Manipulating the sensitivity of signal-induced repression: quantification and consequences of altered brinker gradients.

Traditionally, the analysis of gene regulatory regions suffered from the caveat that it was restricted to artificial contexts (e.g. reporter constructs of limited size). With the advent of the BAC recombineering technique, genomic constructs can now be generated to test regulatory elements in their endogenous environment. The expression of the transcriptional repressor brinker (brk) is negatively regulated by Dpp signaling. Repression is mediated by small sequence motifs, the silencer elements (SEs), that are present in multiple copies in the regulatory region of brk. In this work, we manipulated the SEs in the brk locus. We precisely quantified the effects of the individual SEs on the Brk gradient in the wing disc by employing a 1D data extraction method, followed by the quantification of the data with reference to an internal control. We found that mutating the SEs results in an expansion of the brk expression domain. However, even after mutating all predicted SEs, repression could still be observed in regions of maximal Dpp levels. Thus, our data point to the presence of additional, low affinity binding sites in the brk locus.

SA2RAGE: a new sequence for fast B1+ -mapping.

At high magnetic field strengths (≥ 3T), the radiofrequency wavelength used in MRI is of the same order of magnitude of (or smaller than) the typical sample size, making transmit magnetic field (B1+) inhomogeneities more prominent. Methods such as radiofrequency-shimming and transmit SENSE have been proposed to mitigate these undesirable effects. A prerequisite for such approaches is an accurate and rapid characterization of the B1+ field in the organ of interest. In this work, a new phase-sensitive three-dimensional B1+-mapping technique is introduced that allows the acquisition of a 64 × 64 × 8 B1+-map in ≈ 20 s, yielding an accurate mapping of the relative B1+ with a 10-fold dynamic range (0.2-2 times the nominal B1+). Moreover, the predominant use of low flip angle excitations in the presented sequence minimizes specific absorption rate, which is an important asset for in vivo B1+-shimming procedures at high magnetic fields. The proposed methodology was validated in phantom experiments and demonstrated good results in phantom and human B1+-shimming using an 8-channel transmit-receive array.

T cell affinity regulates asymmetric division, effector cell differentiation, and tissue pathology.

The strength of interactions between T cell receptors and the peptide-major histocompatibility complex (pMHC) directly modulates T cell fitness, clonal expansion, and acquisition of effector properties. Here we show that asymmetric T cell division is an important mechanistic link between increased signal strength, effector differentiation, and the ability to induce tissue pathology. Recognition of pMHC above a threshold affinity drove responding T cells into asymmetric cell division. The ensuing proximal daughters underwent extensive division and differentiated into short-lived effector cells expressing the integrin VLA-4, allowing the activated T cell to infiltrate and mediate destruction of peripheral target tissues. In contrast, T cells activated by below-threshold antigens underwent symmetric division, leading to abortive clonal expansion and failure to fully differentiate into tissue-infiltrating effector cells. Antigen affinity and asymmetric division are important factors that regulate fate specification in CD8(+) T cells and predict the potential of a self-reactive T cell to mediate tissue pathology.

Preliminary report on in vivo coronary MRA at 3 Tesla in humans.

Current limitations of coronary magnetic resonance angiography (MRA) include a suboptimal signal-to-noise ratio (SNR), which limits spatial resolution and the ability to visualize distal and branch vessel coronary segments. Improved SNR is expected at higher field strengths, which may provide improved spatial resolution. However, a number of potential adverse effects on image quality have been reported at higher field strengths. The limited availability of high-field systems equipped with cardiac-specific hardware and software has previously precluded successful in vivo human high-field coronary MRA data acquisition. In the present study we investigated the feasibility of human coronary MRA at 3.0 T in vivo. The first results obtained in nine healthy adult subjects are presented.

