The Rare Cancer Network: achievements from 1993 to 2012.

The Rare Cancer Network (RCN), founded in 1993, performs research involving rare tumors that are not common enough to be the focus of prospective study. Over 55 studies have either been completed or are in progress.The aim of the paper is to present an overview of the 30 studies done through the RCN to date, organized by disease site. Five studies focus on breast pathology, including sarcoma, lymphoma, phyllodes tumor, adenoid cystic carcinoma, and ductal carcinoma in situ in young women. Three studies on prostate cancer address prostatic small cell carcinoma and adenocarcinoma of young and elderly patients. Six studies on head and neck cancers include orbital and intraocular lymphoma, mucosal melanoma, pediatric nasopharyngeal carcinoma, olfactory neuroblastoma, and mucosa-associated lymphoid tissue lymphoma of the salivary glands. There were 4 central nervous system studies on patients with cerebellar glioblastoma multiforme, atypical and malignant meningioma, spinal epidural lymphoma and myxopapillary ependymoma. Outside of these disease sites, there is a wide variety of other studies on tumors ranging from uterine leiomyosarcoma to giant cell tumors of the bone. The studies done by the RCN represent a wide range of rare pathologies that were previously only studied in small series or case reports. With further growth of the RCN and collaboration between members our ability to analyze rare tumors will increase and result in better understanding of their behavior and ultimately help direct research that may improve patient outcomes.

Regulation of membrane trafficking and organ separation by the NEVERSHED ARF-GAP protein.

Cell separation, or abscission, is a highly specialized process in plants that facilitates remodeling of their architecture and reproductive success. Because few genes are known to be essential for organ abscission, we conducted a screen for mutations that alter floral organ shedding in Arabidopsis. Nine recessive mutations that block shedding were found to disrupt the function of an ADP-ribosylation factor-GTPase-activating protein (ARF-GAP) we have named NEVERSHED (NEV). As predicted by its homology to the yeast Age2 ARF-GAP and transcriptional profile, NEV influences other aspects of plant development, including fruit growth. Co-localization experiments carried out with NEV-specific antiserum and a set of plant endomembrane markers revealed that NEV localizes to the trans-Golgi network and endosomes in Arabidopsis root epidermal cells. Interestingly, transmission electron micrographs of abscission zone regions from wild-type and nev flowers reveal defects in the structure of the Golgi apparatus and extensive accumulation of vesicles adjacent to the cell walls. Our results suggest that NEV ARF-GAP activity at the trans-Golgi network and distinct endosomal compartments is required for the proper trafficking of cargo molecules required for cell separation.

Role of genetic and social factors in modulating the efficiency of division of labour in social insects

