Study of conformational changes of ASIC1a by voltage-clamp fluorometry

Le fonctionnement du système nerveux est sensible aux variations de la concentration d'acide. Une acidification des tissus peut se produire pendant une activité neuronale intense ou dans des situations physiopathologiques telles que l'inflammation ou les lésions cérébrales. Les canaux ioniques sensibles à l'acide (ASIC) sont activés par acidification et jouent un rôle important dans la détection des changements d'acide. Les ASICs contribuent à la dégénérescence neuronale après une lésion cérébrale, puisque leur inhibition limite la lésion neuronale. L'acidification induite par une inflammation du tissu nerveux conduit à des stimuli de douleur, qui sont détectés par ces canaux. En effet, les toxines qui bloquent spécifiquement les ASICs montrent des effets analgésiques dans des modèles animaux. La structure 3D d'ASIC peut être comparée à une main qui tient une boule entre son pouce et le doigt. Les différents domaines d'ASIC sont appelés doigt, pouce, jointure, boule-ß et paume. Les domaines transmembranaires représentent le poignet de cette main. Mon projet de thèse vise à décrire les mouvements survenant sur ce canal pendant son activité. A cet effet, j'ai utilisé une technique combinée qui permet la mesure des mouvements en temps réel durant l'activité du canal. J'ai montré les réarrangements des domaines extracellulaires pendant l'activité ASIC. Ces mouvements sont transmis au pore du canal, ou ils contrôlent sa fermeture et ouverture. La direction de ces mouvements a été évaluée pour les domaines doigt et jointure, et nous avons montré qu'ils s'éloignent de la boule-ß lors de l'acidification. J'ai également été en mesure de décrire les mouvements qui se produisent dans la poche acidique, une zone qui est considérée comme importante, car elle représente le site de liaison de certaines toxines de venin qui agissent sur les ASICs. J'ai ainsi pu montrer que les domaines doigt et le pouce qui forment la poche acidique se rapprochent l'un de l'autre pendant l'activation du canal. Ces résultats sont en accord avec des observations précédentes réalisées sur les ASICs par d'autres chercheurs. Enfin, cette analyse approfondie permet d'améliorer les connaissances sur le contrôle de l'activité ASIC; de plus, les mécanismes trouvés ici sont probablement partagés entre les canaux de la famille à laquelle appartiennent les ASICs. -- Les acid-sensing ion channels (ASICs) sont des canaux sodiques ouverts par les protons et principalement exprimés dans le système nerveux. Ils sont impliqués dans la détection des protons dans de nombreux états physiologiques et pathologiques comme l'ischémie et la perception de la douleur. La structure cristalline de l'isoforme ASIC1 de poulet a été déterminée dans l'état désensibilisé et ouvert. Les études fonctionnelles indiquent que la protonation des résidus clés dans la boucle extracellulaire déclenche des changements de conformation conduisant à l'ouverture du canal. Cependant, les mécanismes moléculaires qui relient la protonation à l'ouverture et la fermeture du canal n'ont pas encore été clarifiés. Dans cette étude, nous avons utilisé la voltage-clamp fluorimétrie (VCF) pour révéler les mouvements de l'activité associée qui se produisent dans les différents domaines de l'ASICla. Les fluorophores positionnés dans le pouce, la paume, le doigt, l'articulation et dans les domaines de l'entrée du pore extracellulaire ont montré des signaux de VCF liés à des changements de conformation au cours de l'activité du canal. La synchronisation des changements de fluorescence indique une séquence complexe de mouvements en fonction du pH. La cinétique de la fluorescence et des signaux de courant ont été comparés les uns aux autres afin de déterminer si le mouvement détecté par le signal de fluorescence correspond à une transition fonctionnelle définie du canal. Certains des résidus testés se sont révélés être étroitement liés à la désensibilisation du canal ou au rétablissement après la désensibilisation. En outre, nous avons trouvé qu'un tryptophane endogène de la boule-ß diminue le signal de fluorescence des sondes positionnées dans les domaines doigt et jointure. L'augmentation observée de ces signaux indique que ces domaines s'éloignent à une distance à partir de la boucle de la boule-ß. Sur la base de ce principe, nous avons généré des paires Trp-Cys « quencher», dans lequel le Cys est utilisé comme site d'ancrage pour attacher le fluorophore. Ensuite, nous avons évalué les changements de conformation qui se produisent au niveau de la poche acide, une zone importante pour la fonction et la régulation d'ASIC. Les signaux de fluorescence indiquent un mouvement de l'hélice supérieure du pouce vers le doigt et une rotation de la boule-ß dans le sens horaire. L'analyse de la cinétique indique que les mouvements des sous-domaines qui composent la poche acide se produisent pendant la désensibilisation du canal. Mon projet de doctorat représente la première analyse approfondie des changements conformationnels dépendants de l'activité des ASICs et fournit des informations sur les mécanismes de contrôle de l'activité du canal qui sont probablement partagés avec d'autres canaux proches.

