Acid-sensing ion channels : modulation by serine-proteases and involvement in acid-induced action potential generation in hippocampal neurons

SUMMARY Acid-sensing ion channels (ASICs) are non-voltage gated sodium channels. They are activated by rapid extracellular acidification and generate an inactivating inward current. Four ASIC genes have been cloned: ASIC1, 2, 3 and 4, with variants a and b for ASIC1and AS1C2. ASICs are expressed in neurons of the central (CNS) and peripheral nervous system (PNS). In the CNS, ASICs have a role in learning, memory, as well as in neuronal death in ischemia. In the PNS, ASICs are involved in the perception of acid-induced pain, as well as in mechanoperception. In one part of my thesis project, we addressed the question of the mechanism of regulation of ASIC1 a by the serine protease trypsin at the molecular level. Trypsin modifies the function of ASIC1 a but not of ASIC1b. In order to identify the channel region responsible for this effect, we created chimeras between ASIC1 a and 1b. Subsequently, to identify the exact trypsin target(s), we mutated predicted trypsin sites in the region identified by the chimera. In the second part of a project, we investigated the role of ASICs at the cellular level, in neuronal signaling. Using the whole-cell patch clamp in hippocampal neuronal culture, we studied the potential involvement of ASICs in action potential (AP) generation. In the first part of the thesis work, we showed that trypsin modifies ASIC1a function: it shifts the pH activation and the steady-state inactivation curve towards more acidic values and accelerates the time course of the channel recovery from inactivation. We also showed that trypsin cleaves ASIC1a and that the functional effect and a channel cleavage correlate. In the inactivated state, channels cannot be modified by trypsin. Cleavage occurs in a channel region that is also important for inactivation of all ASICs; a part of this region is critical for the inhibition of ASIC1 a by the spider toxin Psalmotoxin1. In the second part of the thesis work, we showed that ASIC activity can modulate AP generation. ASIC activity by itself can induce trains of APs. In situations in which this activity by itself is not sufficient to induce APs, it can contribute to AP generation. During high neuronal activity, ASIC activity can block already existing trains of APs. In conclusion, depending on the activity of neuron in a particular moment, ASICs can differently modulate AP generation; they can induce, facilitate or inhibit APs. We also showed that trypsin changes the capability of ASICs to modulate AP generation by shifting the pH dependence to more acidic values, which adapts channel gating to pH conditions which may occur in pathological conditions such as ischemia. Our finding that trypsin modifies ASIC1 a function identifies a novel pharmacological tool, and proposes a mechanism of ASIC1a regulation that may have a physiological importance. The identification of the exact site of trypsin action gives insight to the molecular mechanisms of ASIC regulation. This work proposes a role in modulation of AP generation for ASICs in the CNS. RESUME Les canaux ASIC sont les canaux ioniques activés par l'acidification rapide extracellulaire. Activés, ils génèrent un courant entrant qui inactive en présence de stimulus acide. Quatre gènes ASIC ont été clonés, ASIC1, 2, 3 et 4, avec les variants a et b pour ASIC1 et 2. Les ASICs sont exprimés dans les neurones du système nerveux central (SNC) et périphérique (SNP). Dans le SNC, les ASIC ont un rôle dans le mémoire, apprentissage et la mort neuronale dans t'ischémie. Dans le SNP, ils ont un rôle dans la perception de la douleur et méchanosensation. Dans une partie de mon projet de thèse, nous avons étudié les mécanismes de la régulation d'ASIC1a par la sérine-protéase trypsine au niveau moléculaire. La trypsine modifie la fonction d'ASIC1a et pas ASIC1b. Nous avons créé les chimères entre ASIC1 a et 1 b, afin d'identifier la région du canal responsable pour l'effet. Pour identifier le(s) site(s) exactes de l'action de la trypsine, nous avons muté les sites potentiels de la trypsine dans la région identifiée par les chimères. Dans la deuxième partie du projet, nous avons étudié le rôle des ASICs au niveau cellulaire. En utilisant la technique du patch clamp dans les cultures des neurones de l'hippocampe, nous avons étudié l'implication des ASICs