CD4+CD3- cells induce Peyer's patch development: role of alpha4beta1 integrin activation by CXCR5.

CD4+CD3- cells are the predominant hematopoietic cells found in mouse fetal intestine. We prove their role as Peyer's patch (PP)-inducing cells by transfer into neonatal PP-deficient mice. To test the requirement of chemokines and adhesion molecules in induction of PP, we studied mice deficient in CXCR5 and/or alpha4beta1 integrin-mediated adhesion. CXCR5-/- mice have CD4+CD3- cells, which are inefficient in inducing PP formation. We show here that CXCR5/CXCL13 signaling activates alpha4beta1 integrin on CD4+CD3- cells. Blocking of beta1 integrin or VCAM-1, the ligand of alpha4beta1 integrin, inhibits PP formation. This study demonstrates the link between chemokine receptors and adhesion molecules that regulates stromal/hematopoietic cell interaction leading to PP formation.

Development of a bifunctional CD1d-anti-HER2 scFv fusion molecule to redirect the iNKT cell-mediated immune response to the tumor site

Abstract : Invariant natural killer T lymphocytes (iNKT) are a unique subpopulation of T lymphocytes recognizing glycolipid antigens in the context of the MHC class I-like molecule CD1d. Upon activation with the high affinity ligand α-galactosylceramide (αGalCer), iNKT cells rapidly produce large amounts of the pro-inflammatory cytokine interferon gamma (IFN-γ) and potently activate cells of the innate and adaptive immune response, such as dendritic cells (DCs), NK and T cells. In this context, iNKT cells have been shown to efficiently mediate antitumor activity, and recent research has focused on the manipulation of these cells for antitumor therapies. However, a major drawback of αGalCer as a free drug is that a single injection of this ligand leads to a short-lived iNKT cell activation followed by a long-term anergy, limiting its therapeutic use. In contrast, we demonstrate here that when αGalCer is loaded on a recombinant soluble CD1d molecule (αGalCer/sCD1d), repeated injections lead to a sustained iNKT and NK cell activation associated with IFN-γ secretion as well as with DC maturation. Most importantly, when the αGalCer/sCD1d is fused to an anti-HER2 scFv antibody fragment, potent inhibition of experimental lung metastasis and established subcutaneous tumors is obtained when systemic treatment is started two to seven days after the injection of HER2-expressing B16 melanoma cells, whereas at this time free αGalCer has no effect. The antitumor activity of the sCD1d-anti-HER2 fusion protein is associated with HER2-specific tumor localization and accumulation of iNKT, NK and T cells at the tumor site. Importantly, active T cell immunization combined with the sCD1d-anti-HER2 treatment leads to the accumulation of antigen-specific CD8 T cells exclusively in HER2-expressing tumors, resulting in potent tumor inhibition. In conclusion, sustained activation and tumor targeting of iNKT cells by recombinant αGalCer/sCD1d molecules thus may promote a combined innate and adaptive immune response at the tumor site that may prove to be effective in cancer immunotherapy. RESUME : Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. En revanche, l'étude présentée ici démontre que, si l'αGalCer est chargé sur des molécules récombinantes soluble CD1d (αGalCer/sCDld), des injections répétées aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si on fusionne la molécule αGalCer/sCD1d avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. De plus, une immunisation active combinée avec le traitement sCD1d-anti-HER2 aboutit à une accumulation des lymphocytes T CD8 spécifiques de l'antigène d'immunisation, ceci exclusivement dans des tumeurs qui expriment l'antigène HER2. Cette combinaison résulte dans une activité anti-tumeur accrue. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules recombinantes αGalCer/sCDld conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC : Le cancer est une cause majeure de décès dans le monde. Sur un total de 58 millions de décès enregistrés au niveau mondial en 2005, 7,6 millions (soit 13%) étaient dus au cancer. Les principaux traitements de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. Néanmoins, ces traitements nuisent aussi aux cellules normales de notre corps et parfois, ils ne suffisent pas pour éliminer définitivement une tumeur. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches pour la lutte contre le cancer et elle vise à exploiter la spécificité du système immunitaire qui peut distinguer des cellules normales et tumorales. Une cellule exprimant un marqueur tumoral (antigène) peut être reconnue par le système immunitaire humoral (anticorps) et/ou cellulaire, induisant une réponse spécifique contre la tumeur. L'immunothérapie peut s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la prolifération des cellules tumorales exprimant l'antigène. Aujourd'hui, six anticorps monoclonaux non-conjugés sont approuvés en clinique. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements sont souvent combinés avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et exploiter par immunisation active le développement de lymphocytes T cytotoxiques (CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. De telles «vaccinations »sont actuellement testées en clinique, mais jusqu'à présent elles n'ont pas abouti aux résultats satisfaisants. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CHM I). Cependant les cellules tumorales sont peu efficace dans la présentation d'antigène, car souvent elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des molécules d'histocompatibilité de classe I, et expriment peu ou pas de molécules d'adhésion et de cytokines costimulatrices. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL spécifiquement dirigés contre des antigènes tumoraux, les régressions tumorales obtenus grâce à ces vaccinations sont relativement rares. Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines CMH I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. Notre groupe de recherche a donc eu l'idée de développer une nouvelle approche thérapeutique où la réponse immunitaire des cellules iNKT serait prolongée et redirigée vers la tumeur par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons produit des molécules récombinantes soluble CD1d (sCD1d) qui, si elles sont chargés avec l'αGalCer (αGalCer/sCDld), aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si la molécule αGalCer/sCD1d est fusionnée avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, la réponse immunitaire est redirigée à la tumeur pour autant que les cellules cancéreuses expriment l'antigène HER2. Les molécules αGalCer/sCDld ainsi présentées activent les lymphocytes iNKT. Avec cette stratégie, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées, même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules récombinantes αGalCer/sCD1d conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer.

