Using 3D surface datasets to understand landslide evolution: From analogue models to real case study

Early detection of landslide surface deformation with 3D remote sensing techniques, as TLS, has become a great challenge during last decade. To improve our understanding of landslide deformation, a series of analogue simulation have been carried out on non-rigid bodies coupled with 3D digitizer. All these experiments have been carried out under controlled conditions, as water level and slope angle inclination. We were able to follow 3D surface deformation suffered by complex landslide bodies from precursory deformation still larger failures. These experiments were the basis for the development of a new algorithm for the quantification of surface deformation using automatic tracking method on discrete points of the slope surface. To validate the algorithm, comparisons were made between manually obtained results and algorithm surface displacement results. Outputs will help in understanding 3D deformation during pre-failure stages and failure mechanisms, which are fundamental aspects for future implementation of 3D remote sensing techniques in early warning systems.

High throughput 3D super-resolution microscopy reveals Caulobacter crescentus in vivo Z-ring organization.

We created a high-throughput modality of photoactivated localization microscopy (PALM) that enables automated 3D PALM imaging of hundreds of synchronized bacteria during all stages of the cell cycle. We used high-throughput PALM to investigate the nanoscale organization of the bacterial cell division protein FtsZ in live Caulobacter crescentus. We observed that FtsZ predominantly localizes as a patchy midcell band, and only rarely as a continuous ring, supporting a model of "Z-ring" organization whereby FtsZ protofilaments are randomly distributed within the band and interact only weakly. We found evidence for a previously unidentified period of rapid ring contraction in the final stages of the cell cycle. We also found that DNA damage resulted in production of high-density continuous Z-rings, which may obstruct cytokinesis. Our results provide a detailed quantitative picture of in vivo Z-ring organization.

La memoria tra pulsioni autobiografiche e rielaborazione narrativa : forme e trasformazioni del tempo nella narrativa di Giovanna Zangrandi

La tesi è imperniata sulle modalità di rappresentazione letteraria del tempo e délia memoria (dunque sulla relazione fra tempo e narratività) nella produzione narrativa ad ampio respiro délia scrittrice Giovanna Zangrandi.¦Il canone delle opere prese in esame comprende, in particolar modo, i romanzi I Brusaz (1954) e Orsola nelle stagioni (1957), la narrazione a carattere autobiografico de II campo rosso (1959) e il diario resistenziale Igiorni Veri (1963).¦Il percorso di indagine si è awalso di strumenti teorici e analitici interdisciplinari: alla critica e alla prassi letteraria è stata affiancata una strumentazione di matrice storico-filosofica, sociologica e, in misura minore, psicanalitica.¦La tesi si articola in diverse sezioni. Nella prima parte del lavoro vengono esplorati alcuni nessi fondanti del lavoro: il rapporto fra storia e memoria, la relazione fra memoria individuale e memoria collettiva, la dialettica fra ricordo e oblio e quella fra memoria e narrazione, ossia ira contenuti mnestici individuali e loro configurazione letteraria; successivamente la tesi si focalizza sul nesso individuabile, soprattutto nelle opere più scopertamente autobiografiche di Giovanna Zangrandi, tra testo letterario e meccanismi individuali del ricordo, analizzando la dialettica tra pulsione autobiografica e sua rielaborazione tematica, tra piani memoriali soggettivi e loro traduzione narrativa.¦Nell'ultima parte del percorso critico la tesi si sofferma, in particolare, sulle complesse relazioni instaurate daU'autrice, nel diario I giorni veri, fra dimensioni storico-memoriali, piani autobiografïci e sistemi letterari. A taie fine, il punto di riferimento teorico fondamentale è costituito dalla prospettiva linguististica di Harald Weinrich, applicata alio studio dei tempi verbali, in base all'assunto secondo il quale il tempo verbale non esprime necessariamente una dimensione cronologica, quanto piuttosto una condizione psicologica délia soggettività narrante.¦Soffermandosi su un aspetto flnora inesplorato nell'ambito délia produzione narrativa di Giovanna Zangrandi, il lavoro evidenzia come la dialettica memoria/oblio e la corrispondente dicotomia tra passato e présente tendano a trasformarsi nella direttrice tematica fondamentale - nonchè in uno dei tratti più interessanti e significativi - dell'opera zangrandiana.

