Intrinsic ROS-production capacity of nanoparticles

Engineered nanomaterials (ENMs) exhibit special physicochemical properties and thus are finding their way into an increasing number of industries, enabling products with improved properties. Their increased use brings a greater likelihood of exposure to the nanoparticles (NPs) that could be released during the life cycle of nano-abled products. The field of nanotoxicology has emerged as a consequence of the development of these novel materials, and it has gained ever more attention due to the urgent need to gather information on exposure to them and to understand the potential hazards they engender. However, current studies on nanotoxicity tend to focus on pristine ENMs, and they use these toxicity results to generalize risk assessments on human exposure to NPs. ENMs released into the environment can interact with their surroundings, change characteristics and exhibit toxicity effects distinct from those of pristine ENMs. Furthermore, NPs' large surface areas provide extra-large potential interfaces, thus promoting more significant interactions between NPs and other co-existing species. In such processes, other species can attach to a NP's surface and modify its surface functionality, in addition to the toxicity in normally exhibits. One particular occupational health scenario involves NPs and low-volatile organic compounds (LVOC), a common type of pollutant existing around many potential sources of NPs. LVOC can coat a NP's surface and then dominate its toxicity. One important mechanism in nanotoxicology is the creation of reactive oxygen species (ROS) on a NP's surface; LVOC can modify the production of these ROS. In summary, nanotoxicity research should not be limited to the toxicity of pristine NPs, nor use their toxicity to evaluate the health effects of exposure to environmental NPs. Instead, the interactions which NPs have with other environmental species should also be considered and researched. The potential health effects of exposure to NPs should be derived from these real world NPs with characteristics modified by the environment and their distinct toxicity. Failure to suitably address toxicity results could lead to an inappropriate treatment of nano- release, affect the environment and public health and put a blemish on the development of sustainable nanotechnologies as a whole. The main objective of this thesis is to demonstrate a process for coating NP surfaces with LVOC using a well-controlled laboratory design and, with regard to these NPs' capacity to generate ROS, explore the consequences of changing particle toxicity. The dynamic coating system developed yielded stable and replicable coating performance, simulating an important realistic scenario. Clear changes in the size distribution of airborne NPs were observed using a scanning mobility particle sizer, were confirmed using both liquid nanotracking analyses and transmission electron microscopy (TEM) imaging, and were verified thanks to the LVOC coating. Coating thicknesses corresponded to the amount of coating material used and were controlled using the parameters of the LVOC generator. The capacity of pristine silver NPs (Ag NPs) to generate ROS was reduced when they were given a passive coating of inert paraffin: this coating blocked the reactive zones on the particle surfaces. In contrast, a coating of active reduced-anthraquinone contributed to redox reactions and generated ROS itself, despite the fact that ROS generation due to oxidation by Ag NPs themselves was quenched. Further objectives of this thesis included development of ROS methodology and the analysis of ROS case studies. Since the capacity of NPs to create ROS is an important effect in nanotoxicity, we attempted to refine and standardize the use of 2'7-dichlorodihydrofluorescin (DCFH) as a chemical tailored for the characterization of NPs' capacity for ROS generation. Previous studies had reported a wide variety of results, which were due to a number of insufficiently well controlled factors. We therefore cross-compared chemicals and concentrations, explored ways of dispersing NP samples in liquid solutions, identified sources of contradictions in the literature and investigated ways of reducing artificial results. The most robust results were obtained by sonicating an optimal sample of NPs in a DCFH-HRP solution made of 5,M DCFH and 0.5 unit/ml horseradish peroxidase (HRP). Our findings explained how the major reasons for previously conflicting results were the different experimental approaches used and the potential artifacts appearing when using high sample concentrations. Applying our advanced DCFH protocol with other physicochemical characterizations and biological analyses, we conducted several case studies, characterizing aerosols and NP samples. Exposure to aged brake wear dust engenders a risk of potential deleterious health effects in occupational scenarios. We performed microscopy and elemental analyses, as well as ROS measurements, with acellular and cellular DCFH assays. TEM images revealed samples to be heterogeneous mixtures with few particles in the nano-scale. Metallic and non-metallic elements were identified, primarily iron, carbon and oxygen. Moderate amounts of ROS were detected in the cell-free fluorescent tests; however, exposed cells were not dramatically activated. In addition to their highly aged state due to oxidation, the reason aged brake wear samples caused less oxidative stress than fresh brake wear samples may be because of their larger size and thus smaller relative reactive surface area. Other case studies involving welding fumes and differently charged NPs confirmed the performance of our DCFH assay and found ROS generation linked to varying characteristics, especially the surface functionality of the samples. Les nanomatériaux manufacturés (ENM) présentent des propriétés physico-chimiques particulières et ont donc trouvés des applications dans un nombre croissant de secteurs, permettant de réaliser des produits ayant des propriétés améliorées. Leur utilisation accrue engendre un plus grand risque pour les êtres humains d'être exposés à des nanoparticules (NP) qui sont libérées au long de leur cycle de