dans la génération des potentiels d'action (PA). Nous avons montré que la trypsine agit sur le canal ASIC1a ; elle décale l'activation et « steady-state » inactivation vers les valeurs plus acides, et elle raccourcit le temps du « recovery » du canal. La trypsine coupe ASIC1a sur le résidu K145 et l'effet fonctionnel et la coupure corrèlent. Nous avons identifié la région du canal responsable pour l'inactivation de tous les ASICs ; une partie de cette région est responsable pour ['inhibition d'ASIC1 a par la Psalmotoxinel . Nous avons montré que les ASICs peuvent moduler la génération des PAs. L'activité des ASICs peut induire les trains des PAs. Quand l'activité des ASICs n'est pas suffisante pour induire le PA, elle peut contribuer à sa génération. Pendant l'activité neuronale forte, l'activité des ASICs peut bloquer les trains des PAs qui existent déjà. En conclusion, dépendant de l'activité neuronale, les ASICs peuvent moduler la génération des PAs différemment ; ils peuvent induire, faciliter ou inhiber les PAs. La trypsine change la capacité des ASICs de moduler les PAs. Après l'action de la trypsine, les ASICs peuvent moduler la génération des PAs dans les conditions légèrement acides, suivies par les fluctuations du pH acide, qui peuvent exister dans l'ischémie. Le fait que la trypsine agit sur ASIC1a définit l'outil pharmacologique et propose le mécanisme de la régulation d'ASICI a qui pourrait avoir l'importance physiologique. L'identification du site de l'action de la trypsine éclaircit les mécanismes moléculaires de la régulation des ASICs. Cette étude propose un rôle des ASICs dans la modulation de la génération des PAs. Résumé pour le public large Les neurones sont les cellules de système nerveux dont la fonction est la signalisation. Comme toutes les autres cellules, les neurones ont une membrane qui sépare l'intérieur du milieu extérieur. Cette membrane est imperméable pour des particules chargées (ions). Dans cette membrane existent les protéines spécifiques, « canaux », qui permettent le transport des ions d'un côté de la membrane à l'autre, comme réponse aux stimuli différents. Ce transport des ions à travers la membrane génère un courant, qu'on peut mesurer. Ce courant est la base de la communication entre les neurones, ou, ce qu'on appelle la signalisation neuronale. Quand ce courant est suffisamment grand, il permet la génération du potentiel d'action, qui est le message principal de communication neuronale. Les canaux ASIC (acid-sensing ion channel), que nous étudions dans le laboratoire, sont activés par les acides. Les acides sont relâchés dans beaucoup de situations dans le système nerveux. Les ASIC ont été découverts récemment (en 1996), et nous ne connaissons pas encore très bien toutes les fonctions de ces canaux. Nous savons qu'ils ont un rôle dans le mémoire, apprentissage, la sensation de la douleur et l'infarctus cérébral. Dans la première partie de ce projet de thèse, nous avons voulu mieux comprendre comment fonctionnent ces canaux. Pour faire ça, nous avons étudié la régulation des ASICs par une protéine, trypsine, qui coupe le canal ASIC. Nous avons étudié ou exactement la trypsine coupe le canal et quels effets ça produit sur la fonction du canal. Dans la deuxième partie du projet de thèse, nous avons voulu mieux connaître comment le canal fonctionne au niveau de la cellule, comment il interagit avec les autres canaux et si il a un rôle dans la génération des potentiels d'action. Nous avons pu montrer que la trypsine change la fonction du canal, ce qui lui permet de fonctionner différemment. Nous avons aussi déterminé ou exactement ta trypsine coupe le canal. Au niveau de la cellule, nous avons montré que les ASIC peuvent moduler la génération des potentiels d'action, étant, dépendant de l'activité du neurone, soit activateurs, soit inhibiteurs. La trypsine est une molécule qui peut être libérée dans le système nerveux pendant certaines conditions, comme l'infarctus cérébral. A cause de ça, les connaissances que la trypsine agit sur le anal ASIC pourraient être important physiologiquement. La connaissance de l'endroit exacte ou la trypsine coupe le canal nous aide à mieux comprendre la relation structure-fonction du canal. La modulation de la génération des potentiels d'actions par les ASIC indique que ces canaux peuvent avoir un rôle important dans la signalisation neuronale.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.