Fluorescence imaging reveals the nuclear behavior of peroxisome proliferator-activated receptor/retinoid X receptor heterodimers in the absence and presence of ligand.

In a global approach combining fluorescence recovery after photobleaching (FRAP), fluorescence correlation spectroscopy (FCS), and fluorescence resonance energy transfer (FRET), we address the behavior in living cells of the peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs), a family of nuclear receptors involved in lipid and glucose metabolism, inflammation control, and wound healing. We first demonstrate that unlike several other nuclear receptors, PPARs do not form speckles upon ligand activation. The subnuclear structures that may be observed under some experimental conditions result from overexpression of the protein and our immunolabeling experiments suggest that these structures are subjected to degradation by the proteasome. Interestingly and in contrast to a general assumption, PPARs readily heterodimerize with retinoid X receptor (RXR) in the absence of ligand in living cells. PPAR diffusion coefficients indicate that all the receptors are engaged in complexes of very high molecular masses and/or interact with relatively immobile nuclear components. PPARs are not immobilized by ligand binding. However, they exhibit a ligand-induced reduction of mobility, probably due to enhanced interactions with cofactors and/or chromatin. Our study draws attention to the limitations and pitfalls of fluorescent chimera imaging and demonstrates the usefulness of the combination of FCS, FRAP, and FRET to assess the behavior of nuclear receptors and their mode of action in living cells.

Fluorescence behavioral imaging (FBI) tracks identity in heterogeneous groups of Drosophila.

Distinguishing subpopulations in group behavioral experiments can reveal the impact of differences in genetic, pharmacological and life-histories on social interactions and decision-making. Here we describe Fluorescence Behavioral Imaging (FBI), a toolkit that uses transgenic fluorescence to discriminate subpopulations, imaging hardware that simultaneously records behavior and fluorescence expression, and open-source software for automated, high-accuracy determination of genetic identity. Using FBI, we measure courtship partner choice in genetically mixed groups of Drosophila.

Hirschsprung's disease: the "Swiss roll" technique revisited.

