A flow cytometry based oligotrophic pollutant exposure test to detect bacterial growth inhibition and cell injury.

Toxicity of chemical pollutants in aquatic environments is often addressed by assays that inquire reproductive inhibition of test microorganisms, such as algae or bacteria. Those tests, however, assess growth of populations as a whole via macroscopic methods such as culture turbidity or colony-forming units. Here we use flow cytometry to interrogate the fate of individual cells in low-density populations of the bacterium Pseudomonas fluorescens SV3 exposed or not under oligotrophic conditions to a number of common pollutants, some of which derive from oil contamination. Cells were stained at regular time intervals during the exposure assay with fluorescent dyes that detect membrane injury (i.e., live-dead assay). Reduction of population growth rates was observed upon toxicant insult and depended on the type of toxicant. Modeling and cell staining indicate that population growth rate decrease is a combined effect of an increased number of injured cells that may or may not multiply, and live cells dividing at normal growth rates. The oligotrophic assay concept presented here could be a useful complement for existing biomarker assays in compliance with new regulations on chemical effect studies or, more specifically, for judging recovery after exposure to fluctuating toxicant conditions.

Primary motor cortex inhibition in spinal cord injuries.

OBJECTIVES AND METHODS: Excitability changes in the primary motor cortex in 17 spinal-cord injured (SCI) patients and 10 controls were studied with paired-pulse transcranial magnetic stimulation. The paired pulses were applied at inter-stimulus intervals (ISI) of 2 ms and 15 ms while motor evoked potentials (MEP) were recorded in the biceps brachii (Bic), the abductor pollicis brevis (APB) and the tibialis anterior (TA) muscles. RESULTS: The study revealed a significant decrease in cortical motor excitability in the first weeks after SCI concerning the representation of both the affected muscles innervated from spinal segments below the lesion, and the spared muscles rostral to the lesion. In the patients with motor-incomplete injury, but not in those with motor-complete injury, the initial cortical inhibition of affected muscles was temporarily reduced 2-3 months following injury. The degree of inhibition in cortical areas representing the spared muscles was observed to be smaller in patients with no voluntary TA activity compared to patients with some activity remaining in the TA. Surprisingly, motor-cortical inhibition was observed not only at ISI 2 ms but also at ISI 15 ms. The inhibition persisted in patients who returned for a follow-up measurement 2-3 years later. CONCLUSION: The present data showed different evaluation of cortical excitability between patients with complete and incomplete spinal cord lesion. Our results provide more insight into the pathophysiology of SCI and contribute to the ongoing discussion about the recovery process and therapy of SCI patients.

Molecular dissection of Arabidopsis thaliana endodermis development, structure and function