Respiratory responses during affective picture viewing

Previous research has demonstrated covariation of physiological responding with judgments of valence and arousal. However, until now links between these affective dimensions and respiratory measures have not been extensively investigated. In this study, eight picture series of different affective valence and arousal level were shown to 30 subjects, while respiration, skin conductance level (SCL), heart rate (HR) and affective judgments were measured. With increasing pleasantness, inspiratory time lengthened, mean inspiratory flow decreased and thoracic breathing increased. With increasing arousal, inspiratory time and total breath duration shortened and mean inspiratory flow, minute ventilation, thoracic breathing and electrodermal activity increased. These findings confirm the importance of arousal in respiratory responding, but also indicate a modulatory role of affective valence.We propose that the arousal effects reflect energy mobilization in preparation to act, and thatthe valence effects might be a manifestation of an attention bias toward negative stimuli. [Authors]

Selective integration of auditory-visual looming cues by humans.

An object's motion relative to an observer can confer ethologically meaningful information. Approaching or looming stimuli can signal threats/collisions to be avoided or prey to be confronted, whereas receding stimuli can signal successful escape or failed pursuit. Using movement detection and subjective ratings, we investigated the multisensory integration of looming and receding auditory and visual information by humans. While prior research has demonstrated a perceptual bias for unisensory and more recently multisensory looming stimuli, none has investigated whether there is integration of looming signals between modalities. Our findings reveal selective integration of multisensory looming stimuli. Performance was significantly enhanced for looming stimuli over all other multisensory conditions. Contrasts with static multisensory conditions indicate that only multisensory looming stimuli resulted in facilitation beyond that induced by the sheer presence of auditory-visual stimuli. Controlling for variation in physical energy replicated the advantage for multisensory looming stimuli. Finally, only looming stimuli exhibited a negative linear relationship between enhancement indices for detection speed and for subjective ratings. Maximal detection speed was attained when motion perception was already robust under unisensory conditions. The preferential integration of multisensory looming stimuli highlights that complex ethologically salient stimuli likely require synergistic cooperation between existing principles of multisensory integration. A new conceptualization of the neurophysiologic mechanisms mediating real-world multisensory perceptions and action is therefore supported.

Intrinsically photosensitive retinal ganglion cells.

The recent discovery of melanopsin-expressing retinal ganglion cells that mediate the pupil light reflex has provided new insights into how the pupil responds to different properties of light. These ganglion cells are unique in their ability to transduce light into electrical energy. There are parallels between the electrophysiologic behavior of these cells in primates and the clinical pupil response to chromatic stimuli. Under photopic conditions, a red light stimulus produces a pupil constriction mediated predominantly by cone input via trans-synaptic activation of melanopsin-expressing retinal ganglion cells, whereas a blue light stimulus at high intensity produces a steady-state pupil constriction mediated primarily by direct intrinsic photoactivation of the melanopsin-expressing ganglion cells. Preliminary data in humans suggest that under photopic conditions, cones primarily drive the transient phase of the pupil light reflex, whereas intrinsic activation of the melanopsin-expressing ganglion cells contributes heavily to sustained pupil constriction. The use of chromatic light stimuli to elicit transient and sustained pupil light reflexes may become a clinical pupil test that allows differentiation between disorders affecting photoreceptors and those affecting retinal ganglion cells.