PURPOSE: During pull-through for Hirschsprung's disease (HSCR), the assessment of innervation is mainly based on the presence of ganglion cells when conventional Hematoxylin and Eosin (HE) staining is used. In hypoganglionosis, the evaluation is difficult. We adapted a standardized methodology for the examination of resected bowel after HSCR surgery, using the technique described by Moolenbeek on rodent intestine and later by Meier-Ruge in children. We have analysed the entire innervation of surgically resected bowels and compared the results with the follow up of patients. METHODS: Three longitudinal strips of colon were harvested from the mesenteric, anti-mesenteric and intermediate part in the whole length of resected colon of six patients with HSCR. Each strip was divided into two parts. One of the contiguous strips was assessed with HE and Hematoxylin-Phloxin-Safran, and the other one with acetylcholinesterase (AChE) histochemistry. We analyzed the distribution of ganglion cells and nerve arrangement along the strips with both techniques and compared the results obtained in the three different regions of the bowel. RESULTS: There was no significant difference in the pattern of innervation circumferentially. There was a correlation between a progressive increase of AChE activity and nerve hypertrophy and a decrease of ganglion cells from the proximal to the distal part of the resected colon in the submucosa and the myenteric plexus. Nerve hypertrophy and AChE-positive reaction in the mucosa were found at the resection border in patients who presented postoperative complications. CONCLUSIONS: Simultaneous assessment of nerve cells, nerve fibers and AChE activity is important in the evaluation of the innervation of the bowel segment proximal to the aganglionic zone. The method described is feasible and can be adapted to older children and adults with larger bowels. These results point out the importance of assessing nerve fibers in intraoperative biopsies during pull-through procedures to prevent uncomplete surgical bowel resection.

L'hémisphérotomie péri-insulaire: technique chirurgicale, monitoring EEG intraopératoire et résultats sur le contrôle de l'épilepsie [Periinsular hemispherotomy: surgical technique, intraoperative EEG monitoring and results on seizure outcome]

Peri-insular hemispherotomy is a surgical technique used in the treatment of drug-resistant epilepsy of hemispheric origin. It is based on the exposure of insula and semi-circular sulci, providing access to the lateral ventricle through a supra- and infra-insular window. From inside the ventricle, a parasagittal callosotomy is performed. The basal and medial portion of the frontal lobe is isolated. Projections to the anterior commissure are interrupted at the time of amygdala resection. The hippocampal tail and fimbria-fornix are disrupted posteriorly. We report our experience of 18 cases treated with this approach. More than half of them presented with congenital epilepsy. Neuronavigation was useful in precisely determining the center and extent of the craniotomy, as well as the direction of tractotomies and callosotomy, allowing minimal exposure and blood loss. Intra-operative monitoring by scalp EEG on the contralateral hemisphere was used to follow the progression of the number of interictal spikes during the disconnection procedure. Approximately 90% of patients were in Engel's Class I. We observed one case who presented with transient postoperative neurological deterioration probably due to CSF overdrainage and documented one case of incomplete disconnection in a patient presenting with hemimegalencephaly who needed a second operation. We observed a good correlation between a significant decrease in the number of spikes at the end of the procedure and seizure outcome. Peri-insular hemispherotomy provides a functional disconnection of the hemisphere with minimal resection of cerebral tissue. It is an efficient technique with a low complication rate. Intra-operative EEG monitoring might be used as a predictive factor of completeness of the disconnection and consequently, seizure outcome.

Percutaneous extraction of retained biliary T-tubes: a new technique.

Retained T-tubes are rare complications after biliary surgery. The authors present three cases of retained T-tubes in patients with transplanted liver that could not be removed by a standard manual traction. The authors describe a new simple percutaneous method that allows removal of these T-tubes without complication.

Artificial neural network study of whole-cell bacterial bioreporter response determined using fluorescence flow cytometry.

Genetically engineered bioreporters are an excellent complement to traditional methods of chemical analysis. The application of fluorescence flow cytometry to detection of bioreporter response enables rapid and efficient characterization of bacterial bioreporter population response on a single-cell basis. In the present study, intrapopulation response variability was used to obtain higher analytical sensitivity and precision. We have analyzed flow cytometric data for an arsenic-sensitive bacterial bioreporter using an artificial neural network-based adaptive clustering approach (a single-layer perceptron model). Results for this approach are far superior to other methods that we have applied to this fluorescent bioreporter (e.g., the arsenic detection limit is 0.01 microM, substantially lower than for other detection methods/algorithms). The approach is highly efficient computationally and can be implemented on a real-time basis, thus having potential for future development of high-throughput screening applications.