Can neurally adjusted ventilatory assist (NAVA) improve patient-ventilator interaction? A preliminary study

INTRODUCTION. NAVA is a new spontaneous-assisted ventilatory mode based on thedetection of diaphragmatic electrical activity (Eadi) and its feedback to adjust ventilatorsettings. NAVA uses the Eadi, an expression of the respiratory center's activity, to initiatepressurization, set the level of pressure support and cycle the ventilator into exhalation.Therefore, NAVA should theoretically allow near-perfect synchronization between the patientand the ventilator. However there are few data documenting these effects in intensive carepatients.OBJECTIVES. To determine whether NAVA can improve patient-ventilator synchronycompared to standard pressure support (PS) in intubated intensive care patients.METHODS. Comparative study of patient-ventilator interaction during PS with cliniciandetermined ventilator settings and NAVA with NAVA gain (proportionality factor betweenEadi and the amount of delivered inspiratory pressure) set as to obtain the same peak airwaypressure as the total pressure obtained in PS. A 20 min continuous recording with eachventilatory mode was performed allowing determination of trigger delay (Td), patient neuralinspiratory time (Tin), duration of pressurization by the ventilator (Tiv), excess durationof pressurization (Ti excess = Tiv - Tin/Tin 9 100) and number of asynchrony events byminute: non-triggering breaths, auto-triggering, double triggering, premature and delayedcycling.Results are given in mean ± SD. p is considered significant if\0.05.RESULTS. Preliminary results (mean ± SD): five patients (age 75 ± 12 years, 1 M/4F,BMI 25.7 ± 4.1 kg m-2), two pts with COPD, 1 with restrictive disease, initial settings: PS14.6 ± 1.7 cm H2O, PEEP 6.4 ± 1.5 cm H2O, NAVA gain 2.8 ± 1.3PS NAVA % reduction NAVAversus PSTd (ms) 210.4 ± 63.0 51.8 ± 12.1* 74.5 ± 5.0Ti excess (%) 12.9 ± 19.6 2.2 ± 0.6 70.8 ± 37.8n asynchrony/minute 7.6 ± 6.4 4.1 ± 3.7* 47.5 ± 17.0Respiratory rate (min-1) 16.8 ± 2.6 20.4 ± 4.7 NA* p\0.05CONCLUSION. Compared to standard PS, NAVA improves patient ventilator interaction byreducing Td and the overall incidence of asynchrony events. There is also a strong trend inreducing delayed cycling. This ongoing trial should provide evidence that NAVA can indeedimprove patient-ventilator synchrony in intubated patients undergoing PS.REFERENCE(S). 1. Sinderby C, Navalesi P et al (1995) Neural control of mechanicalventilation in respiratory failure. Nat Med 5(12):1433-1436.2. Colombo D, Cammarota G et al (2008) Physiologic response to varying levels of pressuresupport and neurally adjusted ventilator assist in patients with acute respiratory failure.Intensive Care Med 34(11):2010-2018.

Temporo-Parietal Junction encodes the Embodied Self: Neuro-Robotics, fMRI, and Lesion mapping.

Introduction: Neuroimaging of the self focused on high-level mechanisms such as language, memory or imagery of the self. Recent evidence suggests that low-level mechanisms of multisensory and sensorimotor integration may play a fundamental role in encoding self-location and the first-person perspective (Blanke and Metzinger, 2009). Neurological patients with out-of body experiences (OBE) suffer from abnormal self-location and the first-person perspective due to a damage in the temporo-parietal junction (Blanke et al., 2004). Although self-location and the first-person perspective can be studied experimentally (Lenggenhager et al., 2009), the neural underpinnings of self-location have yet to be investigated. To investigate the brain network involved in self-location and first-person perspective we used visuo-tactile multisensory conflict, magnetic resonance (MR)-compatible robotics, and fMRI in study 1, and lesion analysis in a sample of 9 patients with OBE due to focal brain damage in study 2. Methods: Twenty-two participants saw a video showing either a person's back or an empty room being stroked (visual stimuli) while the MR-compatible robotic device stroked their back (tactile stimulation). Direction and speed of the seen stroking could either correspond (synchronous) or not (asynchronous) to those of the seen stroking. Each run comprised the four conditions according to a 2x2 factorial design with Object (Body, No-Body) and Synchrony (Synchronous, Asynchronous) as main factors. Self-location was estimated using the mental ball dropping (MBD; Lenggenhager et al., 2009). After the fMRI session participants completed a 6-item adapted from the original questionnaire created by Botvinick and Cohen (1998) and based on questions and data obtained by Lenggenhager et al. (2007, 2009). They were also asked to complete a questionnaire to disclose the perspective they adopted during the illusion. Response times (RTs) for the MBD and fMRI data were analyzed with a 3-way mixed model ANOVA with the in-between factor Perspective (up, down) and the two with-in factors Object (body, no-body) and Stroking (synchronous, asynchronous). Quantitative lesion analysis was performed using MRIcron (Rorden et al., 2007). We compared the distributions of brain lesions confirmed by multimodality imaging (Knowlton, 2004) in patients with OBE with those showing complex visual hallucinations involving people or faces, but without any disturbance of self-location and first person perspective. Nine patients with OBE were investigated. The control group comprised 8 patients. Structural imaging data were available for normalization and co-registration in all the patients. Normalization of each patient's lesion into the common MNI (Montreal Neurological Institute) reference space permitted simple, voxel-wise, algebraic comparisons to be made. Results: Even if in the scanner all participants were lying on their back and were facing upwards, analysis of perspective showed that half of the participants had the impression to be looking down at the virtual human body below them, despite any cues about their body position (Down-group). The other participants had the impression to be looking up at the virtual body above them (Up-group). Analysis of Q3 ("How strong was the feeling that the body you saw was you?") indicated stronger self-identification with the virtual body during the synchronous stroking. RTs in the MBD task confirmed these subjective data (significant 3-way interaction between perspective, object and stroking). fMRI results showed eight cortical regions where the BOLD signal was significantly different during at least one of the conditions resulting from the combination of Object and Stroking, relative to baseline: right and left temporo-parietal junction, right EBA, left middle occipito-temporal gyrus, left postcentral gyrus, right medial parietal lobe, bilateral medial occipital lobe (Fig 1). The activation patterns in right and left temporo-parietal junction and right EBA reflected changes in self-location and perspective as revealed by statistical analysis that was performed on the percentage of BOLD change with respect to the baseline. Statistical lesion overlap comparison (using nonparametric voxel based lesion symptom mapping) with respect to the control group revealed the right temporo-parietal junction, centered at the angular gyrus (Talairach coordinates x = 54, y =-52, z = 26; p>0.05, FDR corrected). Conclusions: The present questionnaire and behavioural results show that - despite the noisy and constraining MR environment) our participants had predictable changes in self-location, self-identification, and first-person perspective when robotic tactile stroking was applied synchronously with the robotic visual stroking. fMRI data in healthy participants and lesion data in patients with abnormal self-location and first-person perspective jointly revealed that the temporo-parietal cortex especially in the right hemisphere encodes these conscious experiences. We argue that temporo-parietal activity reflects the experience of the conscious "I" as embodied and localized within bodily space.