Discrimination of cortical laminae using MEG.

Typically MEG source reconstruction is used to estimate the distribution of current flow on a single anatomically derived cortical surface model. In this study we use two such models representing superficial and deep cortical laminae. We establish how well we can discriminate between these two different cortical layer models based on the same MEG data in the presence of different levels of co-registration noise, Signal-to-Noise Ratio (SNR) and cortical patch size. We demonstrate that it is possible to make a distinction between superficial and deep cortical laminae for levels of co-registration noise of less than 2mm translation and 2° rotation at SNR>11dB. We also show that an incorrect estimate of cortical patch size will tend to bias layer estimates. We then use a 3D printed head-cast (Troebinger et al., 2014) to achieve comparable levels of co-registration noise, in an auditory evoked response paradigm, and show that it is possible to discriminate between these cortical layer models in real data.

The role of Malt1 proteolytic activity in T cell activation and lymphoma development

Abstract Long term contact with pathogens induces an adaptive immune response, which is mainly mediated by T and B cells. Antigen-induced activation of T and B cells is an important event, since it facilitates the transition of harmless, low proliferative lymphocytes into powerful and fast expanding cells, which can, if deregulated, be extremely harmful and dangerous for the human body. One of the most important events during lymphocyte activation is the induction of NF-xB activity, a transcription factor that controls not only cytokine secretion, but also lymphocyte proliferation and survival. Recent discoveries identified the CBM complex as the central regulator of NF-xB activity in lymphocytes. The CBM complex consists of the three proteins Carma1, Bcl10 and Malt1, in which Carma1 serves as recruitment platform of the complex and Bcl10 as an adaptor to recruit Malt1 to this platform. But exactly how Malt1 activates NF-x6 is still poorly understood. We discovered that Malt1 is a protease, which cleaves its interaction partner Bcl10 upon T and B cell stimulation. We mapped the Bcl10 cleavage site by single point mutations as well as by a proteomics approach, and used this knowledge to design a fluorogenic Malt1 reporter peptide. With this tool were we able to the first time demonstrate proteolytic activity of Malt1 in vitro, using recombinant Malt1, and in stimulated T cells. Based on similarities to a metacaspase, we designed a Malt1inhibitor, which allowed unto investigate the role of Malt1 activity in T cells. Malt1-inhibited T cells showed a clear defect in NF-xB activity, resulting in impaired IL-2 cytokine secretion levels. We also found a new unexpected role for Bcl10; the blockade of Bcl10 cleavage resulted in a strongly impaired capability of stimulated T cells to adhere to the extracellular matrix protein fibronectin. Because of the central position of the C8M complex, it is not surprising that different lymphomas show abnormal expressions of Carma1, Bcl10 and Malt1. We investigated the role of Malt1 proteolytic activity in the most aggressive subtype of diffuse large B cell lymphomas called ABC, which was described to depend on the expression of Carmal, and frequently carries oncogenic Carmal mutations. We found constitutive high Malt1 activity in all tested ABC cell lines visualized by detection of cleavage products of Malt1 substrates. With the use of the Malt1-inhibitor, we could demonstrate that Malt-inhibition in those cells had two effects. First, the tumor cell proliferation was decreased, most likely because of lower autocrine stimulation by cytokines. Second, we could sensitize the ABC cells towards cell death, which is most likely caused by reduced expression of prosurvival NF-xB target gens. Taken together, we identified Malt1 as a