Imaging of experience-dependent structural plasticity in the mouse neocortex in vivo

The functionality of adult neocortical circuits can be altered by novel experiences or learning. This functional plasticity appears to rely on changes in the strength of neuronal connections that were established during development. Here we will describe some of our studies in which we have addressed whether structural changes, including the remodeling of axons and dendrites with synapse formation and elimination, could underlie experience-dependent plasticity in the adult neocortex. Using 2-photon laser-scanning microscopes and transgenic mice expressing GFP in a subset of pyramidal cells, we have observed that a small subset of dendritic spines continuously appear and disappear on a daily basis, whereas the majority of spines persists for months. Axonal boutons from different neuronal classes displayed similar behavior, although the extent of remodeling varied. Under baseline conditions, new spines in the barrel cortex were mostly transient and rarely survived for more than a week. However, when every other whisker was trimmed, the generation and loss of persistent spines was enhanced. Ultrastructural reconstruction of previously imaged spines and boutons showed that new spines slowly form synapses. New spines persisting for a few days always had synapses, whereas very young spines often lacked synapses. New synapses were predominantly found on large, multi-synapse boutons, suggesting that spine growth is followed by synapse formation, preferentially on existing boutons. Altogether our data indicate that novel sensory experience drives the stabilization of new spines on subclasses of cortical neurons and promotes the formation of new synapses. These synaptic changes likely underlie experience-dependent functional remodeling of specific neocortical circuits.

Predicting smoking cessation and its relapse in HIV-infected patients: the Swiss HIV Cohort Study.

OBJECTIVES: The aim of the study was to assess whether prospective follow-up data within the Swiss HIV Cohort Study can be used to predict patients who stop smoking; or among smokers who stop, those who start smoking again. METHODS: We built prediction models first using clinical reasoning ('clinical models') and then by selecting from numerous candidate predictors using advanced statistical methods ('statistical models'). Our clinical models were based on literature that suggests that motivation drives smoking cessation, while dependence drives relapse in those attempting to stop. Our statistical models were based on automatic variable selection using additive logistic regression with component-wise gradient boosting. RESULTS: Of 4833 smokers, 26% stopped smoking, at least temporarily; because among those who stopped, 48% started smoking again. The predictive performance of our clinical and statistical models was modest. A basic clinical model for cessation, with patients classified into three motivational groups, was nearly as discriminatory as a constrained statistical model with just the most important predictors (the ratio of nonsmoking visits to total visits, alcohol or drug dependence, psychiatric comorbidities, recent hospitalization and age). A basic clinical model for relapse, based on the maximum number of cigarettes per day prior to stopping, was not as discriminatory as a constrained statistical model with just the ratio of nonsmoking visits to total visits. CONCLUSIONS: Predicting smoking cessation and relapse is difficult, so that simple models are nearly as discriminatory as complex ones. Patients with a history of attempting to stop and those known to have stopped recently are the best candidates for an intervention.

La dignité de l'animal. Quel statut pour les animaux à l'heure des technosciences?

A bien des égards, comme le philosophe Emmanuel Kant l'avait déjà signalé, la manière dont nous traitons les animaux nous renvoie en miroir notre propre attitude envers nos compagnons humains. La maladie de la vache folle n'est-elle pas le résultat d'une rationalité industrielle déraisonnable et, par là même, le révélateur des dérives de la rationalité instrumentale et des menaces qui pèsent sur l'éthique ? Les perspectives ouvertes par le génie génétique et par les xénotransplantations n'annoncent-elles pas une fuite en avant dans les illusions d'une technoscience sans conscience et sans précaution ? Comment trouver un équilibre entre les intérêts des patients, les finalités de la médecine, le respect de l'animal et les réalités de l'économie ou de la politique ? Pour promouvoir une éthique à la hauteur de ces questions, faut-il abandonner tout anthropocentrisme, adopter une philosophie centrée sur la vie et le vivant (biocentrisme) prenant uniquement en compte le critère de la souffrance humaine et animale (pathocentrisme) ?Fruit d'un colloque interdisciplinaire tenu à Lausanne en mai 1999, cet ouvrage donne la parole à des chercheurs d'horizon très variés : des spécialistes de la zoologie, de l'étude du comportement animal, de la douleur animale et humaine et de l'anthropologie culturelle, des juristes, des médecins, des philosophes et des théologiens.