vie. En conséquence, la nanotoxicologie a émergé et gagné de plus en plus d'attention dû à la nécessité de recueillir les renseignements nécessaires sur l'exposition et les risques associés à ces nouveaux matériaux. Cependant, les études actuelles sur la nanotoxicité ont tendance à se concentrer sur les ENM et utiliser ces résultats toxicologiques pour généraliser l'évaluation des risques sur l'exposition humaine aux NP. Les ENM libérés dans l'environnement peuvent interagir avec l'environnement, changeant leurs caractéristiques, et montrer des effets de toxicité distincts par rapport aux ENM originaux. Par ailleurs, la grande surface des NP fournit une grande interface avec l'extérieur, favorisant les interactions entre les NP et les autres espèces présentes. Dans ce processus, d'autres espèces peuvent s'attacher à la surface des NP et modifier leur fonctionnalité de surface ainsi que leur toxicité. Un scénario d'exposition professionnel particulier implique à la fois des NP et des composés organiques peu volatils (LVOC), un type commun de polluant associé à de nombreuses sources de NP. Les LVOC peuvent se déposer sur la surface des NP et donc dominer la toxicité globale de la particule. Un mécanisme important en nanotoxicologie est la création d'espèces réactives d'oxygène (ROS) sur la surface des particules, et les LVOC peuvent modifier cette production de ROS. En résumé, la recherche en nanotoxicité ne devrait pas être limitée à la toxicité des ENM originaux, ni utiliser leur toxicité pour évaluer les effets sur la santé de l'exposition aux NP de l'environnement; mais les interactions que les NP ont avec d'autres espèces environnementales doivent être envisagées et étudiées. Les effets possibles sur la santé de l'exposition aux NP devraient être dérivés de ces NP aux caractéristiques modifiées et à la toxicité distincte. L'utilisation de résultats de toxicité inappropriés peut conduire à une mauvaise prise en charge de l'exposition aux NP, de détériorer l'environnement et la santé publique et d'entraver le développement durable des industries de la nanotechnologie dans leur ensemble. L'objectif principal de cette thèse est de démontrer le processus de déposition des LVOC sur la surface des NP en utilisant un environnement de laboratoire bien contrôlé et d'explorer les conséquences du changement de toxicité des particules sur leur capacité à générer des ROS. Le système de déposition dynamique développé a abouti à des performances de revêtement stables et reproductibles, en simulant des scénarios réalistes importants. Des changements clairs dans la distribution de taille des NP en suspension ont été observés par spectrométrie de mobilité électrique des particules, confirmé à la fois par la méthode dite liquid nanotracking analysis et par microscopie électronique à transmission (MET), et a été vérifié comme provenant du revêtement par LVOC. La correspondance entre l'épaisseur de revêtement et la quantité de matériau de revêtement disponible a été démontré et a pu être contrôlé par les paramètres du générateur de LVOC. La génération de ROS dû aux NP d'argent (Ag NP) a été diminuée par un revêtement passif de paraffine inerte bloquant les zones réactives à la surface des particules. Au contraire, le revêtement actif d'anthraquinone réduit a contribué aux réactions redox et a généré des ROS, même lorsque la production de ROS par oxydation des Ag NP avec l'oxygène a été désactivé. Les objectifs associés comprennent le développement de la méthodologie et des études de cas spécifique aux ROS. Etant donné que la capacité des NP à générer des ROS contribue grandement à la nanotoxicité, nous avons tenté de définir un standard pour l'utilisation de 27- dichlorodihydrofluorescine (DCFH) adapté pour caractériser la génération de ROS par les NP. Des etudes antérieures ont rapporté une grande variété de résultats différents, ce qui était dû à un contrôle insuffisant des plusieurs facteurs. Nous avons donc comparé les produits chimiques et les concentrations utilisés, exploré les moyens de dispersion des échantillons HP en solution liquide, investigué les sources de conflits identifiées dans les littératures et étudié les moyens de réduire les résultats artificiels. De très bon résultats ont été obtenus par sonication d'une quantité optimale d'échantillons de NP en solution dans du DCFH-HRP, fait de 5 nM de DCFH et de 0,5 unité/ml de Peroxydase de raifort (HRP). Notre étude a démontré que les principales raisons causant les conflits entre les études précédemment conduites dans la littérature étaient dues aux différentes approches expérimentales et à des artefacts potentiels dus à des concentrations élevées de NP dans les échantillons. Utilisant notre protocole DCFH avancé avec d'autres caractérisations physico-chimiques et analyses biologiques, nous avons mené plusieurs études de cas, caractérisant les échantillons d'aérosols et les NP. La vielle poussière de frein en particulier présente un risque élevé d'exposition dans les scénarios professionnels, avec des effets potentiels néfastes sur la santé. Nous avons effectué des analyses d'éléments et de microscopie ainsi que la mesure de ROS avec DCFH cellulaire et acellulaire. Les résultats de MET ont révélé que les échantillons se présentent sous la forme de mélanges de particules hétérogènes, desquels une faible proportion se trouve dans l'échelle nano. Des éléments métalliques et non métalliques ont été identifiés, principalement du fer, du carbone et de l'oxygène. Une quantité modérée de ROS a été détectée dans le test fluorescent acellulaire; cependant les cellules exposées n'ont pas été très fortement activées. La raison pour laquelle les échantillons de vielle poussière de frein causent un stress oxydatif inférieur par rapport à la poussière de frein nouvelle peut-être à cause de leur plus grande taille engendrant une surface réactive proportionnellement plus petite, ainsi que leur état d'oxydation avancé diminuant la réactivité. D'autres études de cas sur les fumées de soudage et sur des NP différemment chargées ont confirmé la performance de notre test DCFH et ont trouvé que la génération de ROS est liée à certaines caractéristiques, notamment la fonctionnalité de surface des échantillons.