Measurements of glial metabolic fluxes with C-11-acetate using positron emission and an adapted NMR-based metabolic modeling approach

Objectives: Acetate brain metabolism has the particularity to occur specifically in glial cells. Labeling studies, using acetate labeled either with 13C (NMR) or 11C (PET), are governed by the same biochemical reactions and thus follow the same mathematical principles. In this study, the objective was to adapt an NMR acetate brain metabolism model to analyse [1-11C]acetate infusion in rats. Methods: Brain acetate infusion experiments were modeled using a two-compartment model approach used in NMR.1-3 The [1-11C]acetate labeling study was done using a beta scintillator.4 The measured radioactive signal represents the time evolution of the sum of all labeled metabolites in the brain. Using a coincidence counter in parallel, an arterial input curve was measured. The 11C at position C-1 of acetate is metabolized in the first turn of the TCA cycle to the position 5 of glutamate (Figure 1A). Through the neurotransmission process, it is further transported to the position 5 of glutamine and the position 5 of neuronal glutamate. After the second turn of the TCA cycle, tracer from [1-11C]acetate (and also a part from glial [5-11C]glutamate) is transferred to glial [1-11C]glutamate and further to [1-11C]glutamine and neuronal glutamate through the neurotransmission cycle. Brain poster session: oxidative mechanisms S460 Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism (2009) 29, S455-S466 Results: The standard acetate two-pool PET model describes the system by a plasma pool and a tissue pool linked by rate constants. Experimental data are not fully described with only one tissue compartment (Figure 1B). The modified NMR model was fitted successfully to tissue time-activity curves from 6 single animals, by varying the glial mitochondrial fluxes and the neurotransmission flux Vnt. A glial composite rate constant Kgtg=Vgtg/[Ace]plasma was extracted. Considering an average acetate concentration in plasma of 1 mmol/g5 and the negligible additional amount injected, we found an average Vgtg = 0.08±0.02 (n = 6), in agreement with previous NMR measurements.1 The tissue time-activity curve is dominated by glial glutamate and later by glutamine (Figure 1B). Labeling of neuronal pools has a low influence, at least for the 20 mins of beta-probe acquisition. Based on the high diffusivity of CO2 across the blood-brain barrier; 11CO2 is not predominant in the total tissue curve, even if the brain CO2 pool is big compared with other metabolites, due to its strong dilution through unlabeled CO2 from neuronal metabolism and diffusion from plasma. Conclusion: The two-compartment model presented here is also able to fit data of positron emission experiments and to extract specific glial metabolic fluxes. 11C-labeled acetate presents an alternative for faster measurements of glial oxidative metabolism compared to NMR, potentially applicable to human PET imaging. However, to quantify the relative value of the TCA cycle flux compared to the transmitochondrial flux, the chemical sensitivity of NMR is required. PET and NMR are thus complementary.

Novel acid phosphatase in Candida glabrata suggests selective pressure and niche specialization in the phosphate signal transduction pathway.

Evolution through natural selection suggests unnecessary genes are lost. We observed that the yeast Candida glabrata lost the gene encoding a phosphate-repressible acid phosphatase (PHO5) present in many yeasts including Saccharomyces cerevisiae. However, C. glabrata still had phosphate starvation-inducible phosphatase activity. Screening a C. glabrata genomic library, we identified CgPMU2, a member of a three-gene family that contains a phosphomutase-like domain. This small-scale gene duplication event could allow for sub- or neofunctionalization. On the basis of phylogenetic and biochemical characterizations, CgPMU2 has neofunctionalized to become a broad range, phosphate starvation-regulated acid phosphatase, which functionally replaces PHO5 in this pathogenic yeast. We determined that CgPmu2, unlike ScPho5, is not able to hydrolyze phytic acid (inositol hexakisphosphate). Phytic acid is present in fruits and seeds where S. cerevisiae grows, but is not abundant in mammalian tissues where C. glabrata grows. We demonstrated that C. glabrata is limited from an environment where phytic acid is the only source of phosphate. Our work suggests that during evolutionary time, the selection for the ancestral PHO5 was lost and that C. glabrata neofunctionalized a weak phosphatase to replace PHO5. Convergent evolution of a phosphate starvation-inducible acid phosphatase in C. glabrata relative to most yeast species provides an example of how small changes in signal transduction pathways can mediate genetic isolation and uncovers a potential speciation gene.