In vascular plants, the endodermis establishes a protective diffusion barrier surrounding the vasculature preventing the passive, uncontrolled entry of nutrients absorbed by the plant. It does so by means of a differentiation feature, the "Casparian Strip" (CS), a highly localized cell wall impregnation made of lignin, which seals the extracellular space. Although the existence of this differentiation feature has been intensively described, the mechanisms establishing this hallmark remain obscure. In this work I report, the developmental sequence of events that leads to a differentiated endodermis, in the plant model Arabidopsis thaliana. In addition, my descriptive approach gave important insights as to how these cells define membrane domains involved in the directional transport of nutrients. I also participated in characterizing a new transmembrane protein family, the CASPs, localized to the membrane domain underlying the CS, which we accordingly named the Casparian Strip membrane Domain (CSD). Our molecular analysis indicates that these proteins drive CS establishment. To identify more molecular factors of CS establishment, I performed a forward genetic screen. This screen led to the identification of 11 endodermis permissive mutants, which we named schengen (sgn) mutants. The causative mutations have been mapped to 5 independent loci: SGN1 to SGN5. SGN1 and SGN3 encode Receptor Like Kinases involved in the correct establishment of the CSD. A lack of those kinases leads to an incomplete CSD, which gives rise to interrupted CS barriers. Interestingly, SGN1 seems to also regulate CSD positioning to the middle of endodermal transversal walls. SGN4 encodes an NADPH oxidase involved in lignin polymerization essential for CS formation. The sgn5 mutant induces extra divisions of cortical cells strongly affecting the cell identity, but also leading to incorrect differentiation. A thorough characterization of the sgn2 mutant will follow elsewhere, yet preliminary results indicate that SGN2 encodes an Acyl-CoA N-acyltransferase. . In summary, with my work I have contributed a first set of molecular players of Casparian strip formation and initiated their characterization. Eventually, this might lead to an understanding of the molecular mechanisms of CS establishment in A.thaliana . This in turn will hopefully help to better understand nutrient uptake in higher plants and their response to environmental stresses. - Au sein des plantes vasculaires, l'endoderme représente un tissu protecteur mettant en place une barrière imperméable, empêchant n'importe quel élément de rejoindre les tissus conducteurs par simple diffusion. Cette barrière, appelée « Cadre de Caspary », correspond à une lignification de la paroi de l'endoderme et donne lieu à un cloisonnement de l'espace intercellulaire. Bien que cet élément de différenciation soit décrit en détail, sa mise en place reste incomprise. Cette étude indique la suite d'événements aboutissant à l'établissement du cadre de Caspary chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. De plus, ce travail apporte de nouvelles connaissances expliquant comment ces cellules définissent des domaines membranaires importants pour le transport des nutriments. Nous décrivons une nouvelle famille de protéines membranaires, les CASPs (« CAparian Strip membrane domain Proteins »), localisées dans un domaine membranaire longeant le cadre de Caspary : le domaine de Caspary (CSD). L'analyse moléculaire des CASPs indique qu'elles dirigent la formation du cadre de Caspary. Par ailleurs, une approche génétique directe nous a permis d'identifier 11 mutants ayant un endoderme perméable. Nous avons nommé ces mutants Schengen, en référence à la zone de libre échange européenne. Les mutations impliquées dans ces mutants affectent 5 gènes désignés de SGN1 à SGN5. SGN1 et SGN3 produisent des protéines de type kinases (« Receptor-like Kinases », RLK) qui participent à la délimitation du CSD. L'absence de ces kinases aboutit à un domaine CSD incomplet, se traduisant par un cadre de Caspary discontinu. De plus, SGN1 semble réguler le positionnement du CSD au milieu de la paroi transversale de l'endoderme. SGN4 produit une enzyme de type NADPH oxydase impliquée dans la polymérisation du cadre de Caspary. Dans le mutant sgn5, on observe une division anormale des cellules du cortex créant ainsi une nouvelle couche cellulaire incapable d'achever sa différenciation en endoderme. Quant à la mutation sgn2, bien que nous pensons qu'elle affecte une Acyl-CoA N-acyltransferase, sa caractérisation ne sera réalisée que prochainement. Au final, ce travail procure de nouveaux éléments sur l'établissement du cadre de Caspary qui pourraient être importants afin de comprendre comment les plantes sélectionnent leurs nutriments et résistent à des conditions environnementales parfois hostiles. - De par leur immobilité, les plantes terrestres n'ont pas d'autre choix que de puiser leurs ressources dans leur environnement direct. La plante extrait du sol les nutriments qui lui sont nécessaires et les redistribue grâce à des tissus conducteurs. Afin de ne pas s'intoxiquer, il est donc essentiel de pouvoir sélectionner les éléments entrant dans la racine. Etonnement, ce n'est pas la surface des racines qui permet ce contrôle mais un tissu interne appelé endoderme. Ce dernier forme une barrière imperméable qui entoure chaque cellule et crée une jointure permettant de bloquer le passage des éléments entre les cellules. Cette structure, appelée « cadre de Caspary », oblige les éléments à entrer dans les cellules de l'endoderme et à être ainsi sélectionnés. Bien que cette structure soit décrite en détail, sa mise en place reste incomprise. Cette étude indique la suite d'événements qui aboutit à la formation du cadre de Caspary chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Ce travail apporte également de nouvelles connaissances expliquant comment ces cellules définissent, organisent et dirigent le transport des nutriments. Nous décrivons comment certains éléments de la cellule, les protéines CASPs (CAsparian Strip membrane domain Proteins), sont organisées un domaine particulier des membranes afin de créer une plateforme de construction longeant le cadre de Caspary : le domaine de Caspary (CSD). Afin de déterminer ce qu'il se passerait si une plante ne possédait pas de cadre de Caspary, nous avons réalisé une mutagénèse, ou approche génétique directe, et identifié 11 mutants (individu ayant un gène défectueux conduisant à la perte d'une fonction) ayant un endoderme perméable. Nous avons nommé ces mutants schengen, en référence à la zone de libre échange européenne. Les mutations impliquées dans ces mutants affectent 5 gènes désignés de SGN1 à SGN5. Les gènes SGN1 et SGN3 produisent des protéines de type kinases (« Receptor-like Kinases », RLK) servant à l'établissement de la plateforme de construction. L'absence de ces kinases aboutit à une base incomplète, se traduisant par un cadre de Caspary discontinu. Qui plus est, la kinase SGN1 semble réguler le positionnement de la plateforme au milieu de l'endoderme. Le gène SGN4 est par contre, impliqué dans la construction à proprement dite du cadre de Caspary. Dans le mutant sgn5, on observe une nouvelle couche de cellules ressemblant à de l'endoderme mais incapable de former correctement une barrière identique au cadre de Caspary. Quant au dernier mutant, sgn2, bien que cette étude fournisse des indices permettant de comprendre pourquoi le mutant sgn2 est défectueux, nous n'expliquerons ce cas que prochainement. En résumé, ce travail procure de nouvelles connaissances sur l'établissement du cadre de Caspary qui pourraient être importantes afin de comprendre comment les plantes sélectionnent leurs nutriments et résistent à des conditions environnementales parfois hostiles.

