of genetic diversity did not result in more polymorphic workers across single- or multiple-queen colonies. In addition, workers from multiple-queen colonies were consistently smaller and less polymorphic than workers from single-queen colonies. The relationship between task, body size and genetic lineage appeared to be complex. Foragers were significantly larger than brood-tenders, which may provide energetic or ergonomic advantages to the colony. Task specialisation was also often associated with genetic lineage. However, genetic lineage and body size were often correlated with task independently of each other, suggesting that the allocation of workers to tasks is modulated by multiple factors. Overall, these results indicate that an increase in colony genetic diversity does not increase worker size polymorphism but might improve colony homeostasis.

"In vitro" reconstitution of the fragmentation of vacuoles

Résumé La fragmentation des membranes est un processus commun à beaucoup d'organelles dans une cellule. Les mitochondries, le noyau, le réticulum endoplasmique, les phagosomes, les peroxisomes, l'appareil de Golgi et les lysosomes (vacuoles chez la levure) se fragmentent en plusieurs copies en réponse à des sitmulis environnementaux, tels que des stresses, ou dans une situtation normale durant le cycle cellulaire, afin d' être transférer dans les cellules filles. La fragmentation des membranes est également observée pendant le processus d'endocytose, lors de la formation de vésicules endocytiques, mais également dans tout le traffic intracellulaire, lors de la genèse d'une vésicule de transport. Le processus de fragmentation est donc généralement important. La découverte en 1991 d'une dynamin-like GTPase comme protéine impliquée dans la fragmentation de la membrane plasmique durant l'endocytose a ouvert ce domaine de recherche. Dès lors des dynamines ont été découvertes sur la pluspart des organelles, ce qui suggère un processus de fragmentation des membranes commun à l'ensemble de la cellule. Cependant, l'ensemble des protéines impliquées ainsi que le mécanisme de la fragmentation reste encore à élucider. Mon projet de thèse était d'établir un test in vitro de fragmentation des vacuoles utile à la compréhension du mécanisme de ce processus. Le choix de ce système est judicieux pour plusieurs raisons; premièrement les vacuoles fragmentent naturellement durant le cycle cellulaire, deuxièment leur taille permet de visualiser facilement leur morphologie par simple microscopie optique, finalement elles peuvent être isolées en quantité intéressante avec un haut degré de pureté. In vivo, les vacuoles peuvent être facilement fragmentées par un stress osmotique. Un tel test permet d'identifier des protéines impliquées dans le mécanisme comme dans le criblage que j'ai effectué sur l'ensemble de la collection de délétions des gènes non-essentiels chez la levure. Cependant un test in vitro est ensuite indispensable pour jouer avec les protéines découvertes afin d'en élucider le mécanisme. Avec mon test in vitro, j'ai confirmé l'implication des protéines SNAREs dans la fragmentation et j'ai permis de comprendre la régulation de la quantité de vacuoles et de leur taille par le complexe TORC1 dans une situation de stress. 7 Résumé large public Les cellules de chaque organisme sont composées de différents compartiments appelés organelles. Chacun possède une fonction bien définie afin de permettre la vie et la croissance de la cellule. Ils sont entourés de membrane, qui joue le role de barrière spécifiquement perméable, afin de garder l'intégrité de chacun. Dans des conditions de croissance normale, les cellules prolifèrent. Durant la division cellulaire amenant à la formation d'une nouvelle cellule, chaque organelle doit se diviser afin de fournir l'ensemble des organelles à la cellule fille. La division de chaque organelle nécessite la fragmentation de la membrane les entourant. Des protéines dynamine-like GTPase ont été découvertes sur presque l'ensemble des organelles d'une cellule. Elles sont impliquées dans les processus de fragmentation des membranes. Dès lors l'idée d'un mécanisme commun est apparu. Cependant cette réaction, par sa complexité, ne peut pas impliquer une protéine unique. La découverte d'autres facteurs et la compréhension du mécanisme reste à faire. La première étape peut se faire par étude in vivo, c'est-à-dire avec des cellules entières, la deuxième étape, quant à elle, nécessite d'isoler les protéines impliquées et de jouer avec les différents paramètres, ce qui signifie donc un travail in vitro, séparé des cellules. Mon travail a constisté à établir un procédé expérimental in vitro pour étudier la fragmentation des membranes. Je travaille avec des vacuoles de levures pour étudier les réactions membranaires. Les vacuoles sont les plus grandes organelles présentes dans les levures. Elles sont impliquées principalement dans la digestion. Comme toute organelle, elles se fragmentent durant la division cellulaire. Le procédé expérimental comporte une première étape, l'isolation des vacuoles et, deuxièmement, l'incubation de celles-ci avec des composés essentiels à la réaction. En parallèle, j'ai mis en évidence, par un travail in vivo, de nouvelles protéines impliquées dans le processus de fragmentation des membranes. Ceci a été fait en réalisant un criblage par microscopie d'une collection de mutants. Parmi ces mutants, j'ai cherché ceux qui présentaient un défaut dans la fragmentation des vacuoles. Ces deux procédés expérimentaux, in vitro et in vivo, m'ont permis de découvrir de nouvelles protéines impliquées dans cette réaction, ainsi que de mettre en évidence un mécanisme utlilisé par la cellule pour réguler la fragmentation des vacuoles. 8 Summary Fragmentation of membranes is common for many organelles in a cell. Mitochondria, nucleus, endoplasmic reticulum, phagosomes, peroxisomes, Golgi and lysosomes (vacuoles in yeast) fragment into multiple copies in response to environmental stimuli, such as stresses, or in a normal situation during the cell cycle in order to be transferred into the daughter cell. Fragmentation of membrane occurs during endocytosis, at the latest step in endocytic vesicle formation, and also in intracellular trafficking, when traffic vesicles bud. This field of research was opened in 1991 when a dynamin-like GTPase was found to be involved in fragmentation of the plasma membrane during endocytosis. Since dynamin-like GTPases have been found on most organelles, similarities in their mechanisms of fragmentation might exist. However, many proteins involved in the mechanism of fragmentation remain unknown. My thesis project was to establish an in vitro assay for membrane fragmentation in order to create a tool to study the mechanism of this process. I chose vacuoles as a model organelle for several reasons: first of all, vacuoles fragment under physiological conditions during cell cycle, secondly their size makes their morphology easily visible under the light microscope, and finally vacuoles can be isolated in good amounts with relatively high degrees of purity. In vivo, vacuole fragmentation can be induced with an osmotic shock. Such a simple assay facilitates the identification of new proteins involved in the process. I used this tool to screen of the entire knockout collection of non-essential genes in Saccharomyces cerevisiae for mutants defective in vacuole fragmentation. The in vitro system will be useful to characterize the mutants and to study the mechanism of fragmentation in detail. I used my in vitro assay to confirm the involvement of vacuolar SNARE proteins in fragmentation of the organelle and to uncover that number and size of vacuoles in the cell is regulated by the TORC1 complex via selective stimulation of fragmentation activity.