Summary : Division of labour is one of the most fascinating aspects of social insects. The efficient allocation of individuals to a multitude of different tasks requires a dynamic adjustment in response to the demands of a changing environment. A considerable number of theoretical models have focussed on identifying the mechanisms allowing colonies to perform efficient task allocation. The large majority of these models are built on the observation that individuals in a colony vary in their propensity (response threshold) to perform different tasks. Since individuals with a low threshold for a given task stimulus are more likely to perform that task than individuals with a high threshold, infra-colony variation in individual thresholds results in colony division of labour. These theoretical models suggest that variation in individual thresholds is affected by the within-colony genetic diversity. However, the models have not considered the genetic architecture underlying the individual response thresholds. This is important because a better understanding of division of labour requires determining how genotypic variation relates to differences in infra-colony response threshold distributions. In this thesis, we investigated the combined influence on task allocation efficiency of both, the within-colony genetic variability (stemming from variation in the number of matings by queens) and the number of genes underlying the response thresholds. We used an agent-based simulator to model a situation where workers in a colony had to perform either a regulatory task (where the amount of a given food item in the colony had to be maintained within predefined bounds) or a foraging task (where the quantity of a second type of food item collected had to be the highest possible). The performance of colonies was a function of workers being able to perform both tasks efficiently. To study the effect of within-colony genetic diversity, we compared the performance of colonies with queens mated with varying number of males. On the other hand, the influence of genetic architecture was investigated by varying the number of loci underlying the response threshold of the foraging and regulatory tasks. Artificial evolution was used to evolve the allelic values underlying the tasks thresholds. The results revealed that multiple matings always translated into higher colony performance, whatever the number of loci encoding the thresholds of the regulatory and foraging tasks. However, the beneficial effect of additional matings was particularly important when the genetic architecture of queens comprised one or few genes for the foraging task's threshold. By contrast, higher number of genes encoding the foraging task reduced colony performance with the detrimental effect being stronger when queens had mated with several males. Finally, the number of genes determining the threshold for the regulatory task only had a minor but incremental effect on colony performance. Overall, our numerical experiments indicate the importance of considering the effects of queen mating frequency, genetic architecture underlying task thresholds and the type of task performed when investigating the factors regulating the efficiency of division of labour in social insects. In this thesis we also investigate the task allocation efficiency of response threshold models and compare them with neural networks. While response threshold models are widely used amongst theoretical biologists interested in division of labour in social insects, our simulation reveals that they perform poorly compared to a neural network model. A major shortcoming of response thresholds is that they fail at one of the most crucial requirement of division of labour, the ability of individuals in a colony to efficiently switch between tasks under varying environmental conditions. Moreover, the intrinsic properties of the threshold models are that they lead to a large proportion of idle workers. Our results highlight these limitations of the response threshold models and provide an adequate substitute. Altogether, the experiments presented in this thesis provide novel contributions to the understanding of how division of labour in social insects is influenced by queen mating frequency and genetic architecture underlying worker task thresholds. Moreover, the thesis also provides a novel model of the mechanisms underlying worker task allocation that maybe more generally applicable than the widely used response threshold models. Resumé : La répartition du travail est l'un des aspects les plus fascinants des insectes vivant en société. Une allocation efficace de la multitude de différentes tâches entre individus demande un ajustement dynamique afin de répondre aux exigences d'un environnement en constant changement. Un nombre considérable de modèles théoriques se sont attachés à identifier les mécanismes permettant aux colonies d'effectuer une allocation efficace des tâches. La grande majorité des ces modèles sont basés sur le constat que les individus d'une même colonie diffèrent