Evaluation de la douleur chez les personnes cérébrolésées non-communicantes aux soins intensifs

La douleur est fréquente en milieu de soins intensifs et sa gestion est l'une des missions des infirmières. Son évaluation est une prémisse indispensable à son soulagement. Cependant lorsque le patient est incapable de signaler sa douleur, les infirmières doivent se baser sur des signes externes pour l'évaluer. Les guides de bonne pratique recommandent chez les personnes non communicantes l'usage d'un instrument validé pour la population donnée et basé sur l'observation des comportements. A l'heure actuelle, les instruments d'évaluation de la douleur disponibles ne sont que partiellement adaptés aux personnes cérébrolésées dans la mesure où ces personnes présentent des comportements qui leur sont spécifiques. C'est pourquoi, cette étude vise à identifier, décrire et valider des indicateurs, et des descripteurs, de la douleur chez les personnes cérébrolésées. Un devis d'étude mixte multiphase avec une dominante quantitative a été choisi pour cette étude. Une première phase consistait à identifier des indicateurs et des descripteurs de la douleur chez les personnes cérébrolésées non communicantes aux soins intensifs en combinant trois sources de données : une revue intégrative des écrits, une démarche consultative utilisant la technique du groupe nominal auprès de 18 cliniciens expérimentés (6 médecins et 12 infirmières) et les résultats d'une étude pilote observationnelle réalisée auprès de 10 traumatisés crâniens. Les résultats ont permis d'identifier 6 indicateurs et 47 descripteurs comportementaux, vocaux et physiologiques susceptibles d'être inclus dans un instrument d'évaluation de la douleur destiné aux personnes cérébrolésées non- communicantes aux soins intensifs. Une deuxième phase séquentielle vérifiait les propriétés psychométriques des indicateurs et des descripteurs préalablement identifiés. La validation de contenu a été testée auprès de 10 experts cliniques et 4 experts scientifiques à l'aide d'un questionnaire structuré qui cherchait à évaluer la pertinence et la clarté/compréhensibilité de chaque descripteur. Cette démarche a permis de sélectionner 33 des 47 descripteurs et valider 6 indicateurs. Dans un deuxième temps, les propriétés psychométriques de ces indicateurs et descripteurs ont été étudiés au repos, lors de stimulation non nociceptive et lors d'une stimulation nociceptive (la latéralisation du patient) auprès de 116 personnes cérébrolésées aux soins intensifs hospitalisées dans deux centres hospitaliers universitaires. Les résultats montrent d'importantes variations dans les descripteurs observés lors de stimulation nociceptive probablement dues à l'hétérogénéité des patients au niveau de leur état de conscience. Dix descripteurs ont été éliminés, car leur fréquence lors de la stimulation nociceptive était inférieure à 5% ou leur fiabilité insuffisante. Les descripteurs physiologiques ont tous été supprimés en raison de leur faible variabilité et d'une fiabilité inter juge problématique. Les résultats montrent que la validité concomitante, c'est-à-dire la corrélation entre l'auto- évaluation du patient et les mesures réalisées avec les descripteurs, est satisfaisante lors de stimulation nociceptive {rs=0,527, p=0,003, n=30). Par contre la validité convergente, qui vérifiait l'association entre l'évaluation de la douleur par l'infirmière en charge du patient et les mesures réalisés avec les descripteurs, ainsi que la validité divergente, qui vérifiait si les indicateurs discriminent entre la stimulation nociceptive et le repos, mettent en évidence des résultats variables en fonction de l'état de conscience des patients. Ces résultats soulignent la nécessité d'étudier les descripteurs de la douleur chez des patients cérébrolésés en fonction du niveau de conscience et de considérer l'hétérogénéité de cette population dans la conception d'un instrument d'évaluation de la douleur pour les personnes cérébrolésées non communicantes aux soins intensifs. - Pain is frequent in the intensive care unit (ICU) and its management is a major issue for nurses. The assessment of pain is a prerequisite for appropriate pain management. However, pain assessment is difficult when patients are unable to communicate about their experience and nurses have to base their evaluation on external signs. Clinical practice guidelines highlight the need to use behavioral scales that have been validated for nonverbal patients. Current behavioral pain tools for ICU patients unable to communicate may not be appropriate for nonverbal brain-injured ICU patients, as they demonstrate specific responses to pain. This study aimed to identify, describe and validate pain indicators and descriptors in brain-injured ICU patients. A mixed multiphase method design with a quantitative dominant was chosen for this study. The first phase aimed to identify indicators and descriptors of pain for nonverbal brain- injured ICU patients using data from three sources: an integrative literature review, a consultation using the nominal group technique with 18 experienced clinicians (12 nurses and 6 physicians) and the results of an observational pilot study with 10 traumatic brain injured patients. The results of this first phase identified 6 indicators and 47 behavioral, vocal and physiological descriptors of pain that could be included in a pain assessment tool for this population. The sequential phase two tested the psychometric properties of the list of previously identified indicators and descriptors. Content validity was tested with 10 clinical and 4 scientific experts for pertinence and comprehensibility using a structured questionnaire. This process resulted in 33 descriptors to be selected out of 47 previously identified, and six validated indicators. Then, the psychometric properties of the descriptors and indicators were tested at rest, during non nociceptive stimulation and nociceptive stimulation (turning) in a sample of 116 brain-injured ICLI patients who were hospitalized in two university centers. Results showed important variations in the descriptors observed during the nociceptive stimulation, probably due to the heterogeneity of patients' level of consciousness. Ten descriptors were excluded, as they were observed less than 5% of the time or their reliability was insufficient. All physiologic descriptors were deleted as they showed little variability and inter observer reliability was lacking. Concomitant validity, testing the association between patients' self report of pain and measures performed using the descriptors, was acceptable during nociceptive stimulation (rs=0,527, p=0,003, n=30). However, convergent validity ( testing for an association between the nurses' pain assessment and measures done with descriptors) and divergent validity (testing for the ability of the indicators to discriminate between rest and a nociceptive stimulation) varied according to the level of consciousness These results highlight the need to study pain descriptors in brain-injured patients with different level of consciousness and to take into account the heterogeneity of this population forthe conception of a pain assessment tool for nonverbal brain-injured ICU patients.