Introduction. Dignité humaine et dignité de l'animal: une dialectique asymétrique et nécessaire

(Résumé de l'ouvrage) A bien des égards, comme le philosophe Emmanuel Kant l'avait déjà signalé, la manière dont nous traitons les animaux nous renvoie en miroir notre propre attitude envers nos compagnons humains. La maladie de la vache folle n'est-elle pas le résultat d'une rationalité industrielle déraisonnable et, par là même, le révélateur des dérives de la rationalité instrumentale et des menaces qui pèsent sur l'éthique ? Les perspectives ouvertes par le génie génétique et par les xénotransplantations n'annoncent-elles pas une fuite en avant dans les illusions d'une technoscience sans conscience et sans précaution ? Comment trouver un équilibre entre les intérêts des patients, les finalités de la médecine, le respect de l'animal et les réalités de l'économie ou de la politique ? Pour promouvoir une éthique à la hauteur de ces questions, faut-il abandonner tout anthropocentrisme, adopter une philosophie centrée sur la vie et le vivant (biocentrisme) prenant uniquement en compte le critère de la souffrance humaine et animale (pathocentrisme) ?Fruit d'un colloque interdisciplinaire tenu à Lausanne en mai 1999, cet ouvrage donne la parole à des chercheurs d'horizon très variés : des spécialistes de la zoologie, de l'étude du comportement animal, de la douleur animale et humaine et de l'anthropologie culturelle, des juristes, des médecins, des philosophes et des théologiens.

