Paleoenvironmental evolution of the Helvetic shallow-water carbonate platform near the Barremian-Aptian boundary, and its relationship with paleoceanographic and paleoclimatic change in the Tethys

Abstract:During my doctoral research, I focused on deciphering the interactions between sea-level and climate change during the Late Barremian-Early Aptian, their expression in the Tethys basin and in the Helvetic carbonate platform. The research highlights are summarized here in three points: In the Helvetic Alps, the transition between the Lower Schrattenkalk (Upper Barremian) and the Rawil Member (Lowermost Aptian) is characterized by a change from a predominantly photozoan to a heterozoan carbonate-producing system, which coincides in time with a general increase in detrital and nutrient input. The clay mineral record shows the appearance of kaolinite within the Rawil Member, whereas this mineral is absent from the uppermost Lower and lowermost Upper Schrattenkalk Members. This indicates the installation of a warmer and more humid climate during this time period. A negative peak in 513C is recorded at the top of the Lower Schrattenkalk Member, and correlates with the well-known negative excursion of -l%o occurring in other basins and dated as latest Barremian, thus confirming a latest Barremian and earliest Aptian age for the Lower Schrattenkalk and Rawil Members, respectively. Furthermore, a sequence stratigraphie framework has been defined for the Rawil Member, based on both the ecology of faunal and floral assemblages, and their palaeoenvironmental interpretation, as well as on the stacking pattern of limestone beds observed during field prospection. The presence of a sequence boundary is postulated near the top of the Lower Schrattenkalk Member, which is correlated with the earliest Aptian SbAl defined in Vercors (France). The SbAl is characterized by a maximum of proximal assemblages and by the disappearance of several benthic foraminiferal species. Within the Rawil Member itself, the stacking pattern and microfacies trends are interpreted to represent the TST of the first Aptian sequence. With regards to the pelagic setting in the Tethyan realm, I investigated the Gorgo a Cerbara section (central Italy). There, thin organic-rich layers occur episodically in pelagic carbonates of the upper Barremian portion of the Maiolica Formation. They are associated with high Corg:Ptot ratios, which indicate the presence of intermittent dysoxic to anoxic conditions. Coarse correlations are also observed between TOC, Ρ and biogenic silica contents, indicating links between Ρ availability, productivity, and organic matter preservation. The corresponding 813Ccarb and δ180 records remain, however, quite stable, indicating that these brief periods of enhanced TOC preservation did not have sufficient impact on the marine carbon household to deviate 6,3C records, and are probably not the consequence of major climate change. On the other hand, organic-rich layers become more frequent around the Barremian-Aptian boundary in both pelagic and hemi-pelagic environments (Gorgo a Cerbara and La Bédoule, France), which are correlated with negative excursions in 6l3Ccarb and 613Corg records. During the earliest Aptian, at Gorgo a Cerbara, the frequency of organic-rich intervals progressively increases and redox-sensitive trace-element enrichments become more frequent, until the highest TOC-enriched level just below the "Livello Selli", indicator of Oceanic Anoxic Event la (OAEla). The latter is associated with the well-known negative spike in 613Ccarb and S,3Corg records, a diminution in the δ,80 record interpreted as the consequence of a wanning interval, an important peak in Ρ accumulation and high Cor::Ptot ratios indicating the prevalence of anoxic conditions. The Selli Level (OAEla) documents a general cooling phase and coincides with maximum RSTE enrichments as well as high Corg:Ptot ratios, which confirm the importance of anoxic conditions during OAE1 a at this site.During the Early Aptian, environmental change on the platform is expressed by orbitolinids proliferation that may be induced by both climate change and sea-level rise. In the basin, the successive black shales horizons from the Late Barremian until the OAE la are interpreted as the progressive impact of palaeoenvironmental change probably linked to the formation of the Ontong- Java plate-basalt plateau.RésuméCe travail de thèse a permis d'investiguer les interactions entre les variations du niveau marin et les changements climatiques sur la plate-forme helvétique ainsi qu'en domaine pélagique à la limite Barrémien-Aptien (Crétacé).Dans les Alpes helvétiques, la limite Barrémien-Aptien est marquée par la transition du Schrattenkalk inférieur, caractérisé par des carbonates photozaires, au Membre de Rawil caractérisé par des carbonates héterozoaires. Cette transition est marquée par une arrivée massive d'éléments détritiques et un apport de nutriments ayant entraîné la prolifération de foraminifères agglutinés tels que les orbitolines. L'analyse des minéraux argileux indique l'apparition de la kaolinite durant le Membre de Rawil, interprétée comme l'installation d'un climat plus chaud et humide. Un pic négatif en 513C est enregistré au sommet du Schrattenkalk inférieur correspond à l'excursion négative de -1%0 bien connue en domaine pélagique et datée comme Barrémien terminal. Cette corrélation apporte un contrôle chronostratigraphique supplémentaire permettant de dater le Schrattenkalk inférieur du Barrémien sup. et le Membre de Rawil de l'Aptien inf. D'autre part, une étude stratigraphique, basée sur des observations de terrain et sur l'interprétation d'assemblages floristiques et faunistiques en terme de paléoenvironnement a permis de mettre en évidence une limite de séquence au sommet du Schrattenkalk inf., corrélable avec la SbAl définie dans le Vercors. Durant la mise en place du Membre de Rawil, l'évolution des microfaciès est interprétée comme le « Transgressive System Tract » de la première séquence aptienne.En domaine pélagique, de minces couches riches en matière organique (MO) apparaissent dès le Barrémien sup. dans la coupe de Gorgo a Cerbara (Italie). Elles sont associées à un ratio C:P élevé indiquant des conditions épisodiquement dysoxiques à anoxiques. De plus, une corrélation nette entre Carbone Organique Total (TOC), phosphore (P) et silice biogénique est observée correspondant à un lien entre Ρ disponible, productivité et préservation de la MO. Pourtant, dans le même temps, le ÔI3C et le δ1βΟ restent constants indiquant des conditions environnementales stables et un cycle du carbone non perturbé par la préservation de MO qui ne serait pas la conséquence d'un changement climatique global mais juste d'un effet local.Ala limite Barrémien-Aptien, en domaine hémi-pélagique (La Bédoule, France) et pélagique (Gorgo a Cerbara), les couches riches en MO sont plus fréquentes et plus épaisses, elles se sont déposées en même temps qu'un pic négatif en 513CCARB et ô13Coib probablement dû à un épisode volcanique. A l'Aptien inf. le TOC des niveaux riches en MO augmente progressivement en même temps que la teneur en éléments traces jusqu'au dernier enrichissement avant l'événement anoxique océanique la (OAE la) correspondant au « niveau critique inf. », indiquant des conditions anoxiques moins restreintes. Celui-ci est également caractérisé par le fameux pic négatif en Ô13C (C3), une diminution du δ180 interprétée comme un réchauffement, par un pic en Ρ et un ratio C:P élevé. L'OAE 1 a, quant à lui, enregistre un refroidissement et coïncide avec le maximum en éléments traces ainsi qu'un fort ratio C:P mettant en valeur l'importance des conditions anoxiques pendant 1ΌΑΕ la dans cette coupe alors qu'aucune perturbation n'est enregistrés à La Bédoule probablement à cause de conditions paléogéographiques locales.Durant l'Aptien inf., les changements environnementaux sur la plate-forme se marquent par la prolifération d'orbitolines due à un changement climatique et une hausse du niveau marin. En domaine profond, la succession de niveaux riches en MO du Barrémien sup. jusqu'à l'OAE la documente l'impact progressif de changements paléoenvironnementaux, probablement liés à la formation du plateau d'Ontong Java à l'ouest de l'océan Pacifique.