Exercice physique et athérosclérose : quels sont les mécanismes physiologiques et moléculaires de l'exercice qui préviennent et protègent de l'athérosclérose? : approche chez un modèle expérimental d'athérosclérose : la souris génétiquement dépourvue en apolipoprotéine E (apoE-/-)

RESUME : L'athérosclérose, pathologie inflammatoire artérielle chronique, est à l'origine de la plupart des maladies cardiovasculaires qui constituent l'une des premières causes de morbidité et mortalité en France. Les études observationnelles et expérimentales montrent que l'exercice physique prévient la mortalité cardiovasculaire. Cependant, les mécanismes précisant les bénéfices cliniques de l'exercice sur l'athérosclérose sont encore largement inconnus. Le but général de ce travail a donc été d'explorer, en utilisant un modèle expérimental d'athérosclérose, la souris hypercholestérolémique génétiquement dépourvue en apolipoprotéine E (apoE-/-), les mécanismes athéroprotecteurs de l'exercice. La dysfonction endothéliale, généralement associée aux facteurs de risque cardiovasculaire, serait l'une des étapes précoces majeures de l'athérogenèse. Elle est caractérisée par une diminution de la biodisponibilité en monoxyde d'azote (NO) avec la perte de ses propriétés vasculo-protectrices, ce qui favorise un climat pro-athérogène (stress oxydatif, adhésion et infiltration des cellules inflammatoires dans la paroi artérielle...) conduisant à la formation de la plaque athéromateuse. L'objectif de notre premier travail a donc été d'explorer les effets de l'exercice d'une part, sur le développement des plaques athéromateuses et d'autre part, sur la fonction endothéliale de la souris apoE-/-. Nos résultats montrent que l'exercice réduit significativement l'extension de l'athérosclérose et prévient la dysfonction endothéliale. L'explication pharmacologique montre que l'exercice stimule la fonction endothéliale via, notamment, une plus grande sensibilité des récepteurs endothéliaux muscariniques, ce qui active les événements signalétiques cellulaires récepteurs-dépendants à l'origine d'une bioactivité accrue de NO. Les complications cliniques graves de l'athérosclérose sont induites par la rupture de la plaque instable provoquant la formation d'un thrombus occlusif et l'ischémie du territoire tissulaire en aval. L'objectif de notre deuxième travail a été d'examiner l'effet de l'exercice sur la qualité/stabilité de la plaque. Nos résultats indiquent que l'exercice de longue durée stabilise la plaque en augmentant le nombre de cellules musculaires lisses et en diminuant le nombre de macrophages intra-plaques. Nos résultats montrent aussi que la phosphorylation de la eNOS (NO Synthase endothéliale) Akt-dépendante n'est pas le mécanisme moléculaire majeur à l'origine de ce bénéfice. Enfin, dans notre troisième travail, nous avons investigué l'effet de l'exercice sur le développement de la plaque vulnérable. Nos résultats montrent, chez un modèle murin de plaque instable (modèle d'hypertension rénovasculaire à rénine et angiotensine II élevés) que l'exercice prévient l'apparition de la plaque vulnérable indépendamment d'un effet hémodynamique. Ce bénéfice serait associé à une diminution de l'expression vasculaire des récepteurs AT1 de l'Angiotensine II. Nos résultats justifient l'importance de l'exercice comme outil préventif des maladies cardiovasculaires. ABSTRACT : Atherosclerosis, a chronic inflammatory disease, is one of the main causes of morbidity and mortality in France. Observational and experimental data indicate that regular physical exercise has a positive impact on cardiovascular mortality. However, the mechanisms by which exercise exerts clinical benefits on atherosclerosis are still unknown. The general aim of this work was to elucidate the anti-atherosclerotic effects of exercise, using a mouse model of atherosclerosis: the apolipoprotein E-deficient mice (apoE-/- mice). Endothelial dysfunction, generally associated with cardiovascular risk factors, has been recognized to be a major and early step in atherogenesis. Endothelial dysfunction is characterized by Nitric Oxide (NO) biodisponibility reduction with loss of NO-mediated vasculoprotective actions. This leads to vascular effects such as increased oxidative stress and increased adhesion of inflammatory cells into arterial wall thus playing a role in atherosclerotic plaque development. Therefore, one of the objective of our study was to explore the effects of exercise on atherosclerotic plaque extension and on endothelial function in apoE-/- mice. Results show that exercise significantly reduces plaque progression and prevents endothelial dysfunction. Pharmacological explanation indicates that exercise stimulates endothelial function by increasing muscarinic receptors sensitivity which in turn activates intracellular signalling receptor-dependent events leading to increased NO bioactivity. The clinical manifestations of atherosclerosis are the consequences of unstable plaque rupture with thrombus formation leading to tissue ischemia. The second aim of our work was to determine the effect of exercise on plaque stability. We demonstrate that long-term exercise stabilizes atherosclerotic plaques as shown by decreased macrophage and increased Smooth Muscle Cells plaque content. Our results also suggest that the Akt-dependent eNOS phosphorylation pathway is not the primary molecular mechanism mediating these beneficial effects. Finally, we assessed a putative beneficial effect of exercise on vulnerable plaque development. In a mouse model of Angiotensine II (Ang II)-mediated vulnerable atherosclerotic plaques, we provide fist evidence that exercise prevents atherosclerosis progression and plaque vulnerability. The beneficial effect of swimming was associated with decreased aortic Ang II AT1 receptor expression independently from any hemodynamic change. These findings suggest clinical benefit of exercise in terms of cardiovascular event protection.