A role for mitochondria in NLRP3 inflammasome activation.

An inflammatory response initiated by the NLRP3 inflammasome is triggered by a variety of situations of host 'danger', including infection and metabolic dysregulation. Previous studies suggested that NLRP3 inflammasome activity is negatively regulated by autophagy and positively regulated by reactive oxygen species (ROS) derived from an uncharacterized organelle. Here we show that mitophagy/autophagy blockade leads to the accumulation of damaged, ROS-generating mitochondria, and this in turn activates the NLRP3 inflammasome. Resting NLRP3 localizes to endoplasmic reticulum structures, whereas on inflammasome activation both NLRP3 and its adaptor ASC redistribute to the perinuclear space where they co-localize with endoplasmic reticulum and mitochondria organelle clusters. Notably, both ROS generation and inflammasome activation are suppressed when mitochondrial activity is dysregulated by inhibition of the voltage-dependent anion channel. This indicates that NLRP3 inflammasome senses mitochondrial dysfunction and may explain the frequent association of mitochondrial damage with inflammatory diseases.

Enhanced expression of 70-kilodalton heat shock protein limits cell division in a sepsis-induced model of acute respiratory distress syndrome.

OBJECTIVE: Fibrotic changes are initiated early in acute respiratory distress syndrome. This may involve overproliferation of alveolar type II cells. In an animal model of acute respiratory distress syndrome, we have shown that the administration of an adenoviral vector overexpressing the 70-kd heat shock protein (AdHSP) limited pathophysiological changes. We hypothesized that this improvement may be modulated, in part, by an early AdHSP-induced attenuation of alveolar type II cell proliferation. DESIGN: Laboratory investigation. SETTING: Hadassah-Hebrew University and University of Pennsylvania animal laboratories. SUBJECTS: Sprague-Dawley Rats (250 g). INTERVENTIONS: Lung injury was induced in male Sprague-Dawley rats via cecal ligation and double puncture. At the time of cecal ligation and double puncture, we injected phosphate-buffered saline, AdHSP, or AdGFP (an adenoviral vector expressing the marker green fluorescent protein) into the trachea. Rats then received subcutaneous bromodeoxyuridine. In separate experiments, A549 cells were incubated with medium, AdHSP, or AdGFP. Some cells were also stimulated with tumor necrosis factor-alpha. After 48 hrs, cytosolic and nuclear proteins from rat lungs or cell cultures were isolated. These were subjected to immunoblotting, immunoprecipitation, electrophoretic mobility shift assay, fluorescent immunohistochemistry, and Northern blot analysis. MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: Alveolar type I cells were lost within 48 hrs of inducing acute respiratory distress syndrome. This was accompanied by alveolar type II cell proliferation. Treatment with AdHSP preserved alveolar type I cells and limited alveolar type II cell proliferation. Heat shock protein 70 prevented overexuberant cell division, in part, by inhibiting hyperphosphorylation of the regulatory retinoblastoma protein. This prevented retinoblastoma protein ubiquitination and degradation and, thus, stabilized the interaction of retinoblastoma protein with E2F1, a key cell division transcription factor. CONCLUSIONS: : Heat shock protein 70-induced attenuation of cell proliferation may be a useful strategy for limiting lung injury when treating acute respiratory distress syndrome if consistent in later time points.

Mechanisms of spindle positioning during "Caenorhabditis elgans" asymmetric cell division