Angiogenesis inhibition for the improvement of photodynamic therapy: The revival of a promising idea.

Photodynamic therapy (PDT) is a minimally invasive form of treatment, which is clinically approved for the treatment of angiogenic disorders, including certain forms of cancer and neovascular eye diseases. Although the concept of PDT has existed for a long time now, it has never made a solid entrance into the clinical management of cancer. This is likely due to secondary tissue reactions, such as inflammation and neoangiogenesis. The recent development of clinically effective angiogenesis inhibitors has lead to the initiation of research on the combination of PDT with such angiostatic targeted therapies. Preclinical studies in this research field have shown promising results, causing a revival in the field of PDT. This review reports on the current research efforts on PDT and vascular targeted combination therapies. Different combination strategies with angiogenesis inhibition and vascular targeting approaches are discussed. In addition, the concept of increasing PDT selectivity by targeted delivery of photosensitizers is presented. Furthermore, the current insights on sequencing the therapy arms of such combinations will be discussed in light of vascular normalization induced by angiogenesis inhibition.

Beclin 1-independent autophagy contributes to apoptosis in cortical neurons.

Neuronal autophagy is enhanced in many neurological conditions, such as cerebral ischemia and traumatic brain injury, but its role in associated neuronal death is controversial, especially under conditions of apoptosis. We therefore investigated the role of autophagy in the apoptosis of primary cortical neurons treated with the widely used and potent pro-apoptotic agent, staurosporine (STS). Even before apoptosis, STS enhanced autophagic flux, as shown by increases in autophagosomal (LC3-II level, LC3 punctate labeling) and lysosomal (cathepsin D, LAMP1, acid phosphatase, β-hexasominidase) markers. Inhibition of autophagy by 3-methyladenine, or by lentivirally-delivered shRNAs against Atg5 and Atg7, strongly reduced the STS-induced activation of caspase-3 and nuclear translocation of AIF, and gave partial protection against neuronal death. Pan-caspase inhibition with Q-VD-OPH likewise protected partially against neuronal death, but failed to affect autophagy. Combined inhibition of both autophagy and caspases gave strong synergistic neuroprotection. The autophagy contributing to apoptosis was Beclin 1-independent, as shown by the fact that Beclin 1 knockdown failed to reduce it but efficiently reduced rapamycin-induced autophagy. Moreover the Beclin 1 knockdown sensitized neurons to STS-induced apoptosis, indicating a cytoprotective role of Beclin 1 in cortical neurons. Caspase-3 activation and pyknosis induced by two other pro-apoptotic stimuli, MK801 and etoposide, were likewise found to be associated with Beclin 1-independent autophagy and reduced by the knockdown of Atg7 but not Beclin 1. In conclusion, Beclin 1-independent autophagy is an important contributor to both the caspase-dependent and -independent components of neuronal apoptosis and may be considered as an important therapeutic target in neural conditions involving apoptosis.