protease in T and B cells, demonstrated its importance for NF-xB signaling and its deregulation in a subtype of diffuse large B cell lymphoma. This could allow the development of a new generation of immunomodulatory and anti-cancer drugs. Résumé Un contact prolongé avec des pathogènes provoque une réponse immunitaire adaptative qui dépend principalement des cellules T et 8. L'activation des lymphocytes T et B, suite à la reconnaissance d'un antigène, est un événement important puisqu'il facilite la transition pour ces cellules d'un état de prolifération limitée et inoffensive à une prolifération soutenue et rapide. Lorsque ce mécanisme est déréglé ìl peut devenir extrêmement nuisible et dangereux pour le corps humain. Un des événement les plus importants lors de l'activation des lymphocytes est l'induction du facteur de transcription NFxB, qui organise la sécrétion de cytokines ainsi que la prolifération et la survie des lymphocytes. Le complexe CBM, composé des trois protéines Carmai, Bc110 et Malt1, a été récemment identifié comme un régulateur central de l'activité de NF-x8 dans les lymphocytes. Carma1 sert de plateforme de recrutement pour ce complexe alors que Bc110 permet d'amener Malt1 dans cette plateforme. Cependant, le rôle exact de Malt1 dans l'activation de NF-tcB reste encore mal compris. Nous avons découvert que Malt1 est une protéase qui clive son partenaire d'interaction BcI10 après stimulation des cellules T et B. Nous avons identifié le site de clivage de BcI10 par une série de mutations ponctuelles ainsi que par une approche protéomique, ce qui nous a permis de fabriquer un peptide reporteur fluorogénique pour mesurer l'activité de Malt1. Grâce à cet outil, nous avons démontré pour la première fois l'activité protéolytique de Malt1 in vitro à l'aide de protéines Malt1 recombinantes ainsi que dans des cellules T stimulées. La ressemblance de Malt1 avec une métacaspase nous a permis de synthétiser un inhibiteur de Malt1 et d'étudier ainsi le rôle de l'activité de Malt1 dans les cellules T. L'inhibition de Malt1 dans les cellules T a révélé un net défaut de l'activité de NF-x8, ayant pour effet une sécrétion réduite de la cytokine IL-2. Nous avons également découvert un rôle inattendu pour Bcl10: en effet, bloquer le clivage de Bcl10 diminue fortement la capacité d'adhésion des cellules T stimulées à la protéine fïbronectine, un composant de la matrice extracellulaire. En raison de la position centrale du complexe CBM, il n'est pas étonnant que le niveau d'expression de Carmai, Bcl10 et Malt1 soit anormal dans plusieurs types de lymphomes. Nous avons examiné le rôle de l'activité protéolytique de Malt1 dans le sous-type le plus agressif des lymphomes B diffus à grandes cellules, appelé sous-type ABC. Ce sous-type de lymphomes dépend de l'expression de Carmai et présente souvent des mutations oncogéniques de Carma1. Nous avons démontré que l'activité de Malt1 était constitutivement élevée dans toutes les lignées cellulaires de type ABC testées, en mettant en évidence la présence de produits de clivage de différents substrats de Malt1. Enfin, l'utilisation de l'inhibiteur de Malt1 nous a permis de démontrer que l'inhibition de Malt1 avait deux effets. Premièrement, une diminution de la prolifération des cellules tumorales, probablement dûe à leur stimulation autocrine par des cytokines fortement réduite. Deuxièmement, une sensibilisation des cellules de type ABC à ia mort cellulaire, vraisemblablement causée par l'expression diminuée de gènes de survie dépendants de NF-tcB. En résumé, nous avons identifié Malt1 comme une protéase dans les cellules T et B, nous avons mis en évidence son importance pour l'activation de NF-xB ainsi que les conséquences du dérèglement de l'activité de Malt1 dans un sous-type de lymphome B diffus à larges cellules. Notre étude ouvre ainsi la voie au développement d'une nouvelle génération de médicaments immunomodulateurs et anti-cancéreux.