Increased brain perfusion contrast with T2 -prepared intravoxel incoherent motion (T2prep IVIM) MRI.

The feasibility to measure brain perfusion using intravoxel incoherent motion (IVIM) MRI has been reported recently with currently clinically available technology. The method is intrinsically local and quantitative, but is contaminated by partial volume effects with cerebrospinal fluid (CSF). Signal from CSF can be suppressed by a 180° inversion recovery (180°-IR) magnetization preparation, but this also leads to strong suppression of blood and brain tissue signal. Here, we take advantage of the different T2 relaxations of blood and brain relative to CSF, and implement a T2 -prepared IVIM (T2prep IVIM) inversion recovery acquisition, which permits a recovery of between 43% and 57% of arterial and venous blood magnetization at excitation time compared with the theoretical recovery of between 27% and 30% with a standard 180°-IR. We acquired standard IVIM (IVIM), T2prep IVIM and dynamic susceptibility contrast (DSC) images at 3 T using a 32-multichannel receiver head coil in eight patients with known large high-grade brain tumors. We compared the contrast and contrast-to-noise ratio obtained in the corresponding cerebral blood volume images quantitatively, as well as subjectively by two neuroradiologists. Our findings suggest that quantitative cerebral blood volume contrast and contrast-to-noise ratio, as well as subjective lesion detection, contrast quality and diagnostic confidence, are increased with T2prep IVIM relative to IVIM and DSC.

Direct in vitro comparison of six three-dimensional positive contrast methods for susceptibility marker imaging.

PURPOSE: To compare different techniques for positive contrast imaging of susceptibility markers with MRI for three-dimensional visualization. As several different techniques have been reported, the choice of the suitable method depends on its properties with regard to the amount of positive contrast and the desired background suppression, as well as other imaging constraints needed for a specific application. MATERIALS AND METHODS: Six different positive contrast techniques are investigated for their ability to image at 3 Tesla a single susceptibility marker in vitro. The white marker method (WM), susceptibility gradient mapping (SGM), inversion recovery with on-resonant water suppression (IRON), frequency selective excitation (FSX), fast low flip-angle positive contrast SSFP (FLAPS), and iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation (IDEAL) were implemented and investigated. RESULTS: The different methods were compared with respect to the volume of positive contrast, the product of volume and signal intensity, imaging time, and the level of background suppression. Quantitative results are provided, and strengths and weaknesses of the different approaches are discussed. CONCLUSION: The appropriate choice of positive contrast imaging technique depends on the desired level of background suppression, acquisition speed, and robustness against artifacts, for which in vitro comparative data are now available.

Pulse wave amplitude drops during sleep are reliable surrogate markers of changes in cortical activity