Role of Protein Ubiquitination in NFH-LacZ mice

In neurodegenerative diseases, one can observe deposits of degradation products that represent hallmark structures. Actually, the underlying mechanisms are not well understood, but some hypotheses claim that the ubiquitin-proteasome system is perturbed in neurodegenerative diseases. Some of the influencing factors are aging, oxidation and the formation of free radicals, as well as genetic mutations which affect the function of proteins and result in an accumulation and formation of aggresomes. The amyotrophic lateral sclerosis, in which a malfunction of the sodium dismutase perturbs the redox system, is characterized by the accumulation of elements of the cytoskeleton in motor neurons and a progressive neuronal death. We suppose that in these diseases the ubiquitin- proteasome system is deregulated and try to demonstrate this hypothesis by comparing the ubiquitination of different neurofilaments in brain and spinal cord of transgenic and control mice. These NFH-LacZ mice with a truncated NF-H protein and a ß-galactosidase marker protein induce an accumulation of NF-proteins and neurofilaments are no longer transported into axons or dendrites. The accumulation of such aggregates resembles the phenotype of amyotrophic lateral sclerosis. Beside the ubiquitination the neurofilament expression and phosphorylation state was investigated. The results cannot demonstrate a perturbation of the ubiquitin-proteasome system of neurofilaments in transgenic mice. In contrast, in accordance with the mechanism of the NFH-LacZ mice a decrease of high and medium density neurofilaments and a hypophosphorylation were found. In conclusion, to elicit the pathological mechanism of amyotrophic lateral sclerosis and to develop focused treatments, we have to review the pathological mechanism of the transgenic mice and repeat the experiments with other animal models or with human material. Other possibilities would be to focus on other degradation mechanisms, such as the endosome/lysosome system, and to define their role in the amyotrophic lateral sclerosis more clearly.

Etude de l'activation et de l'inactivation pH-dépendantes des canaux ASICs (Acide-Sensing Ion Channels)