Chemotherapy induces tumor metastasis and dormancy

Chemotherapy is widely used as a systemic treatment modality in cancer patients and provides survival benefits for a significant fraction of treated patients H However, some patients suffer from cancer relapse and rapidly progress to metastasis, suggesting that following chemotherapy their residual tumor developed a more aggressive phenotype 4 5. Although some molecular mechanisms involved in chemo-resistance and chemotherapy-induced metastatic relapse have been reported, more investigations and understanding of these processes are necessary before any translation into the clinic might be considered. By using the syngeneic metastatic 4T1 murine breast cancer model, we observed that chemotherapy treatment and selection of chemotherapy-resistant cancer cells in vitro can induces two opposite phenotypes: a dormant one and a relapsing-metastatic one. Previous studies in our laboratory demonstrated that irradiation of mammary gland promotes tumor metastasis, at least in part, by inducing the recruitment of CD11b+ cells to both the primary tumor and the lungs at a pre-metastatic stage. In this study we found that CD11b+ cells may also play important roles in chemotherapy-induced tumor metastasis and dormancy in vivo. Tumor cells expressing the stem cell marker Sca-1 were enriched by chemotherapy treatment in vitro, as well as in tumor metastasis in vivo. Furthermore, tumor-derived CD11b+ cells were capable to maintain and expand this population in vitro. These results suggest that the expansion of a tumor cell population with stem cell features might be a mechanism by which chemotherapy induces metastasis. On the other hand, the same drug treatment in vitro generated resistant cells with a dormant phenotype. Dormant tumor cells were able to induce an in vivo immune- inflammatory response in the draining lymph node, which is normally absent due to the immunosuppressive effects of tumor-recruited myeloid derived- suppressor cells (MDSCs). Genome-wide gene expression analysis revealed the enrichment of invasion and metastasis-related genes in the relapsing metastatic tumor cells and immune response-related genes in the dormant tumor cells. Interestingly, CD11b+ cells derived from the microenvironment of growing-metastatic tumors, but not CD11b+ cells derived from the spleen of tumor-free mice, were able to instigate outgrowth of dormant tumor cells in vivo. Also, dormant cells formed growing and metastatic tumors when injected into immune-compromised NGS mice. These results point to a role of chemotherapy in enabling treated tumor cells to acquire immune response-inducing capabilities, while impairing the recruitment of CD11b+ cells and their differentiation into an immune-suppressive cell. The molecular mechanisms underneath these effects are being further investigated. In conclusion, results obtained in this model indicate that chemotherapy can induce a dormant phenotype in cancer cells and that this state of dormancy can be broken by MDSCs educated by relapsing tumors. Understanding the mechanism beyond these effects, in particular unraveling the genetic or epigenetic determinants of dormancy vs relapse, might open the way to therapies aimed and maintaining residual cells escaping chemotherapy in a state of sustained dormancy. - La chimiothérapie est un traitement systémique largement utilisé chez les patients cancéreux qui donne un avantage de survie significatif pour une bonne partie de patients traités (1-3). Cependant, certains patients souffrent d'une rechute et progressent ensuite vers la métastase. Ceci suggère que leur tumeur résiduelle a développé un phénotype agressif suite à la chimiothérapie (4-5). Bien que certains mécanismes moléculaires impliqués dans la chimiorésistance et la rechute métastatique ont été identifiés, d'avantage d'études sont nécessaires afin de mieux comprendre ce phénomène et de développer des nouvelles thérapies cliniques. En utilisant un modèle syngénique de cancer du sein métastatique chez la sourie (4T1), nous avons observé que la sélection des cellules cancéreuses résistantes à la chimiothérapie in vitro peut induire deux phénotypes opposés: un phénotype de dormance et un phénotype de progression métastatique. Une étude précédente issue de notre laboratoire a démontré que l'irradiation de la glande mammaire favorise la métastase de tumeurs recourants suite au recrutement de cellules CD11b+ dans la tumeur primaire et dans les poumons pré-métastatiques. Dans notre étude nous avons constaté que les cellules CD11b+ peuvent également jouer un rôle important dans la formation de métastases induites par la chimiothérapie ainsi que dans le maintien de la dormance in vivo. Nous avons également observé un enrichissement de cellules tumorales exprimant le marqueur de cellule souche Sca-1 parmi les cellules tumorales résistantes à la chimiothérapie et dans les cellules qui on formé des métastases in vivo. Des cellules CD11b+ dérivées du microenvironnement tumorale favorisent l'expansion de la population de cellules tumorales Sca-1+ in vitro. Ces résultats suggèrent que l'expansion d'une population de cellules tumorales avec des caractéristiques de cellules souches pourrait constituer un mécanisme par lequel la chimiothérapie induit des métastases dans des tumeurs récurrentes. D'autre part le même traitement de chimiothérapie peut générer des cellules résistantes avec un phénotype dormant. Les expériences in vivo indiquent que les cellules tumorales dormantes induisent une réponse immunitaire inflammatoire dans le ganglion lymphatique de drainage, qui est normalement réprimée par des cellules myéloïdes suppressives de tumeur (MDSC). Une analyse d'expression de gènes a révélé l'enrichissement de gènes liés à l'invasion et à la métastase dans les cellules tumorales récurrentes et des gènes liés à la réponse immunitaire dans les cellules tumorales dormantes. Les cellules CD11b+ issues du microenvironnement des tumeurs récurrents ont incité la croissance des cellules tumorales dormantes in vivo, tandis que les cellules CD11b+ dérivées de la rate de souris non porteuses de tumeur ne l'étaient pas. Les mécanismes moléculaires sous-jacents restent à découvrir. En conclusion, les résultats obtenus dans ce modèle indiquent que la chimiothérapie pourrait favoriser non seulement l'induction d'une dormance cellulaire, mais également que les cellules dormantes seraient adroits de induire une réponse immunitaire capable les maintenir dans un état de dormance prolongé. Un déséquilibre dans cette réponse immunitaire pourrait des lors briser cet état de dormance et induire une progression tumorale. Comprendre les mécanismes responsables de ces effets, en particulier l'identification des déterminants génétiques ou épigénétiques liés à la dormance vs la rechute, pourraient ouvrir la voie à des nouvelles thérapies visant le maintien d'un état de dormance permanente des cellules résiduelles après chimiothérapie.

Plasmacytoid dendritic cells in melanoma: can we revert bad into good?

Tumor-infiltrating plasmacytoid dendritic cells (pDCs) promote an immunosuppressive milieu that drives tumor growth in melanoma. This phenomenon typically results from the lack of appropriate pDC activation signals in the tumor microenvironment, but it is also actively controlled by tumor cells, which have evolved strategies to inhibit type I IFN production by pDCs. In this issue, Camisaschi et al. identify a new mechanism in which tumors avoid type I IFN production by triggering LAG-3-dependent activation of pDCs. Combination therapies that restore pDC functionality and trigger innate activation to produce type I IFN should be envisaged to induce effective antitumor immunity.