Magnetic pill tracking : a novel non-invasive tool for investigation of human digestive motility

RESUME Les améliorations méthodologiques des dernières décennies ont permis une meilleure compréhension de la motilité gastro-intestinale. Il manque toutefois une méthode qui permette de suivre la progression du chyme le long du tube gastro-intestinal. Pour permettre l'étude de la motilité de tout le tractus digestif humain, une nouvelle technique, peu invasive, a été élaborée au Département de Physiologie, en collaboration avec l'EPFL. Appelée "Magnet Tracking", la technique est basée sur la détection du champ magnétique généré par des matériaux ferromagnétiques avalés. A cet usage, une pilule magnétique, une matrice de capteurs et un logiciel ont été développés. L'objet de ce travail est de démontrer la faisabilité d'un examen de la motilité gastro-intestinale chez l'Homme par cette méthode. L'aimant est un cylindre (ø 6x7 mm, 0.2 cm3) protégé par une gaine de silicone. Le système de mesure est constitué d'une matrice de 4x4 capteurs et d'un ordinateur portable. Les capteurs fonctionnent sur l'effet Hall. Grâce à l'interface informatique, l'évolution de la position de l'aimant est suivie en temps réel à travers tout le tractus digestif. Sa position est exprimée en fonction du temps ou reproduite en 3-D sous forme d'une trajectoire. Différents programmes ont été crées pour analyser la dynamique des mouvements de l'aimant et caractériser la motilité digestive. Dix jeunes volontaires en bonne santé ont participé à l'étude. L'aimant a été avalé après une nuit de jeûne et son séjour intra digestif suivi pendant 2 jours consécutifs. Le temps moyen de mesure était de 34 heures. Chaque sujet a été examiné une fois sauf un qui a répété sept fois l'expérience. Les sujets restaient en décubitus dorsal, tranquilles et pouvaient interrompre la mesure s'ils le désiraient. Ils sont restés à jeûne le premier jour. L'évacuation de l'aimant a été contrôlée chez tous les sujets. Tous les sujets ont bien supporté l'examen. Le marqueur a pu être détecté de l'oesophage au rectum. La trajectoire ainsi constituée représente une conformation de l'anatomie digestive : une bonne superposition de celle-ci à l'anatomie est obtenue à partir des images de radiologie conventionnelle (CT-scan, lavement à la gastrografine). Les mouvements de l'aimant ont été caractérisés selon leur périodicité, leur amplitude ou leur vitesse pour chaque segment du tractus digestif. Ces informations physiologiques sont bien corrélées à celles obtenues par des méthodes établies d'étude de la motilité gastro-intestinale. Ce travail démontre la faisabilité d'un examen de la motilité gastro-intestinal chez l'Homme par la méthode de Magnet Tracking. La technique fournit les données anatomiques et permet d'analyser en temps réel la dynamique des mouvements du tube digestif. Cette méthode peu invasive ouvre d'intéressantes perspectives pour l'étude de motilité dans des conditions physiologiques et pathologiques. Des expériences visant à valider cette approche en tant que méthode clinique sont en voie de réalisation dans plusieurs centres en Suisse et à l'étranger. SUMMARY Methodological improvements realised over the last decades have permitted a better understanding of gastrointestinal motility. Nevertheless, a method allowing a continuous following of lumina' contents is still lacking. In order to study the human digestive tract motility, a new minimally invasive technique was developed at the Department of Physiology in collaboration with Swiss Federal Institute of Technology. The method is based on the detection of magnetic field generated by swallowed ferromagnetic materials. The aim of our work was to demonstrate the feasibility of this new approach to study the human gastrointestinal motility. The magnet used was a cylinder (ø6x7mm, 0.2 cm3) coated with silicon. The magnet tracking system consisted of a 4x4 matrix of sensors based on the Hall effect Signals from the sensors were digitised and sent to a laptop computer for processing and storage. Specific software was conceived to analyse in real time the progression of the magnet through the gastrointestinal tube. Ten young and healthy volunteers were enrolled in the study. After a fasting period of 12 hours, they swallowed the magnet. The pill was then tracked for two consecutive days for 34 hours on average. Each subject was studied once except one who was studied seven times. Every subject laid on his back for the entire experiment but could interrupt it at anytime. Evacuation of the magnet was controlled in all subjects. The examination was well tolerated. The pill could be followed from the esophagus to the rectum. The trajectory of the magnet represented a "mould" of the anatomy of the digestive tube: a good superimposition with radiological anatomy (gastrografin contrast and CT) was obtained. Movements of the magnet were characterized by periodicity, velocity, and amplitude of displacements for every segment of the digestive tract. The physiological information corresponded well to data from current methods of studying gastrointestinal motility. This work demonstrates the feasibility of the new approach in studies of human gastrointestinal motility. The technique allows to correlate in real time the dynamics of digestive movements with the anatomical data. This minimally invasive method is ready for studies of human gastrointestinal motility under physiological as well as pathological conditions. Studies aiming at validation of this new approach as a clinically relevant tool are being realised in several centres in Switzerland and abroad. Abstract: A new minimally invasive technique allowing for anatomical mapping and motility studies along the entire human digestive system is presented. The technique is based on continuous tracking of a small magnet progressing through the digestive tract. The coordinates of the magnet are calculated from signals recorded by 16 magnetic field sensors located over the abdomen. The magnet position, orientation and trajectory are displayed in real time. Ten young healthy volunteers were followed during 34 h. The technique was well tolerated and no complication was encountered, The information obtained was 3-D con-figuration of the digestive tract and dynamics of the magnet displacement (velocity, transit time, length estimation, rhythms). In the same individual, repea-ted examination gave very reproducible results. The anatomical and physiological information obtained corresponded well to data from current methods and imaging. This simple, minimally invasive technique permits examination of the entire digestive tract and is suitable for both research and clinical studies. In combination with other methods, it may represent a useful tool for studies of Cl motility with respect to normal and pathological conditions.