RESUME: Etude de l'activation et de l'inactivation pH-dépendantes des canaux ASICs (Acid-Sensing Ion Channels) Benoîte BARGETON, Département de Pharmacologie et de Toxicologie, Université de Lausanne, rue du Bugnon 27, CH-1005 Lausanne, Suisse Les canaux sodiques ASICs (Acid-Sensing Ion Channels) participent à la signalisation neuronale dans les systèmes nerveux périphérique et central. Ces canaux non voltage dépendants sont impliqués dans l'apprentissage, l'expression de la peur, la neurodégénération consécutive à une attaque cérébrale et la douleur. Les bases moléculaires sous-tendant leur activité ne sont pas encore totalement comprises. Ces canaux sont activés par une acidification du milieu extracellulaire et régulés, entre autres, par des ions tels que le Ca2+, le Zn2+ et le CI". La cristallisation de ASIC inactivé a été publiée. Le canal est un trimére de sous-unités identiques ou homologues. Chaque sous-unité a été décrite en analogie à un avant bras, un poignet et une main constituée d'un pouce, d'un doigt, d'une articulation, une boule β et une paume. Nous avons appliqué une approche bioinformatique systématique pour identifier les pH senseurs putatifs de ASICIa. Le rôle des pH senseurs putatifs a été testé par mutagénèse dirigée et des modifications chimiques combinées à une analyse fonctionnelle afin de comprendre comment les variations de ρ H ouvrent ces canaux. Les pH senseurs sont des acides aspartiques et glutamiques éparpillés sur la boucle extracellulaire suggérant que les changements de pH contrôlent l'activation et l'inactivation de ASIC en (dé)protonant ces résidus en divers endroits de la protéine. Par exemple lors de l'activation, la protonation des résidus à l'interface entre le pouce, la boule β et le doigt d'une même sous-unité induit un mouvement du pouce vers la bouie β et le doigt. De même lors de l'inactivation du canal les paumes des trois sous-unités formant une cavité se rapprochent. D'après notre approche bioinformatique, aucune histidine n'est impliquée dans la détection des variations de pH extracellulaire c'est-à-dire qu'aucune histidine ne serait un pH-senseur. Deux histidines de ASIC2a lient le Zn2+ et modifient l'affinité apparente du canal pour les protons. Une seule des deux est conservée parmi tous les ASICs, hASICIa H163. Elle forme un réseau de liaison hydrogène avec ses voisins conservés. L'étude détaillée de ce domaine, Pinterzone, montre son importance dans l'expression fonctionnelle des canaux. La perturbation de ce réseau par l'introduction d'un résidu hydrophobe (cystéine) par mutagénèse dirigée diminue l'expression du canal à la membrane plasmique. La modification des cystéines introduites par des réactifs spécifiques aux groupements sulfhydryle inhibe les canaux mutés en diminuant leur probabilité d'ouverture. Ces travaux décrivent les effets de l'acidification du milieu extracellulaire sur les canaux ASICs. ABSTRACT: Study of pH-dependent activation and inactivation of ASIC channels Benoîte BARGETON, Department of Pharmacology and Toxicology, University of Lausanne, Rue du Bugnon 27, CH-1G05 Lausanne, Switzerland The ASIC (Acid-Sensing Ion Channels) sodium channels are involved in neuronal signaling in the central and peripheral nervous system. These non-voltage-gated channels are involved in learning, the expression of fear, neurodegeneration after ischemia and pain sensation. The molecular bases underlying their activity are not yet fully understood. ASICs are activated by extracellular acidification and regulated, eg by ions such as Ca2+, the Zn2+ and CI". The crystallization of inactivated ASIC has been published. The channel is a trimer of identical or homologous subunits. Each subunit has been described in analogy to a forearm, wrist and hand consisting of a thumb, a finger, a knuckle, a β-ball and a palm. We applied a systematic computational approach to identify putative pH sensor(s) of ASICIa. The role of putative pH sensors has been tested by site-directed mutagenesis and chemical modification combined with functional analysis in order to understand how changes in pH open these channels. The pH sensors are aspartic and glutamic acids distributed throughout the extracellular loop, suggesting that changes in pH control activation and inactivation of ASIC by protonation / deprotonation of many residues in different parts of the protein. During activation the protonation of various residues at the interface between the finger, the thumb and the β-ball induces the movement of the thumb toward the finger and the β-ball. During inactivation of the channel the palms of the three subunits forming a cavity approach each other. No histidine has been shown to be involved in extracellular pH changes detection, i.e. no histidine is a pH- sensor. Two histidines of ASIC2 bind Zn2+ and alter the apparent affinity of channel for protons. Only one of the two His is conserved among all ASICs, hASICIa H163. This residue is part of a network of hydrogen bonding with its conserved neighbors. The detailed study of this area, the interzone, shows its importance in the functional expression of ASICs. Disturbance of this network by the introduction of hydrophobic residues decreases the cell surface channel expression. Chemical modification of the introduced cysteines by thiol reactive compounds inhibits the mutated channels by a reduction of their open probability. These studies describe the effects of extracellular acidification on ASICs. RESUME GRAND PUBLIC: Etude de l'activation et de l'inactivation pH-dépendantes des canaux ASICs (Acid-Sensing Ion Channels) Benoîte BARGETON, Département de Pharmacologie et de Toxicologie, Université de Lausanne, rue du Bugnon 27, CH-1005 Lausanne, Suisse La transmission synaptique est un processus chimique entre deux neurones impliquant des neurotransmetteurs et leurs récepteurs. Un dysfonctionnement de certains types de synapses est à l'origine de beaucoup de troubles nerveux, tels que certaine forme d'épilepsie et de l'attention. Les récepteurs des neurotransmetteurs sont de très bonnes cibles thérapeutiques dans de nombreuses neuropathologies. Les canaux ASICs sont impliqués dans la neurodégénération consécutive à une attaque cérébrale et les bloquer pourraient permettre aux patients d'avoir moins de séquelles. Les canaux ASICs sont des détecteurs de l'acidité qui apparaît lors de situations pathologiques comme l'ischémie et l'inflammation. Ces canaux sont également impliqués dans des douleurs. Cibler spécifiquement ces canaux permettrait d'avoir de nouveaux outils thérapeutiques car à l'heure actuelle l'inhibiteur de choix, l'amiloride, bloque beaucoup d'autres canaux empêchant son utilisation pour bloquer les ASICs. C'est pourquoi il faut connaître et comprendre les bases moléculaires du fonctionnement de ces récepteurs. Les ASICs formés de trois sous-unités détectent les variations de l'acidité puis s'ouvrent transitoirement pour laisser entrer des ions chargés positivement dans la cellule ce qui active la signalisation neuronale. Afin de comprendre les bases moléculaires de l'activité des ASICs nous avons déterminé les sites de liaison des protons (pH-senseurs), ligands naturels des ASICs et décrit une zone importante pour l'expression fonctionnelle de ces canaux. Grâce à une validation systématique de résultats obtenus en collaboration avec l'Institut Suisse de Bioinformatique, nous avons décrit les pH-senseurs de ASICIa. Ces résultats, combinés à ceux d'autres groupes de recherche, nous ont permis de mieux comprendre comment les ASICs sont ouverts par une acidification du milieu extracellulaire. Une seconde étude souligne le rôle structural crucial d'une région conservée parmi tous les canaux ASICs : y toucher c'est diminuer l'activité de la protéine. Ce domaine permet l'harmonisation des changements dus à l'acidification du milieu extracellulaire au sein d'une même sous-unité c'est-à-dire qu'elle participe à l'induction de l'inactivation due à l'activation du canal Cette étude décrit donc quelle région de la protéine atteindre pour la bloquer efficacement en faisant une cible thérapeutique de choix.

