Magnetic resonance stress tagging in ischemic heart disease.

High-dose dobutamine magnetic resonance stress testing has been shown to be superior to dobutamine stress echocardiography for diagnosis of coronary artery disease (CAD). We determined the feasibility of quantitative myocardial tagging during low- and high-dose dobutamine stress and tested the ability of global systolic and diastolic quantitative parameters to identify patients with significant CAD. Twenty-five patients suspected of having significant CAD were examined with a standard high-dose dobutamine/atropine stress magnetic resonance protocol (1.5-T scanner, Philips). All patients underwent invasive coronary angiography as the standard of reference for the presence (n = 13) or absence (n = 12) of significant CAD. During low-dose dobutamine stress, systolic (circumferential shortening, systolic rotation, and systolic rotation velocity) and diastolic (velocity of circumferential lengthening and diastolic rotation velocity) parameters changed significantly in patients without CAD (all P < 0.05 vs. rest) but not in patients with CAD. Identification of patients without and with CAD during low-dose stress was possible using the diastolic parameter of "time to peak untwist." At high-dose stress, none of the global systolic or diastolic parameters showed the potential to identify the presence of significant CAD. With myocardial tagging, a quantitative analysis of systolic and diastolic function was feasible during low- and high-dose dobutamine stress. In our study, the diastolic parameter of time to peak untwist as assessed during low-dose dobutamine stress was the most promising global parameter for identification of patients with significant CAD. Thus quantitative myocardial tagging may become a tool that reduces the need for high-dose dobutamine stress.

Impact of normalization on miRNA microarray expression profiling.

Profiling miRNA levels in cells with miRNA microarrays is becoming a widely used technique. Although normalization methods for mRNA gene expression arrays are well established, miRNA array normalization has so far not been investigated in detail. In this study we investigate the impact of normalization on data generated with the Agilent miRNA array platform. We have developed a method to select nonchanging miRNAs (invariants) and use them to compute linear regression normalization coefficients or variance stabilizing normalization (VSN) parameters. We compared the invariants normalization to normalization by scaling, quantile, and VSN with default parameters as well as to no normalization using samples with strong differential expression of miRNAs (heart-brain comparison) and samples where only a few miRNAs are affected (by p53 overexpression in squamous carcinoma cells versus control). All normalization methods performed better than no normalization. Normalization procedures based on the set of invariants and quantile were the most robust over all experimental conditions tested. Our method of invariant selection and normalization is not limited to Agilent miRNA arrays and can be applied to other data sets including those from one color miRNA microarray platforms, focused gene expression arrays, and gene expression analysis using quantitative PCR.

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.

Reaction to novelty and spatial orientation in ALPHA1B(-/-) KO mice

Knockout mice lacking alphalb noradrenergic receptors were tested in behavioural experiments to test a possible effect of the absence of this receptor in reaction to novelty and spatial orientation. Reaction to novelty was tested in two experiments. In the first one the mice' latency to exit the first part of a two compartment set-up was measured. The knockout mice were faster to emerge then their littermate controls. Then they were tested in an open-field, in which new objects were added at the second trial. In the open-field without objects (first trial), the knockout mice showed a greater locomotor activity (path length). Then the same mice showed enhanced exploration of the newly introduced objects, relative to the control. The spatial orientation experiments were done on a homing board and in the water maze. The homing board did not yield a significant difference between the knock-out and the control mice. Both groups showed impaired results when the proximal (olfactory) and distal (visual) cues were disrupted by the rotation of the table. In the water maze however, the alphalb(-/-) mice were unable to solve the task (acquisition and retention), whereas the control mice showed a good acquisition and retention behaviour. The knockout mice' incapacity to learn to reach the submerged platform was not due to an incapacity to swim, as they were as good as their control littermates to reach the platform when it was visible.

Targeted expression of human CD1d in transgenic mice reveals independent roles for thymocytes and thymic APCs in positive and negative selection of Valpha14i NKT cells.