dans leur propension (inclination à répondre) à effectuer différentes tâches. Etant donné que les individus possédant un faible seuil de réponse à un stimulus associé à une tâche donnée sont plus disposés à effectuer cette dernière que les individus possédant un seuil élevé, les différences de seuils parmi les individus vivant au sein d'une même colonie mènent à une certaine répartition du travail. Ces modèles théoriques suggèrent que la variation des seuils des individus est affectée par la diversité génétique propre à la colonie. Cependant, ces modèles ne considèrent pas la structure génétique qui est à la base des seuils de réponse individuels. Ceci est très important car une meilleure compréhension de la répartition du travail requière de déterminer de quelle manière les variations génotypiques sont associées aux différentes distributions de seuils de réponse à l'intérieur d'une même colonie. Dans le cadre de cette thèse, nous étudions l'influence combinée de la variabilité génétique d'une colonie (qui prend son origine dans la variation du nombre d'accouplements des reines) avec le nombre de gènes supportant les seuils de réponse, vis-à-vis de la performance de l'allocation des tâches. Nous avons utilisé un simulateur basé sur des agents pour modéliser une situation où les travailleurs d'une colonie devaient accomplir une tâche de régulation (1a quantité d'une nourriture donnée doit être maintenue à l'intérieur d'un certain intervalle) ou une tâche de recherche de nourriture (la quantité d'une certaine nourriture doit être accumulée autant que possible). Dans ce contexte, 'efficacité des colonies tient en partie des travailleurs qui sont capable d'effectuer les deux tâches de manière efficace. Pour étudier l'effet de la diversité génétique d'une colonie, nous comparons l'efficacité des colonies possédant des reines qui s'accouplent avec un nombre variant de mâles. D'autre part, l'influence de la structure génétique a été étudiée en variant le nombre de loci à la base du seuil de réponse des deux tâches de régulation et de recherche de nourriture. Une évolution artificielle a été réalisée pour évoluer les valeurs alléliques qui sont à l'origine de ces seuils de réponse. Les résultats ont révélé que de nombreux accouplements se traduisaient toujours en une plus grande performance de la colonie, quelque soit le nombre de loci encodant les seuils des tâches de régulation et de recherche de nourriture. Cependant, les effets bénéfiques d'accouplements additionnels ont été particulièrement important lorsque la structure génétique des reines comprenait un ou quelques gènes pour le seuil de réponse pour la tâche de recherche de nourriture. D'autre part, un nombre plus élevé de gènes encodant la tâche de recherche de nourriture a diminué la performance de la colonie avec un effet nuisible d'autant plus fort lorsque les reines s'accouplent avec plusieurs mâles. Finalement, le nombre de gènes déterminant le seuil pour la tâche de régulation eu seulement un effet mineur mais incrémental sur la performance de la colonie. Pour conclure, nos expériences numériques révèlent l'importance de considérer les effets associés à la fréquence d'accouplement des reines, à la structure génétique qui est à l'origine des seuils de réponse pour les tâches ainsi qu'au type de tâche effectué au moment d'étudier les facteurs qui régulent l'efficacité de la répartition du travail chez les insectes vivant en communauté. Dans cette thèse, nous étudions l'efficacité de l'allocation des tâches des modèles prenant en compte des seuils de réponses, et les comparons à des réseaux de neurones. Alors que les modèles basés sur des seuils de réponse sont couramment utilisés parmi les biologistes intéressés par la répartition des tâches chez les insectes vivant en société, notre simulation montre qu'ils se révèlent peu efficace comparé à un modèle faisant usage de réseaux de neurones. Un point faible majeur des seuils de réponse est qu'ils échouent sur un point crucial nécessaire à la répartition des tâches, la capacité des individus d'une colonie à commuter efficacement entre des tâches soumises à des conditions environnementales changeantes. De plus, les propriétés intrinsèques des modèles basés sur l'utilisation de seuils conduisent à de larges populations de travailleurs inactifs. Nos résultats mettent en évidence les limites de ces modèles basés sur l'utilisation de seuils et fournissent un substitut adéquat. Ensemble, les expériences présentées dans cette thèse fournissent de nouvelles contributions pour comprendre comment la répartition du travail chez les insectes vivant en société est influencée par la fréquence d'accouplements des reines ainsi que par la structure génétique qui est à l'origine, pour un travailleur, du seuil de réponse pour une tâche. De plus, cette thèse fournit également un nouveau modèle décrivant les mécanismes qui sont à l'origine de l'allocation des tâches entre travailleurs, mécanismes qui peuvent être appliqué de manière plus générale que ceux couramment utilisés et basés sur des seuils de réponse.