Disentangling the Hettangian carbon isotope record: Implications for the aftermath of the end-Triassic mass extinction

This study provides an organic carbon stable isotope (delta(13)C(org)) record calibrated with detailed ammonite biostratigraphy, following the end-Triassic biological crisis. Precise correlation between this crucial fossil group and the delta(13)C(org) record is key to understanding feedbacks between biological and environmental events following mass extinction. The latest Triassic and Hettangian delta(13)C(org) record shows several negative and positive excursions. The end-Triassic negative shift coinciding with the mass extinction interval is followed by a positive excursion in the earliest Hettangian Psiloceras spelae beds, which marks the onset of recovery in the marine ecosystem. This positive trend is interrupted by a second negative delta(13)C(org) excursion in the P. pacificum beds related to a minor ammonite extinction event. This pattern of the delta(13)C(org) curve culminates in the uppermost Hettangian Angulata Zone major positive excursion. This indicates that both the ecosystem and the carbon cycle remained in a state of perturbation for at least 2 Ma, although the recovery of some pelagic taxa already began at the base of Jurassic. The early and late Hettangian positive delta(13)C(org) excursions have been confused in several recent papers. Here, we show that during the Hettangian there are indeed two distinct positive delta(13)C(org) excursions. Phases of anoxia and further pulses of Central Atlantic Magmatic Province volcanism during the Hettangian might have inhibited the full recovery for that interval of time. The main Liasicus-Angulata organic positive CIE (carbon isotope excursion) during the Late Hettangian might be related to gradual decreasing of pCO(2) due to protracted high organic burial, and coincides with a second phase of recovery, as indicated by a pulse of ammonoid diversification.

Human epidermal stem cell function is regulated by circadian oscillations.

Human skin copes with harmful environmental factors that are circadian in nature, yet how circadian rhythms modulate the function of human epidermal stem cells is mostly unknown. Here we show that in human epidermal stem cells and their differentiated counterparts, core clock genes peak in a successive and phased manner, establishing distinct temporal intervals during the 24 hr day period. Each of these successive clock waves is associated with a peak in the expression of subsets of transcripts that temporally segregate the predisposition of epidermal stem cells to respond to cues that regulate their proliferation or differentiation, such as TGFβ and calcium. Accordingly, circadian arrhythmia profoundly affects stem cell function in culture and in vivo. We hypothesize that this intricate mechanism ensures homeostasis by providing epidermal stem cells with environmentally relevant temporal functional cues during the course of the day and that its perturbation may contribute to aging and carcinogenesis.

Social dysfunctioning after mild to moderate first-ever stroke at vocational age.

BACKGROUND: With improvements in stroke treatments, the number of patients with dramatic recovery is increasing. However, many of them are still complaining of difficulties in returning to work and every day activities. The aim was to assess work and social dysfunctioning in patients with minor to moderate stroke and explore its contributing factors. METHODS: Consecutive patients were prospectively included at a median 7 months after a first-ever stroke. Scores on the Work and Social Adjustment Scale (WSAS), a generic self-reported scale for assessing social functioning, were correlated with scores on the National Institutes of Health Stroke Scale (NIHSS), activities of daily living, Hospital Anxiety and Depression scale (HAD) and MMSE, Iowa Scale of Personality Changes and return to work at 1 year. RESULTS: Among the 84 included patients (mean age 43.5 years), 57 (68%; 95% CI 57 to 78%) complained of significant perturbation of functioning attributed to stroke. WSAS was highly significantly related to modified Rankin scale, daily living activities, Iowa Scale of Personality Changes and return to work at 1 year. Using ordinal logistic regression, the contributors to WSAS were initial neurological severity (NIHSS at admission), HAD and MMSE. CONCLUSIONS: The study showed that up to 68% of our patients complained of significant work and social dysfunction due to stroke, despite a good clinical outcome. This self-estimation was correlated to external validation criteria, stressing the high burden of stroke from the patient's viewpoint. Moreover, when compared across diseases, social dysfunctioning after mild stroke was as important as in other major disabling diseases.

Circadian control of tissue homeostasis and adult stem cells.

The circadian timekeeping mechanism adapts physiology to the 24-hour light/dark cycle. However, how the outputs of the circadian clock in different peripheral tissues communicate and synchronize each other is still not fully understood. The circadian clock has been implicated in the regulation of numerous processes, including metabolism, the cell cycle, cell differentiation, immune responses, redox homeostasis, and tissue repair. Accordingly, perturbation of the machinery that generates circadian rhythms is associated with metabolic disorders, premature ageing, and various diseases including cancer. Importantly, it is now possible to target circadian rhythms through systemic or local delivery of time cues or compounds. Here, we summarize recent findings in peripheral tissues that link the circadian clock machinery to tissue-specific functions and diseases.

Anti-60-kDa heat shock protein antibodies in fetal serum: a biomarker for unexplained small for gestational age fetuses.