Ectodysplasin has a dual role in ectodermal organogenesis: inhibition of Bmp activity and induction of Shh expression.

Ectodermal organogenesis is regulated by inductive and reciprocal signalling cascades that involve multiple signal molecules in several conserved families. Ectodysplasin-A (Eda), a tumour necrosis factor-like signalling molecule, and its receptor Edar are required for the development of a number of ectodermal organs in vertebrates. In mice, lack of Eda leads to failure in primary hair placode formation and missing or abnormally shaped teeth, whereas mice overexpressing Eda are characterized by enlarged hair placodes and supernumerary teeth and mammary glands. Here, we report two signalling outcomes of the Eda pathway: suppression of bone morphogenetic protein (Bmp) activity and upregulation of sonic hedgehog (Shh) signalling. Recombinant Eda counteracted Bmp4 activity in developing teeth and, importantly, inhibition of BMP activity by exogenous noggin partially restored primary hair placode formation in Eda-deficient skin in vitro, indicating that suppression of Bmp activity was compromised in the absence of Eda. The downstream effects of the Eda pathway are likely to be mediated by transcription factor nuclear factor-kappaB (NF-kappaB), but the transcriptional targets of Edar have remained unknown. Using a quantitative approach, we show in cultured embryonic skin that Eda induced the expression of two Bmp inhibitors, Ccn2/Ctgf (CCN family protein 2/connective tissue growth factor) and follistatin. Moreover, our data indicate that Shh is a likely transcriptional target of Edar, but, unlike noggin, recombinant Shh was unable to rescue primary hair placode formation in Eda-deficient skin explants.

Effects of sodium arsenite on neurite outgrowth and glutamate AMPA receptor expression in mouse cortical neurons.