A positive interaction between inhibitors of protein synthesis and cefepime in the fight against methicillin-resistant Staphylococcus aureus.

Quinupristin-dalfopristin (Q-D) synergizes with cefepime for the treatment of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). Here, we studied whether the synergism was restricted to MRSA and if it extended to non-beta-lactam cell wall inhibitors or to other inhibitors of protein synthesis. Three MRSA and two methicillin-susceptible S. aureus (MSSA) strains were tested, including an isogenic pair of mecA (-)/mecA (+) S. aureus Newman. The drug interactions were determined by fractional inhibitory concentration (FIC) indices and population analysis profiles. The antibacterial drugs that we used included beta-lactam (cefepime) and non-beta-lactam cell wall inhibitors (D-cycloserine, fosfomycin, vancomycin, teicoplanin), inhibitors of protein synthesis (Q-D, erythromycin, chloramphenicol, tetracycline, linezolid, fusidic acid), and polynucleotide inhibitors (cotrimoxazole, ciprofloxacin). The addition of each protein inhibitor to cefepime was synergistic (FIC ≤ 0.5) or additive (FIC > 0.5 but < 1) against MRSA, but mostly indifferent against MSSA (FIC ≥ 1 but ≤ 4). This segregation was not observed after adding cotrimoxazole or ciprofloxacin to cefepime. Population analysis profiles were performed on plates in the presence of increasing concentrations of the cell wall inhibitors plus 0.25 × minimum inhibitory concentration (MIC) of Q-D. Cefepime combined with Q-D was synergistic against MRSA, but D-cycloserine and glycopeptides were not. Thus, the synergism was specific to beta-lactam antibiotics. Moreover, the synergism was not lost against fem mutants, indicating that it acted at another level. The restriction of the beneficial effect to MRSA suggests that the functionality of penicillin-binding protein 2A (PBP2A) was affected, either directly or indirectly. Further studies are necessary in order to provide a mechanism for this positive interaction.

Generation of reconstituted human plasma-derived secretory-like IgA and IgM and their protective effect on intestinal epithelium