Developmental changes in lateralized inhibition of symmetric movements in children with and without Developmental Coordination Disorder.

The present study investigates developmental changes in selective inhibition of symmetric movements with a lateralized switching task from bimanual to unimanual tapping in typically developing (TD) children and with Developmental Coordination Disorder (DCD) from 7 to 10 years old. Twelve right-handed TD children and twelve gender-matched children with DCD and probable DCD produce a motor switching task in which they have (1) to synchronize with the beat of an auditory metronome to produce bimanual symmetrical tapping and (2) to selectively inhibit their left finger's tapping while continuing their right finger's tapping and conversely. We assess (1) the development of the capacity to inhibit the stopping finger (number of supplementary taps after the stopping instruction) and (2) the development of the capacity to maintain the continuing finger (changes in the mean tempo and its variability for the continuing finger's tapping) and (3) the evolution of performance through trials. Results indicate that (1) TD children present an age-related increase in the capacity to inhibit and to maintain the left finger's tapping, (2) DCD exhibits persistent difficulties to inhibit the left finger's tapping, and (3) both groups improve their capacity to inhibit the left finger's movements through trials. In conclusion, the lateralized switching task provides a simple and fine tool to reveal differences in selective inhibition of symmetric movements in TD children and children with DCD. More theoretically, the specific improvement in selective inhibition of the left finger suggests a progressive development of inter-hemispheric communication during typical development that is absent or delayed in children with DCD.

Specific inhibition of the JNK pathway promotes locomotor recovery and neuroprotection after mouse spinal cord injury.

Limiting the development of secondary damage represents one of the major goals of neuroprotective therapies after spinal cord injury. Here, we demonstrate that specific JNK inhibition via a single intraperitoneal injection of the cell permeable peptide D-JNKI1 6h after lesion improves locomotor recovery assessed by both the footprint and the BMS tests up to 4 months post-injury in mice. JNK inhibition prevents c-jun phosphorylation and caspase-3 cleavage, has neuroprotective effects and results in an increased sparing of white matter at the lesion site. Lastly, D-JNKI1 treated animals show a lower increase of erythrocyte extravasation and blood brain barrier permeability, thus indicating protection of the vascular system. In total, these results clearly point out JNK inhibition as a promising neuroprotective strategy for preventing the evolution of secondary damage after spinal cord injury.

Medium-sized neurofilament protein related to maturation of a subset of cortical neurons.

Neurofilaments are typical structures of the neuronal cytoskeleton and participate in the formation and stabilization of the axonal and dendritic architecture. In this study, we have characterized a murine monoclonal antibody, FNP7, that is directed against the medium-sized neurofilament subunit NF-M. This antibody identifies a subset of neurons in the cerebral cortex of various species including human and in organotypic cultures of rat cortex. In the neocortex of all species examined, the antibody labels pyramidal cells in layers III, V, and VI, with a distinctive laminar distribution between architectonic boundaries. In comparison with other antibodies directed against NF-M, the FNP7 antibody identifies on blots two forms of NF-M that appear relatively late during development, at the time when dynamic growth of processes changes to the stabilization of the formed processes. Dephosphorylation with alkaline phosphatase unmasks the site, making it detectable for the FNP7 antibody. The late appearance suggests that the site is present during early development in phosphorylated form and with increasing maturation becomes dephosphorylated, mainly in dendrites. This event may relate to changes in cytoskeleton stability in a late phase of dendritic maturation. Furthermore, mainly corticofugal projections and only few callosal axons are stained, suggesting a differential phosphorylation in a subset of axons. The antibody provides a useful marker to study subsets of pyramidal cells in vivo, in vitro, and under experimental conditions.