Introduction: Small for gestational age (SGA) is an important problem affecting 10% of pregnancies and is associated with significant perinatal morbidity. In about 80% of cases, a probable etiology or a major risk factor can be identified. But almost 20% of SGA cases are considered unexplained. The 60-kDa heat shock protein (HSP60) is a highly immunogenic protein whose synthesis is greatly upregulated under nonphysiological conditions. Bacterial and human HSP60 share a high degree of sequence homology, and immunity to conserved epitopes may result in development of autoimmunity following a bacterial infection. We hypothesized that unexplained SGA could be the consequence of immune sensitization to human HSP60. Methods: Unexplained SGA fetuses were identified by ultrasound biometry with normal Doppler velocimetry and with no detectable maternal or fetal abnormalities. Fetal sera were obtained by cordocentesis performed for a karyotype analysis in cases of unexplained SGA (study group) or for screening of Rhesus incompatibility (control group). Fetal sera were tested for HSP60 antigen and for IgG and IgM anti-HSP60 by ELISA as well as for other immune and hematological parameters. Results: Maternal parameters were similar between the 12 study cases and the 23 control cases. The mean gestational age at cordocentesis was 29 weeks. IgM anti-HSP60 was detected in 12 cases (100%) and in no controls (p < 0.00017), while IgG anti-HSP60 was detected in 7 cases (58%) and only 1 control (p < 0.001). Three of the 4 cases with the highest IgM antibody levels died. There were no differences in fetal serum levels of HSP60 antigen or other immune and hematological markers between the two groups. Conclusion: Fetuses with unexplained SGA are positive for IgM and IgG antibody to human HSP60 and the specific IgM antibody level is predictive of fetal mortality. Detection of these antibodies indicates that a placental perturbation and a fetal autoimmune reaction to HSP60 are associated with this developmental delay.

Hypertension and intra-operative incidents : a multicentre study of 125000 surgical procedures in Swiss hospitals

Rapport de synthèse : Bien que les complications sévères de l'anesthésie soient actuellement rares, des informations contradictoires existent à propos du rôle et de l'importance de l'hypertension artérielle chronique sur la survenue de complications en cours d'anesthésie. En raison de la prévalence élevée de l'hypertension artérielle dans la population et du grand nombre d'anesthésies effectuées, il est important de clarifier cette relation. Le but de l'étude était d'évaluer si les personnes hypertendues étaient à risque accru de présenter des complications lors d'anesthésies à partir de données collectées de routine lors d'anesthésies usuelles réalisées en Suisse. Nous avons utilisé les données figurant dans le registre ADS (Anesthésie Données Suisse) correspondant à des anesthésies, générales ou locorégionales, réalisées pour chirurgie élective chez des adultes, entre 2000 et 2004 dans 24 hôpitaux suisses. L'attention était portée principalement sur les incidents cardio-vasculaires, mais les autres incidents relevés de routine ont aussi été évalués. La présence d'une hypertension artérielle chronique était définie par la présence d'un traitement antihypertenseur ou par l'anamnèse d'une hypertension artérielle, combinée à la mesure d'une pression artérielle élevée (systolique >160 mm Hg ou diastolique >100 mm Hg) lors de l'examen préopératoire de l'anesthésiste. Les incidents relevés en cours d'anesthésie ont été définis a priori et sont enregistrés de routine sur la feuille d'anesthésie et reportés dans une base de données centralisée. En raison de la structure des données, des analyses hiérarchiques ont été effectuées incluant des variables individuelles (niveau 1), liées aux groupes d'interventions chirurgicales (niveau 2) et à l'hôpital (niveau 3). Parmi les 124 939 interventions, 27 881 (22%) concernaient des patients connus pour une hypertension artérielle chronique. Au moins un incident est survenu dans 16,8% des interventions (95% Cl 16,6 -17,0%). Chez 7 549 patients, au moins un incident cardio- vasculaire est survenu, soit dans 6% des anesthésies (95% Cl 5.9-6.2%). Le rapport des cotes (odds ratio) moyen ajusté pour les incidents cardio-vasculaires chez les patients hypertendus était de 1.38 (95% Cl 1.27-1.49), indiquant une augmentation du risque chez les patients hypertendus. Cependant, l'hypertension n'était pas liée à un risque augmenté de survenue d'un autre incident. Les rapports de cotes ajustés de la survenue d'une complication cardiovasculaire en présence d'une hypertension artérielle variaient selon les hôpitaux entre 0.41 et 2.25. Ainsi, cette étude confirme la présence d'un risque accru de survenue d'une complication cardiovasculaire chez un patient hypertendu lors d'une anesthésie pour chirurgie élective. Il s'agissait le plus souvent d'une arythmie ou d'une perturbation hémodynamique. Cette augmentation du risque proche de 40% a aussi été trouvée dans une revue systématique avec méta-analyse. L'hétérogénéité des institutions -qui persiste même en tenant compte des ajustements pour le type d'intervention chirurgicale et des variables individuelles (case-mix) - suggère des différences de pratique de l'anesthésie selon l'hôpital.

Lung fluid movements in hypoxia.

Pulmonary edema is a problem of major clinical importance resulting from a persistent imbalance between forces that drive water into the airspace of the lung and the biological mechanisms for its removal. Here, we will first review the fundamental mechanisms implicated in the regulation of lung fluid homeostasis, namely, the Starling forces and the respiratory transepithelial sodium transport. Second, we will discuss the contribution of hypoxia to the perturbation of this fine balance and the role of such perturbations in the development of high-altitude pulmonary edema, a disease characterized by a very high morbidity and mortality. Finally, we will review possible interventions aimed to maintain/restore lung fluid homeostasis and their importance for the prevention/treatment of pulmonary edema.