Rapport de synthèseLe syndrome d'apnées obstructives du sommeil (SAOS) est une pathologie respiratoire fréquente. Sa prévalence est estimée entre 2 et 5% de la population adulte générale. Ses conséquences sont importantes. Notamment, une somnolence diurne, des troubles de la concentration, des troubles de la mémoire et une augmentation du risque d'accident de la route et du travail. Il représente également un facteur de risque cardiovasculaire indépendant.Ce syndrome est caractérisé par la survenue durant le sommeil d'obstructions répétées des voies aériennes supérieures. L'arrêt ou la diminution d'apport en oxygène vers les poumons entraîne des épisodes de diminution de la saturation en oxygène de l'hémoglobine. Les efforts ventilatoires visant à lever l'obstacle présent sur les voies aériennes causent de fréquents réveils à l'origine d'une fragmentation du sommeil.La polysomnographie (PSG) représente le moyen diagnostic de choix. Il consiste en l'enregistrement dans un laboratoire du sommeil et en présence d'un technicien diplômé, du tracé électroencéphalographique (EEG), de l'électrooculogramme (EOG), de l'électromyogramme mentonnier (EMG), du flux respiratoire nasal, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de l'électrocardiogramme (ECG), des mouvements thoraciques et abdominaux, de la position du corps et des mouvements des jambes. L'examen est filmé par caméra infrarouge et les sons sont enregistrés.Cet examen permet entre autres mesures, de déterminer les événements respiratoires obstructifs nécessaires au diagnostic de syndrome d'apnée du sommeil. On définit une apnée lors d'arrêt complet du débit aérien durant au moins 10 secondes et une hypopnée en cas, soit de diminution franche de l'amplitude du flux respiratoire supérieure à 50% durant au moins 10 secondes, soit de diminution significative (20%) de l'amplitude du flux respiratoire pendant au minimum 10 secondes associée à un micro-éveil ou à une désaturation d'au moins 3% par rapport à la ligne de base. La détection des micro-éveils se fait en utilisant les dérivations électroencéphalographiques, électromyographiques et électrooculographiques. Il existe des critères visuels de reconnaissance de ces éveils transitoire: apparition de rythme alpha (8.1 à 12.0 Hz) ou beta (16 à 30 Hz) d'une durée supérieure à 3 secondes [20-21].Le diagnostic de S AOS est retenu si l'on retrouve plus de 5 événements respiratoires obstructifs par heure de sommeil associés soit à une somnolence diurne évaluée selon le score d'Epworth ou à au moins 2 symptômes parmi les suivants: sommeil non réparateur, étouffements nocturne, éveils multiples, fatigue, troubles de la concentration. Le S AOS est gradué en fonction du nombre d'événements obstructifs par heure de sommeil en léger (5 à 15), modéré (15 à 30) et sévère (>30).La polysomnographie (PSG) comporte plusieurs inconvénients pratiques. En effet, elle doit être réalisée dans un laboratoire du sommeil avec la présence permanente d'un technicien, limitant ainsi son accessibilité et entraînant des délais diagnostiques et thérapeutiques. Pour ces mêmes raisons, il s'agit d'un examen onéreux.La polygraphie respiratoire (PG) représente l'alternative diagnostique au gold standard qu'est l'examen polysomnographique. Cet examen consiste en l'enregistrement en ambulatoire, à savoir au domicile du patient, du flux nasalrespiratoire, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de la position du corps et du ronflement (par mesure de pression).En raison de sa sensibilité et sa spécificité moindre, la PG reste recommandée uniquement en cas de forte probabilité de SAOS. Il existe deux raisons principales à l'origine de la moindre sensibilité de l'examen polygraphique. D'une part, du fait que l'état de veille ou de sommeil n'est pas déterminé avec précision, il y a dilution des événements respiratoires sur l'ensemble de l'enregistrement et non sur la période de sommeil uniquement. D'autre part, en l'absence de tracé EEG, la quantification des micro-éveils est impossible. Il n'est donc pas possible dans l'examen poly graphique, de reconnaître une hypopnée en cas de diminution de flux respiratoire de 20 à 50% non associée à un épisode de désaturation de l'hémoglobine de 3% au moins. Alors que dans l'examen polysomnographique, une telle diminution du flux respiratoire pourrait être associée à un micro-éveil et ainsi comptabilisée en tant qu'hypopnée.De ce constat est né la volonté de trouver un équivalent de micro-éveil en polygraphie, en utilisant les signaux à disposition, afin d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique.Or plusieurs études ont démontrés que les micro-éveils sont associés à des réactions du système nerveux autonome. Lors des micro-éveils, on met en évidence la survenue d'une vasoconstriction périphérique. La variation du tonus sympathique associée aux micro-éveils peut être mesurée par différentes méthodes. Les variations