Pièges dans l'interprétation de la pathologie infiltrative et de l'exposition à l'amiante.

Messages à retenir: L'identification des anomalies pleurales et parenchymateuses liées à une exposition à l'amiante est essentielle pour la reconnaissance de maladie professionnelle, avec de lourdes conséquences économiques. Le scanner thoracique est l'outil le plus fiable de ce dépistage. La détection d'anomalies dans les régions basales et sous-pleurales doit conduire à la réalisation de coupes complémentaires en procubitus sur ces régions. Le diagnostic TDM des anomalies pleurales et parenchymateuses liées à l'amiante repose sur des critères diagnostiques et un vocabulaire précis. De nombreuses images pièges peuvent mimer des plaques ou une asbestose. Une bonne connaissance de l'anatomie de l'interface pleuro-parenchymateuse et des principaux diagnostics différentiels permet souvent de redresser le diagnostic. Résumé: Le scanner multicoupe est l'outil de référence pour le dépistage des pathologies pleurales et parenchymateuses liées à l'exposition à l'amiante. Le diagnostic de plaques pleurales repose sur une surélévation quadrangulaire et nette de l'interface pleuro-parenchymateuse, dans une ou des localisation(s) évocatrice(s). Les pièges responsables de fausses images de plaques sont nombreux : structures anatomiques et variantes de la normale, opacités postéro-basales liées à des troubles ventilatoires, sarcoïdose... Les plaques doivent être différenciées des autres anomalies pleurales bénignes pouvant être rencontrées dans ce contexte, mais non spécifiques d'une exposition à l'amiante : épaississements pleuraux diffus, fibrose de la plèvre viscérale, images en pieds de corneille. La reconnaissance d'une asbestose nécessite de s'affranchir de troubles ventilatoires liés à la déclivité ou à des contraintes mécaniques focales, chroniques, telles que des ostéophytes para-vertébraux. Les coupes en procubitus permettent d'affirmer l'existence d'une pathologie interstitielle débutante dans les régions sous-pleurales et basales. Des anomalies interstitielles isolées ne peuvent être attribuées à une asbestose, de même que des anomalies interstitielles non spécifiques, associées ou non à une pathologie diffuse fibrosante.

The role of the hypothalamic kisspeptin/GPR54 system in the control of GnRH neurons