Primary spinal epidural lymphoma: patients' profile, outcome, and prognostic factors: a multicenter Rare Cancer Network study

RESUME Objectif : Les lymphomes épiduraux primaires représentent moins de 10% des tumeurs épidurales et de 0,1 à 3,3% de tous les lymphomes. Le but de cette étude a été d'évaluer le profil clinique de cette maladie rare, son traitement, ses résultats ainsi que ses facteurs de pronostic. Matériel et méthode : Entre 1982 et 2002, 52 patients présentant un lymphome épidural primaire ont été traités dans neuf institutions membres du Rare Cancer Network. Les critères d'inclusion comprenaient : une biopsie confirmant le lymphome non-hodgkinien, un stade IE et IIE selon la classification de Ann Arbor, un traitement à visée curative de radiothérapie combinée ou non à une chimiothérapie et un suivi d'au moins six mois. Selon la Working Formulation, 12 patients (23%) présentaient un lymphome de bas grade, 28 (54%) un grade intermédiaire et 12 (23%) un haut grade. Les hommes étaient atteints 1.9 fois plus fréquemment que les femmes. L'âge moyen était de 61 ans (intervalle : 21 à 96). Le bilan incluait un Ct-scan spinal (98%), une IRM (52%), un CT-scan thoraco-abdominal (77%) et une aspiration ou biopsie de moelle osseuse (96%). Les symptômes les plus fréquents comprenaient des douleurs dorsales (79% des patients), une faiblesse musculaire (92%) et des déficits sensoriels (71 %). Quarante-huit patients ont subi une laminectomie de décompression avec résection partielle ou complète (42% et 13% des cas respectivement), tous ont reçu une radiothérapie seule (20 patients) ou en combinaison avec une chimiothérapie (32 patients). La dose médiane totale était de 36 Gy (intervalle 6-50 Gy) avec une moyenne de 20 Gy par fraction (intervalle : 1-25). Le suivi moyen était de 71 mois (intervalle : 22-165 mois). Résultats : Suite au traitement, une progression locale a été observée chez 6 patients après un temps de latence moyen de 6 mois. Le taux de rechute systémique a été de 42% (22 patients) le plus souvent dans les ganglions lymphatiques (n=9) après un intervalle de temps moyen de 20 mois. Lors du dernier contrôle, 28 patients étaient vivants et 24 patients étaient décédés. Le taux de survie à 5 ans, le taux de survie sans maladie et le contrôle local étaient de 69%, 57% et 88% respectivement. En analyse univariée, les facteurs pronostics favorables statistiquement significatifs concernant la survie sans maladie étaient un âge inférieur à 63 ans, ainsi qu'une réponse neurologique complète. Pour la survie à 5 ans, les facteurs favorables étaient un âge inférieur à 63 ans. En analyse multivariée, les facteurs pronostics favorables pour la survie globale à 5 ans étaient une réponse neurologique complète, un traitement combiné, un volume de radiothérapie plus que focal, une dose totale de radiothérapie supérieure à 36 Gy et une résection partielle ou complète de la tumeur. En ce qui concerne la survie sans maladie, les facteurs pronostics favorables étáient un âge inférieur à 63 ans et un traitement combiné. Conclusion : Ce qui ressort de cette analyse est que le bilan diagnostic devrait inclure une IRM ou un CT-scan, un échantillon de tissu pour poser le diagnostic pathologique définitif de la lésion, une histoire médicale et un examen physique complet, une chimie sanguine, un CTscan thoraco-abdominal et une biopsie de la moelle osseuse, un PET-scan devrait également faire partie du bilan. Le traitement devrait consister, dans la phase aiguë, en une chirurgie de décompression avec ou sans résection, suivie d'une radiothérapie d'au moins 36Gy en 2 Gy par fraction et d'une chimiothérapie. Tous les patients présentant un lymphome de haut grade ou de grade intermédiaire devraient pouvoir bénéficier d'un traitement combiné.

Task-dependent influence of genetic architecture and mating frequency on division of labour in social insect societies.

Division of labour is one of the most prominent features of social insects. The efficient allocation of individuals to different tasks requires dynamic adjustment in response to environmental perturbations. Theoretical models suggest that the colony-level flexibility in responding to external changes and internal perturbation may depend on the within-colony genetic diversity, which is affected by the number of breeding individuals. However, these models have not considered the genetic architecture underlying the propensity of workers to perform the various tasks. Here, we investigated how both within-colony genetic variability (stemming from variation in the number of matings by queens) and the number of genes influencing the stimulus (threshold) for a given task at which workers begin to perform that task jointly influence task allocation efficiency. We used a numerical agent-based model to investigate the situation where workers had to perform either a regulatory task or a foraging task. One hundred generations of artificial selection in populations consisting of 500 colonies revealed that an increased number of matings always improved colony performance, whatever the number of loci encoding the thresholds of the regulatory and foraging tasks. However, the beneficial effect of additional matings was particularly important when the genetic architecture of queens comprised one or a few genes for the foraging task's threshold. By contrast, a higher number of genes encoding the foraging task reduced colony performance with the detrimental effect being stronger when queens had mated with several males. Finally, the number of genes encoding the threshold for the regulatory task only had a minor effect on colony performance. Overall, our numerical experiments support the importance of mating frequency on efficiency of division of labour and also reveal complex interactions between the number of matings and genetic architecture.