Les muqueuses sont les membranes tapissant les cavités du corps, tel que le tube digestif, et sont en contact direct avec l'environnement extérieur. Ces surfaces subissent de nombreuses agressions pouvant être provoquées par des agents pathogènes (bactéries, toxines ou virus). Cela étant, les muqueuses sont munies de divers mécanismes de protection dont notamment deux protéines-clés permettant de neutraliser les agents pathogènes : les anticorps ou immunoglobulines sécrétoires A (SIgA) et M (SIgM). Ces anticorps sont, d'une part, fabriqués au niveau de la muqueuse sous forme d'IgA et IgM. Lorsqu'ils sont sécrétés dans l'intestin, ils se lient à une protéine appelée pièce sécrétoire et deviennent ainsi SIgA et SïgM. La présence de la pièce sécrétoire est essentielle pour que les anticorps puissent fonctionner au niveau de la muqueuse. D'autre part, ces anticorps sont également fabriqués dans d'autres parties du corps en général et se retrouvent dans le sang sous forme d'IgA et IgM Chez l'homme, des thérapies basées sur l'injection d'anticorps donnent de bons résultats depuis de nombreuses années notamment dans le traitement des infections. Bien qu'un certain nombre d'études ont montré le rôle protecteur des anticorps de type IgA et IgM, ceux-ci ne sont que rarement utilisés dans les thérapies actuelles. La principale raison de cette faible utilisation réside dans la production ou la purification des IgA/IgM ou SIgA/SIgM (la forme active au niveau des muqueuses) qui est difficile à réaliser à large échelle. Ainsi, le but de la thèse était (1) d'étudier la possibilité d'employer des IgA et des IgM provenant du sang humain pour générer des SIgA et SIgM et (2) de voir si ces anticorps reconstitués pouvaient neutraliser certains agents pathogènes au niveau des muqueuses. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et des IgM issues du sang a été effectuée. Nous avons observé que ces anticorps avaient des caractéristiques similaires aux anticorps naturellement présents au niveau des muqueuses. De plus, nous avons confirmé que ces anticorps pouvaient être associés à une pièce sécrétoire produite en laboratoire pour ainsi donner des SIgA et SIgM reconstituées. Ensuite, la fonctionnalité des anticorps reconstitués a été testée grâce à un modèle de couche unique de cellules intestinales différenciées (monocouches) en laboratoire imitant la paroi de l'intestin. Ces monocouches ont été infectées par une bactérie pathogène, Shigella flexneri, responsable de la shigellose, une maladie qui provoque des diarrhées sanglantes chez l'homme. L'infection des monocouches par les bactéries seules ou combinées aux SIgA et SIgM reconstituées a été analysée. Nous avons observé que les dommages des cellules étaient moins importants lorsque les SIgA étaient présentes. Il apparaît que les SIgA neutralisent les bactéries en se fixant dessus, ce qui provoque leur agrégation, et diminuent l'inflammation des cellules. La protection s'est montrée encore plus efficace avec les SIgM. De plus, nous avons vu que les SIgA et SIgM pouvaient diminuer la sécrétion de facteurs nocifs produits par les bactéries. Utilisant le même modèle des monocouches, la fonctionnalité des IgA issues du sang humain a aussi été testée contre une toxine sécrétée par une bactérie appelée Clostridium diffìcile. Cette bactérie peut être présente naturellement dans l'intestin de personnes saines, cependant elle peut devenir pathogène dans certaines conditions et être à l'origine de diarrhées et d'inflammations de l'intestin via la sécrétion de toxines. Des préparations d'anticorps contenant une certaine proportion de SIgA reconstituées ont amené à une diminution des dommages et de l'inflammation des monocouches causés par la toxine. L'ensemble de ces résultats prometteurs, montrant que des SIgA et SIgM reconstituées peuvent protéger la paroi de l'intestin des infections bactériennes, nous conduisent à approfondir la recherche sur ces anticorps dans des modèles animaux. L'aboutissement de ce type de recherche permettrait de tester, par la suite, l'efficacité sur l'homme de traitements des infections des muqueuses par injection d'anticorps de type SIgA et SIgM reconstituées. Les muqueuses, telle que la muqueuse gastrointestinale, sont des surfaces constamment exposées à l'environnement et leur protection est garantie par une combinaison de barrières mécaniques, physicochimiques et immunologiques. Parmi les divers mécanismes de protection immunologiques, la réponse humorale spécifique joue un rôle prépondérant et est assurée par les immunoglobulines sécrétoires de type A (SIgA) et M (SIgM). Les thérapies basées sur l'administration d'IgG apportent d'importants bénéfices dans le domaine de la santé. Bien que des études sur les animaux aient montré que l'administration par voie muqueuse d'IgA polymérique (plgA) ou SIgA pouvaient protéger des infections, des IgA/SIgA n'ont été utilisées qu'occasionnellement dans les thérapies. De plus, des études précliniques et cliniques ont démontré que l'administration par voie systémique de préparations enrichies en IgM pouvait aussi protéger des infections. Cependant, l'administration par voie muqueuse d'IgM/SIgM purifiées n'a pas été examinée jusqu'à présent. La principale raison est que la purification ou là production des IgA/SIgA et IgM/SIgM est difficile à réaliser à large échelle. Le but de ce travail de thèse était d'examiner la possibilité d'associer des IgA et IgM polyclonals purifiées à partir du plasma humain avec une pièce sécrétoire recombinante humaine afin de générer des SIgA et SIgM reconstituées fonctionnelles. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et IgM issues du plasma humain a été effectuée par buvardage de western et Chromatographie. Ces molécules avaient des caractéristiques biochimiques similaires à celles des immunoglobulines issues de la muqueuse. L'association entre plgA ou IgM issues du plasma humain et la pièce sécrétoire recombinante humaine a été confirmée, ainsi que la stoechiométrie 1:1 de l'association. Comme dans les conditions physiologiques, cette association permettait de retarder la dégradation des SIgA et SIgM reconstituées exposées à des protéases intestinales. Ensuite, la fonctionnalité et le mode d'action des IgA et IgM issues du plasma humain, ainsi que des SIgA et SIgM reconstituées, ont été explorés grâce à un modèle in vitro de monocouches de cellules intestinales épithéliales polarisées de type Caco-2, qui imite l'épithélium intestinal. Les monocouches ont été infectées par un pathogène entérique, Shigella flexneri, seul ou combiné aux immunoglobulines issues du plasma humain ou aux immunoglobulines sécrétoires reconstituées. Bien que les dommages des monocouches aient été retardés par les plgA et SIgA reconstituées, les IgM et SIgM reconstituées se sont montrées supérieures dans le maintien de l'intégrité des cellules. Une agrégation bactérienne et une diminution de l'inflammation des monocouches ont été observées avec les plgA et SIgA reconstituées. Ces effets étaient augmentés avec les IgM et SIgM reconstituées. De plus, il s'est révélé que les deux types d'immunoglobulines de type sécrétoire reconstituées agissaient directement sur la virulence des bactéries en réduisant leur sécrétion de facteurs de virulence. La fonctionnalité des IgA issues du plasma humain a aussi été testée contre la toxine A de Clostridium difficile grâce au même modèle de monocouches de cellules épithéliales. Nous avons démontré que des préparations enrichies en IgA provenant du plasma humain pouvaient diminuer les dommages et l'inflammation des monocouches induits par la toxine. L'ensemble de ces résultats démontrent que des IgA et IgM de type sécrétoire peuvent être générées à partir d'IgA et IgM issues du plasma humain en les associant à la pièce sécrétoire et que ces molécules protègent l'épithélium intestinal contre des bactéries pathogènes. Ces molécules pourraient dès lors être testées dans des modèles in vivo. Le but final serait de les utiliser chez l'homme à des fins d'immunisation passive dans le traitement de pathologies associées à la muqueuse telles que les infections. - Mucosal surfaces, such as gastrointestinal mucosa, are constantly exposed to the external environment and their protection is ensured by a combination of mechanical, physicochemical and immunological barriers. Among the various immunological defense mechanisms, specific humoral mucosal response plays a crucial role and is mediated by secretory immunoglobulins A (SIgA) and M (SIgM). Immunoglobulin therapy based on the administration of IgG molecules leads important health benefits. Even though animal studies have shown that mucosal application of polymeric IgA (plgA) or SIgA provided protection against infections, IgA/SIgA have been only used occasionally for therapeutic application. Moreover, preclinical and clinical studies have demonstrated that systemic administration of IgM-enriched preparations could also afford protection against infections. Nevertheless, mucosal application of purified IgM/SIgM has not been examined. The main reason is that the purification or production of IgA/SIgA and IgM/SIgM at large scale is difficult to achieve. The aim of this PhD project was to examine the possibility to associate polyclonal human plasma-derived IgA and IgM with recombinant human secretory component (SC) to generate functional secretoiy-like IgA and IgM. First, biochemical analysis of human plasma IgA and IgM was performed by western blotting and chromatography. These molecules exhibited the same biochemical features as mucosa-derived antibodies (Abs). The association between human plasma plgA or IgM and recombinant human SC was confirmed, as well as the 1:1 stoichiometry of association. Similarly to physiological conditions, this association delayed the degradation of secretory-like IgA or IgM by intestinal proteases. Secondly, the function activity and the mode of action of human plasma IgA and IgM, as well as secretory-like IgA and IgM were explored using an in vitro model of polarized intestinal epithelial Caco-2 cell monolayers mimicking intestinal epithelium. Cell monolayers were infected with an enteropathogen, Shigella flexneri, alone or in combination to plasma Abs or secretory-like Abs. Even though plasma plgA and secretoiy-like IgA resulted in a delay of bacteria-induced damages of cell monolayers, plasma IgM and secretory-like IgM were shown to be superior in maintenance of cell integrity. Polymeric IgA and secretory-like IgA induced bacterial aggregation and decreased cell monolayer inflammation, effects further amplified with IgM and secretory-like IgM. In addition, both secretory-like Abs directly impacted on bacterial virulence leading to a reduction in secretion of virulence factors by bacteria. The functionality of human plasma IgA was also tested against Clostridium difficile toxin A using Caco-2 cell monolayers. Human plasma IgA- enriched preparations led to a diminution of cell monolayer damages and a decrease of cellular inflammation induced by the toxin. The sum of these results demonstrates that secretory-like IgA and IgM can be generated from purified human plasma IgA and IgM associated to SC and that these molecules are functional to protect intestinal epithelium from bacterial infections. These molecules could be now tested using in vivo models. The final goal would be to use them by passive immunization in the treatment of mucosa-associated pathologies like infections in humans.