Résumé : Le positionnement correct du fuseau mitotique est crucial pour les divisions cellulaires asymétriques, car il gouverne le contrôle spatial de la division cellulaire et assure la ségrégation adéquate des déterminants cellulaires. Malgré leur importance, les mécanismes contrôlant le positionnement du fuseau mitotique sont encore mal compris. Chez l'embryon au stade une-cellule du nématode Caenorhabditis elegans, le fuseau mitotique est positionné de manière asymétrique durant l'anaphase grâce à l'action de générateurs de force situés au cortex cellulaire, et dont la nature était jusqu'alors indéterminée. Ces générateurs de force corticaux exercent une traction sur les microtubules astraux et sont dépendants de deux protéines Gα et de leurs protéines associées. Cette thèse traite de la nature de la machinerie responsable pour la génération des forces de tractions, ainsi que de son lien avec les protéines Gα et associées. Nous avons combiné des expériences de coupure par faisceau laser du fuseau mitotique avec le contrôle temporel de l'inactivation de gènes ou de l'exposition à des produits pharmacologiques. De cette manière, nous avons établi que la dynéine, un moteur se déplaçant vers l'extrémité négative des microtubules, ainsi que la dynamique des microtubules, sont toutes deux requises pour la génération efficace des forces de tractions. Nous avons démontré que les protéines Gα et leurs protéines associées GPR-1/2 et LIN-5 interagissent in vivo avec LIS-1, un composant du complexe de la dynéine. De plus, nous avons découvert que les protéines Gα, GPR-1/2 et LIN-5 promeuvent la présence du complexe de la dynéine au cortex cellulaire. Nos résultats suggèrent un mécanisme par lequel les protéines Gα permettent le recrutement cortical de GPR-1/2 et LIN-5, assurant ainsi la présence de la dynéine au cortex. Conjointement avec la dynamique des microtubules, ce mécanisme permet la génération des forces de tractions afin d'obtenir une division cellulaire correcte. Comme les mécanismes contrôlant le positionnement du fuseau mitotique et les divisions cellulaires asymétriques sont conservés au cours de l'évolution, nous espérons que les mécanismes élucidés par ce travail sont d'importance générale pour la génération de la diversité cellulaire durant le développement. De plus, ces mécanismes pourraient être applicables à d'autres divisions asymétriques, comme celle des cellules souches, dont le disfonctionnement peut entraîner la génération de cellules cancéreuses. Abstract : Proper spindle positioning is crucial for asymmetric cell division, because it controls spatial aspects of cell division and the correct inheritance of cell-fate determinants. However, the mechanisms governing spindle positioning remain incompletely understood. In the Caenorhabditis elegans one-cell stage embryo, the spindle becomes asymmetrically positioned during anaphase through the action of as-yet unidentified cortical force generators that pull on astral microtubules and that depend on two Gα proteins and associated proteins. This thesis addresses the nature of the force generation machinery and the link with the Gα and associated proteins. By performing spindle-severing experiments following temporally restricted gene inactivation and drug exposure, we established that microtubule dynamics and the minus-end directed motor dynein are both required for generating efficient pulling forces. We discovered that the Gα proteins and their associated proteins GPR-1/2 and LIN-5 interact in vivo with LIS-1, a component of the dynein complex. Moreover, we uncovered that LIN-5, GPR-1/2 and the Gα proteins promote the presence of the dynein complex at the cell cortex. Our findings suggest a mechanism by which the Gα proteins enable GPR-1/2 and LIN-5 recruitment to the cortex, thus ensuring the presence of cortical dynein. Together with microtubule dynamics, this allows pulling forces to be exerted and proper cell division to be achieved. Because the mechanisms of spindle positioning and asymmetric cell division are conserved across evolution, we expect the underlying mechanism uncovered here to be of broad significance for the generation of cell diversity during development. Moreover, this mechanism could be relevant for other asymmetric cell divisions, such as stem cell divisions, whose dysfunction may lead to the generation of cancer cells.