The role of Bmi1 in CNS development and in retinal degeneration

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

A neuropsychological instrument measuring age-related cerebral decline in older drivers: development, reliability, and validity of MedDrive.

When facing age-related cerebral decline, older adults are unequally affected by cognitive impairment without us knowing why. To explore underlying mechanisms and find possible solutions to maintain life-space mobility, there is a need for a standardized behavioral test that relates to behaviors in natural environments. The aim of the project described in this paper was therefore to provide a free, reliable, transparent, computer-based instrument capable of detecting age-related changes on visual processing and cortical functions for the purposes of research into human behavior in computational transportation science. After obtaining content validity, exploring psychometric properties of the developed tasks, we derived (Study 1) the scoring method for measuring cerebral decline on 106 older drivers aged ≥70 years attending a driving refresher course organized by the Swiss Automobile Association to test the instrument's validity against on-road driving performance (106 older drivers). We then validated the derived method on a new sample of 182 drivers (Study 2). We then measured the instrument's reliability having 17 healthy, young volunteers repeat all tests included in the instrument five times (Study 3) and explored the instrument's psychophysical underlying functions on 47 older drivers (Study 4). Finally, we tested the instrument's responsiveness to alcohol and effects on performance on a driving simulator in a randomized, double-blinded, placebo, crossover, dose-response, validation trial including 20 healthy, young volunteers (Study 5). The developed instrument revealed good psychometric properties related to processing speed. It was reliable (ICC = 0.853) and showed reasonable association to driving performance (R (2) = 0.053), and responded to blood alcohol concentrations of 0.5 g/L (p = 0.008). Our results suggest that MedDrive is capable of detecting age-related changes that affect processing speed. These changes nevertheless do not necessarily affect driving behavior.

Development of a Selective Peptide Macrocycle Inhibitor of Coagulation Factor XII toward the Generation of a Safe Antithrombotic Therapy.

Inhibition of coagulation factor XII (FXII) activity represents an attractive approach for the treatment and prevention of thrombotic diseases. The few existing FXII inhibitors suffer from low selectivity. Using phage display combined to rational design, we developed a potent inhibitor of FXII with more than 100-fold selectivity over related proteases. The highly selective peptide macrocycle is a promising candidate for the control of FXII activity in antithrombotic therapy and a valuable tool in hematology research.

Development and evaluation of antibody-MHC/peptide conjugates as a new form of cancer immunotherapy