CD1d-dependent invariant Valpha14 (Valpha14i) NKT cells are innate T lymphocytes expressing a conserved semi-invariant TCR, consisting, in mice, of the invariant Valpha14-Jalpha18 TCR alpha-chain paired mostly with Vbeta8.2 and Vbeta7. The cellular requirements for thymic positive and negative selection of Valpha14i NKT cells are only partially understood. Therefore, we generated transgenic mice expressing human CD1d (hCD1d) either on thymocytes, mainly CD4+ CD8+ double positive, or on APCs, the cells implicated in the selection of Valpha14i NKT cells. In the absence of the endogenous mouse CD1d (mCD1d), the expression of hCD1d on thymocytes, but not on APCs, was sufficient to select Valpha14i NKT cells that proved functional when activated ex vivo with the Ag alpha-galactosyl ceramide. Valpha14i NKT cells selected by hCD1d on thymocytes, however, attained lower numbers than in control mice and expressed essentially Vbeta8.2. The low number of Vbeta8.2+ Valpha14i NKT cells selected by hCD1d on thymocytes was not reversed by the concomitant expression of mCD1d, which, instead, restored the development of Vbeta7+ Valpha14i NKT cells. Vbeta8.2+, but not Vbeta7+, NKT cell development was impaired in mice expressing both hCD1d on APCs and mCD1d. Taken together, our data reveal that selective CD1d expression by thymocytes is sufficient for positive selection of functional Valpha14i NKT cells and that both thymocytes and APCs may independently mediate negative selection.

A multilevel approach to understanding circadian rhythmicity : social and sleep-dependent effects in ants and mice