Summary : The hypothalamus represents less than 1 % of the total volume of the brain tissue, yet it plays a crucial role in endocrine regulations. Puberty is defined as a process leading to physical, sexual and psychosocial maturation. The hypothalamus is central to this process, via the activation of GnRH neurons. Pulsatile GnRH secretion, minimal during childhood, increases with the onset of puberty. The primary function of GnRH is to regulate the growth, development and function of testes in boys and ovaries in girls, by stimulating the pituitary gland secretion of luteinizing hormone (LH) and follicle-stimulating hormone (FSH). Several factors contribute to the timing of puberty, including sex and ethnicity, genetics, dietary intake and energy expenditure. Kisspeptins constitute a family of small peptides arising from the proteolytic cleavage of metastin, a peptide with 54 amino acids initially purified from human placenta. These kisspeptins were the subject of much attention following their discovery because of their antimetastatic properties, but it was more recently that their determining role in the reproductive function was demonstrated. It was shown that kisspeptins are ligands of a receptor, GPR54, whose natural inactivating mutation in humans, or knockout in the mouse, lead to infertility. GnRH neurons play a pivotal role in the central regulation of fertility. Kisspeptin greatly increases GnRH release and GnRH neuron firing activity, but the neurobiological mechanisms for these actions are unknown. Gprotein-coupled receptor 54, the receptor for kisspeptin, is expressed by GnRH neurons as well as other hypothalamic neurons, suggesting that both direct and indirect effects are possible. In the first part of my thesis, we investigated a possible connection between the acceleration of sexual development induced by leptin and hypothalamic metastin neurons. However, the data generated by our preliminary experiments confirmed that the commercially available antibodies are non-specific. This finding constituted a major drawback for our studies, which relied heavily upon the neuroanatomical study of the hypothalamic metastinergic pathways to elucidate their sensitivity to exogenous leptin. Therefore, we decided to postpone any further in vivo experiment until a better antibody becomes available, and focused on in vitro studies to better understand the mechanisms of action of kisspeptins in the modulation of the activity of GnRH neurons. We used two GnRH-expressing neuronal cell lines to investigate the cellular and molecular mechanisms of action of metastin in GnRH neurons. We demonstrated that kisspeptin induces an early activation of the MAP kinase intracellular signaling pathway in both cell lines, whereas the SAP/JNK or the Akt pathways were unaffected. Moreover, we found an increase in GnRH mRNA levels after 6h of metastin stimulation. Thus, we can conclude that kisspeptin regulates GnRH neurons both at the secretion and the gene expression levels. The MAPK pathway is the major pathway activated by metastin in GnRH expressing neurons. Taken together, these data provide the first mechanism of action of kisspeptin on GnRH neurons. Résumé : L'hypothalamus est une zone située au centre du cerveau, dont il représente moins de 1 du volume total. La puberté est la période de transition entre l'enfance et l'age adulte, qui s'accompagne de transformations somatiques, psychologiques, métaboliques et hormonales conduisant à la possibilité de procréer. La fonction principale de la GnRH est la régulation de la croissance, du développement et de la fonction des testicules chez les hommes, et des ovaires chez les femmes en stimulant la sécrétion de l'hormone lutéinisante (LH) et de l'hormone folliculostimulante (FSH) par la glande hypophysaire. Plusieurs facteurs contribuent au déclanchement de la puberté, y compris le sexe et l'appartenance ethnique, la génétique, l'apport alimentaire et la dépense énergétique. Les Kisspeptines constituent une famille de peptides résultant de la dissociation proteolytique de la métastine, un peptide de 54 acides aminés initialement purifié à partir de placenta humain. Ces kisspeptines ont fait l'objet de beaucoup d'attention à la suite de leur découverte en raison de leurs propriétés anti-metastatiques, et c'est plus récemment que leur rôle déterminant dans la fonction reproductive a été démontré. Les kisspeptines sont des ligands du récepteur GPR54, dont la mutation inactivatrice chez l'homme, ou le knockout chez la souris, conduisent à l'infertilité par hypogonadisme hypogonadotrope. Les neurones à GnRH jouent un rôle central dans le règlement des fonctions reproductrices et la kisspeptine stimule l'activité des neurones à GnRH et la libération de GnRH par ces neurones. Toutefois, les mécanismes neurobiologiques de ces actions ne sont pas connus. Dans la première partie de ma thèse, nous avons étudié le lien potentiel entre l'accélération du développement sexuel induite par la leptine et les neurones hypothalamiques à metastine. Les données générées dans cette première série d'expériences ont malheureusement confirmé que les anticorps anti-metastine disponibles dans le commerce sont aspécifiques. Ceci a constitué un inconvénient majeur pour nos études, qui devaient fortement s'appuyer sur l' étude neuroanatomique des neurones hypothalamiques à metastine pour évaluer leur sensibilité à la leptine exogène. Nous avons donc décidé de focaliser nos travaux sur une étude in vitro des mécanismes d'action de la kisspeptine pour moduler l'activité des neurones à GnRH. Nous avons utilisé deux lignées de cellules neuronales exprimant la GnRH pour étudier les mécanismes d'action cellulaires et moléculaires de la metastine dans des neurones. Nous avons ainsi pu démontrer que la kisspeptine induit une activation précoce de la voie f de signalisation de la MAP kinase dans les deux lignées cellulaires, alors que nous n'avons observé aucune activation de la voie de signalisation de la P13 Kinase et de la SAP/JNK. Nous avons en outre démontré une augmentation de l'expression de la GnRH par la stimulation avec la Kisspeptine. L'ensemble de ces données contribue à élucider le mécanisme d'action avec lequel la kisspeptine agit dans les neurones à GnRH, en démontrant un effet sur l'expression génique de la GnRH. Nous pouvons également conclure que la voie de la MAPK est la voie principale activée par la metastine dans les neurones exprimant la GnRH.