New human kallikrein 14: enzymatic characterization and inhibitors development.

RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLIC En biologie, si une découverte permet de répondre à quelques questions, en général elle en engendre beaucoup d'autres. C'est ce qui s'est produit récemment dans le monde des kallicréines. De la famille des protéases, protéines ayant la faculté de couper plus ou moins spécifiquement d'autres protéines pour exercer un rôle biologique, la famille des kallicréines humaines n'était composée que de 3 membres lors du siècle dernier. Parmi eux, une kallicréine mondialement utilisée pour détecter le cancer de la prostate, le PSA. En 2000, un chercheur de l'hôpital universitaire Mont Sinaï à Toronto, le Professeur Eleftherios Diamandis, a découvert la présence de 12 nouveaux gènes appartenant à cette famille, situés sur le même chromosome que les 3 premières kallicréines. Cette découverte majeure a placé les spécialistes des kallicréines face à une montagne d'interrogations car les fonctions de ces nouvelles protéases étaient totalement inconnues. La kallicréine humaine 14 (hK14) présente un intérêt particulier, car elle se retrouve associée à différents cancers, notamment les carcinomes ovariens et mammaires. Cette association ne répond cependant pas à la fonction de cette protéase. L'objectif de ce travail de thèse était donc de découvrir, dans un premier temps, la spécificité de cette nouvelle kallicréine, c'est-à-dire le type de coupure qu'elle engendre au niveau des protéines qu'elle cible. Utilisant une technologie de pointe qui exploite la propriété des bactériophages à se répliquer dans les bactéries à l'infini, des dizaines de millions de combinaisons protéiques aléatoires ont été présentées à hK14, qui a pu sélectionner celles qui lui étaient favorables pour la coupure. Cette technique qualitative porte le nom de Phage Display Substrate. Une fois la sélection réalisée, il fallait transférer ces séquences coupées ou substrats dans un système permettant de donner une valeur quantitative à l'efficacité de coupure. Pour cela nous avons développé une technologie qui permet d'évaluer cette efficacité en utilisant des protéines fluorescentes de méduse, modifiées génétiquement, dont l'excitation de la première (CFP : cyan fluorescent protein) par la lumière à une certaine longue d'onde permet le transfert d'énergie à la seconde (YFP : yellow fluorescent protein), via un substrat qui les lie. Pour que ce transfert d'énergie se produise, il faut que les deux protéines fluorescentes soient proches, comme c'est le cas lorsqu'elles sont liées par un substrat. La coupure de ce lien provoque un changement de transfert d'énergie qui est quantifiable en utilisant un spectrofluoromètre. Cette technologie permet donc de suivre la réaction d'hydrolyse (coupure) des protéases. Afin de poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre la fonction biologique d'hK14 ainsi que son éventuelle implication dans le cancer, nous avons développé des inhibiteurs spécifiques d'hK14. Les séquences qui on été le plus efficacement coupées par hK14 ont été utilisées pour transformer deux types d'inhibiteurs classiques, qui circulent dans notre sang, en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Selon les résultats obtenus in vitro, ils pourront être évalués in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. RESUME Les protéases sont des enzymes impliquées dans des processus physiologiques mais aussi parfois pathologiques. La famille des kallicréines tissulaires humaines représente le plus grand groupe de protéases humaines, dont plusieurs pourraient participer au développement de certaines maladies. D'autre part, ces protéases sont apparues comme des marqueurs de pathogénicité potentiels, notamment dans les cas de cancers hormono-dépendants. La kallicréine humaine 14 a été récemment découverte et son implication dans quelques maladies, particulièrement dans le cas de tumeurs, semble probable. En effet, son expression génique est augmentée au niveau des tissus cancéreux de la prostate et du sein et son expression protéique s'est révélée plus élevée dans le sérum de patientes atteintes d'un cancer du sein ou des ovaires. Cependant, comme c'est le cas pour la plupart des kallicréines, sa fonction est encore inconnue. Afin de mieux connaître son rôle biologique et/ou pathologique, nous avons décidé de caractériser son activité enzymatique. Nous avons tout d'abord mis au point un système de substrats entièrement biologique permettant d'étudier in vitro l'activité des protéases. Ce système est basé sur le phénomène de FRET, à savoir le transfert d'énergie de résonance fluorescente qui intervient entre deux molécules fluorescentes voisines si le spectre d'émission de la protéine donneuse chevauche le spectre d'excitation de la protéine receveuse. Nous avons fusionné de manière covalente une protéine fluorescente bleue (CFP) et une jaune (YFP) en les liant avec diverses séquences. Par clivage de la séquence de liaison, une perte du transfert d'énergie peut être mesurée par un spectrofluoromètre. Cette technologie représente un moyen facile de suivre la réaction d'hydrolyse des protéases. Les conditions optimales de production de ces substrats CFP-YFP ont été déterminées, de même que les paramètres pouvant éventuellement influencer le FRET. Ce système possède une grande résistance à la protéolyse non spécifique et est applicable à un grand nombre de protéase. Contrairement aux substrats