Résumé françaisLa majorité des organismes vivants sont soumis à l'alternance du jour et de la nuit, conséquence de la rotation de la terre autour de son axe. Ils ont développé un système interne de mesure du temps, appelé horloge circadienne, leur permettant de s'adapter et de synchroniser leur comportement et leur physiologie aux cycles de lumière. Cette dernière est considérée comme étant le signal majeur entraînant l'horloge interne et. par conséquent, les rythmes journaliers d'éveil et de sommeil. Outre sa régulation circadienne, le sommeil est contrôlé par un processus homéostatique qui détermine son besoin. La contribution de ces deux processus dans le fonctionnement cellulaire du cerveau n'a pas encore été investiguée. La mesure de l'amplitude ainsi que de la prévalence des ondes delta de l'EEG (activité delta) constitue un index très fiable du besoin de sommeil. Il a été démontré que cette activité est génétiquement déterminée et associée à un locus de trait quantitatif situé sur le chromosome 13 de la souris.Grâce à des expériences de privation de sommeil et d'analyses de transcriptome du cerveau dans trois souches de souris présentant diverses réponses à la privation de sommeil, nous avons trouvé que Homerla, localisé dans la région d'intérêt du chromosome 13, est le meilleur marqueur du besoin de sommeil. Homerla est impliqué dans la récupération de l'hyperactivité neuronale induite par le glutamate, grâce à son effet tampon sur le calcium intracellulaire. Une fonction fondamentale du sommeil pourrait donc être de protéger le cerveau et de lui permettre de récupérer après une hyperactivité neuronale imposée par une veille prolongée.De plus, nous avons montré que 2032 transcrits sont exprimés rythmiqueraent dans le cerveau de la souris, parmi lesquels seulement 391 le restent après que les animaux aient été privés de sommeil à différents moments au cours des 24 heures. Cette observation montre clairement que la plupart des changements rythmiques au niveau du transcriptome dépendent du sommeil et non de l'horloge circadienne et souligne ainsi l'importance du sommeil dans la physiologie des mammifères.La plupart des expériences concernant les rythmes circadiens ont été réalisées sur des individus isolés en négligeant l'effet du contexte social sur les comportements circadiens. Les espèces sociales, telles que les fourmis, se caractérisent par une division du travail où une répartition des tâches s'effectue entre ses membres. De plus, certaines d'entre elles doivent être pratiquées en continu comme les soins au couvain tandis que d'autres requièrent une activité rythmique comme le fourragement. Ainsi la fourmi est un excellent modèle pour l'étude de 1 influence du contexte social sur les rythmes circadiens.A ces fins, nous avons décidé d'étudier les rythmes circadiens chez une espèce de fourmi Camponotus fellah et de caractériser au niveau moléculaire son horloge circadienne. Nous avons ainsi développé un système vidéo permettant de suivre l'activité locomotrice de tous les individus d'une colonie. Nos résultats montrent que, bien que la plupart des fourmis soient arythmiques à l'intérieur de la colonie, elles développent d'amples rythmes d'activité en isolation. De plus, ces rythmes disparaissent presque aussitôt que la fourmi est réintroduite dans la colonie. Cette rythmicité observée en isolation semble être générée par l'horloge circadienne car elle persiste en condition constante (obscurité totale). Nous avons ensuite regardé si cette apparente arythmie observée dans la colonie résultait d'un effet masquant des interactions sociales sur les rythmes circadiens d'activité. Nos résultats suggèrent que l'horloge interne est fonctionnelle dans la colonie mais que l'expression de ses rythmes au niveau comportemental est inhibée par les interactions sociales. Les analyses moléculaires du statut de l'horloge dans différents contextes sociaux sont actuellement en cours. Le contexte social semble donc un déterminant majeur du comportement circadien chez la fourmi.AbstractAlmost all living organisms on earth are subjected to the alternance of day and night re-sulting from the rotation of the earth around its axis. They have evolved with an internal timing system, termed the circadian clock, enabling them to adapt and synchronize their behavior and physiology to the daily changes in light and related environmental parame¬ters. Light is thought to be the major cue entraining the circadian clock and consequently the rhythms of rest/activity. In addition to its circadian dependent timing, sleep is reg¬ulated by a homeostatic process that determines its need. The contribution of these two processes in the cellular functioning of the brain has not yet been considered. A highly reliable index of the homeostatic process of sleep is the measure of the amplitude and prevalence of the EEG delta waves (delta activity). It has been shown that sleep need, measured by delta activity, is genetically determined and associated with a Quantitative Trait Locus (QTL) located on the mouse chromosome 13. By using sleep deprivation and brain transcriptome profiling in three inbred mouse strains showing different responses to sleep loss, we found that Homerla, localized within this QTL region is the best transcrip¬tional marker of sleep need. Interestingly Homerla is primarily involved in the recovery from glutamate-induced neuronal hyperactivity by its buffering effect on intracellular cal¬cium. A fundamental function of sleep may therefore reside in the protection and recovery of the brain from a neuronal hyperactivity imposed by prolonged wakefulness.Moreover, time course gene expression experiments showed that 2032 brain tran¬scripts present a rhythmic variation, but only 391 of those remain rhythmic when mice are sleep deprived at four time points around the clock. This finding clearly suggests that most changes in gene transcription over the day are sleep-wake dependent rather than clock dependent and underlines the importance of sleep in mammalian physiology.In the second part of this PhD, I was interested in the social influence on circadian behavior. Most experiments done in the circadian field have been performed on isolated individuals and have therefore ignored the effect of the social context on circadian behav-ior. Eusocial insect species such as ants are characterized by a division of labor: colony tasks are distributed among individuals, some of them requiring continuous activity such as nursing or rhythmic ones such as foraging. Thus ants represent a suitable model to study the influence of the social context on the circadian clock and its output rhythms.The aim of this part was to address the effect of social context on circadian rhythms in the ant species Camponotus fellah and to characterize its circadian clock at the molecu¬lar level. We therefore developed a video tracking system to follow the locomotor activity of all individuals in a colony. Our results show that most ants are arrhythmic within the colony, but develop, when subjected to social isolation, strong rhythms of activity that intriguingly disappear when individuals are reintroduced into the colony. The rhythmicity observed in isolated ants seems to be driven by the circadian clock as it persists under constant conditions (complete darkness). We then tested whether the apparent arrhyth- micity in the colony stemmed from a masking effect of social interactions on circadian rhythms. Indeed, we found that circadian clocks of ants in the colony are functional but their expression at the behavioral level is inhibited by social interactions. The molecular assessment of the circadian clock functional state in the different social context is still under investigation. Our results suggest that social context is a major determinant of circadian behavior in ants.