There has been broad concern that arsenic in the environment exerts neurotoxicity. To determine the mechanism by which arsenic disrupts neuronal development, primary cultured neurons obtained from the cerebral cortex of mouse embryos were exposed to sodium arsenite (NaAsO2) at concentrations between 0 and 2μM from days 2 to 4 in vitro and cell survival, neurite outgrowth and expression of glutamate AMPA receptor subunits were assessed at day 4 in vitro. Cell survival was significantly decreased by exposure to 2μM NaAsO2, whereas 0.5μM NaAsO2 increased cell survival instead. The assessment of neurite outgrowth showed that total neurite length was significantly suppressed by 1μM and 2μM NaAsO2, indicating that the lower concentration of NaAsO2 impairs neuritogenesis before inducing cell death. Immunoblot analysis of AMPA receptor subunit expression showed that the protein level of GluA1, a specific subunit of the AMPA receptor, was significantly decreased by 1μM and 2μM NaAsO2. When immunocytochemistry was used to confirm this effect by staining for GluA1 expression in neuropeptide Y neurons, most of which contain GluA1, GluA1 expression in neuropeptide Y neurons was found to be significantly suppressed by 1μM and 2μM NaAsO2 but to be increased at the concentration of 0.5μM. Finally, to determine whether neurons could be rescued from the NaAsO2-induced impairment of neuritogenesis by compensatory overexpression of GluA1, we used primary cultures of neurons transfected with a plasmid vector to overexpress either GluA1 or GluA2, and the results showed that GluA1/2 overexpression protected against the deleterious effects of NaAsO2 on neurite outgrowth. These results suggest that the NaAsO2 concentration inducing neurite suppression is lower than the concentration that induces cell death and is the same as the concentration that suppresses GluA1 expression. Consequently, the suppression of GluA1 expression by NaAsO2 seems at least partly responsible for neurite suppression induced by NaAsO2.

Let-7a Is a Direct EWS-FLI-1 Target Implicated in Ewing's Sarcoma Development.

Ewing's sarcoma family tumors (ESFT) are the second most common bone malignancy in children and young adults, characterized by unique chromosomal translocations that in 85% of cases lead to expression of the EWS-FLI-1 fusion protein. EWS-FLI-1 functions as an aberrant transcription factor that can both induce and suppress members of its target gene repertoire. We have recently demonstrated that EWS-FLI-1 can alter microRNA (miRNA) expression and that miRNA145 is a direct EWS-FLI-1 target whose suppression is implicated in ESFT development. Here, we use miRNA arrays to compare the global miRNA expression profile of human mesenchymal stem cells (MSC) and ESFT cell lines, and show that ESFT display a distinct miRNA signature that includes induction of the oncogenic miRNA 17-92 cluster and repression of the tumor suppressor let-7 family. We demonstrate that direct repression of let-7a by EWS-FLI-1 participates in the tumorigenic potential of ESFT cells in vivo. The mechanism whereby let-7a expression regulates ESFT growth is shown to be mediated by its target gene HMGA2, as let-7a overexpression and HMGA2 repression both block ESFT cell tumorigenicity. Consistent with these observations, systemic delivery of synthetic let-7a into ESFT-bearing mice restored its expression in tumor cells, decreased HMGA2 expression levels and resulted in ESFT growth inhibition in vivo. Our observations provide evidence that deregulation of let-7a target gene expression participates in ESFT development and identify let-7a as promising new therapeutic target for one of the most aggressive pediatric malignancies.

Inhibition of antigen-induced T-cell clone proliferation by antigen-specific antibodies.

Attempts to inhibit the recognition of soluble antigens by T lymphocytes using antibodies specific for the antigen in question have been uniformally unsuccessful, in contrast to the observed specific inhibition of antibody generation by B cells. One exception is the unique situation whereby anti-hapten antisera inhibit the T-cell proliferative responses observed when hapten-specific T lymphocytes or clones are cultured with hapten-derivatized cells or proteins. The inability to inhibit T-cell functions by antigen-specific antibodies has been interpreted in several ways: (1) T cells possess a different repertoire from B cells; (2) the antibodies tested recognize epitopes present on the native antigen, whereas T cells recognize non-native (processed) structures; (3) the antigenic determinant(s) recognized by T cells on the surface of antigen presenting cells are either not accessible to antibodies, or are present in low amounts. The development of antigen-specific T-cell clones and monoclonal antibodies both specific for the same antigenic determinants now allows this question to be investigated definitively. Here, we report for the first time the specific inhibition of antigen-induced T-cell clone proliferation by a monoclonal antibody directed against the relevant soluble protein antigen.