Développement d'une méthode microgravimétrique urbaine : intégration dans un SIG et application au projet du M2 lausannois

Résumé La réalisation d'une seconde ligne de métro (M2) dès 2004, passant dans le centre ville de Lausanne, a été l'opportunité de développer une méthodologie concernant des campagnes microgravimétriques dans un environnement urbain perturbé. Les corrections topographiques prennent une dimension particulière dans un tel milieu, car de nombreux objets non géologiques d'origine anthropogénique comme toutes sortes de sous-sols vides viennent perturber les mesures gravimétriques. Les études de génie civil d'avant projet de ce métro nous ont fournis une quantité importante d'informations cadastrales, notamment sur les contours des bâtiments, sur la position prévue du tube du M2, sur des profondeurs de sous-sol au voisinage du tube, mais aussi sur la géologie rencontré le long du corridor du M2 (issue des données lithologiques de forages géotechniques). La planimétrie des sous-sols a été traitée à l'aide des contours des bâtiments dans un SIG (Système d'Information Géographique), alors qu'une enquête de voisinage fut nécessaire pour mesurer la hauteur des sous-sols. Il a été alors possible, à partir d'un MNT (Modèle Numérique de Terrain) existant sur une grille au mètre, de mettre à jour celui ci avec les vides que représentent ces sous-sols. Les cycles de mesures gravimétriques ont été traités dans des bases de données Ac¬cess, pour permettre un plus grand contrôle des données, une plus grande rapidité de traitement, et une correction de relief rétroactive plus facile, notamment lorsque des mises à jour de la topographie ont lieu durant les travaux. Le quartier Caroline (entre le pont Bessières et la place de l'Ours) a été choisi comme zone d'étude. Le choix s'est porté sur ce quartier du fait que, durant ce travail de thèse, nous avions chronologiquement les phases pré et post creusement du tunnel du M2. Cela nous a permis d'effectuer deux campagnes gravimétriques (avant le creu¬sement durant l'été 2005 et après le creusement durant l'été 2007). Ces réitérations nous ont permis de tester notre modélisation du tunnel. En effet, en comparant les mesures des deux campagnes et la réponse gravifique du modèle du tube discrétisé en prismes rectangulaires, nous avons pu valider notre méthode de modélisation. La modélisation que nous avons développée nous permet de construire avec détail la forme de l'objet considéré avec la possibilité de recouper plusieurs fois des interfaces de terrains géologiques et la surface topographique. Ce type de modélisation peut s'appliquer à toutes constructions anthropogéniques de formes linéaires. Abstract The realization of a second underground (M2) in 2004, in downtown Lausanne, was the opportunity to develop a methodology of microgravity in urban environment. Terrain corrections take on special meaning in such environment. Many non-geologic anthropogenic objects like basements act as perturbation of gravity measurements. Civil engineering provided a large amount of cadastral informations, including out¬lines of buildings, M2 tube position, depths of some basements in the vicinity of the M2 corridor, and also on the geology encountered along the M2 corridor (from the lithological data from boreholes). Geometry of basements was deduced from building outlines in a GIS (Geographic Information System). Field investigation was carried out to measure or estimate heights of basements. A DEM (Digital Elevation Model) of the city of Lausanne is updated from voids of basements. Gravity cycles have been processed in Access database, to enable greater control of data, enhance speed processing, and retroactive terrain correction easier, when update of topographic surface are available. Caroline area (between the bridge Saint-Martin and Place de l'Ours) was chosen as the study area. This area was in particular interest because it was before and after digging in this thesis. This allowed us to conduct two gravity surveys (before excavation during summer 2005 and after excavation during summer 2007). These re-occupations enable us to test our modélisation of the tube. Actually, by comparing the difference of measurements between the both surveys and the gravity response of our model (by rectangular prisms), we were able to validate our modeling. The modeling method we developed allows us to construct detailed shape of an object with possibility to cross land geological interfaces and surface topography. This type of modélisation can be applied to all anthropogenic structures.