Summary One of the major goals of cancer immunotherapy is the induction of a specific and effective antitumor cytotoxic T lymphocyte (CTL) response. However, the downregulation of Class I Major Histocompatibility Complexes (MHC) expression and the low level of tumor peptide presentation on tumor cell surface, ás well as the low immunogenicity of tumor specific antigens, limit the effectiveness of anti-tumor CTL responses. On the other hand, monoclonal antibodies, which bind with high affinity to tumor cell surface markers, are powerful tumor targeting tools. However, their capacity to .kill cancer cells is limited and mAb cancer treatments usually require the addition of different form of chemotherapy. The new cancer immunotherapy strategy described herein combines the advantage of the high tumor targeting capacity of monoclonal antibodies (mAb) with the powerful cytotoxicity of CD8 T lymphocytes directed against highly antigenic peptide-MHC complexes. Monoclonal antibody Fab fragments directed against a cell surface tumor associated antigen (TAA) are chemically coupled to soluble MHC class I complexes carrying a highly antigenic peptide. Antibody guided targeting and oligomerization of numerous antigenic class IMHC/peptide complexes on tumor cell surfaces can redirect the cytotoxicity of peptide-specific CD8 T cells towards target cancer cells. After the description of the production of murine anti-tumor xMHC/peptide conjugates in the first part of this thesis, the therapeutic potential of such conjugates were sequentially investigated in different syngeneic tumor mouse models. As a first proof of principle, transgenic OT-1 mice and later CEA transgenic C57BL/6 (B6) mice, adoptively transferred with OT-1 spleen cells and immunized with ovalbumin, were used as a model of high frequency of ova peptide specific T cells. In these mice, growth inhibition and regression of palpable colon carcinoma expressing CEA, were obtained by systemic injection of anti-CEA Fab/H-2Kb/ova peptide conjugates. Next, LCMV virus and influenza virus infection of B6 mice were used as viral models to redirect natural antiviral CTL responses to tumors via conjugates loaded with viral peptides. We showed that in mice infected with the LCMV virus, subcutaneous CEA-expressing tumor cells were inhibited by the H2Db/GP33 restricted anti-viral CTL response when preincubated before grafting with anti-CEA Fab-H-2Db/GP33 peptide conjugates. In mice infected with the influenza virus, lung metastases expressing the HER2 antigen were inhibited by the H-2Db/NP366 restricted CTLs response when preincubated before injection with anti-Her2 Fab-H-2Db/NP366 peptide conjugates. In the last chapter, the stability of the peptide in the anti-CEA Fab-H-2Db/GP33 conjugates was improved by the covalent photocross-link of the GP33 peptide in the H-2Db MHC groove. Thus, LCMV immune mice could reject CEA expressing tumors when treated with systemic injections of anti-CEA FabH-2Db/GP33 cross-linked conjugates. These results are encouraging for the potential application of this strategy in clinic. Such conjugates could be used alone in patients boosted by the relevant virus, or used in combination with existing T cell based ìmmunotherapy. Résumé Une des principales approches utilisées dans l'immunothérapie contre le cancer consiste en l'induction d'une réponse T cytotoxique (CTL) spécifiquement dirigée contre la tumeur. Cependant, le faible niveau d'expression des complexes majeurs d'histocompatibilité de classe I (CMH I) et de présentation des peptides tumoraux à la surface des cellules cancéreuses ainsi que la faible immunogenicité des antigens tumoraux, limitent l'efficacité de la réponse CTL. D'autre part,. l'injection d'anticorps monoclonaux (mAb), se liant avec une haute affinité aux marqueurs de surface des cellules tumorales, a fourni des résultats cliniques encourageant. Cependant l'efficacité de ces mAbs contre des tumeur solides reste limitée et necessite souvent l'addition de chimiotherapie. La nouvelle stratégie thérapeutique décrite dans ce travail associe le fort pouvoir de localisation des anticorps monoclonaux et le fort pouvoir cytotoxique des lymphocytes T CD8+. Des fragments Fab d'anticorps monoclonaux, dirigés contre des antigènes surexprimés à la surface de cellules tumorales, ont été chimiquement couplés à des CMH I solubles, portant un peptide fortement antigénique. Le ciblage et l'oligomérisation à la surface des cellules tumorales de nombreux CMH I présentant un peptide antigénique, va réorienter la cytotoxicité des cellules T CD8+ spécifiques du peptide présenté, vers les cellules tumorales cibles. Après une description de la production de conjugé anti-tumeur x CMH Upeptide dans la première partie de cette thèse, le potentiel thérapeutique de tels conjugés a été successivement étudiés in vivo dans différents modèles de tumeur syngénéiques. Tout d'abord, des souris OT-1 transgéniques, puis des souris C57BL/6 (B6) transférées avec des cellules de rate OT-1 puis immunisées avec l'ovalbumine, ont été employées comme modèle de haute fréquence de cellules T CD8+ spécifiques du peptide ova. Chez ces souris, l'inhibition de la croissance et la régression de