Delay of extubation in neonates and children after cardiac surgery: impact of ventilator-associated pneumonia.

OBJECTIVE: This study was undertaken to determine the delay of extubation attributable to ventilator-associated pneumonia (VAP) in comparison to other complications and complexity of surgery after repair of congenital heart lesions in neonates and children. METHODS: Cohort study in a pediatric intensive care unit of a tertiary referral center. All patients who had cardiac operations during a 22-month period and who survived surgery were eligible (n = 272, median age 1.3 years). Primary outcome was time to successful extubation. Primary variable of interest was VAP Surgical procedures were classified according to complexity. Cox proportional hazards models were calculated to adjust for confounding. Potential confounders comprised other known risk factors for delayed extubation. RESULTS: Median time to extubation was 3 days. VAP occurred in 26 patients (9.6%). The rate of VAP was not associated with complexity of surgery (P = 0.22), or cardiopulmonary bypass (P = 0.23). The adjusted analysis revealed as further factors associated with delayed extubation: other respiratory complications (n = 28, chylothorax, airway stenosis, diaphragm paresis), prolonged inotropic support (n = 48, 17.6%), and the need for secondary surgery (n = 51, 18.8%; e.g., re-operation, secondary closure of thorax). Older age promoted early extubation. The median delay of extubation attributable to VAP was 3.7 days (hazards ratio HR = 0.29, 95% CI 0.18-0.49), exceeding the effect size of secondary surgery (HR = 0.48) and other respiratory complications (HR = 0.50). CONCLUSION: VAP accounts for a major delay of extubation in pediatric cardiac surgery.