Essays in higher moment asset pricing and liquidity risk

This thesis focuses on theoretical asset pricing models and their empirical applications. I aim to investigate the following noteworthy problems: i) if the relationship between asset prices and investors' propensities to gamble and to fear disaster is time varying, ii) if the conflicting evidence for the firm and market level skewness can be explained by downside risk, Hi) if costly learning drives liquidity risk. Moreover, empirical tests support the above assumptions and provide novel findings in asset pricing, investment decisions, and firms' funding liquidity. The first chapter considers a partial equilibrium model where investors have heterogeneous propensities to gamble and fear disaster. Skewness preference represents the desire to gamble, while kurtosis aversion represents fear of extreme returns. Using US data from 1988 to 2012, my model demonstrates that in bad times, risk aversion is higher, more people fear disaster, and fewer people gamble, in contrast to good times. This leads to a new empirical finding: gambling preference has a greater impact on asset prices during market downturns than during booms. The second chapter consists of two essays. The first essay introduces a foramula based on conditional CAPM for decomposing the market skewness. We find that the major market upward and downward movements can be well preadicted by the asymmetric comovement of betas, which is characterized by an indicator called "Systematic Downside Risk" (SDR). We find that SDR can efafectively forecast future stock market movements and we obtain out-of-sample R-squares (compared with a strategy using historical mean) of more than 2.27% with monthly data. The second essay reconciles a well-known empirical fact: aggregating positively skewed firm returns leads to negatively skewed market return. We reconcile this fact through firms' greater response to negative maraket news than positive market news. We also propose several market return predictors, such as downside idiosyncratic skewness. The third chapter studies the funding liquidity risk based on a general equialibrium model which features two agents: one entrepreneur and one external investor. Only the investor needs to acquire information to estimate the unobservable fundamentals driving the economic outputs. The novelty is that information acquisition is more costly in bad times than in good times, i.e. counter-cyclical information cost, as supported by previous empirical evidence. Later we show that liquidity risks are principally driven by costly learning. Résumé Cette thèse présente des modèles théoriques dévaluation des actifs et leurs applications empiriques. Mon objectif est d'étudier les problèmes suivants: la relation entre l'évaluation des actifs et les tendances des investisseurs à parier et à crainadre le désastre varie selon le temps ; les indications contraires pour l'entreprise et l'asymétrie des niveaux de marché peuvent être expliquées par les risques de perte en cas de baisse; l'apprentissage coûteux augmente le risque de liquidité. En outre, des tests empiriques confirment les suppositions ci-dessus et fournissent de nouvelles découvertes en ce qui concerne l'évaluation des actifs, les décisions relatives aux investissements et la liquidité de financement des entreprises. Le premier chapitre examine un modèle d'équilibre où les investisseurs ont des tendances hétérogènes à parier et à craindre le désastre. La préférence asymétrique représente le désir de parier, alors que le kurtosis d'aversion représente la crainte du désastre. En utilisant les données des Etats-Unis de 1988 à 2012, mon modèle démontre que dans les mauvaises périodes, l'aversion du risque est plus grande, plus de gens craignent le désastre et moins de gens parient, conatrairement aux bonnes périodes. Ceci mène à une nouvelle découverte empirique: la préférence relative au pari a un plus grand impact sur les évaluations des actifs durant les ralentissements de marché que durant les booms économiques. Exploitant uniquement cette relation générera un revenu excédentaire annuel de 7,74% qui n'est pas expliqué par les modèles factoriels populaires. Le second chapitre comprend deux essais. Le premier essai introduit une foramule base sur le CAPM conditionnel pour décomposer l'asymétrie du marché. Nous avons découvert que les mouvements de hausses et de baisses majeures du marché peuvent être prédits par les mouvements communs des bêtas. Un inadicateur appelé Systematic Downside Risk, SDR (risque de ralentissement systématique) est créé pour caractériser cette asymétrie dans les mouvements communs des bêtas. Nous avons découvert que le risque de ralentissement systématique peut prévoir les prochains mouvements des marchés boursiers de manière efficace, et nous obtenons des carrés R hors échantillon (comparés avec une stratégie utilisant des moyens historiques) de plus de 2,272% avec des données mensuelles. Un investisseur qui évalue le marché en utilisant le risque de ralentissement systématique aurait obtenu une forte hausse du ratio de 0,206. Le second essai fait cadrer un fait empirique bien connu dans l'asymétrie des niveaux de march et d'entreprise, le total des revenus des entreprises positiveament asymétriques conduit à un revenu de marché négativement asymétrique. Nous décomposons l'asymétrie des revenus du marché au niveau de l'entreprise et faisons cadrer ce fait par une plus grande réaction des entreprises aux nouvelles négatives du marché qu'aux nouvelles positives du marché. Cette décomposition révélé plusieurs variables de revenus de marché efficaces tels que l'asymétrie caractéristique pondérée par la volatilité ainsi que l'asymétrie caractéristique de ralentissement. Le troisième chapitre fournit une nouvelle base théorique pour les problèmes de liquidité qui varient selon le temps au sein d'un environnement de marché incomplet. Nous proposons un modèle d'équilibre général avec deux agents: un entrepreneur et un investisseur externe. Seul l'investisseur a besoin de connaitre le véritable état de l'entreprise, par conséquent, les informations de paiement coutent de l'argent. La nouveauté est que l'acquisition de l'information coute plus cher durant les mauvaises périodes que durant les bonnes périodes, comme cela a été confirmé par de précédentes expériences. Lorsque la récession comamence, l'apprentissage coûteux fait augmenter les primes de liquidité causant un problème d'évaporation de liquidité, comme cela a été aussi confirmé par de précédentes expériences.