Central and Cortical Gray Mater Segmentation of Magnetic Resonance Images of the Fetal Brain

Motivation. The study of human brain development in itsearly stage is today possible thanks to in vivo fetalmagnetic resonance imaging (MRI) techniques. Aquantitative analysis of fetal cortical surfacerepresents a new approach which can be used as a markerof the cerebral maturation (as gyration) and also forstudying central nervous system pathologies [1]. However,this quantitative approach is a major challenge forseveral reasons. First, movement of the fetus inside theamniotic cavity requires very fast MRI sequences tominimize motion artifacts, resulting in a poor spatialresolution and/or lower SNR. Second, due to the ongoingmyelination and cortical maturation, the appearance ofthe developing brain differs very much from thehomogenous tissue types found in adults. Third, due tolow resolution, fetal MR images considerably suffer ofpartial volume (PV) effect, sometimes in large areas.Today extensive efforts are made to deal with thereconstruction of high resolution 3D fetal volumes[2,3,4] to cope with intra-volume motion and low SNR.However, few studies exist related to the automatedsegmentation of MR fetal imaging. [5] and [6] work on thesegmentation of specific areas of the fetal brain such asposterior fossa, brainstem or germinal matrix. Firstattempt for automated brain tissue segmentation has beenpresented in [7] and in our previous work [8]. Bothmethods apply the Expectation-Maximization Markov RandomField (EM-MRF) framework but contrary to [7] we do notneed from any anatomical atlas prior. Data set &Methods. Prenatal MR imaging was performed with a 1-Tsystem (GE Medical Systems, Milwaukee) using single shotfast spin echo (ssFSE) sequences (TR 7000 ms, TE 180 ms,FOV 40 x 40 cm, slice thickness 5.4mm, in plane spatialresolution 1.09mm). Each fetus has 6 axial volumes(around 15 slices per volume), each of them acquired inabout 1 min. Each volume is shifted by 1 mm with respectto the previous one. Gestational age (GA) ranges from 29to 32 weeks. Mother is under sedation. Each volume ismanually segmented to extract fetal brain fromsurrounding maternal tissues. Then, in-homogeneityintensity correction is performed using [9] and linearintensity normalization is performed to have intensityvalues that range from 0 to 255. Note that due tointra-tissue variability of developing brain someintensity variability still remains. For each fetus, ahigh spatial resolution image of isotropic voxel size of1.09 mm is created applying [2] and using B-splines forthe scattered data interpolation [10] (see Fig. 1). Then,basal ganglia (BS) segmentation is performed on thissuper reconstructed volume. Active contour framework witha Level Set (LS) implementation is used. Our LS follows aslightly different formulation from well-known Chan-Vese[11] formulation. In our case, the LS evolves forcing themean of the inside of the curve to be the mean intensityof basal ganglia. Moreover, we add local spatial priorthrough a probabilistic map created by fitting anellipsoid onto the basal ganglia region. Some userinteraction is needed to set the mean intensity of BG(green dots in Fig. 2) and the initial fitting points forthe probabilistic prior map (blue points in Fig. 2). Oncebasal ganglia are removed from the image, brain tissuesegmentation is performed as described in [8]. Results.The case study presented here has 29 weeks of GA. Thehigh resolution reconstructed volume is presented in Fig.1. The steps of BG segmentation are shown in Fig. 2.Overlap in comparison with manual segmentation isquantified by the Dice similarity index (DSI) equal to0.829 (values above 0.7 are considered a very goodagreement). Such BG segmentation has been applied on 3other subjects ranging for 29 to 32 GA and the DSI hasbeen of 0.856, 0.794 and 0.785. Our segmentation of theinner (red and blue contours) and outer cortical surface(green contour) is presented in Fig. 3. Finally, torefine the results we include our WM segmentation in theFreesurfer software [12] and some manual corrections toobtain Fig.4. Discussion. Precise cortical surfaceextraction of fetal brain is needed for quantitativestudies of early human brain development. Our workcombines the well known statistical classificationframework with the active contour segmentation forcentral gray mater extraction. A main advantage of thepresented procedure for fetal brain surface extraction isthat we do not include any spatial prior coming fromanatomical atlases. The results presented here arepreliminary but promising. Our efforts are now in testingsuch approach on a wider range of gestational ages thatwe will include in the final version of this work andstudying as well its generalization to different scannersand different type of MRI sequences. References. [1]Guibaud, Prenatal Diagnosis 29(4) (2009). [2] Rousseau,Acad. Rad. 13(9), 2006, [3] Jiang, IEEE TMI 2007. [4]Warfield IADB, MICCAI 2009. [5] Claude, IEEE Trans. Bio.Eng. 51(4) (2004). [6] Habas, MICCAI (Pt. 1) 2008. [7]Bertelsen, ISMRM 2009 [8] Bach Cuadra, IADB, MICCAI 2009.[9] Styner, IEEE TMI 19(39 (2000). [10] Lee, IEEE Trans.Visual. And Comp. Graph. 3(3), 1997, [11] Chan, IEEETrans. Img. Proc, 10(2), 2001 [12] Freesurfer,http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu.