The role of Bmi1 in CNS development and in retinal degeneration

SUMMARY : The present work addresses several aspects of cell cycle regulation, cell fate specification and cell death in the central nervous system (CNS), specifically the cortex and the retina. More precisely, we investigated the role of Bmi1, a polycomb family gene required for stem cell proliferation and self-renewal, in the development of the cerebral cortex, as well as in the genesis of the retina. These data, together with studies published during the last two decades concerning cell cycle re-activation in apoptotic neurons in the CNS, raised the question of a possible link between regulation of the cell cycle during development and during retinal degeneration. 1. The effects of Bmi1 loss in the cerebral cortex : Consistently with our and others' observations on failure of Bmi9-/- stem cells to proliferate and self-renew in vitro, the Bmi9-/- cerebral cortex presented slight defects in proliferation in stem/progenitor cells compartments in vivo. This was in accordance with the pattern of Bmi1 expression in the developing forebrain. The modest proliferation defects, compared to the drastic consequences of Bmi9 loss in vitro, suggest that cell-extrinsic mechanisms may partially compensate for Bmi1 deletion in vivo during cortical histogenesis. Nevertheless, we observed a decreased proliferating activity in neurogenic regions of the adult telencephalon, more precisely in the subventricular zone, showing that Bmi1 controls neural stem/progenitor proliferation during adulthood in vivo. Our data also highlight an increased production of astrocytes at birth, and a generalized gliosis in the adult Bmi9-/- brain. Importantly, glial progenitors and astrocytes retained the ability to proliferate in the absence of Bmi1. 2. The effects of Bmi1 loss in the retina : The pattern of expression of Bmi1 during development and in the adult retina suggests a role for Bmi1 in cell fate specification and differentiation rather than in proliferation. While the layering and the global structure of the retina appear normal in Bmi1 /adult mice, immunohistochemìcal analysis revealed defects in the three major classes of retinal interneurons, namely: horizontal, bipolar and amacrine cells. Electroretinogram recordings in Bmi9-/- mice are coherent with the defects observed at the histological level, with a reduced b-wave and low-profile oscillatory potentials. These results show that Bmi1 controls not only proliferation, but also cell type generation, as previously observed in the cerebellum. 3. Cell cycle events and related neuroprotective strategies in retinal degeneration : In several neurodegenerative disorders, neurons re-express cell cycle proteins such as cyclin dependent kinases (Cdks) prior to apoptosis. Here, we show for the first time that this is also the case during retinal degeneration. Rd1 mice carry a recessive defect (Pdeóbrd/rd) that causes retinal degeneration and serves as a model of retinitis pigmentosa. We found that photoreceptors express Cdk4 and Cdk2, and undergo DNA synthesis prior to cell death. To interfere with the reactivation of Cdk-related pathways, we deleted E2fs or Brni1, which normally allow cell cycle progression. While deleting E2f1 (downstream of Cdk4/6) in Rd1 mice provides only temporary protection, knocking out Bmi1 (upstream of Cdks) leads to an extensive neuroprotective effect, independent of p16ink4a or p19arf, two tumor suppressors regulated by Bmi1. Analysis of Cdks and the DNA repair-related protein Ligase IV showed that Bmi1 acts downstream of DNA repair events and upstream of Cdks in this neurodegenerative mechanism. Expression of Cdks during an acute model of retinal degeneration, light damage-induced photoreceptor death, points to a role for Bmi1 and cell cycle proteins in retinal degeneration. Considering the similarity with the cell cycle-related apoptotic pathway observed in other neurodegenerative diseases, Bmi1 is a possible general target to prevent or delay neuronal death. RESUME : Ce travail aborde plusieurs aspects de la régulation du cycle cellulaire, de la spécification du devenir des cellules et de la mort cellulaire dans le système nerveux centrale (SNC), plus particulièrement dans le cortex cérébral et dans la rétine. Nous nous sommes intéressés au gène Bmi1, appartenant à la famille polycomb et nécessaire à la prolifération et au renouvellement des cellules souches. Nous avons visé à disséquer son rôle dans le développement du cortex et de la rétine. Ces données, ainsi qu'une série de travaux publiés au cours des deux dernières décennies concernant la réactivation du cycle cellulaire dans les neurones en voie d'apoptose dans le SNC, nous ont ensuite poussé à chercher un lien entre la régulation du cycle cellulaire pendant le développement et au cours de la dégénérescence rétinienne. 1. Les effets de l'inactivation de Bmi1 dans le cortex cérébral : En accord avec l'incapacité des cellules souches neurales in vitro à proliférer et à se renouveler en absence de Bmi1, le cortex cérébral des souris Bmi1-/- présente de légers défauts de prolifération dans les compartiments contenant les cellules souches neurales. Ceci est en accord avec le profil d'expression de Bmi1 dans le télencéphale. Les conséquences de la délétion de Bmi1 sont toutefois nettement moins prononcées in vivo qu'in vitro ; cette différence suggère l'existence de mécanismes pouvant partiellement compenser l'absence de Bmi1 pendant la corticogenèse. Néanmoins, l'observation d'une réduction de la prolifération dans la zone sous-ventriculaire, la zone majeure de neurogenèse dans le télencéphale adulte, montre que Bmi1 contrôle la prolifération des cellules souche/progénitrices neurales chez la souris adulte. Nos résultats démontrent par ailleurs une augmentation de la production d'astrocytes à la naissance ainsi qu'une gliose généralisée à l'état adulte chez les souris Bmi1-/-. Les progéniteurs gliaux et les astrocytes conservent donc leur capacité à proliférer en absence de Bmi1. 2. Les effets de l'inactivation de Bmi1 dans la rétine : Le profil d'expression de Bmi1 pendant fe développement ainsi que dans la rétine adulte suggère un rôle de Bmi1 dans la spécification de certains types cellulaires et dans la différentiation plutôt que dans la prolifération. Alors que la structure et la lamination de la rétine semblent normales chez les souris Bmi1-/-, l'analyse par immunohistochimie amis en évidence des défauts au niveau des trois classes d'interneurones rétiniens (les cellules horizontales, bipolaires et amacrines). Les électrorétinogrammes des souris Bmi1-/- sont cohérents avec les défauts observés au niveau histologique et montrent une réduction de l'onde « b » et des potentiels oscillatoires. Ces résultats montrent que Bmi1 contrôle la génération de certaines sous-populations de neurones, comme démontré auparavant au niveau de cervelet. 3. Réactivation du cycle cellulaire et stratégies théraoeutiaues dans les dégénérescences rétiniennes : Dans plusieurs maladies neurodégénératives, les neurones ré-expriment des protéines du cycle cellulaire telles que les kinases cycline-dépendantes (Cdk) avant d'entrer en apoptose. Nous avons démontré que c'est aussi le cas dans les dégénérescences rétiniennes. Les souris Rd1 portent une mutation récessive (Pde6brd/rd) qui induit une dégénérescence de la rétine et sont utilisées comme modèle animal de rétinite pigmentaire. Nous avons observé que les photorécepteurs expriment Cdk4 et Cdk2, et entament une synthèse d'ADN avant de mourir par apoptose. Pour interférer avec la réactivation les mécanismes Cdk-dépendants, nous avons inactivé les gènes E2f et Bmi1, qui permettent normalement la progression du cycle cellulaire. Nous avons mis en évidence que la délétion de E2f1 (en aval de Cdk4/6) dans les souris Rd1 permet une protection transitoire des photorécepteurs. Toutefois, l'inactivation de Bmi1 (en amont des Cdk) est corrélée à une neuroprotection bien plus durable et ceci indépendamment de p16ink4a et p19arf, deux suppresseurs de tumeurs normalement régulés par Bmi1. L'analyse des Cdk et de la ligase IV (une protéine impliquée dans les mécanismes de réparation de l'ADN) a montré que Bmi1 agit en aval des événements de réparation de l'ADN et en amont des Cdk dans la cascade apoptotique dans les photorécepteurs des souris Rd1. Nous avons également observé la présence de Cdk dans un modèle aigu de dégénérescence rétinienne induit par une exposition des animaux à des niveaux toxiques de lumière. Nos résultats suggèrent donc un rôle général de Bmi1 et des protéines du cycle cellulaire dans les dégénérescences de la rétine. Si l'on considère la similarité avec les événements de réactivation du cycle cellulaire observés dans d'autres maladies neurodégénératives, Bmi1 pourrait être une cible thérapeutique générale pour prévenir la mort neuronale.