Music and felt emotions: how systematic pitch level variations affect the experience of pleasantness and arousal

Pitch is a fundamental musical factor; however, findings about its contribution to the elicitation of emotions are contradictory. The purpose of this work was to assess the effect of systematic pitch variations on self-reports of felt valence and arousal. In a within-subject design, 49 subjects listened to four 1-minute classical piano excerpts, each presented at three different pitch levels (one octave lower than the original version, the original version and one octave higher than the original version). Compared to excerpts both without octave modification and in the +1 octave variant, pleasantness of excerpts in the -1 octave variant was significantly lower. This main effect was stronger for women than men and, importantly, was modulated by the specific characteristics of the stimuli. There was also a significant, yet smaller, negative relationship between pitch level and arousal, moderated by gender: Compared to higher pitch, lower pitch was associated with higher arousal in men only. Regarding the complex outcomes of this study, future studies should investigate to which extent our findings can be generalized to other musical works. The ultimate goal might be to demonstrate how pitch level interacts with other musical features and listeners' characteristics in eliciting diverse affective experiences.

Theory of mind and social functioning in first episode psychosis

There is evidence of associations between social functioning and theory of mind performance and between social functioning and negative symptoms in chronic psychosis. This study investigates these associations in those with first episode psychosis who are unaffected by factors related to long-term mental illness. Our first hypothesis states that there is an association between theory of mind and social functioning. The second hypothesis states that there is no association between symptoms of psychosis and social functioning. Methods. Fifty-two individuals with first episode psychosis were assessed for social functioning, theory of mind ability (using the Hinting test with verbal stimuli and the Visual Cartoon test with pictorial stimuli), and symptoms of psychosis. Multivariable logistic regression was used to examine associations. Results. Social functioning and theory of mind were associated when measured by the Hinting test (OR 1.70, 95% CI 1.08, 2.66), but not with the Visual Cartoon test (ToM jokes OR 0.61, 95% CI 0.15, 2.53). There was no association between social functioning and symptoms (psychotic symptoms; OR 0.95, 95% CI 0.81, 1.12; selected negative symptoms; OR 1.33, 95% CI 0.78, 2.25). Conclusions. Theory of mind assessed by verbal stimuli is associated with social functioning in a population with first episode psychosis. These findings may be related to language disorders in psychosis.

Pancreatic stone protein: a marker of organ failure and outcome in ventilator-associated pneumonia.

Background: Ventilator-associated pneumonia (VAP) is the most common hospital-acquired, life-threatening infection. Poor outcome and health-care costs of nosocomial pneumonia remain a global burden. Currently, physicians rely on their experience to discriminate patients with good and poor outcome. However, standardized prognostic measures might guide medical decisions in the future. Pancreatic stone protein (PSP)/regenerating protein (reg) is associated with inflammation, infection, and other disease-related stimuli. The prognostic value of PSP/reg among critically ill patients is unknown. The aim of this pilot study was to evaluate PSP/reg in VAP.Methods: One hundred one patients with clinically diagnosed VAP were assessed. PSP/reg was retrospectively analyzed using deep-frozen serum samples from VAP onset up to day 7. The main end point was death within 28 days after VAP onset.Results: Serum PSP/reg was associated with the sequential organ failure assessment score from VAP onset (Spearman rank correlation coefficient 0.49 P < .001) up to day 7. PSP/reg levels at VAP onset were elevated in nonsurvivors (n = 20) as compared with survivors (117.0 ng/mL [36.1-295.3] vs 36.3 ng/mL [21.0-124.0] P = .011). The areas under the receiver operating characteristic curves of PSP/reg to predict mortality/survival were 0.69 at VAP onset and 0.76 at day 7. Two PSP/reg cutoffs potentially allow for identification of individuals with a particularly good and poor outcome. Whereas PSP/reg levels below 24 ng/mL at YAP onset were associated with a good chance of survival, levels above 177 ng/mL at day 7 were present in patients with a very poor outcome.Conclusions: Serum PSP/reg is a biomarker related to organ failure and outcome in patients with VAP.