Subclinical hyperthyroidism and the risk of coronary heart disease and mortality

Contexte L'hyperthyroïdie infra-clinique est une perturbation de la fonction thyroïdienne, définie par une thyrotropine (TSH) basse et des taux normaux de thyroxine libre (T4L) et triiodothyronine (T3). Cette dysfonction affecte de 1% à 5% des adultes de plus de 65 ans, surtout les femmes, et pourrait être associée avec les maladies cardiovasculaires, la fibrillation auriculaire et l'insuffisance cardiaque. Toutefois, les conclusions des différentes études de cohortes sont contradictoires, avec des limites méthodologiques empêchant leur comparaison de manière formelle. L'objet du travail de thèse était d'estimer le risque de mortalité de toute cause, le risque de mortalité de cause cardiovasculaire, le risque d'événements cardiovasculaires et le risque de fibrillation auriculaire associés à l'hyperthyroïdie infra-clinique dans toutes les grandes études de cohorte prospectives disponibles à ce jour. Méthode et Résultats Les données individuelles de 52'674 participants provenant de 10 études de cohorte prospectives des Etats-Unis, d'Europe, du Brésil et d'Australie ont été analysées pour évaluer les risques à long-terme de l'hyperthyroïdie infra-clinique. L'euthyroïdie était définie par une TSH entre 0.45 et 4.49 mUI/l et l'hyperthyroïdie infra-clinique par une TSH inférieure à 0.45 mUI/l avec un taux normal de T4L, après exclusion des participants prenant des médicaments pouvant perturber la thyroïde. Sur les 52'674 participants, 2188 (4.2%) avaient une hyperthyroïdie infra-clinique. Pendant un suivi de plus de 8 ans, 8527 participants sont décédés (dont 1896 de cause cardiovasculaire), 3653 sur 22'437 ont eu un événement cardiovasculaire et 785 sur 8711 ont développé une fibrillation auriculaire. Dans des analyses ajustées pour l'âge et le sexe, l'hyperthyroïdie infra-clinique était associée à une hausse de la mortalité de toute cause (hazard ratio [HR] 1.24, intervalle de confiance à 95% [IC] 1.06-1.46), de la mortalité cardiovasculaire (HR 1.29, IC 1.02-1.62), des événements cardiovasculaires (HR 1.21, IC 0.99- 1.46) ainsi qu'une hausse de l'incidence de fibrillation auriculaire (HR 1.68, IC 1.16-2.43). Les risques ne différaient pas significativement dans les analyses stratifiées selon l'âge, le sexe ou la présence de maladies cardiovasculaires préexistantes, et étaient similaires après ajustement multiple pour les facteurs de risque cardiovasculaire. Le risque de mortalité cardiovasculaire et de fibrillation auriculaire était plus élevé avec une TSH très basse (< 0.10 Ul/I) comparé à une TSH modérément abaissée (0.10-0.44 mUI/l, valeurs ρ for trend < 0.03). Conclusions et perspectives L'hyperthyroïdie infra-clinique est associée à un risque augmenté de mortalité de toute cause, de cause cardiovasculaire et de fibrillation auriculaire, avec un risque plus élevé quand la TSH est inférieure à 0.10 mUI/l. Ces résultats sont cohérents avec les dernières recommandations internationales conseillant de considérer un traitement de l'hyperthyroïdie infra-clinique pour les adultes de plus de 65 ans ou les patients avec maladie cardiaque, en particulier si la TSH est inférieure à 0.10 mUI/l. Toutefois, des études cliniques randomisées sont encore nécessaires pour prouver l'efficacité du traitement et déterminer si l'on devrait dépister les problèmes de thyroïde dans la population générale.

Structural variation and its effect on expression.

Structural variation, whether it is caused by copy number variants or present in a balanced form, such as reciprocal translocations and inversions, can have a profound and dramatic effect on the expression of genes mapping within and close to the rearrangement, as well as affecting others genome wide. These effects can be caused by altering the copy number of one or more genes or regulatory elements (dosage effect) or from physical disruption of links between regulatory elements and their associated gene or genes, resulting in perturbation of expression. Similarly, large-scale structural variants can result in genome-wide expression changes by altering the positions that chromosomes occupy within the nucleus, potentially disrupting not only local cis interactions, but also trans interactions that occur throughout the genome. Structural variation is, therefore, a significant factor in the study of gene expression and is discussed here in more detail.

Qualitative modeling identifies IL-11 as a novel regulator in maintaining self-renewal in human pluripotent stem cells.

Pluripotency in human embryonic stem cells (hESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) is regulated by three transcription factors-OCT3/4, SOX2, and NANOG. To fully exploit the therapeutic potential of these cells it is essential to have a good mechanistic understanding of the maintenance of self-renewal and pluripotency. In this study, we demonstrate a powerful systems biology approach in which we first expand literature-based network encompassing the core regulators of pluripotency by assessing the behavior of genes targeted by perturbation experiments. We focused our attention on highly regulated genes encoding cell surface and secreted proteins as these can be more easily manipulated by the use of inhibitors or recombinant proteins. Qualitative modeling based on combining boolean networks and in silico perturbation experiments were employed to identify novel pluripotency-regulating genes. We validated Interleukin-11 (IL-11) and demonstrate that this cytokine is a novel pluripotency-associated factor capable of supporting self-renewal in the absence of exogenously added bFGF in culture. To date, the various protocols for hESCs maintenance require supplementation with bFGF to activate the Activin/Nodal branch of the TGFβ signaling pathway. Additional evidence supporting our findings is that IL-11 belongs to the same protein family as LIF, which is known to be necessary for maintaining pluripotency in mouse but not in human ESCs. These cytokines operate through the same gp130 receptor which interacts with Janus kinases. Our finding might explain why mESCs are in a more naïve cell state compared to hESCs and how to convert primed hESCs back to the naïve state. Taken together, our integrative modeling approach has identified novel genes as putative candidates to be incorporated into the expansion of the current gene regulatory network responsible for inducing and maintaining pluripotency.

Mice with chronic GSH deficit display phenotypical anomalies that resemble key aspects of schizophrenia

