Translation of polarity cues into asymmetric spindle positioning in "Caenorhabditis elegans"

Abstract: Asymmetric cell division is important to generate tissue diversity. The Caenorhabditis elegans embryo is well suited to study the mechanisms of asymmetric cell division. In wild type one-cell stage embryos, the spindle sets up along the anterior-posterior axis (AP). During anaphase, the spindle elongates. While the anterior spindle pole is relatively immobile, the posterior spindle pole moves towards the posterior cortex during anaphase leading to an asymmetric spindle position. As a result, the first cleavage gives rise to a large anterior blastomere and a smaller posterior one, which differs also in cell fate determinants. This posterior spindle displacement occurs in response to polarity cues set up along the AP axis by the PAR proteins and is due to imbalanced pulling forces acting on the two spindle poles, with net forces acting on the posterior spindle pole being more extensive than those at the anterior one. The project of my thesis was to characterize the involvement of two new components, gpr-1 and gpr-2, in spindle positioning. These genes encode essentially identical proteins containing a GoLoco motif characteristic of proteins interacting with α subunits of heterotrimeric G protein (Gα). In gpr-1/2(RNAi) embryos and in embryos lacking simultaneously two α subunits, goa-1 and gpa-16, (Ga(RNAi) embryos), there is a minimal posterior displacement of the spindle during anaphase, and the first division is equal. I found that the pulling forces acting on the two spindle poles is weak and equal in gpr-1/2(RNAi) and Gα (RNAi) embryos. I found that GPR-1/2 acts downstream of polarity cues for generation of pulling forces. Furthermore, I showed that GPR-1/2 distribution was enriched at the posterior cortex during metaphase whereas GOA-1 and GPA-16 were uniformly distributed at the cell cortex throughout the cell cycle. Gα subunits oscillate between GDP- and GTP-bound forms. Gα signaling is turned on by GDP/GTP exchange catalyzed by guanine nucleotide exchange factors (GEFs) and turned off by hydrolysis of GTP catalyzed by GTPase activating proteins (GAPs). A third class of proteins, the guanine dissociation inhibitors (GDIs), binds the GDP-bound form of Gα subunits and inhibits nucleotide exchange. I found that GPR-1/2 acts as a GDI for GOA-1. Taken together, my findings suggest a model in which differential activation of Gα subunits along the AP axis may translate into generation of differential pulling forces on the anterior and posterior spindle poles, and, thus, asymmetric cell division. Résumé L'embryon du nématode Caenorhabditis elegans est un modèle approprié pour étudier les mécanismes de la division asymétrique. Chez l'embryon précoce, le fuseau mitotique se forme le long de l'axe antéro-postérieur (A/P) et au centre de l'embryon, le pôle antérieur restant relativement immobile alors que le pôle postérieur du fuseau se déplace vers le cortex postérieur au cours de l'anaphase conduisant à une position excentrée du fuseau. 11 en résulte une première division qui génère un blastomère antérieur et postérieur de grande et petite taille respectivement et qui diffèrent en facteurs développementaux. Ce déplacement postérieur se produit en réponse de la polarité établie par la distribution polarisée des protéines PAR et est le résultat de la génération de forces inégales tirant sur les deux pôles du fuseau, les forces agissant sur le pôle postérieur du fuseau étant plus grandes. Le projet de ma thèse était d'identifier la fonction de deux nouveaux constituants, gpr-1 et gpr-2 dans le positionnement asymétrique du fuseau. Ces gènes codent essentiellement pour la même protéine qui contient un motif GoLoco, caractéristique des protéines interagissant avec la sous-unité alpha des protéines G hétérotrimériques. Chez l'embryon gpr-1/2(RNAi) et chez les embryons dépourvus d'activité de deux sous-unités alpha, goa-1 et gpa-16, (Gα(RNAi)), j'ai montré qu'il y avait un déplacement minimal du fuseau vers le pôle postérieur au cours de l'anaphase et la première division est symétrique en raison de forces faibles et égales agissant sur les deux pôles du fuseau. J'ai également montré que gpr-1/2 était requis en aval des signaux établissant la polarité pour générer les forces responsables du positionnement asymétrique du fuseau. De plus, j'ai montré que GPR-1/2 était enrichi au pôle postérieur lors de la métaphase alors que GOA-1 et GPA-16 étaient localisés de façon uniforme au cortex de l'embryon précoce. Gas oscillent entre une forme liée au GDP et une forme liée au GTP. La signalisation des Gas est activée par l'échange GDP/GTP qui est catalysé par des protéines GEFs. La signalisation des Gas est désactivée par l'hydrolyse du GTP qui est catalysée par des protéines GAPs. Une troisième classe de protéines, GDIs lie la forme GDP et inhibe l'échange de nucléotides. J'ai montré que GPR-1/2 agissait comme un GDI pour GOA-1. Mes résultats suggèrent un modèle dans lequel une activation différentielle des Gα le long de l'axe A/P pourrait générer des forces différentielles sur le pôle antérieur et postérieur du fuseau.