Molecular characterization of signalling complexes involved in G-protein coupled receptor-induced cardiac hypertrophy

In response to pathological stresses, the heart undergoes a remodelling process associated with cardiac hypertrophy. Since sustained hypertrophy can progress to heart failure, there is an intense investigation about the intracellular signalling pathways that control cardiomyocyte growth. Accumulating evidence has demonstrated that most stimuli known to initiate pathological changes associated with the development of cardiac hypertrophy activate G protein-coupled receptors (GPCRs) including the αl-adrenergic- (αl-AR), Angiotensin II- (AT-R) and endothelin-1- (ET-R) receptors. In this context, we have previously identified a cardiac scaffolding protein, called AKAP-Lbc (Α-kinase anchoring protein), with an intrinsic Rho specific guanine nucleotide exchange factor activity, that plays a key role in integrating and transducing hypertrophic signals initiated by these GPCRs (Appert-Collin, Cotecchia et al. 2007). Activated RhoA controls the transcriptional activation of genes involved in cardiomyocyte hypertrophy through signalling pathways that remain to be characterized. Here, we identified the nuclear factor-Kappa Β (NF-κΒ) activating kinase ΙΚΚβ as a novel AKAP-Lbc interacting protein. This raises the hypothesis that AKAP-Lbc might promote cardiomyocyte growth by maintaining a signalling complex that promotes the activation of the pro-hypertrophic transcription factor NF-κΒ. In fact, the activation of NF- κΒ-dependent transcription has been detected in numerous disease contexts, including hypertrophy, ischemia/reperfusion injury, myocardial infarction, allograft rejection, myocarditis, apoptosis, and more (Hall, Hasday et al. 2006). While it is known by more than a decade that NF-κΒ is a critical mediator of cardiac hypertrophy, it is currently poorly understood how pro-hypertrophic signals controlling NF-κΒ transcriptional activity are integrated and coordinated within cardiomyocytes. In this study, we show that AKAP-Lbc and ΙΚΚβ form a transduction complex in cardiomyocytes that couples activation of αl-ARs to NF-κB-mediated transcriptional reprogramming events associated with cardiomyocyte hypertrophy. In particular, we can show that activation of ΙΚΚβ within the AKAP-Lbc complex promotes NF-κB-dependent production of interleukine-6 (IL-6), which, in turn, enhances foetal gene expression. These findings indicate that the AKAP-Lbc/ΙΚΚβ complex is critical for selectively directing catecholamine signals to the induction of cardiomyocyte hypertrophy.

A temporal hierarchy for conspecific vocalization discrimination in humans.