ABSTRACTSchizophrenia is a major psychiatric disorder occurring with a prevalence of 1% in the worldwide population. It develops progressively with psychosis onset in late adolescence or earlyadulthood. The disorder can take many different facets and has a highly diffuse anddistributed neuropathology including deficits in major neurotransmitter systems,myelination, stress regulation, and metabolism. The delayed onset and the heterogeneouspathology suggest that schizophrenia is a developmental disease that arises from interplayof genetic and environmental factors during sensitive periods. Redox dysregulation due to animbalance between pro-oxidants and antioxidant defence mechanisms is among the riskfactors for schizophrenia. Glutathione (GSH) is the major cellular redox regulator andantioxidant. Levels of GSH are decreased in cerebrospinal fluid, prefrontal cortex and postmortemstriatum of schizophrenia patients. Moreover, polymorphisms of the key GSHsynthesizingenzyme, glutamate-cysteine ligase, modifier (GCLM) subunit, are associatedwith the disease, suggesting that GSH deficit is of genetic origin. Here we used miceknockout (KO) for the GCLM gene, which display chronic GSH deficit (~70 to 80% decrease)to investigate the direct link between redox dysregulation and schizophrenia. Accordingly,we evaluated whether GCLM KO compared to normal wildtype mice display behavioralchanges that relate to schizophrenia symptoms and whether their brains showmorphological, functional or metabolic alterations that resemble those in patients.Moreover, we exposed pubertal GCLM mice to repeated mild stress and measured theirhormonal and behavioral stress reactivity. Our data show that chronic GSH deficit isassociated with altered emotion- and stress-related behaviors, deficient prepulse inhibition,pronounced amphetamine-induced hyperlocomotion but normal spatial learning andworking memory. These changes represent important schizophrenia endophenotypes.Moreover, this particular pattern of change indicates impairment of the ventralhippocampus (VH) and related circuitry as opposed to the dorsal hippocampus (DH), which isimplicated in spatial information processing. This is consistent with a selective deficit ofparvalbumin positive interneurons and gamma oscillation in the VH but not DH. Increasedlevels of circulating stress hormones in KO mice following pubertal stress corroborate VHdysfunction as it is involved in negative feedback control of the stress response. VHstructural and functional deficits are frequently found in the schizophrenic brain. Metabolicevaluation of the developing GCLM KO anterior cortex using in vivo magnetic resonancespectroscopy revealed elevated glutamine (Gln), glutamate (Glu), Gln/Glu and N-acetylaspartate(NAA) during the pre-pubertal period. Similar changes are reported in earlyschizophrenia. Overall, we observe phenotypic anomalies in GSH deficient GCLM KO micethat correspond to major schizophrenia endophenotypes. This supports an important rolefor redox dysregulation in schizophrenia and validates the GCLM KO mouse as model for thedisease. Moreover, our results indicate that puberty may be a sensitive period for redoxsensitivechanges highliting the importance of early intervention. Gln, Gln/Glu, Glu and NAAmay qualify as early metabolic biomarkers to identify young at-risk individuals. Since chronictreatment with NAC normalized most metabolic changes in GCLM KO mice, NAC may be oneadjunct treatment of choice for early intervention in patients.RESUMELa schizophrénie est une maladie psychiatrique majeure avec une prévalence de 1% dans lapopulation. Son développement est progressif, les premières psychoses apparaissant àl'adolescence ou au début de l'âge adulte. La maladie a plusieurs présentations et uneneuropathologie étendue, qui inclut des déficits neurochimiques, métaboliques, de lamyélination et de la régulation du stress. L'émergence tardive et l'hétérogénéité de lapathologie suggèrent que la schizophrénie est une maladie développementale, favorisée pardes facteurs génétiques et environnementaux durant des périodes sensibles. La dérégulationrédox, due à un déséquilibre entre facteurs pro-oxidantes et défenses anti-oxidantes,constitue un facteur de risque. Le glutathion (GSH) est le principal régulateur rédox et antioxidantdes cellules, ses taux sont diminués dans le liquide céphalorachidien, le cortexpréfrontal et le striatum de patients. De plus, des variations du gène codant la sous-unitémodulatrice (GCLM) de la glutamate-cystéine ligase, enzyme de synthèse du GSH, sontassociés la maladie, suggérant que le déficit observé chez les patients est d'originegénétique. Nous avons donc utilisé des souris ayant une délétion du gène GCLM (KO), quiont un déficit chronique en GSH (70-80%), afin d'étudier le lien entre une dérégulation rédoxet la schizophrénie. Nous avons évalué si ces souris présentent des altérationscomportementales analogues aux symptômes de la maladie, et des modificationsstructurelles, fonctionnelles et métaboliques au niveau du cerveau, ressemblant à celles despatients. De plus, nous avons soumis les souris à des stresses modérés durant la puberté,puis mesuré les réponses hormonales et comportementales. Les animaux présentent undéficit pré-attentionnel du traitement des informations moto-sensorielles, un déficit pourcertains apprentissages, une réponse accrue à l'amphétamine, mais leurs mémoires spatialeet de travail sont préservées. Ces atteintes comportementales sont analogues à certainsendophénotypes de la schizophrénie. De plus, ces changements comportementaux sontlargement expliqués par une perturbation morphologique et fonctionnelle de l'hippocampeventral (HV). Ainsi, nous avons observé un déficit sélectif des interneurones immunoréactifsà la parvalbumine et une désynchronisation neuronale dans l'HV. L'hippocampe dorsal,impliqué dans l'orientation spatiale, demeure en revanche intact. L'augmentationd'hormones de stress dans le sang des souris KO suite à un stress prépubertal soutien aussil'hypothèse d'une dysfonction de l'HV, connu pour moduler ce type de réponse. Des déficitsstructurels et fonctionnels dans l'hippocampe antérieur (ventral) ont d'ailleurs été rapportéschez des patients schizophrènes. Par de résonance magnétique, nous avons également suivile profil métabolique du le cortex antérieur au cours du développement postnatal des sourisKO. Ces mesures ont révélé des taux élevés de glutamine (Gln), glutamate (Glu), du ratioGln/Glu, et de N-acétyl-aspartate (NAA) durant la période prépubertale. Des altérationssimilaires sont décrites chez les patients durant la phase précoce. Nous avons donc révélédes anomalies phénotypiques chez les souris GCLM KO qui reflètent certainsendophénotypes de la schizophrénie. Nos résultats appuient donc le rôle d'une dérégulationrédox dans l'émergence de la maladie et le potentiel des souris KO comme modèle. De plus,cette étude met en évidence la puberté comme période particulièrement sensible à unedérégulation rédox, renforçant l'importance d'une intervention thérapeutique précoce. Dansce cadre, Gln, Gln/Glu, Glu and NAA seraient des biomarqueurs clés pour identifier de jeunesindividus à risque. De part son efficacité dans notre modèle, NAC pourrait être unesubstance de choix dans le traitement précoce des patients.