Gliotransmission in the hippocampus, mechanisms and interaction with synaptic functions

SUMMARYAstrocytes represent the largest cell population in the human brain. In addition to a well established role as metabolic support for neuronal activity, in the last years these cells have been found to accomplish other important and, sometimes, unexpected functions. The tight enwrapping of synapses by astrocytic processes and the predominant expression of glutamate uptake carriers in the astrocytic rather than neuronal plasma membranes brought to the definition of a critical involvement of astrocytes in the clearance of glutamate from synaptic junctions. Moreover, several publications showed that astrocytes are able to release chemical transmitters (gliotransmitters) suggesting their active implication in the control of synaptic functions. Among gliotransmitters, the best characterized is glutamate, which has been proposed to be released from astrocytes in a Ca2+ dependent manner via exocytosis of synaptic-like microvesicles.In my thesis I present results leading to substantial advancement of the understanding of the mechanisms by which astrocytes modulate synaptic activity in the hippocampus, notably at excitatory synapses on dentate granule cells. I show that tumor necrosis factor- alpha (TNFa), a molecule that is generally involved in immune system functions, critically controls astrocyte-to-synapse communication (gliotransmission) in the brain. With constitutive levels of TNFa present, activation of purinergic G protein-coupled receptors in astrocytes, called P2Y1 receptors, induces localized intracellular calcium ([Ca2+]j) elevation in astrocytic processes (measured by two-photon microscopy) followed by glutamate release and activation of pre-synaptic NMDA receptors resulting in synaptic potentiation. In preparations lacking TNFa, astrocytes respond with identical [Ca2+]i elevations but fail to induce neuromodulation. I find that TNFa specifically controls the glutamate release step of gliotransmission. Addition of very low (picomolar) TNFa concentrations to preparations lacking the cytokine, promptly reconstitutes both normal exocytosis in cultured astrocytes and gliotransmission in hippocampal slices. These data provide the first demonstration that gliotransmission and its synaptic effects are controlled not only by astrocyte [Ca2+]i elevations but also by permissive/homeostatic factors like TNFa.In addition, I find that higher and presumably pathological TNFa concentrations do not act just permissively but instead become direct and potent triggers of glutamate release from astrocytes, leading to a strong enhancement of excitatory synaptic activity. The TNFa action, like the one observed upon P2Y1R activation, is mediated by pre-synaptic NMDA receptors, but in this case the effect is long-lasting, and not reversible. Moreover, I report that a necessary molecular target for this action of TNFa is TNFR1, one of the two specific receptors for the cytokine, as I found that TNFa was unable to induce synaptic potentiation when applied in slices from TNFR1 knock-out (Tnfrlv") mice. I then created a double transgenic mouse model where TNFR1 is knocked out in all cells but can be re-expressed selectively in astrocytes and I report that activation of the receptors in these cells is sufficient to reestablish TNFa-dependent long-lasting potentiation of synaptic activity in the TNFR1 knock-out mice.I therefore discovered that TNFa is a primary molecule displaying both permissive and instructive roles on gliotransmission controlling synaptic functions. These reports might have profound implications for the understanding of both physiological and pathological processes associated to TNFa production, including inflammatory processes in the brain.RÉSUMÉLes astrocytes sont les cellules les plus abondantes du cerveau humain. Outre leur rôle bien établi dans le support métabolique de l'activité neuronale, d'autres fonctions importantes, et parfois inattendues de ces cellules ont été mises en lumière au cours de ces dernières années. Les astrocytes entourent étroitement les synapses de leurs fins processus qui expriment fortement les transporteurs du glutamate et permettent ainsi aux astrocytes de jouer un rôle critique dans l'élimination du glutamate de la fente synaptique. Néanmoins, les astrocytes semblent être capables de jouer un rôle plus intégratif en modulant l'activité synaptique, notamment par la libération de transmetteurs (gliotransmetteurs). Le gliotransmetteur le plus étudié est le glutamate qui est libéré par l'exocytose régulée de petites vésicules ressemblant aux vésicules synaptiques (SLMVs) via un mécanisme dépendant du calcium.Les résultats présentés dans cette thèse permettent une avancée significative dans la compréhension du mode de communication de ces cellules et de leur implication dans la transmission de l'information synaptique dans l'hippocampe, notamment des synapses excitatrices des cellules granulaires du gyrus dentelé. J'ai pu montrer que le « facteur de nécrose tumorale alpha » (TNFa), une cytokine communément associée au système immunitaire, est aussi fondamentale pour la communication entre astrocyte et synapse. Lorsqu'un niveau constitutif très bas de TNFa est présent, l'activation des récepteurs purinergiques P2Y1 (des récepteurs couplés à protéine G) produit une augmentation locale de calcium (mesurée en microscopie bi-photonique) dans l'astrocyte. Cette dernière déclenche ensuite une libération de glutamate par les astrocytes conduisant à l'activation de récepteurs NMDA présynaptiques et à une augmentation de l'activité synaptique. En revanche, dans la souris TNFa knock-out cette modulation de l'activité synaptique par les astrocytes n'est pas bien qu'ils présentent toujours une excitabilité calcique normale. Nous avons démontré que le TNFa contrôle spécifiquement l'exocytose régulée des SLMVs astrocytaires en permettant la fusion synchrone de ces vésicules et la libération de glutamate à destination des récepteurs neuronaux. Ainsi, nous avons, pour la première fois, prouvé que la modulation de l'activité synaptique par l'astrocyte nécessite, pour fonctionner correctement, des facteurs « permissifs » comme le TNFa, agissant sur le mode de sécrétion du glutamate astrocytaire.J'ai pu, en outre, démontrer que le TNFa, à des concentrations plus élevées (celles que l'on peut observer lors de conditions pathologiques) provoque une très forte augmentation de l'activité synaptique, agissant non plus comme simple facteur permissif mais bien comme déclencheur de la gliotransmission. Le TNFa provoque 1'activation des récepteurs NMD A pré-synaptiques (comme dans le cas des P2Y1R) mais son effet est à long terme et irréversible. J'ai découvert que le TNFa active le récepteur TNFR1, un des deux récepteurs spécifiques pour le TNFa. Ainsi, l'application de cette cytokine sur une tranche de cerveau de souris TNFR1 knock-out ne produit aucune modification de l'activité synaptique. Pour vérifier l'implication des astrocytes dans ce processus, j'ai ensuite mis au point un modèle animal doublement transgénique qui exprime le TNFR1 uniquement dans les astrocytes. Ce dernier m'a permis de prouver que l'activation des récepteurs TNFR1 astrocytaires est suffisante pour induire une augmentation de l'activité synaptique de manière durable.Nous avons donc découvert que le TNFa possède un double rôle, à la fois un rôle permissif et actif, dans le contrôle de la gliotransmission et, par conséquent, dans la modulation de l'activité synaptique. Cette découverte peut potentiellement être d'une extrême importance pour la compréhension des mécanismes physiologiques et pathologiques associés à la production du TNFa, en particulier lors de conditions inflammatoires.RÉSUMÉ GRAND PUBLICLes astrocytes représentent la population la plus nombreuse de cellules dans le cerveau humain. On sait, néanmoins, très peu de choses sur leurs fonctions. Pendant très longtemps, les astrocytes ont uniquement été considérés comme la colle du cerveau, un substrat inerte permettant seulement de lier les cellules neuronales entre elles. Il n'y a que depuis peu que l'on a découvert de nouvelles implications de ces cellules dans le fonctionnement cérébral, comme, entre autres, une fonction de support métabolique de l'activité neuronale et un rôle dans la modulation de la neurotransmission. C'est ce dernier aspect qui fait l'objet de mon projet de thèse.Nous avons découvert que l'activité des synapses (régions qui permettent la communication d'un neurone à un autre) qui peut être potentialisée par la libération du glutamate par les astrocytes, ne peut l'être que dans des conditions astrocytaires très particulières. Nous avons, en particulier, identifié une molécule, le facteur de nécrose tumorale alpha (TNFa) qui joue un rôle critique dans cette libération de glutamate astrocytaire.Le TNFa est surtout connu pour son rôle dans le système immunitaire et le fait qu'il est massivement libéré lors de processus inflammatoires. Nous avons découvert qu'en concentration minime, correspondant à sa concentration basale, le TNFa peut néanmoins exercer un rôle indispensable en permettant la communication entre l'astrocyte et le neurone. Ce mode de fonctionnement est assez probablement représentatif d'un processus physiologique qui permet d'intégrer la communication astrocyte/neurone au fonctionnement général du cerveau. Par ailleurs, nous avons également démontré qu'en quantité plus importante, le TNFa change son mode de fonctionnement et agit comme un stimulateur direct de la libération de glutamate par l'astrocyte et induit une activation persistante de l'activité synaptique. Ce mode de fonctionnement est assez probablement représentatif d'un processus pathologique.Nous sommes également arrivés à ces conclusions grâce à la mise en place d'une nouvelle souche de souris doublement transgéniques dans lesquelles seuls les astrocytes (etnon les neurones ou les autres cellules cérébrales) sont capables d'être activés par le TNFa.