nodules palpables de carcinomes exprimant l'antigène caccino embryonaire (ACE), ont été obtenues par l'injection systémique de conjugés anti-ACE Fab/H-2Kb/ova. Par la suite, l'infection de souris B6 par le virus LCMV et par le virus de la grippe, ont été utilisés comme modèles viraux pour redirigées des réponses anti-virales naturelles vers les tumeurs, en utilisant des conjugés chargés avec des peptides viraux. Nous avons montré que .chez les souris infectées par le LCMV, la croissance de carcinome sous-cutané est empêchée par la réponse anti-virale, spécifique du complexe H2Db/GP33, lorsque les cellules tumorales greffées sont pré-incubées avec des conjugés anti-CEA Fab-H-2Db/GP33. Dans le cas de souris infectées par le virus de la grippe, la métastatisation de mélanomes pulmonaires exprimant l'antigène HER-2 est inhibée par la réponse anti-virale spécifique du complexe H-2Db/NP366, après pré-incubation des cellules tumorales avec des conjugés anti-Her2 FabxH-2Db/NP366. Dans le dernier chapitre, la liaison covalente du peptide GP33 dans le complexe H-2Db a amélioré la stabilité des conjugés correspondants et a permis le traitement systémique de souris greffées avec des tumeurs exprimant l'ACE et infectées par le LCMV. L'ensemble de ces résultats sont encourageant pour l'application de cette strategie en clinique. De tels conjugués pourraient être employés seuls ou en combinaison avec des protocols d'immunisation peptidique anti-tumoral. Résumé pour un large public Dans les pays industrialisés, le cancer se situe au deuxième rang des causes de mortalité après les maladies cardiovasculaires. Les principaux traitement de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches mises en oeuvre pour la lutte contre le cancer. Elle peut être humorale, et 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 proliferation des cellules tumorales exprimant l'antigène. Certains sont utilisés en clinique pour le traitement de lymphomes, de carcinomes de l'ovaire et du sein ou encore de carcinomes metastatiques du côlon. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements exigent souvent d'être combiner avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et reposer sur une démarche de type vaccinal, consistant à générer des lymphocytes T cytotoxiques (cytotoxic T lymphocytes :CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. 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. Or les cellules tumorales ne presentent pas efficacement les peptides antigèniques, car elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des antigènes d'histocompatibilité de classe I, des molécules d'adhésion et des cytokines costimulatrices, et par une faible expression des antigènes associés aux tumeurs. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL specifiquement dirigés contre des antigens tumoraux, les régressions tumorales obtenus grace à ces vaccinations sont relativement rares. Alors que chez les personnes atteintes du cancer on observe l'instauration d'une tolérance immunitaire vis-à-vis de la tumeur, à l'inverse, notre systeme immunitaire reste parfaitement capable de combattre des infection virales classiques, tels que la grippe, qui font aussi appel à une réponse T cytotoxique. Notre groupe de recherche a donc eu l'idee de développer une nouvelle approche thérapeutique où une réponse immunitaire anti-virale très efficace serait redirigée vers les tumeurs par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons chimiquement couplés des fragments d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes surexprimés à la surface de cellules tumorales, à des CMH I portant un peptide viral antigénique. Les cellules tumorales, ciblées par le fragment anticorps et couvertes d' antigènes viraux présentés par des molécules de CMH I, peuvent ainsi tromper les lymphocytes cytotoxiques anti-viraux qui vont détruire les cellules tumorales comme si elles étaient infectées par le virus. Suite à des résultats prometteurs obtenus in vitro avec différents conjugués anticorps-CMH humain de type HLA.A2/peptide Flu, le but du projet était de tester in vivo des conjugués anticorps-CMH I murins sur des modèles expérimentaux de souris. Tout d'abord, des souris transgéniques pour un recepteur T specifique du peptide ova, puis des transferts adoptifs de ces cellules T specifiques dans des souris immunocompétentes, ont été choisi comme modèle de haute fréquence des cellules T spécifiques, et ont permi de valider le principe de la strategie in vivo. Puis, deux modèles viraux ont été elaboré avec le virus LCMV et le virus Influenza, pour réorienter des réponses antivirales naturelles vers les tumeurs grâce à des conjugés chargés avec des peptides viraux. Nous avons montré la grande capacité de nos conjugués à rediriger des réponses cytotoxiques vers les tumeurs et inhiber la croissance de tumeurs syngénéiques sous cutanés et pulmonaires. Ces résultats d'inhibition tumorales obtenus dans des souris immunocompétentes, grâce à l'injection de conjugués anticorps xCMH/peptide et réorientant deux réponses antivirales différentes vers deux modèles tumoraux syngeneiques, sont encourageant pour l'application de cette nouvelle stratégie en clinique.