New methods for detecting antibiotic resistant bacteria and preventing their spread

Methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA) bacteria have emerged in the early 1980's in numerous health care institutions around the world. The main transmission mechanism within hospitals and healthcare facilities is through the hands of health care workers. Resistant to several antibiotics, the MRSA is one of the most feared pathogens in the hospital setting since it is very difficult to eradicate with the standard treatments. There are still a limited number of anti-MRSA antibiotics but the first cases of resistance to these compounds have already been reported and their frequency is likely to increase in the coming years. Every year, the MRSA infections result in major human and financial costs, due to the high associated mortality and expenses related to the required care. Measures towards a faster detection of resistant bacteria and establishment of appropriate antibiotic treatment parameters are fundamental. Also as part as infection prevention, diminution of bacteria present on the commonly touched surfaces could also limit the spread and selection of antibiotic resistant bacteria. During my thesis, projects were developed around MRSA and antibiotic resistance investigation using innovative technologies. The thesis was subdivided in three main parts with the use of atomic force microscopy AFM for antibiotic resistance detection in part 1, the importance of the bacterial inoculum size in the selection of antibiotic resistance in part 2 and the testing of antimicrobial surfaces creating by sputtering copper onto polyester in part 3. In part 1 the AFM was used two different ways, first for the measurement of stiffness (elasticity) of bacteria and second as a nanosensor for antibiotic susceptibility testing. The stiffness of MRSA with different susceptibility profiles to vancomycin was investigated using the stiffness tomography mode of the AFM and results have demonstrated and increased stiffness in the vancomycin resistant strains that also paralleled with increased thickness of the bacterial cell wall. Parts of the AFM were also used to build a new antibiotic susceptibility-testing device. This nano sensor was able to measure vibrations emitted from living bacteria that ceased definitively upon antibiotic exposure to which they were susceptible but restarted after antibiotic removal to which they were resistant, allowing in a matter of minute the assessment of antibiotic susceptibility determination. In part 2 the inoculum effect (IE) of vancomycin, daptomycin and linezolid and its importance in antibiotic resistance selection was investigated with MRSA during a 15 days of cycling experiment. Results indicated that a high bacterial inoculum and a prolonged antibiotic exposure were two key factors in the in vitro antibiotic resistance selection in MRSA and should be taken into consideration when choosing the drug treatment. Finally in part 3 bactericidal textile surfaces were investigated against MRSA. Polyesters coated after 160 seconds of copper sputtering have demonstrated a high bactericidal activity reducing the bacterial load of at least 3 logio after one hour of contact. -- Au cours des dernières décennies, des bactéries multirésistantes aux antibiotiques (BMR) ont émergé dans les hôpitaux du monde entier. Depuis lors, le nombre de BMR et la prévalence des infections liées aux soins (IAS) continuent de croître et sont associés à une augmentation des taux de morbidité et de mortalité ainsi qu'à des coûts élevés. De plus, le nombre de résistance à différentes classes d'antibiotiques a également augmenté parmi les BMR, limitant ainsi les options thérapeutiques disponibles lorsqu'elles ont liées a des infections. Des mesures visant une détection plus rapide des bactéries résistantes ainsi que l'établissement des paramètres de traitement antibiotiques adéquats sont primordiales lors d'infections déjà présentes. Dans une optique de prévention, la diminution des bactéries présentes sur les surfaces communément touchées pourrait aussi freiner la dissémination et l'évolution des bactéries résistantes. Durant ma thèse, différents projets incluant des nouvelles technologies et évoluant autour de la résistance antibiotique ont été traités. Des nouvelles technologies telles que le microscope à force atomique (AFM) et la pulvérisation cathodique de cuivre (PCC) ont été utilisées, et le Staphylococcus aureus résistant à la méticilline (SARM) a été la principale BMR étudiée. Deux grandes lignes de recherche ont été développées; la première visant à détecter la résistance antibiotique plus rapidement avec l'AFM et la seconde visant à prévenir la dissémination des BMR avec des surfaces crées grâce à la PCC. L'AFM a tout d'abord été utilisé en tant que microscope à sonde locale afin d'investiguer la résistance à la vancomycine chez les SARMs. Les résultats ont démontré que la rigidité de la paroi augmentait avec la résistance à la vancomycine et que celle-ci corrélait aussi avec une augmentation de l'épaisseur des parois, vérifiée grâce à la microscopie électronique. Des parties d'un AFM ont été ensuite utilisées afin de créer un nouveau dispositif de test de sensibilité aux antibiotiques, un nanocapteur. Ce nanocapteur mesure des vibrations produites par les bactéries vivantes. Après l'ajout d'antibiotique, les vibrations cessent définitivement chez les bactéries sensibles à l'antibiotique. En revanche pour les bactéries résistantes, les vibrations reprennent après le retrait de l'antibiotique dans le milieu permettant ainsi, en l'espace de minutes de détecter la sensibilité de la bactérie à un antibiotique. La PCC a été utilisée afin de créer des surfaces bactéricides pour la prévention de la viabilité des BMR sur des surfaces inertes. Des polyesters finement recouverts de cuivre (Cu), connu pour ses propriétés bactéricides, ont été produits et testés contre des SARMs. Une méthode de détection de viabilité des bactéries sur ces surfaces a été mise au point, et les polyesters obtenus après 160 secondes de pulvérisation au Cu ont démontré une excellente activité bactéricide, diminuant la charge bactérienne d'au moins 3 logio après une heure de contact. En conclusion, l'utilisation de nouvelles technologies nous a permis d'évoluer vers de méthodes de détection de la résistance antibiotique plus rapides ainsi que vers le développement d'un nouveau type de surface bactéricide, dans le but d'améliorer le diagnostic et la gestion des BMR.