Régulation de la religion par l'Etat. Nouvelles perspectives

Analyser les modalités de la régulation de la religion constitue une étape importante pour expliquer la recomposition de la religion en modernité tardive. Face aux interprétations dérivées des concepts d'individualisation ou de privatisation, l'affirmation peut apparaître provocante, puisqu'elle met en question l'idée d'autonomie du sujet croyant et la pertinence de l'utilisation sociologique du terme privé. Le traitement de cette problématique est particulièrement adéquat pour évaluer le rôle de l'État. Même si ce dernier n'est qu'un des agents de régulation à côté des médias, des organisations religieuses..., il contribue de façon souveraine au filtrage de la religion « acceptable ». Son mode de gestion varie d'un pays à l'autre, allant du pluralisme libéral au pluralisme technocratique. L'élaboration d'une typologie de ces modes de gestion s'avère donc indispensable. Sa vérification peut s'opérer au travers de l'étude comparative de la place faite à la religion dans les programmes scolaires. Elle éclaire en particulier le caractère pluraliste des États démocratiques et leur capacité à articuler valeurs économiques et valeurs humanistes. An analysis of the ways in which religion is regulated constitutes an important step in understanding the reconstructions of religion in late modernity. Such a stance can appear provocative, especially if contrasted with explanations that derive from concepts such as individualisation or privatisation, since it puts into question both the autonomy of the individual believer and the aptness of the term "private" in sociological understanding. These issues are particularly relevant when it comes to evaluating the role of the state. It is true that the latter is but one source of control, alongside the media, or religious organisations...; its influence is, however, dominant when it comes to deciding which forms of religion are, or are not, "acceptable". The methods vary from one country to another, ranging from liberal pluralism to technocratic pluralism. Hence the need to elaborate a typology, illustrating the different ways of working. It can be tested by comparing the place given to religion in different school systems. Above all such an approach reveals the pluralist character of the democratic state and its capacity to articulate both economic and humanistic values.

Role of topological exclusion in formation and organization of chromosomal territories

Chromosomes of eukaryotic organisms are composed of chromatin loops. Using Monte Carlo simulations we investigate how the topological exclusion between loops belonging to different chromosomes affects chromosome behaviour. We show that in a confined space the topological exclusion limiting catenation between loops belonging to different chromosomes entropically drives the formation of chromosomal territories. The same topological exclusion in a connection with interchromosomal binding via transcription factories explains why actively transcribed genes are found preferentially at the peripheries of their chromosomal territories. This paper is based in part on the results presented in J. Dorier and A. Stasiak, Nucl. Acids Res. 37 (2009), 6316 and 38 (2010), 7410.