fluorogéniques, il permet d'étudier les acides aminés se trouvant des deux côtés du site de clivage. Ce système étant entièrement biologique, il est le reflet des interactions protéine-protéine et représente un outil biologique facile, bon marché et rapide pour caractériser les protéases. Dans un premier temps, hK14 a été mise en présence d' une banque de haute diversité de pentapeptides aléatoires présentée à la surface de phages afin d'identifier des substrats spécifiques. Ensuite, le système CFP-YFP a été employé pour trier les peptides sélectionnés afin d'identifier les séquences de substrats les plus sensibles et spécifiques pour hK14. Nous avons montré, qu'en plus de sa prévisible activité de type trypsine, hK14 possède aussi une très surprenante activité de type chymotrypsine. Les séquences les plus sensibles ont été choisies pour cribler la banque de donnée Swissprot, permettant ainsi l'identification de 6 substrats protéiques humains potentiels pour hK14. Trois d'entre eux, la laminine α-5, le collagène IV et la matriline-4, qui sont des composants de la matrice extracellulaire, ont démontré une grande susceptibilité à l'hydrolyse par hK14. De plus, la séparation éléctrophorétique a montré que la dégradation de la laminine α-5 et de la matriline-4 par hK14 devait se produire aux sites identifiés par la technologie du phage display. Pour terminer, nous avons transformé, par mutagenèse dirigée, deux serpines (inhibiteurs de protéases de type sérine) connues, AAT et ACT (alpha anti-trypsine et alpha anti-chymotrypsine), qui inhibent un vaste éventail d'enzymes humaines en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Ces inhibiteurs pourront être utilisés d'une part pour poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre l'implication d'hK14 dans des voies physiologiques ou dans le cancer et d'autre part pour les évaluer in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. SUMMARY Proteases consist of enzymes involved in physiological events, but also, in case of dysregulation, in pathogenicity. The human tissue kallikrein family represents the largest human protease cluster and includes several members that either could participate in the course of certain diseases or emerged as potential biological markers, especially in hormone dependent cancers. The human kallikrein 14 has been recently discovered and suggested implications in some disorders, particularly in tumors since its gene expression is up-regulated in prostate and breast cancer tissues and its protein expression increased in the serum of patients with breast and ovarian cancers. However, like most kallikreins, its function remains unknown. To better understand hK14 biological and/or pathological role, we decided to characterize its enzymatic activity. First of all, we developped a biological system suitable for in vitro study of protease activity. This system is based on the so-called FRET phenomenon, that is the Fluorescence Resonance Energy Transfer that occurs between two nearby fluorescent proteins if the emission spectrum of the donor overlaps the excitation spectrum of the acceptor. We fused covalently a cyan fluorescent protein (CFP) and a yellow fluorescent protein (YFP) with diverses sequences. Upon cleavage of the linker sequence by protease, the loss of energy transfer can be measured by a spectrofluorometer allowing an easy following of hydrolysis reaction. The optimal conditions to produce in bacterial system these CFP-YFP substrates were determined as well as the parameters that could eventually influence the FRET. This system demonstrated a high degree of resistance to non-specific proteolysis and applicability to various conditions corresponding to a great number of existing proteases. Other avantages are the possibility to study the amino acids located both sides of the cleavage site as well as the interest to work in a full biological system reflecting protein-protein interaction. A phage substrate library with exhaustive diversity was used prior to CFP-substrate-YFP system to isolate specific human kallikrein 14 substrates. After that the CFP-YFP system was used to sort peptides and identify highly sensitive and specific substrate sequences for hK14. We showed that besides its predictable trypsin-like activity, hK14 also possesses a surprising chymotrypsin-like activity. The screening of the Swissprot database was achieved with the most sensitive sequences and allowed the identification of 6 potential human protein substrates for hK14. Three of them, laminin α-5, collagen IV and matrilin-4, which are components of the extracellular matrix were incubated with hK14, by which they were efficiently hydrolyzed. Moreover, electrophoretic separation revealed that degradation of laminin α-5 and matrilin-4 by hK14 generated fragments with identical molecular size than the predicted N-terminal fragments that would result from hK14 specific cleavage, proving the value of phage display substrate to identify potential substrates. Finally, with site-directed mutagenesis, we transformed two well-known serpins (serine protease inhibitors), AAT and ACT (alpha anti-trypsin and alpha anti-chymotrypsin), which inhibit a vast spectrum of human enzymes into highly efficient and specific hK14 inhibitors. These inhibitors will be used to pursue experiments that could help understand hK14 implication in physiological pathways as well as in cancer biology and also to perform their in vivo evalution as potential cancer treatment.