Selective absence of CD8+ TCRalpha beta+ intestinal epithelial cells in transgenic mice expressing beta2-microglobulin-associated ligands exclusively on thymic cortical epithelium.

Whereas interactions between the TCRalpha beta and self MHC:peptide complexes are clearly required for positive selection of mature CD4(+) and CD8(+) T cells during intrathymic development, the role of self or foreign ligands in maintaining the peripheral T cell repertoire is still controversial. In this report we have utilized keratin 14-beta2-microglobulin (K14-beta2m)-transgenic mice expressing beta2m-associated ligands exclusively on thymic cortical epithelial cells to address the possible influence of TCR:ligand interactions in peripheral CD8(+) T cell homeostasis. Our data indicate that CD8(+) T cells in peripheral lymphoid tissues are present in normal numbers in the absence of self MHC class I:peptide ligands. Surprisingly, however, steady state homeostasis of CD8(+) T cells in the intestinal epithelium is severely affected by the absence of beta2m-associated ligands. Indeed TCRalpha beta(+) IEL subsets expressing CD8alpha beta or CD8alpha alpha are both dramatically reduced in K14-beta2m mice, suggesting that the development, survival or expansion of CD8(+) IEL depends upon interaction of the TCR with MHC class I:peptide or other beta2m-associated ligands elsewhere than on thymic cortical epithelium. Collectively, our data reveal an unexpected difference in the regulation of CD8(+) T cell homeostasis by beta2m-associated ligands in the intestine as compared to peripheral lymphoid organs.

Electro-cortical modulations and fronto-parietal activity during motor transitions in the elderly