Effet d'une intervention environnementale sur une problématique de type "indoor" en Suisse

Au printemps 2012, des employés administratifs, ayant récemment emménagé dans un nouveau bâtiment à hautes performances énergétiques, se plaignent de problèmes de santé et de gênes compatibles avec un syndrome du bâtiment malsain. L'employeur a entendu les plaintes des collaborateurs, et choisit une intervention unique, consistant à poser des ouvrants afin de fournir une ventilation naturelle. Parallèlement, il commande à des spécialistes MSST une étude sur l'impact de la mesure sur les plaintes exprimées par les employés. La littérature recommande quant à elle de prendre en charge ce type de problématique de façon itérative, et en abordant de multiples aspects (qualité de l'air, psycho-sociaux, organisationnels). Au vu des nombreuses plaintes de la population, et de la disponibilité de ces données, une analyse détaillée, de cohorte, est proposée dans ce travail de master, dont les objectifs seront de caractériser les plaintes des collaborateurs travaillant dans le bâtiment administratif, de diagnostiquer le type de problématique présent, de déterminer si l'on observe une atténuation des symptômes dans ce bâtiment suite à l'intervention unique de pose des ouvrants, et d'isoler si possible d'autres déterminants d'une évolution favorable ou défavorable de la symptomatologie en présence d'une intervention unique. Une étude de cohorte est menée sur les données récoltées par un questionnaire, basé sur le questionnaire MM40, en mars 2012 (T0) et mars 2013 (T1). La population est décrite, puis des analyses descriptives et par régression logistique sont réalisées. La participation a été importante. Entre T0 et T1, après la pose des ouvrants, le nombre de plaintes et symptômes a diminué, mais la prévalence des plaintes reste importante (odeurs, ventilation, bruit, etc.). Les plaintes et les symptômes mis en évidence sont retrouvés dans la littérature, et sont peu spécifiques à la problématique de ce bâtiment, situé en Suisse. De nouvelles pistes d'intervention sont proposées au vu des résultats trouvés.

Prospective motion correction of 3D echo-planar imaging data for functional MRI using optical tracking.

We evaluated the performance of an optical camera based prospective motion correction (PMC) system in improving the quality of 3D echo-planar imaging functional MRI data. An optical camera and external marker were used to dynamically track the head movement of subjects during fMRI scanning. PMC was performed by using the motion information to dynamically update the sequence's RF excitation and gradient waveforms such that the field-of-view was realigned to match the subject's head movement. Task-free fMRI experiments on five healthy volunteers followed a 2×2×3 factorial design with the following factors: PMC on or off; 3.0mm or 1.5mm isotropic resolution; and no, slow, or fast head movements. Visual and motor fMRI experiments were additionally performed on one of the volunteers at 1.5mm resolution comparing PMC on vs PMC off for no and slow head movements. Metrics were developed to quantify the amount of motion as it occurred relative to k-space data acquisition. The motion quantification metric collapsed the very rich camera tracking data into one scalar value for each image volume that was strongly predictive of motion-induced artifacts. The PMC system did not introduce extraneous artifacts for the no motion conditions and improved the time series temporal signal-to-noise by 30% to 40% for all combinations of low/high resolution and slow/fast head movement relative to the standard acquisition with no prospective correction. The numbers of activated voxels (p<0.001, uncorrected) in both task-based experiments were comparable for the no motion cases and increased by 78% and 330%, respectively, for PMC on versus PMC off in the slow motion cases. The PMC system is a robust solution to decrease the motion sensitivity of multi-shot 3D EPI sequences and thereby overcome one of the main roadblocks to their widespread use in fMRI studies.