Dissociation of allocentric and egocentric orientation: Effect on hippocampal place cells and place navigation

Navigation by means of cognitive maps appears to require the hippocampus; hippocampal place cells (PCs) appear to store spatial memories because their discharge is confined to cell-specific places called firing fields (FFs). Experiments with rats manipulated idiothetic and landmark-related information to understand the relationship between PC activity and spatial rotation. Rotating a circular arena in the caused a discrepancy between these cuse. This discrepancy caused most FFs to disappear in both the arena and room reference frames. However, FFs persisted in the rotating arena frame when the discrepancy was reduced by darkness or by a card in the arena. The discrepancy was increased by "field clamping" the rat in a room-defined FF location by rotations that countered its locomotion. Most FFs disspared and reappeared an hour or more after the clamp. Place-avoidance experiments showed that navigation uses independent idiothetic and exteroceptive memories. Rats learned to avoid the unmarked footshock region within a circular arena. When acquired on the stable arena in the light, the location of the punishment was learned by using both room and idiothetic cues; extinction in the dark transferred to the following session in the light. If, however, extinction occured during rotation, only the arena-frame avoidance was extinguished in darkness; the room-defined location was avoided when the light were turned back on. Idiothetic memory of room-defined avoidance was not formed during rotation in light; regardless of rotation with a randomly dispersed pellet. The resulting behaviour alternated between random pellet searching and target-directed navigation, making it possible to examine PC correlates of these two classes of spatial behaviour. The independence of idiothetic and exteroceptive spatial memories and the disruption of PC firing during rotation suggest that PCs may not be necessary for spatial cognition; this idea can be tested by recording during place-avoidance and preference tasks.

Detection of ingested cocaine-filled packets: comparison of filtered back projection CT with adaptive statistical iterative reconstructed images

Purpose: To evaluate the diagnostic value and image quality of CT with filtered back projection (FBP) compared with adaptive statistical iterative reconstructed images (ASIR) in body stuffers with ingested cocaine-filled packets.Methods and Materials: Twenty-nine body stuffers (mean age 31.9 years, 3 women) suspected for ingestion of cocaine-filled packets underwent routine-dose 64-row multidetector CT with FBP (120kV, pitch 1.375, 100-300 mA and automatic tube current modulation (auto mA), rotation time 0.7sec, collimation 2.5mm), secondarily reconstructed with 30 % and 60 % ASIR. In 13 (44.83%) out of the body stuffers cocaine-filled packets were detected, confirmed by exact analysis of the faecal content including verification of the number (range 1-25). Three radiologists independently and blindly evaluated anonymous CT examinations (29 FBP-CT and 68 ASIR-CT) for the presence and number of cocaine-filled packets indicating observers' confidence, and graded them for diagnostic quality, image noise, and sharpness. Sensitivity, specificity, area under the receiver operating curve (ROC) Az and interobserver agreement between the 3 radiologists for FBP-CT and ASIR-CT were calculated.Results: The increase of the percentage of ASIR significantly diminished the objective image noise (p<0.001). Overall sensitivity and specificity for the detection of the cocaine-filled packets were 87.72% and 76.15%, respectively. The difference of ROC area Az between the different reconstruction techniques was significant (p= 0.0101), that is 0.938 for FBP-CT, 0.916 for 30 % ASIR-CT, and 0.894 for 60 % ASIR-CT.Conclusion: Despite the evident image noise reduction obtained by ASIR, the diagnostic value for detecting cocaine-filled packets decreases, depending on the applied ASIR percentage.