MP2RAGE, a self bias-field corrected sequence for improved segmentation and T1-mapping at high field.

The large spatial inhomogeneity in transmit B(1) field (B(1)(+)) observable in human MR images at high static magnetic fields (B(0)) severely impairs image quality. To overcome this effect in brain T(1)-weighted images, the MPRAGE sequence was modified to generate two different images at different inversion times, MP2RAGE. By combining the two images in a novel fashion, it was possible to create T(1)-weighted images where the result image was free of proton density contrast, T(2) contrast, reception bias field, and, to first order, transmit field inhomogeneity. MP2RAGE sequence parameters were optimized using Bloch equations to maximize contrast-to-noise ratio per unit of time between brain tissues and minimize the effect of B(1)(+) variations through space. Images of high anatomical quality and excellent brain tissue differentiation suitable for applications such as segmentation and voxel-based morphometry were obtained at 3 and 7 T. From such T(1)-weighted images, acquired within 12 min, high-resolution 3D T(1) maps were routinely calculated at 7 T with sub-millimeter voxel resolution (0.65-0.85 mm isotropic). T(1) maps were validated in phantom experiments. In humans, the T(1) values obtained at 7 T were 1.15+/-0.06 s for white matter (WM) and 1.92+/-0.16 s for grey matter (GM), in good agreement with literature values obtained at lower spatial resolution. At 3 T, where whole-brain acquisitions with 1 mm isotropic voxels were acquired in 8 min, the T(1) values obtained (0.81+/-0.03 s for WM and 1.35+/-0.05 for GM) were once again found to be in very good agreement with values in the literature.

Effect of an ectoparasite on lay date, nest-site choice, desertion, and hatching success in the great tit (Parus major)

Ectoparasites are common in most bird species, but experimental evidence of their effects on life-history traits is scarce. We investigated experimentally the effects of the hematophagous hen flea (Ceratophyllus gallinae) on timing of reproduction, nest-site choice, nest desertion, clutch size, and hatching success in the great tit (Parus major). When great tits were offered a choice on their territory between an infested and a parasite-free nest-box, they chose the one without parasites. When there was no choice, the great tits in a territory containing an infested nest-box delayed laying the clutch by 11 days as compared with the birds that were offered a parasite-free nesting opportunity. The finding that there was no difference in phenotypic traits related to dominance between the birds nesting in infested boxes and birds nesting in parasite-free boxes suggests that the delay is not imposed by social dominance. Nest desertion between laying and shortly after hatching was significandy higher in infested nests. There was no difference between infested and parasite-free nests in clutch size, but hatching success and hence brood size at hatching were significantly smaller in infested nests. Nest-box studies of great tits have been seminal in the development of evolutionary, ecological, and behavioral theory, but recently a polemic has arisen in the literature about the validity of the conclusions drawn from nest-box studies where the naturally occurring, detrimental ectoparasites are eliminated by the routine removal of old nests between breeding seasons. Our study suggests that this criticism is valid and that the evaluation of the effects of ectoparasites may improve our understanding of behavioral traits, life-history traits, or population dynamics

Interaction between tobacco and alcohol use and the risk of head and neck cancer: pooled analysis in the International Head and Neck Cancer Epidemiology Consortium.

BACKGROUND: The magnitude of risk conferred by the interaction between tobacco and alcohol use on the risk of head and neck cancers is not clear because studies have used various methods to quantify the excess head and neck cancer burden. METHODS: We analyzed individual-level pooled data from 17 European and American case-control studies (11,221 cases and 16,168 controls) participating in the International Head and Neck Cancer Epidemiology consortium. We estimated the multiplicative interaction parameter (psi) and population attributable risks (PAR). RESULTS: A greater than multiplicative joint effect between ever tobacco and alcohol use was observed for head and neck cancer risk (psi = 2.15; 95% confidence interval, 1.53-3.04). The PAR for tobacco or alcohol was 72% (95% confidence interval, 61-79%) for head and neck cancer, of which 4% was due to alcohol alone, 33% was due to tobacco alone, and 35% was due to tobacco and alcohol combined. The total PAR differed by subsite (64% for oral cavity cancer, 72% for pharyngeal cancer, 89% for laryngeal cancer), by sex (74% for men, 57% for women), by age (33% for cases <45 years, 73% for cases >60 years), and by region (84% in Europe, 51% in North America, 83% in Latin America). CONCLUSIONS: Our results confirm that the joint effect between tobacco and alcohol use is greater than multiplicative on head and neck cancer risk. However, a substantial proportion of head and neck cancers cannot be attributed to tobacco or alcohol use, particularly for oral cavity cancer and for head and neck cancer among women and among young-onset cases.