With aging, bimanual movements are performed with increased cerebral activity in frontal and parietal areas. In contrast, motor switching is poorly documented and is expected to engage increasing resources in the elderly. In this study, spontaneous electroencephalographic activity (EEG) was recorded while 39 young participants (YP) and 37 elderly (EP) performed motor transitions from unimanual tapping to symmetric bimanual tapping (= Activation), and opposite (= Inhibition). We measured the delay of switching using the mean and standard deviation of transition time (meanTT and sdTT). Task-related power (TRPow) in alpha frequency band (8-12Hz) was used to measure electro-cortical changes, negative values corresponding to increased cerebral activity. A balance index (BI) was computed between frontal and parietal regions, values non-significantly different from "zero" representing a comparable level of cerebral activity in these regions. The results reveal higher sdTT 1) in EP compared to YP in both transitions, 2) in Activation compared to Inhibition in both groups. TRPow tends to reach greater negative values (p=0.052) in EP compared to YP in both tapping modes and both motor transitions. Furthermore, the results show more negative TRPow 1) in both motor transitions compared to the tapping movements and 2) in frontal region for YP compared to EP during Inhibition only. BI values differ significantly from "zero" for YP in Inhibition only. In conclusion, motor transitions are more variable and tend to be resource-consuming in the elderly. Moreover, the cerebral activity spreading in EP characterized by similar level of activity between frontal and parietal regions suggest reduced capacity to recruit specialized neural mechanisms during motor inhibition.

Roles of mGluR5 in synaptic function and plasticity of the mouse thalamocortical pathway.

The group I metabotropic glutamate receptor 5 (mGluR5) has been implicated in the development of cortical sensory maps. However, its precise roles in the synaptic function and plasticity of thalamocortical (TC) connections remain unknown. Here we first show that in mGluR5 knockout (KO) mice bred onto a C57BL6 background cytoarchitectonic differentiation into barrels is missing, but the representations for large whiskers are identifiable as clusters of TC afferents. The altered dendritic morphology of cortical layer IV spiny stellate neurons in mGluR5 KO mice implicates a role for mGluR5 in the dendritic morphogenesis of excitatory neurons. Next, in vivo single-unit recordings of whisker-evoked activity in mGluR5 KO adults demonstrated a preserved topographical organization of the whisker representation, but a significantly diminished temporal discrimination of center to surround whiskers in the responses of individual neurons. To evaluate synaptic function at TC synapses in mGluR5 KO mice, whole-cell voltage-clamp recording was conducted in acute TC brain slices prepared from postnatal day 4-11 mice. At mGluR5 KO TC synapses, N-methyl-D-aspartate (NMDA) currents decayed faster and synaptic strength was more easily reduced, but more difficult to strengthen by Hebbian-type pairing protocols, despite a normal developmental increase in alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor (AMPAR)-mediated currents and presynaptic function. We have therefore demonstrated that mGluR5 is required for synaptic function/plasticity at TC synapses as barrels are forming, and we propose that these functional alterations at the TC synapse are the basis of the abnormal anatomical and functional development of the somatosensory cortex in the mGluR5 KO mouse.

How local excitation-inhibition ratio impacts the whole brain dynamics.

The spontaneous activity of the brain shows different features at different scales. On one hand, neuroimaging studies show that long-range correlations are highly structured in spatiotemporal patterns, known as resting-state networks, on the other hand, neurophysiological reports show that short-range correlations between neighboring neurons are low, despite a large amount of shared presynaptic inputs. Different dynamical mechanisms of local decorrelation have been proposed, among which is feedback inhibition. Here, we investigated the effect of locally regulating the feedback inhibition on the global dynamics of a large-scale brain model, in which the long-range connections are given by diffusion imaging data of human subjects. We used simulations and analytical methods to show that locally constraining the feedback inhibition to compensate for the excess of long-range excitatory connectivity, to preserve the asynchronous state, crucially changes the characteristics of the emergent resting and evoked activity. First, it significantly improves the model's prediction of the empirical human functional connectivity. Second, relaxing this constraint leads to an unrealistic network evoked activity, with systematic coactivation of cortical areas which are components of the default-mode network, whereas regulation of feedback inhibition prevents this. Finally, information theoretic analysis shows that regulation of the local feedback inhibition increases both the entropy and the Fisher information of the network evoked responses. Hence, it enhances the information capacity and the discrimination accuracy of the global network. In conclusion, the local excitation-inhibition ratio impacts the structure of the spontaneous activity and the information transmission at the large-scale brain level.

Study of conformational changes of ASIC1a by voltage-clamp fluorometry

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