En face optical coherence tomography of foveal microstructure in full-thickness macular hole: a model to study perifoveal müller cells.

PURPOSE: To characterize perifoveal intraretinal cavities observed around full-thickness macular holes (MH) using en face optical coherence tomography and to establish correlations with histology of human and primate maculae. DESIGN: Retrospective nonconsecutive observational case series. METHODS: Macular en face scans of 8 patients with MH were analyzed to quantify the areas of hyporeflective spaces, and were compared with macular flat mounts and sections from 1 normal human donor eye and 2 normal primate eyes (Macaca fascicularis). Immunohistochemistry was used to study the distribution of glutamine synthetase, expressed by Müller cells, and zonula occludens-1, a tight-junction protein. RESULTS: The mean area of hyporeflective spaces was lower in the inner nuclear layer (INL) than in the complex formed by the outer plexiform (OPL) and the Henle fiber layers (HFL): 5.0 × 10(-3) mm(2) vs 15.9 × 10(-3) mm(2), respectively (P < .0001, Kruskal-Wallis test). In the OPL and HFL, cavities were elongated with a stellate pattern, whereas in the INL they were rounded and formed vertical cylinders. Immunohistochemistry confirmed that Müller cells followed a radial distribution around the fovea in the frontal plane and a "Z-shaped" course in the axial plane, running obliquely in the OPL and HFL and vertically in the inner layers. In addition, zonula occludens-1 co-localized with Müller cells within the complex of OPL and HFL, indicating junctions in between Müller cells and cone axons. CONCLUSION: The dual profile of cavities around MHs correlates with Müller cell morphology and is consistent with the hypothesis of intra- or extracellular fluid accumulation along these cells.

Improved predictive mapping of indoor radon concentrations using ensemble regression trees based on automatic clustering of geological units.

PURPOSE: According to estimations around 230 people die as a result of radon exposure in Switzerland. This public health concern makes reliable indoor radon prediction and mapping methods necessary in order to improve risk communication to the public. The aim of this study was to develop an automated method to classify lithological units according to their radon characteristics and to develop mapping and predictive tools in order to improve local radon prediction. METHOD: About 240 000 indoor radon concentration (IRC) measurements in about 150 000 buildings were available for our analysis. The automated classification of lithological units was based on k-medoids clustering via pair-wise Kolmogorov distances between IRC distributions of lithological units. For IRC mapping and prediction we used random forests and Bayesian additive regression trees (BART). RESULTS: The automated classification groups lithological units well in terms of their IRC characteristics. Especially the IRC differences in metamorphic rocks like gneiss are well revealed by this method. The maps produced by random forests soundly represent the regional difference of IRCs in Switzerland and improve the spatial detail compared to existing approaches. We could explain 33% of the variations in IRC data with random forests. Additionally, the influence of a variable evaluated by random forests shows that building characteristics are less important predictors for IRCs than spatial/geological influences. BART could explain 29% of IRC variability and produced maps that indicate the prediction uncertainty. CONCLUSION: Ensemble regression trees are a powerful tool to model and understand the multidimensional influences on IRCs. Automatic clustering of lithological units complements this method by facilitating the interpretation of radon properties of rock types. This study provides an important element for radon risk communication. Future approaches should consider taking into account further variables like soil gas radon measurements as well as more detailed geological information.