Biochemical characterization of recombinant human telomerase

Résumé Les télomères sont les structures ADN-protéines des extrémités des chromosomes des eucaryotes. L'ADN télomérique est constitué de courtes séquences répétitives. L'intégrité des télomères est essentielle pour protéger les extrémités des chromosomes contre les systèmes de dégradations et pour les distinguer des cassures de l'ADN double brin. Parce que la machinerie de la réplication de l'ADN n'est pas capable de répliquer l'extrémité des chromosomes, les télomères raccourcissent au fur et à mesure des cycles de réplication. Dès que les télomères atteignent une longueur critique, leur structure protectrice est perdue. Cela induit un signal de dommage de l'ADN et l'arrêt du cycle cellulaire. Pour contrebalancer le raccourcissement des télomères, les cellules qui s'auto régénèrent, dont les cellules de la moelle osseuse, les lymphocytes activés et 80-90% des cellules cancéreuses, expriment la télomérase. C'est une ribonucléoprotéine qui a la capacité de synthétiser des séquences télomériques par transcription inverse d'une courte séquence contenue dans sa propre sous-unité ARN avec laquelle elle est associée. La télomérase humaine est une enzyme processive au niveau de l'addition des nucléotides et aussi des répétitions télomériques. La télomérase de levure et la télomérase humaine sont toutes deux dimériques et il a été montré que la télomérase humaine recombinante contient deux ARN qui coopèrent pour fonctionner ainsi que deux sous-unités catalytiques. Cependant, il n'a pas encore été montré quel est le rôle de la dimérisation dans l'activité de la télomérase. Afin d'élucider ce rôle, nous avons exprimé, reconstitué et purifié la télomérase humaine dimérique recombinante. Et pour étudier l'effet d'ARN mutants sur l'activité de la télomérase, nous avons développé une méthode pour reconstituer et enrichir en hétérodimères de télomérase. Les hétérodimères contiennent une sous-unité ARN sauvage et une sous-unité ARN mutée au niveau de la séquence de la matrice. Sur l'ARN muté nous avons introduit une étiquette aptamer ARN-S1 puis nous avons purifié la télomérase via l'etiquette Si. Nous avons montré que la dimérisation est essentielle pour l'activité de la télomérase. Nos données indiquent que chaque télomérase du dimère allonge leur substrat, l'ADN télomérique, indépendamment l'une de l'autre à chaque cycle d'élongation mais que l'addition itérative de répétitions télomériques nécessite une coopération entre les deux télomérases du dimère. Nous proposons donc un modèle dans lequel les deux télomérases du dimères se lient et allongent deux substrats télomères et que pendant l'élongation processive les deux enzymes subissent un changement de conformation de manière coordonnée, ce changement va permettre le repositionnement des substrats pour d'autres cycles d'additions de répétitions télomériques. Dyskeratosis congenita est une maladie mortelle due majoritairement au disfonctionnement de la moelle osseuse. Dans la forme autosomale de la maladie, l'ARN de la télomérase contient des mutations. En utilisant notre système de reconstitution, nous avons montré que ces ARN mutés, qui ont perdu leur activité enzymatique dans le cas d'un homodimère de mutants, sont dominant négatifs quand ils sont présents dans les hétérodimères sauvage/mutant. Cet effet trans-dominant négatif pourrait contribuer à la progression de la maladie. Abstract Telomeres are protein-DNA structures at the ends of linear eukaryotic chromosomes. The telomeric DNA consists of tandemly repeated sequences. Telomeric integrity is essential to protect chromosomal ends from nucleolytic degradation and to prevent their recognition as DNA double strand breaks. Due to the inability of the conventional DNA replication machinery to replicate terminal DNA stretches, telomeres shorten with continuous rounds of DNA replication. As soon as telomeres reach a critical length, their protective structure is lost and the deprotected telomeres will induce a DNA damage response leading to cell cycle arrest. To counteract telomere shortening, self-renewing cells, including bone marrow cells, activated lymphocytes and 80-90% of cancer cells express the cellular reverse transcriptase telomerase, which has the capacity to synthesize telomeric repeats by reverse transcription of a short template sequence encoded by its stably associated RNA subunit. Human telomerase is a processive enzyme for nucleotide as well as repeat addition. Both yeast and human telomerase are dimeric enzymes and recombinant human telomerase has been shown to contain two functionally cooperating RNAs and most probably also two protein subunits. However, it has remained unclear how dimerization may contribute to telomerase activity. To study the role of dimerization, we expressed, reconstituted and purified recombinant human telomerase. We also developed a new method to reconstitute and enrich for telomerase heterodimers containing wild-type (wt) and mutant telomerase RNA subunits. To this end we introduced an S1-RNA-aptamer tag into telomerase RNA and purified telomerase reconstituted with a mixture of untagged and tagged RNA via the S1-tag. Using this experimental system, we introduced template mutations in the tagged RNA subunit and examined the effect of mutant RNAs on wt telomerase activity in wt/mutant heterodimers. We obtained evidence that dimerization is essential for telomerase activity. Our data indicate that the two subunits elongate telomere substrates independently of each other during single rounds of elongation, but that iterative addition of telomeric repeats requires cooperation between the two subunits. We suggest a model, in which dimeric telomerases bind and elongate two telomere substrates and that the two subunits undergo coordinated conformational changes during processive elongation that enable repositioning the substrates for subsequent rounds of repeat addition. Dyskeratosis congenita is a multisystemic disease with bone marrow failure as the major cause of death. The autosomal form of this disease was found to harbor mutations in the telomerase RNA. Using our reconstitution system, we tested whether mutant dyskeratosis telomerase RNAs behaved in a dominant negative manner. We observed that dyskeratosis telomerase RNA mutants, which lacked enzymatic activity were dominant negative, when present in wt/ mutant heterodimers. The transdominant negative effect of these mutants may contribute to disease progression.