Efficient T cell activation requires an optimal dwell-time of interaction between the TCR and the pMHC complex.

Cytotoxic T cell (CTL) activation by antigen requires the specific detection of peptide-major histocompatibility class I (pMHC) molecules on the target-cell surface by the T cell receptor (TCR). We examined the effect of mutations in the antigen-binding site of a Kb-restricted TCR on T cell activation, antigen binding and dissociation from antigen.These parameters were also examined for variants derived from a Kd-restricted peptide that was recognized by a CTL clone. Using these two independent systems, we show that T cell activation can be impaired by mutations that either decrease or increase the binding half-life of the TCR-pMHC interaction. Our data indicate that efficient T cell activation occurs within an optimal dwell-time range of TCR-pMHC interaction. This restricted dwell-time range is consistent with the exclusion of either extremely low or high affinity T cells from the expanded population during immune responses.

A Role for cis Interaction between the Inhibitory Ly49A receptor and MHC class I for natural killer cell education.

Natural killer (NK) cells show enhanced functional competence when they express inhibitory receptors specific for inherited major histocompatibility complex class I (MHC-I) molecules. Current models imply that NK cell education requires an interaction of inhibitory receptors with MHC-I expressed on other cells. However, the inhibitory Ly49A receptor can also bind MHC-I ligand on the NK cell itself (in cis). Here we describe a Ly49A variant, which can engage MHC-I expressed on other cells but not in cis. Even though this variant inhibited NK cell effector function, it failed to educate NK cells. The association with MHC-I in cis sequestered wild-type Ly49A, and this was found to relieve NK cells from a suppressive effect of unengaged Ly49A. These data explain how inhibitory MHC-I receptors can facilitate NK cell activation. They dissociate classical inhibitory from educating functions of Ly49A and suggest that cis interaction of Ly49A is necessary for NK cell education.

The Social Value of Being Ambivalent: Self-Presentational Concerns in the Expression of Attitudinal Ambivalence

We tested whether individuals can exert control over the expression of attitudinal ambivalence and if this control is exerted with self-presentational concerns. Using the self-presentation paradigm, participants reported more ambivalence about Genetically Modified Organisms ("GMO") in a standard and a self-enhancement (present yourself positively) conditions than in a self-depreciation (present yourself negatively) condition, on both felt (Experiments 1a and 2a) and potential ambivalence, in its cognitive (Experiments 1b and 2b) and affective components (Experiments 1b and 2c). The role of ambivalent attitudes in conveying a positive social value was confirmed by the fact that the above effect was found on a controversial attitude object (GMOs) but the opposite appeared on a non-controversial one (e.g. tooth brushing, a truism; Experiment 3). Such a reversal was obtained by directly manipulating the perception of controversy on GMOs (Experiment 4). Attitudinal ambivalence may thus serve an adaptive function, i.e. achieving a positive social value.

The development of family alliance from pregnancy to toddlerhood and child outcomes at 5 years.

This article presents a longitudinal study of the development of "family alliance" from pregnancy to toddlerhood in a community sample, as well as its links with the emotional and cognitive development of the child at age 5 years. Family alliance is defined as the quality of the interactive coordination between family members. We consider that the alliance constitutes a context for the child to learn emotion regulation and to develop an understanding of inner states. Family interactions (N = 38) were observed at the 5th month of pregnancy and at 3, 9, and 18 months after birth in a standardized situation of observation (Lausanne Trilogue Play). Marital satisfaction and child temperament were assessed through self-reported questionnaires. Several outcomes of the child at age 5 years were measured: theory of mind performances, predominant emotional themes in pretend play, internalized and externalized symptoms. Results show that (a) three patterns of evolution of family alliance occur: "high stable" (n = 19), "high to low" (n = 10), and "low stable" (n = 9); (b) a high stable alliance is predictive of better outcomes in children at age 5 years, especially regarding theory of mind; (c) the temperament of the child is predictive of child outcomes; and (d) an interaction effect occurs between family alliance and temperament. These results highlight the importance of both family-level and individual-level variables for understanding individual differences in the social and cognitive development of children.

Inducing effect of skeletal muscle extracts on the appearance of calbindin-immunoreactive dorsal root ganglion cells in culture.

Calbindin D-28k is a calcium-binding protein which is not expressed by dorsal root ganglion cells cultured from 6-day-old (E6) chick embryos. When soluble muscle extracts from embryos at E11, E18 or chickens 2 weeks after hatching were added immediately after seeding, dorsal root ganglia cells grown at E6 displayed neuronal subpopulations expressing calbindin immunoreactivity with time; the effect of muscle extract on the percentage of calbindin-immunoreactive dorsal root ganglia cells followed a dose-response curve. When muscle extract was added to cultures after a 3 day delay, the percentage of calbindin-expressing neurons was unchanged. The effect produced by muscle extract and, to a lesser degree, skin extract on the appearance of calbindin-positive neurons was not reproduced by brain or liver extracts while all four exerted a trophic action on cultured neurons. Hence it is assumed that muscle extract contains a factor which produces an inductive effect on the initiation of calbindin-expression by uncommitted subpopulations of sensory neurons rather than a trophic influence on the selective survival of covertly committed neuronal subpopulations. The fact that muscle extract promoted calbindin expression by dorsal root ganglia cells in neuron-enriched as well as in mixed dorsal root ganglion cell cultures indicates that the factor would act directly on sensory neurons rather than indirectly through mediation of non-neuronal cells. Since the active muscular factor was non-dialysable, heat-inactivated, trypsin-sensitive and retained by molecular filters with a cut-off of 30 K, this factor is probably a protein.