The fine-scale architecture of structural variants in 17 mouse genomes.

BACKGROUND: Accurate catalogs of structural variants (SVs) in mammalian genomes are necessary to elucidate the potential mechanisms that drive SV formation and to assess their functional impact. Next generation sequencing methods for SV detection are an advance on array-based methods, but are almost exclusively limited to four basic types: deletions, insertions, inversions and copy number gains. RESULTS: By visual inspection of 100 Mbp of genome to which next generation sequence data from 17 inbred mouse strains had been aligned, we identify and interpret 21 paired-end mapping patterns, which we validate by PCR. These paired-end mapping patterns reveal a greater diversity and complexity in SVs than previously recognized. In addition, Sanger-based sequence analysis of 4,176 breakpoints at 261 SV sites reveal additional complexity at approximately a quarter of structural variants analyzed. We find micro-deletions and micro-insertions at SV breakpoints, ranging from 1 to 107 bp, and SNPs that extend breakpoint micro-homology and may catalyze SV formation. CONCLUSIONS: An integrative approach using experimental analyses to train computational SV calling is essential for the accurate resolution of the architecture of SVs. We find considerable complexity in SV formation; about a quarter of SVs in the mouse are composed of a complex mixture of deletion, insertion, inversion and copy number gain. Computational methods can be adapted to identify most paired-end mapping patterns.

Quantifying network properties in multi-electrode recordings: spatiotemporal characterization and inter-trial variation of evoked gamma oscillations in mouse somatosensory cortex in vitro.

Linking the structural connectivity of brain circuits to their cooperative dynamics and emergent functions is a central aim of neuroscience research. Graph theory has recently been applied to study the structure-function relationship of networks, where dynamical similarity of different nodes has been turned into a "static" functional connection. However, the capability of the brain to adapt, learn and process external stimuli requires a constant dynamical functional rewiring between circuitries and cell assemblies. Hence, we must capture the changes of network functional connectivity over time. Multi-electrode array data present a unique challenge within this framework. We study the dynamics of gamma oscillations in acute slices of the somatosensory cortex from juvenile mice recorded by planar multi-electrode arrays. Bursts of gamma oscillatory activity lasting a few hundred milliseconds could be initiated only by brief trains of electrical stimulations applied at the deepest cortical layers and simultaneously delivered at multiple locations. Local field potentials were used to study the spatio-temporal properties and the instantaneous synchronization profile of the gamma oscillatory activity, combined with current source density (CSD) analysis. Pair-wise differences in the oscillation phase were used to determine the presence of instantaneous synchronization between the different sites of the circuitry during the oscillatory period. Despite variation in the duration of the oscillatory response over successive trials, they showed a constant average power, suggesting that the rate of expenditure of energy during the gamma bursts is consistent across repeated stimulations. Within each gamma burst, the functional connectivity map reflected the columnar organization of the neocortex. Over successive trials, an apparently random rearrangement of the functional connectivity was observed, with a more stable columnar than horizontal organization. This work reveals new features of evoked gamma oscillations in developing cortex.

The heterotetrameric architecture of the epithelial sodium channel (ENaC).

The epithelial sodium channel (ENaC) is a key element for the maintenance of sodium balance and the regulation of blood pressure. Three homologous ENaC subunits (alpha, beta and gamma) assemble to form a highly Na+-selective channel. However, the subunit stoichiometry of ENaC has not yet been solved. Quantitative analysis of cell surface expression of ENaC alpha, beta and gamma subunits shows that they assemble according to a fixed stoichiometry, with alpha ENaC as the most abundant subunit. Functional assays based on differential sensitivities to channel blockers elicited by mutations tagging each alpha, beta and gamma subunit are consistent with a four subunit stoichiometry composed of two alpha, one beta and one gamma. Expression of concatameric cDNA constructs made of different combinations of ENaC subunits confirmed the four subunit channel stoichiometry and showed that the arrangement of the subunits around the channel pore consists of two alpha subunits separated by beta and gamma subunits.