Influence of the ankle arthropathies on the 3D kinematics of the lower limbs during gait: analysis with an ambulatory system.

Introduction: Ankle arthropathy is associated with a decreased motion of the ankle-hindfoot during ambulation. Ankle arthrodesis was shown to result in degeneration of the neighbour joints of the foot. Inversely, total ankle arthroplasty conceptually preserves the adjacent joints because of the residual mobility of the ankle but this has not been demonstrated yet in vivo. It has also been reported that degenerative ankle diseases, and even arthrodesis, do not result in alteration of the knee and hip joints. We present the preliminary results of a new approach of this problem based on ambulatory gait analysis. Patients and Methods: Motion analysis of the lower limbs was performed using a Physilog® (BioAGM, CH) system consisting of three-dimensional (3D) accelerometer and gyroscope, coupled to a magnetic system (Liberty©, Polhemus, USA). Both systems have been validated. Three groups of two patients were included into this pilot study and compared to healthy subjects (controls) during level walking: patients with ankle osteoarthritis (group 1), patients treated by ankle arthrodesis (group 2), patients treated by total ankle prosthesis (group 3). Results: Motion patterns of all analyzed joints over more than 20 gait cycles in each subject were highly repeatable. Motion amplitude of the ankle-hindfoot in control patients was similar to recently reported results. Ankle arthrodesis limited the motion of the ankle-hindfoot in the sagittal and horizontal planes. The prosthetic ankle allowed a more physiologic movement in the sagittal plane only. Ankle arthritis and its treatments did not influence the range of motion of the knee and hip joint during stance phase, excepted for a slight decrease of the hip flexion in groups 1 and 2. Conclusion: The reliability of the system was shown by the repeatability of the consecutive measurements. The results of this preliminary study were similar to those obtained through laboratory gait analysis. However, our system has the advantage to allow ambulatory analysis of 3D kinematics of the lower limbs outside of a gait laboratory and in real life conditions. To our knowledge this is a new concept in the analysis of ankle arthropathy and its treatments. Therefore, there is a potential to address specific questions like the difficult comparison of the benefits of ankle arthroplasty versus arthrodesis. The encouraging results of this pilot study offer the perspective to analyze the consequences of ankle arthropathy and its treatments on the biomechanics of the lower limbs ambulatory, in vivo and in daily life conditions.

Trabecular bone score (TBS) the new parameter of 2D texture analysis for the evaluation of 3D bone micro architecture status

X-ray is a technology that is used for numerous applications in the medical field. The process of X-ray projection gives a 2-dimension (2D) grey-level texture from a 3- dimension (3D) object. Until now no clear demonstration or correlation has positioned the 2D texture analysis as a valid indirect evaluation of the 3D microarchitecture. TBS is a new texture parameter based on the measure of the experimental variogram. TBS evaluates the variation between 2D image grey-levels. The aim of this study was to evaluate existing correlations between 3D bone microarchitecture parameters - evaluated from μCT reconstructions - and the TBS value, calculated on 2D projected images. 30 dried human cadaveric vertebrae were acquired on a micro-scanner (eXplorer Locus, GE) at isotropic resolution of 93 μm. 3D vertebral body models were used. The following 3D microarchitecture parameters were used: Bone volume fraction (BV/TV), Trabecular thickness (TbTh), trabecular space (TbSp), trabecular number (TbN) and connectivity density (ConnD). 3D/2D projections has been done by taking into account the Beer-Lambert Law at X-ray energy of 50, 100, 150 KeV. TBS was assessed on 2D projected images. Correlations between TBS and the 3D microarchitecture parameters were evaluated using a linear regression analysis. Paired T-test is used to assess the X-ray energy effects on TBS. Multiple linear regressions (backward) were used to evaluate relationships between TBS and 3D microarchitecture parameters using a bootstrap process. BV/TV of the sample ranged from 18.5 to 37.6% with an average value at 28.8%. Correlations' analysis showedthat TBSwere strongly correlatedwith ConnD(0.856≤r≤0.862; p<0.001),with TbN (0.805≤r≤0.810; p<0.001) and negatively with TbSp (−0.714≤r≤−0.726; p<0.001), regardless X-ray energy. Results show that lower TBS values are related to "degraded" microarchitecture, with low ConnD, low TbN and a high TbSp. The opposite is also true. X-ray energy has no effect onTBS neither on the correlations betweenTBS and the 3Dmicroarchitecture parameters. In this study, we demonstrated that TBS was significantly correlated with 3D microarchitecture parameters ConnD and TbN, and negatively with TbSp, no matter what X-ray energy has been used. This article is part of a Special Issue entitled ECTS 2011. Disclosure of interest: None declared.