The evolution of sex determination

Sexual reproduction is a fundamental aspect of life. Sex-determination mechanisms are responsible for the sexual fate and development of sexual characteristics in an organism, be it a unicellular alga, a plant, or an animal. Surprisingly, sex-determination mechanisms are not evolutionarily conserved but are bewilderingly diverse and appear to have had rapid turnover rates during evolution. Evolutionary biologists continue to seek a solution to this conundrum. What drives the surprising dynamics of such a fundamental process that always leads to the same outcome: two sex types, male and female? The answer is complex but the ongoing genomic revolution has already greatly increased our knowledge of sex-determination systems and sex chromosomes in recent years. This novel book presents and synthesizes our current understanding, and clearly shows that sex-determination evolution will remain a dynamic field of future research. The Evolution of Sex Determination is an advanced, research level text suitable for graduate students and researchers in genetics, developmental biology, and evolution.

Light receptor action is critical for maintaining plant biomass at warm ambient temperatures.

The ability to withstand environmental temperature variation is essential for plant survival. Former studies in Arabidopsis revealed that light signalling pathways had a potentially unique role in shielding plant growth and development from seasonal and daily fluctuations in temperature. In this paper we describe the molecular circuitry through which the light receptors cry1 and phyB buffer the impact of warm ambient temperatures. We show that the light signalling component HFR1 acts to minimise the potentially devastating effects of elevated temperature on plant physiology. Light is known to stabilise levels of HFR1 protein by suppressing proteasome-mediated destruction of HFR1. We demonstrate that light-dependent accumulation and activity of HFR1 are highly temperature dependent. The increased potency of HFR1 at warmer temperatures provides an important restraint on PIF4 that drives elongation growth. We show that warm ambient temperatures promote the accumulation of phosphorylated PIF4. However, repression of PIF4 activity by phyB and cry1 (via HFR1) is critical for controlling growth and maintaining physiology as temperatures rise. Loss of this light-mediated restraint has severe consequences for adult plants which have greatly reduced biomass.

Entre l'exemple et l'expérience: de la transmission par la famille d'une tradition à celle d'un ethos religieux

(Résumé de l'ouvrage) Les textes rassemblés dans cet ouvrage proposent diverses approches du phénomène religieux contemporain. Ils en montrent le caractère "flottant", les frontières incertaines. Ils font découvrir de nouveaux lieux vers lesquels s'oriente aujourd'hui une certaine quête de sens et de sacré. Ils pistent les dérives des grandes religions traditionnelles occidentales et les tentatives qu'entreprennent celles-ci pour freiner l'abandon qu'elles enregistrent ou - pire- l'indifférence qu'elle suscitent. Récusant tout autant "la mort de Dieu" que " le retour du religieux", les auteurs soulignent tous la complexité croissante de ce qu'on appelle couramment le religieux.

Artificial muscle to wash blood out of fibrillating atrium: an alternative to lifelong anticoagulation.

The Atripump is a motorless, volume displacement pump based on artificial muscle technology that could reproduce the pump function of normal atrium. It could help prevent blood clots due to blood stagnation and eventually avoid anticoagulation therapy in atrial fibrillation (AF). An animal study has been designed to assess mechanical effects of this pump on fibrillating atrium. The Atripump is a dome shaped silicone coated nitinol actuator. A pacemaker like control unit drives the actuator. In five adult sheep, the right atrium (RA) was exposed and dome sutured onto the epicardium. Atrial fibrillation was induced using rapid epicardial pacing (600 beats/min). Ejection fraction of the RA was obtained with intracardiac ultrasound in baseline, AF and Atripump assisted AF conditions. The dome's contraction rate was 60/min with power supply of 12V, 400 mA for 200 ms and ran for 2 hours in total. Mean temperature on the RA was 39+/-1.5 degrees C. Right atrium ejection fraction was 31% in baseline conditions, 5% and 20% in AF and assisted AF, respectively. In two animals a thrombus appeared in the right appendix and washed out once the pump was turned on. The Atripump washes blood out the RA acting as an anticoagulant device. Possible clinical implications in patients with chronic AF are prevention of embolism of cardiac origin and avoidance of hemorrhagic complication due to chronic anticoagulation.