Doublecortin-positive cells in the adult primate cerebral cortex and possible role in brain plasticity and development.

We have demonstrated that cortical cell autografts might be a useful therapy in two monkey models of neurological disease: motor cortex lesion and Parkinson's disease. However, the origin of the useful transplanted cells obtained from cortical biopsies is not clear. In this report we describe the expression of doublecortin (DCX) in these cells based on reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) and immunodetection in the adult primate cortex and cell cultures. The results showed that DCX-positive cells were present in the whole primate cerebral cortex and also expressed glial and/or neuronal markers such as glial fibrillary protein (GFAP) or neuronal nuclei (NeuN). We also demonstrated that only DCX/GFAP positive cells were able to proliferate and originate progenitor cells in vitro. We hypothesize that these DCX-positive cells in vivo have a role in cortical plasticity and brain reaction to injury. Moreover, in vitro these DCX-positive cells have the potential to reacquire progenitor characteristics that confirm their potential for brain repair.

Role of the NALP3 Inflammasome in the Development of Two-Kidney, One Clip Hypertension in Mice

Objective: The NALP3 inflammasome functions as a sensor of danger signals and triggers processing and release of IL-1b. Mutations of NALP3 are responsible for the cryopyrin associated periodic syndromes, a group of autoinflammatory disorders that respond to IL1 inhibition. Genetic studies have also linked NALP3 to hypertension in man, but the mechanism is not understood. The aim of this study is to investigate the role of NAPL3 inflammasome in the development of hypertension in an animal model. Design and Method: Six-week old male WT and NALP3 KO mice were used for generating a two-kidney, one clip (2K1C) renovascular hypertension. A U-shaped stainless steel clip (O^ ¼0.12mm) was placed on left renal artery under anaesthesia. The same surgery without clipping was performed in sham mice. At week 6 and 12 after the clipping, intra-arterial blood pressure (BP) was measured in conscious mice. Blood was collected for plasma renin analysis. Heart and kidney were excised and stored for molecular and morphological examinations. n¼5-6 mice per group. Data are mean_SEM. Results: Mean BP was significantly increased at week 6 and 12 in WT-2K1C mice compared to WT-sham group (MBPweek6: 138_2 vs.124_3 mmHg, p<0.01 and MBPweek12: 141_5 vs.122_3 mmHg, p<0.01) followed with an significant increase in heart weight (HW) and a decrease in clipped kidney weight indices in WT-2K1C mice compared to the WT-sham (HW/ BWweek6: 4.65_0.04 vs. 3.99_0.12 mg/g, p<0.001 and HW/BWweek12: 4.94_0.15 vs. 4.22_0.12 mg/g, p<0.001). Interestingly, NALP3 KO-2K1C mice did not develop hypertension. The MBP of KO-2K1C mice was comparable to the KO-sham (MBPweek6: 122_3 vs. 119_3 mmHg, p>0.05 and MBPweek6: 128_5 vs.122_4 mmHg, p>0.05). There was also no significant change in heart and kidney weight indices between KO- 2K1C and KO-sham mice. Conclusion: The preliminary results suggest that absence of NALP3 protects mice from the development of renin-dependent hypertension. Further molecular and morphological examinations are ongoing for the confirmation and mechanism explanation.