3D Automated Lung Nodule Segmentation in HRCT

A fully-automated 3D image analysis method is proposed to segment lung nodules in HRCT. A specific gray-level mathematical morphology operator, the SMDC-connection cost, acting in the 3D space of the thorax volume is defined in order to discriminate lung nodules from other dense (vascular) structures. Applied to clinical data concerning patients with pulmonary carcinoma, the proposed method detects isolated, juxtavascular and peripheral nodules with sizes ranging from 2 to 20 mm diameter. The segmentation accuracy was objectively evaluated on real and simulated nodules. The method showed a sensitivity and a specificity ranging from 85% to 97% and from 90% to 98%, respectively.

JULIDE: a software tool for 3D reconstruction and statistical analysis of autoradiographic mouse brain sections.

In this article we introduce JULIDE, a software toolkit developed to perform the 3D reconstruction, intensity normalization, volume standardization by 3D image registration and voxel-wise statistical analysis of autoradiographs of mouse brain sections. This software tool has been developed in the open-source ITK software framework and is freely available under a GPL license. The article presents the complete image processing chain from raw data acquisition to 3D statistical group analysis. Results of the group comparison in the context of a study on spatial learning are shown as an illustration of the data that can be obtained with this tool.

No major impact of skin aging on the response of skin blood flow to a submaximal local thermal stimulus

La peau est sujette à un vieillissement intrinsèque (processus naturel et chronologique) et extrinsèque (processus induit par l'environnement et notamment les rayons UV). Plusieurs études ont montré que le vieillissement cutané s'accompagne d'une réduction de la densité capillaire au sein du derme et d'une dégradation de plusieurs protéines de la matrice extracellulaire. Cette atteinte morphologique est associée à une diminution de la capacité vasodilatatrice maximale de la microcirculation dermique et en particulier, de la réponse maximale du flux sanguin cutané à un échauffement local de la surface cutanée à des températures avoisinant les 43-44°C. Cette réponse, appelée hyperémie locale induite par la chaleur (local thermal hyperemia), est facilement mesurable par des investigations non invasives, telles que le laser Doppler. Nous avons entrepris cette étude afin d'investiguer les effets de l'âge sur la réactivité de la microcirculation dermique dans des zones cutanées exposées différemment aux rayons UV. Pour ce faire, nous avons étudié, chez des patients jeunes (18 à 30 ans, n=13) et des patients âgés (> 60 ans, n=13), la vasodilatation cutanée induite par réchauffement local de la peau, au niveau de 3 sites anatomiques différents (la cuisse, l'avant- bras et le front). Les mesures ont été effectuées au moyen d'un laser Doppler. Pour chaque sujet et chaque site, la température cutanée fut tout d'abord amenée à 34°C par 2 corps de chauffe (A et B), disposés de manière adjacente sur la peau. La température fut ensuite augmentée à 39°C (corps de chauffe A) et à 41°C (corps de chauffe B) pour une durée de 30 minutes, dans l'optique d'induire une vasodilatation sous- maximale. Ensuite, la température fut augmentée à 43 °C (corps de chauffe A et B) pour 15 minutes supplémentaires. Enfin, la vasodilatation maximale a été induite par un échauffement local à 44°C pour 15 minutes supplémentaires (corps de chauffe A et B). L'enregistrement séquentiel du flux sanguin cutané, effectué chaque minute par laser Doppler imager, donne des images sur lesquelles peut être calculé le flux sanguin cutané (unités de perfusion, PU). Par la suite, nous avons calculé les conductances vasculaires cutanées (CVC), en divisant le flux sanguin (PU) par la tension artérielle moyenne (mmHg), afin de permettre une normalisation entre les différents sujets. Les CVC, évaluées au temps de départ (température 34°C) et après vasodilatation maximale (température 44°C), étaient plus hautes au niveau du front qu'au niveau des 2 autres sites anatomiques. Sur les 3 sites, la CVC maximale (température 44°C) diminuait avec l'âge mais de façon moins importante au niveau du front, en comparaison avec les 2 autres sites. La réponse aux températures sous-maximales (température 39 et 41°C), exprimée en pourcentage de la CVC maximale, ne variait pas avec l'âge ni en fonction du site anatomique étudié. En conclusion, cette étude est la première à étudier simultanément l'hyperémie locale induite par la chaleur sur 3 sites ayant une exposition différente aux rayons UV. Le processus utilisé (laser Doppler imager) est également unique dans la littérature concernant les altérations de la microcirculation cutanée en lien avec l'âge. Cette étude confirme ainsi que le vieillissement cutané intrinsèque et/ou extrinsèque réduit la capacité vasodilatatrice maximale de la microcirculation dermique. Par contre, la réactivité à réchauffement local à des températures moindres ne semble pas être affectée.