Introduction: Discrimination of species-specific vocalizations is fundamental for survival and social interactions. Its unique behavioral relevance has encouraged the identification of circumscribed brain regions exhibiting selective responses (Belin et al., 2004), while the role of network dynamics has received less attention. Those studies that have examined the brain dynamics of vocalization discrimination leave unresolved the timing and the inter-relationship between general categorization, attention, and speech-related processes (Levy et al., 2001, 2003; Charest et al., 2009). Given these discrepancies and the presence of several confounding factors, electrical neuroimaging analyses were applied to auditory evoked-potential (AEPs) to acoustically and psychophysically controlled non-verbal human and animal vocalizations. This revealed which region(s) exhibit voice-sensitive responses and in which sequence. Methods: Subjects (N=10) performed a living vs. man-made 'oddball' auditory discrimination task, such that on a given block of trials 'target' stimuli occurred 10% of the time. Stimuli were complex, meaningful sounds of 500ms duration. There were 120 different sound files in total, 60 of which represented sounds of living objects and 60 man-made objects. The stimuli that were the focus of the present investigation were restricted to those of living objects within blocks where no response was required. These stimuli were further sorted between human non-verbal vocalizations and animal vocalizations. They were also controlled in terms of their spectrograms and formant distributions. Continuous 64-channel EEG was acquired through Neuroscan Synamps referenced to the nose, band-pass filtered 0.05-200Hz, and digitized at 1000Hz. Peri-stimulus epochs of continuous EEG (-100ms to 900ms) were visually inspected for artifacts, 40Hz low-passed filtered and baseline corrected using the pre-stimulus period . Averages were computed from each subject separately. AEPs in response to animal and human vocalizations were analyzed with respect to differences of Global Field Power (GFP) and with respect to changes of the voltage configurations at the scalp (reviewed in Murray et al., 2008). The former provides a measure of the strength of the electric field irrespective of topographic differences; the latter identifies changes in spatial configurations of the underlying sources independently of the response strength. In addition, we utilized the local auto-regressive average distributed linear inverse solution (LAURA; Grave de Peralta Menendez et al., 2001) to visualize and statistically contrast the likely underlying sources of effects identified in the preceding analysis steps. Results: We found differential activity in response to human vocalizations over three periods in the post-stimulus interval, and this response was always stronger than that to animal vocalizations. The first differential response (169-219ms) was a consequence of a modulation in strength of a common brain network localized into the right superior temporal sulcus (STS; Brodmann's Area (BA) 22) and extending into the superior temporal gyrus (STG; BA 41). A second difference (291-357ms) also followed from strength modulations of a common network with statistical differences localized to the left inferior precentral and prefrontal gyrus (BA 6/45). These two first strength modulations correlated (Spearman's rho(8)=0.770; p=0.009) indicative of functional coupling between temporally segregated stages of vocalization discrimination. A third difference (389-667ms) followed from strength and topographic modulations and was localized to the left superior frontal gyrus (BA10) although this third difference did not reach our spatial criterion of 12 continuous voxels. Conclusions: We show that voice discrimination unfolds over multiple temporal stages, involving a wide network of brain regions. The initial stages of vocalization discrimination are based on modulations in response strength within a common brain network with no evidence for a voice-selective module. The latency of this effect parallels that of face discrimination (Bentin et al., 2007), supporting the possibility that voice and face processes can mutually inform one another. Putative underlying sources (localized in the right STS; BA 22) are consistent with prior hemodynamic imaging evidence in humans (Belin et al., 2004). Our effect over the 291-357ms post-stimulus period overlaps the 'voice-specific-response' reported by Levy et al. (Levy et al., 2001) and the estimated underlying sources (left BA6/45) were in agreement with previous findings in humans (Fecteau et al., 2005). These results challenge the idea that circumscribed and selective areas subserve con-specific vocalization processing.

The role of astroglia in neuroprotection.

Astrocytes are the main neural cell type responsible for the maintenance of brain homeostasis. They form highly organized anatomical domains that are interconnected into extensive networks. These features, along with the expression of a wide array of receptors, transporters, and ion channels, ideally position them to sense and dynamically modulate neuronal activity. Astrocytes cooperate with neurons on several levels, including neurotransmitter trafficking and recycling, ion homeostasis, energy metabolism, and defense against oxidative stress. The critical dependence of neurons upon their constant support confers astrocytes with intrinsic neuroprotective properties which are discussed here. Conversely, pathogenic stimuli may disturb astrocytic function, thus compromising neuronal functionality and viability. Using neuroinflammation, Alzheimer's disease, and hepatic encephalopathy as examples, we discuss how astrocytic defense mechanisms may be overwhelmed in pathological conditions, contributing to disease progression.

The neurobiological basis of prefrontal cortex impairment in the phencyclidine model of schizophrenia : convergent reduction of synaptic glutamate release, energy metabolism and cognitive performance