New Sorex araneus karyotypes from Germany and the postglacial recolonization of central Europe

New G-banded karyotypes from populations of the common shrew Sorex araneus Linnaeus, 1758 provide a clearer picture of the distribution of chromosome races in central Europe. As expected according to their occurrence in neighbouring countries, the Jutland (kq, no), Laska (k/o) and Drnholec (ko, nr) races are also found in Germany. A new chromosome race "Rugen" (kq) is described from this Baltic Island. Together with the previously recorded races Ulm and Mooswald (kr), six chromosome races are now known from Germany. The resulting distribution pattern is characterized by high frequencies of different race-specific metacentrics at the periphery of the country and clines with decreasing frequencies towards the centre which is occupied by the Ulm race. This race is acrocentric for all chromosome arms involved in the observed race-specific fusions and represents a buffer between the surrounding, more metacentric races. According to the present distribution of these metacentrics, a scenario for the postglacial recolonization of central Europe by S. araneus populations on three different routes is proposed: from the east along the northern slopes of the Carpathian Arc, from the south-east along the Danube Valley and from the south-west through the Upper Rhine Valley.

Family relationships and learning experiences in anxious vs. non-anxious families: Are there differences ?

L'objectif principal de ce travail était d'explorer les relations parent-enfant et les processus d'apprentissage familiaux associés aux troubles anxieux. A cet effet, des familles ayant un membre anxieux (la mère ou l'enfant) ont été comparées avec des familles n'ayant aucun membre anxieux. Dans une première étude, l'observation de l'interaction mère-enfant, pendant une situation standardisée de jeu, a révélé que les mères présentant un trouble panique étaient plus susceptibles de se montrer verbalement contrôlantes, critiques et moins sensibles aux besoins de l'enfant, que les mères qui ne présentaient pas de trouble panique. Une deuxième étude a examiné les perceptions des différents membres de la famille quant aux relations au sein de la famille et a indiqué que, par comparaison aux adolescents non-anxieux, les adolescents anxieux étaient plus enclins à éprouver un sentiment d'autonomie individuelle diminué par rapport à leurs parents. Finalement, une troisième étude s'est intéressée à déterminer l'impact d'expériences d'apprentissage moins directes dans l'étiologie de l'anxiété. Les résultats ont indiqué que les mères présentant un trouble panique étaient plus enclines à s'engager dans des comportements qui maintiennent la panique et à impliquer leurs enfants dans ces comportements, que les mères ne présentant pas de trouble panique. En se basant sur des recherches antérieures qui ont établi une relation entre le contrôle parental, la perception de contrôle chez l'enfant et les troubles anxieux, le présent travail non seulement confirme ce lien mais propose également un modèle pour résumer l'état actuel des connaissances concernant les processus familiaux et le développement des troubles anxieux. Deux routes ont été suggérées par lesquelles l'anxiété pourrait être transmise de manière intergénérationnelle. Chacune de ces routes attribue un rôle important à la perception de contrôle chez l'enfant. L'idée est que lorsque les enfants présentent une prédisposition à interpréter le comportement de leurs parents comme hors de leur contrôle, ils seraient plus enclins à développer de l'anxiété. A ce titre, la perception du contrôle représenterait un tampon entre le comportement de contrôle/surprotection des parents et le trouble anxieux chez l'enfant. - The principal objective of the present work was to explore parent-child relationships and family learning processes associated with anxiety disorders. To this purpose, families with and without an anxious family member (mother or child) were compared. In a first study, observation of mother-child interaction, during a standard play situation, revealed that mothers with panic disorder were more likely to display verbal control and criticism, and less likely to display sensitivity toward their children than mothers without panic disorder. A second study examined family members' perceptions of family relationships and indicated that compared to non-anxious adolescents, anxious adolescents were more prone to experience a diminished sense of individual autonomy in relation to their parents. Finally a third study was interested in determining the effect of less direct learning experiences in the aetiology of anxiety. Results indicated that mothers with panic disorder were more likely to engage in panic-maintaining behaviour and to involve their children in this behaviour than mothers without panic disorder. Based on previous research showing a relationship between parental control, children's perception of control, and anxiety disorders, the present work not only further adds evidence to support this link but also proposes a model summarizing the current knowledge concerning family processes and the development of anxiety disorders. Two pathways have been suggested through which anxiety may be intergenerationally transmitted. Both pathways assign an important role to children's perception of control. The idea is that whenever children have a predisposition towards interpreting their parents' behaviour as beyond of their control, they may be more prone to develop anxiety. As such, perceived control may represent a buffer between parental overcontrolling/overprotective behaviours and childhood anxiety disorder.