Coronary MR imaging using free-breathing 3D steady-state free precession with radial k-space sampling.

PURPOSE: To investigate the potential of free-breathing 3D steady-state free precession (SSFP) imaging with radial k-space sampling for coronary MR-angiography (MRA), coronary projection MR-angiography and coronary vessel wall imaging. MATERIALS AND METHODS: A navigator-gated free-breathing T2-prepared 3D SSFP sequence (TR = 6.1 ms, TE = 3.0 ms, flip angle = 120 degrees, field-of-view = 360 mm(2)) with radial k-space sampling (384 radials) was implemented for coronary MRA. For projection coronary MRA, this sequence was combined with a 2D selective aortic spin tagging pulse. Coronary vessel wall imaging was performed using a high-resolution inversion-recovery black-blood 3D radial SSFP sequence (384 radials, TR = 5.3 ms, TE = 2.7 ms, flip angle = 55 degrees, reconstructed resolution 0.35 x 0.35 x 1.2 mm(3)) and a local re-inversion pulse. Six healthy volunteers (two for each sequence) were investigated. Motion artifact level was assessed by two radiologists. Results: In coronary MRA, the coronary lumen was displayed with a high signal and high contrast to the surrounding lumen. Projection coronary MRA demonstrated selective visualization of the coronary lumen while surrounding tissue was almost completely suppressed. In coronary vessel wall imaging, the vessel wall was displayed with a high signal when compared to the blood pool and the surrounding tissue. No visible motion artifacts were seen. Conclusion: 3D radial SSFP imaging enables coronary MRA, coronary projection MRA and coronary vessel wall imaging with a low motion artifact level.

Functional calibration procedure for 3D knee joint angle description using inertial sensors.

Measurement of three-dimensional (3D) knee joint angle outside a laboratory is of benefit in clinical examination and therapeutic treatment comparison. Although several motion capture devices exist, there is a need for an ambulatory system that could be used in routine practice. Up-to-date, inertial measurement units (IMUs) have proven to be suitable for unconstrained measurement of knee joint differential orientation. Nevertheless, this differential orientation should be converted into three reliable and clinically interpretable angles. Thus, the aim of this study was to propose a new calibration procedure adapted for the joint coordinate system (JCS), which required only IMUs data. The repeatability of the calibration procedure, as well as the errors in the measurement of 3D knee angle during gait in comparison to a reference system were assessed on eight healthy subjects. The new procedure relying on active and passive movements reported a high repeatability of the mean values (offset<1 degrees) and angular patterns (SD<0.3 degrees and CMC>0.9). In comparison to the reference system, this functional procedure showed high precision (SD<2 degrees and CC>0.75) and moderate accuracy (between 4.0 degrees and 8.1 degrees) for the three knee angle. The combination of the inertial-based system with the functional calibration procedure proposed here resulted in a promising tool for the measurement of 3D knee joint angle. Moreover, this method could be adapted to measure other complex joint, such as ankle or elbow.

Detailed 3D seismic imaging of a fault zone beneath Lake Geneva, Switzerland

An efficient high-resolution (HR) three-dimensional (3D) seismic reflection system for small-scale targets in lacustrine settings was developed. In Lake Geneva, near the city of Lausanne, Switzerland, the offshore extension of a complex fault zone well mapped on land was chosen for testing our system. A preliminary two-dimensional seismic survey indicated structures that include a thin (<40 m) layer of subhorizontal Quaternary sediments that unconformably overlie south-east-dipping Tertiary Molasse beds and a major fault zone (Paudeze Fault Zone) that separates Plateau and Subalpine Molasse (SM) units. A 3D survey was conducted over this test site using a newly developed three-streamer system. It provided high-quality data with a penetration to depths of 300 m below the water bottom of non-aliased signal for dips up to 30degrees and with a maximum vertical resolution of 1.1 m. The data were subjected to a conventional 3D processing sequence that included post-stack time migration. Tests with 3D pre-stack depth migration showed that such techniques can be applied to HR seismic surveys. Delineation of several horizons and fault surfaces reveals the potential for small-scale geologic and tectonic interpretation in three dimensions. Five major seismic facies and their detailed 3D geometries can be distinguished. Three fault surfaces and the top of a molasse surface were mapped in 3D. Analysis of the geometry of these surfaces and their relative orientation suggests that pre-existing structures within the Plateau Molasse (PM) unit influenced later faulting between the Plateau and SM. In particular, a change in strike of the PM bed dip may indicate a fold formed by a regional stress regime, the orientation of which was different from the one responsible for the creation of the Paudeze Fault Zone. This structure might have later influenced the local stress regime and caused the curved shape of the Paudeze Fault in our surveyed area.