RÉSUMÉ : Le traitement répété à la phencyclidine (PCP), un bloqueur du récepteur NMDA (NMDAR), reproduit chez les rongeurs une partie de la symptomatologie typique de la schizophrénie. Le blocage prolongé du NMDAR par la PCP mime une hypofunction du NMDAR, une des principales altérations supposées exister dans les cerveaux des patients schizophréniques. Le but de notre étude était d'examiner les conséquences neurochimiques, métaboliques et fonctionnelles du traitement répété à la phencyclidine in vivo, au niveau du cortex préfrontal (cpf), une région cérébrale qui joue un rôle dans les déficits cognitifs observés chez les patients schizophréniques. Pour répondre à cette question, les rats ou les souris ont reçu chaque jour une injection soit de PCP (5 mg/kg), soit de solution saline, pendant 7 ou 14 jours. Les animaux ont ensuite été sacrifiés au moins 24 heures après le dernier traitement. Des tranches aiguës du cpf ont été préparées rapidement, puis stimulées avec une concentration élevée de KCI, de manière à induire une libération de glutamate à partir des terminaisons synaptiques excitatrices. Les résultats montrent que les tranches du cpf des animaux traités à la PCP ont libéré une quantité de glutamate significativement inférieure par rapport à celles des animaux contrôle. Ce déficit de libération a persisté 72 heures après la fin du traitement, tandis qu'il n'était pas observé dans le cortex visuel primaire, une autre région corticale. En outre, le traitement avec des antipsychotiques, l'halopéridol ou l'olanzapine, a supprimé le déficit induit par la PCP. Le même déficit de libération a été remarqué sur des synaptosomes obtenus à partir du cpf des animaux traités à la phenryclidine. Cette observation indique que la PCP induit une modification plastique adaptative du mécanisme qui contrôle la libération du glutamate dans les terminaisons synaptiques. Nous avons découvert que cette modification implique la sous-régulation d'un NMDAR présynaptique, qui serait doué d'un rôle d'autorécepteur stimulateur de la libération du glutamate. Grâce à des tests comportementaux conduits en parallèle et réalisés pour évaluer la fonctionnalité du cpf, nous avons observé chez les souris traitées à la PCP une flexibilité comportementale réduite lors d'un test de discrimination de stimuli visuels/tactiles. Le déficit cognitif était encore présent 4 jours après la dernière administration de PCP. La technique de l'autoradiographie quantitative du [14C]2-deoxyglucose a permis d'associer ce déficit à une réduction de l'activité métabolique cérébrale pendant le déroulement du test, particulièrement au niveau du cpf. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que le blocage prolongé du NMDAR lors de l'administration répétée de PCP produit un déficit de libération du glutamate au niveau des terminaisons synaptiques excitatrices du cpf. Un tel déficit pourrait être provoqué par la sousrégulation d'un NMDAR présynaptique, qui aurait une fonction de stimulateur de libération; la transmission excitatrice du cpf s'en trouverait dans ce cas réduite. Ce résultat est en ligne avec l'activité métabolique et fonctionnelle réduite du cpf et l'observation de déficits cognitifs induits lors de l'administration de la PCP. ABSTRACT : Sub-chronic treatment with phencyclidine (PCP), an NMDA receptor (NMDAR) channel blocker, reproduces in rodents part of the symptomatology associated to schizophrenia in humans. Prolonged pharmacological blockade of NMDAR with PCP mimics NMDAR hypofunction, one of the main alterations thought to take place in the brains of schizophrenics. Our study was aimed at investigating the neurochemical, metabolic and behavioral consequences of repeated PCP administration in vivo, focusing on the functioning of the prefrontal cortex (pfc), a brain region highly relevant for the cognitive deficits observed in schizophrenic patients. Rats or mice received a daily administration of either PCP (5 mg/kg) or saline for 7 or 14 days. At least 24 hours after the last treatment the animals were sacrificed. Acute slices of the pfc were quickly prepared and challenged with high KCl to induce synaptic glutamate release. Pfc slices from PCP-treated animals released significantly less glutamate than slices from salinetreated animals. The deficit persisted 72 hours after the end of the treatment, while it was not observed in another cortical region: the primary visual cortex. Interestingly, treatment with antipsychotic drugs, either haloperidol or olanzapine, reverted the glutamate release defect induced by PCP treatment. The same release defect was observed in synaptosomes prepared from the pfc of PCP-treated animals, indicating that PCP induces a plastic adaptive change in the mechanism controlling glutamate release in the glutamatergic terminals. We discovered that such change most likely involves the down-regulation of a newly identified, pre-synaptic NMDAR with stimulatory auto-receptor function on glutamate release. In parallel sets of behavioral experiments challenging pfc function, mice sub-chronically treated with PCP displayed reduced behavioral flexibility (reversal learning) in a visual/tactile-cued discrimination task. The cognitive deficit was still evident 4 days after the last PCP administration and was associated to reduced brain metabolic activity during the performance of the behavioral task, notably in the pfc, as determined by [14C]2-deoxyglucose quantitative autoradiography. Clverall, our findings suggest that prolonged NMDAR blockade by repeated PCP administration results in a defect of glutamate release from excitatory afferents in the pfc, possibly ascribed to down-regulation of apre-synaptic stimulatory NMDAR. Deficient excitatory neurotransmission in the pfc is consistent with the reduced metabolic and functional activation of this area and the observed PCP-induced cognitive deficits.