Pronostic factors in solitary plasmacytoma of the bone: A Rare Cancer Network study

Contexte Le plasmocytome isolé osseux est une tumeur maligne rare des cellules plasmocytaires. Les données issues de la littérature ne permettent pas de se déterminer sur la dose radiothérapeutique optimale. Dans cette perspective nous avons conduit une vaste étude rétrospective dans le but d'évaluer l'évolution, les facteurs pronostiques aunsi que la dose radiothérapeutique optimale chez les patients présentant un plasmocytome isolé. Méthodes Nous avons réunis les données de 206 patients présentant un plasmocytome isolé osseux sans évidence de myélome multiple. Chaque cas a été documenté histopathologiquement. La majorité des patients (n=169) ont été traités par radiothérapie seule, 32 par une combinaison radiothérapie-chimiothérapie, et 5 par chirurgie. La durée de suivi médiane fut de 54 mois (7-245) Résultats A 5 ans, la survie globale est de 70%, la survie sans maladie de 46% et le contrôle local de 88%. La durée médiane de développement vers une myélome multiple est de 21 mois (2-135) avec une probabilité à 5 ans de 51 %. Les analyses multivariées indiquent l'âge (<60 ans) et la taille de la tumeur (<5cm) comme facteur favorables pour survie. L'âge (<60ans) se dégage comme facteur favorable pour la survie sans maladie. La localisation de la tumeur (vertébrale vs autre) indique la probabilité de contrôle local. L'âge plus avancé (>60 ans) est le seul prédicteur de myélome multiple. Aucune relation dose-réponse n'est mise en évidence pour les doses supérieures à 30 Gy, même pour lés tumeurs les plus étendues. Conclusions Les patients les plus jeunes, principalement ceux présentant une localisation vertébrale, présentent la meilleure évolution sous traitement radiothérapeutique modéré. La progression vers le myélome multiple reste le problème thérapeutique principal. Les futures investigations devraient se focaliser sur les chimiothérapies adjuvantes ainsi que sur les nouveaux agents thérapeutiques.

Steady-state expression of self-regulated genes.

MOTIVATION: Regulatory gene networks contain generic modules such as feedback loops that are essential for the regulation of many biological functions. The study of the stochastic mechanisms of gene regulation is instrumental for the understanding of how cells maintain their expression at levels commensurate with their biological role, as well as to engineer gene expression switches of appropriate behavior. The lack of precise knowledge on the steady-state distribution of gene expression requires the use of Gillespie algorithms and Monte-Carlo approximations. METHODOLOGY: In this study, we provide new exact formulas and efficient numerical algorithms for computing/modeling the steady-state of a class of self-regulated genes, and we use it to model/compute the stochastic expression of a gene of interest in an engineered network introduced in mammalian cells. The behavior of the genetic network is then analyzed experimentally in living cells. RESULTS: Stochastic models often reveal counter-intuitive experimental behaviors, and we find that this genetic architecture displays a unimodal behavior in mammalian cells, which was unexpected given its known bimodal response in unicellular organisms. We provide a molecular rationale for this behavior, and we implement it in the mathematical picture to explain the experimental results obtained from this network.

Unraveling the complex network of cuticular structure and function.

A hydrophobic cuticle is deposited at the outermost extracellular matrix of the epidermis in primary tissues of terrestrial plants. Besides forming a protective shield against the environment, the cuticle is potentially involved in several developmental processes during plant growth. A high degree of variation in cuticle composition and structure exists between different plant species and tissues. Lots of progress has been made recently in understanding the different steps of biosynthesis, transport, and deposition of cuticular components. However, the molecular mechanisms that underlie cuticular function remain largely elusive.