Skeletal muscle mitochondria in the elderly: effects of physical fitness and exercise training.

Context: Sarcopenia is thought to be associated with mitochondrial (M) loss. It is unclear whether the decrease in M content is consequent to aging per se or to decreased physical activity. Objectives: To examine the influence of fitness on M content and function, and to assess whether exercise could improve M function in older adults. Design and subjects: Three distinct studies were conducted: 1) a cross-sectional observation comparing M content and fitness in a large heterogeneous cohort of older adults; 2) a case-control study comparing chronically endurance-trained older adults (A) and sedentary (S) subjects matched for age and gender; 3) a 4-month exercise intervention in S. Setting: University-based clinical research center Outcomes: M volume density (Mv) was assessed by electron microscopy from vastus lateralis biopsies, electron transport chain proteins (ETC) by western blotting, mRNAs for transcription factors involved in M biogenesis by qRT-PCR and in-vivo oxidative capacity (ATPmax) by (31)P-MR spectroscopy. Peak oxygen uptake (VO2peak) was measured by GXT. Results: VO2peak was strongly correlated with Mv in eighty 60-80 yo adults. Comparison of A vs. S revealed differences in Mv, ATPmax and some ETC complexes. Finally, exercise intervention confirmed that S are able to recover Mv, ATPmax and specific transcription factors. Conclusions: These data suggest that 1) aging per se is not the primary culprit leading to M dysfunction, 2) an aerobic exercise program, even at an older age, can ameliorate the loss in skeletal muscle M content and may prevent aging muscle comorbidities and 3) the improvement of M function is all about content.

T cell affinity regulates asymmetric division, effector cell differentiation, and tissue pathology.

The strength of interactions between T cell receptors and the peptide-major histocompatibility complex (pMHC) directly modulates T cell fitness, clonal expansion, and acquisition of effector properties. Here we show that asymmetric T cell division is an important mechanistic link between increased signal strength, effector differentiation, and the ability to induce tissue pathology. Recognition of pMHC above a threshold affinity drove responding T cells into asymmetric cell division. The ensuing proximal daughters underwent extensive division and differentiated into short-lived effector cells expressing the integrin VLA-4, allowing the activated T cell to infiltrate and mediate destruction of peripheral target tissues. In contrast, T cells activated by below-threshold antigens underwent symmetric division, leading to abortive clonal expansion and failure to fully differentiate into tissue-infiltrating effector cells. Antigen affinity and asymmetric division are important factors that regulate fate specification in CD8(+) T cells and predict the potential of a self-reactive T cell to mediate tissue pathology.