T cells dampen innate immune responses through inhibition of NLRP1 and NLRP3 inflammasomes.

Inflammation is a protective attempt by the host to remove injurious stimuli and initiate the tissue healing process. The inflammatory response must be actively terminated, however, because failure to do so can result in 'bystander' damage to tissues and diseases such as arthritis or type-2 diabetes. Yet the mechanisms controlling excessive inflammatory responses are still poorly understood. Here we show that mouse effector and memory CD4(+) T cells abolish macrophage inflammasome-mediated caspase-1 activation and subsequent interleukin 1beta release in a cognate manner. Inflammasome inhibition is observed for all tested NLRP1 (commonly called NALP1) and NLRP3 (NALP3 or cryopyrin) activators, whereas NLRC4 (IPAF) inflammasome function and release of other inflammatory mediators such as CXCL2, interleukin 6 and tumour necrosis factor are not affected. Suppression of the NLRP3 inflammasome requires cell-to-cell contact and can be mimicked by macrophage stimulation with selected ligands of the tumour necrosis factor family, such as CD40L (also known as CD40LG). In a NLRP3-dependent peritonitis model, effector CD4(+) T cells are responsible for decreasing neutrophil recruitment in an antigen-dependent manner. Our findings reveal an unexpected mechanism of inflammasome inhibition, whereby effector and memory T cells suppress potentially damaging inflammation, yet leave the primary inflammatory response, crucial for the onset of immunity, intact.

Multi-modal distraction: insights from children's limited attention.

How does the multi-sensory nature of stimuli influence information processing? Cognitive systems with limited selective attention can elucidate these processes. Six-year-olds, 11-year-olds and 20-year-olds engaged in a visual search task that required them to detect a pre-defined coloured shape under conditions of low or high visual perceptual load. On each trial, a peripheral distractor that could be either compatible or incompatible with the current target colour was presented either visually, auditorily or audiovisually. Unlike unimodal distractors, audiovisual distractors elicited reliable compatibility effects across the two levels of load in adults and in the older children, but high visual load significantly reduced distraction for all children, especially the youngest participants. This study provides the first demonstration that multi-sensory distraction has powerful effects on selective attention: Adults and older children alike allocate attention to potentially relevant information across multiple senses. However, poorer attentional resources can, paradoxically, shield the youngest children from the deleterious effects of multi-sensory distraction. Furthermore, we highlight how developmental research can enrich the understanding of distinct mechanisms controlling adult selective attention in multi-sensory environments.

Two waves of recombinase gene expression in developing thymocytes.

During T cell development in the thymus, T cell receptor (TCR) alpha, beta, gamma, and delta genes are rearranged and expressed. TCR rearrangement strictly depends upon the coordinate activity of two recombinase activating genes, Rag-1 and Rag-2. In this study we have followed the expression of these genes at different stages of intrathymic development. The results indicate that there are two periods of high Rag-1 and Rag-2 mRNA expression. The first wave peaks early at the CD25+CD4-CD8-CD3- stage of development and coincides with the initial appearance of transcripts derived from fully rearranged TCR beta, gamma, and delta genes, whereas the second wave occurs later at the CD4+CD8+ stage coincident with full-length TCR alpha mRNA expression. Active downregulation of Rag-1 and Rag-2 mRNA expression appears to occur in vivo between the two peaks of recombinase activity. This phenomenon can be mimicked in vitro in response to artificial stimuli such as phorbol myristate acetate and calcium ionophore. Collectively our data suggest that recombinase expression is actively regulated during early thymus development independently of cell surface expression of a mature heterodimeric TCR protein complex.