de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie représentant un marqueur fiable de la vasoconstriction périphérique associée aux micro-réveils, il paraît donc opportun d'utiliser ce marqueur autonomique disponible sur le tracé des polygraphies ambulatoires afin de renforcer la sensibilité de cet examen.Le but de l'étude est d'évaluer la sensibilité des variations de l'amplitude de l'onde de pouls pour détecter des micro-réveils corticaux afin de trouver un moyen d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique et de renforcer ainsi sont pouvoir diagnostic.L'objectif est de démontrer qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde pouls est concomitante à une activation corticale correspondant à un micro¬réveil. Cette constatation pourrait permettre de déterminer une hypopnée, en polygraphie, par une diminution de 20 à 50% du flux respiratoire sans désaturation de 3% mais associée à une baisse significative de l'amplitude de pouls en postulant que l'événement respiratoire a entraîné un micro-réveil. On retrouve par cette méthode les mêmes critères de scoring d'événements respiratoires en polygraphie et en polysomnographie, et l'on renforce la sensibilité de la polygraphie par rapport au gold standard polysomnographique.La méthode consiste à montrer en polysomnographie qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie est associée à une activation du signal électroencéphalographique, en réalisant une analyse spectrale du tracé EEG lors des baisses d'amplitude du signal d'onde de pouls.Pour ce faire nous avons réalisé une étude rétrospective sur plus de 1000 diminutions de l'amplitude de l'onde de pouls sur les tracés de 10 sujets choisis de manière aléatoire parmi les patients référés dans notre centre du sommeil (CIRS) pour suspicion de trouble respiratoire du sommeil avec somnolence ou symptomatologie diurne.Les enregistrements nocturnes ont été effectués de manière standard dans des chambres individuelles en utilisant le système d'acquisition Embla avec l'ensemble des capteurs habituels. Les données ont été par la suite visuellement analysées et mesurées en utilisant le software Somnologica version 5.1, qui fournit un signal de l'amplitude de l'onde de pouls (puise wave amplitude - PWA).Dans un premier temps, un technicien du sommeil a réalisé une analyse visuelle du tracé EEG, en l'absence des données du signal d'amplitude d'onde de pouls. Il a déterminé les phases d'éveil et de sommeil, les stades du sommeil et les micro¬éveils selon les critères standards. Les micro-éveils sont définis lors d'un changement abrupt dans la fréquence de l'EEG avec un pattern d'ondes thêta-alpha et/ou une fréquence supérieure à 16 Hz (en l'absence de fuseau) d'une durée d'au minimum trois secondes. Si cette durée excède quinze secondes, l'événement correspond à un réveil.Puis, deux investigateurs ont analysé le signal d'amplitude d'onde de pouls, en masquant les données du tracé EEG qui inclut les micro-éveils. L'amplitude d'onde de pouls est calculée comme la différence de valeur entre le zénith et le nadir de l'onde pour chaque cycle cardiaque. Pour chaque baisse de l'amplitude d'onde de pouls, la plus grande et la plus petite amplitude sont déterminées et le pourcentage de baisse est calculé comme le rapport entre ces deux amplitudes. On retient de manière arbitraire une baisse d'au moins 20% comme étant significative. Cette limite a été choisie pour des raisons pratiques et cliniques, dès lors qu'elle représentait, à notre sens, la baisse minimale identifiable à l'inspection visuelle. Chaque baisse de PWA retenue est divisée en 5 périodes contiguës de cinq secondes chacune. Deux avant, une pendant et deux après la baisse de PWA.Pour chaque période de cinq secondes, on a pratiqué une analyse spectrale du tracé EEG correspondant. Le canal EEG C4-A1 est analysé en utilisant la transformée rapide de Fourier (FFT) pour chaque baisse de PWA et pour chaque période de cinq secondes avec une résolution de 0.2 Hz. La distribution spectrale est catégorisée dans chaque bande de fréquence: delta (0.5 à 4.0 Hz); thêta (4.1 à 8.0Hz); alpha (8.1 à 12.0 Hz); sigma (12.1 à 16 Hz) et beta (16.1 à 30.0 Hz). La densité de puissance (power density, en μΥ2 ) pour chaque bande de fréquence a été calculée et normalisée en tant que pourcentage de la puissance totale. On a déterminé, ensuite, la différence de densité de puissance entre les 5 périodes par ANOVA on the rank. Un test post hoc Tukey est été utilisé pour déterminer si les différences de densité de puissance étaient significatives. Les calculs ont été effectués à l'aide du software Sigmastat version 3.0 (Systat Software San Jose, California, USA).Le principal résultat obtenu dans cette étude est d'avoir montré une augmentation significative de la densité de puissance de l'EEG pour toutes les bandes de fréquence durant la baisse de l'amplitude de l'onde de pouls par rapport à la période avant et après la baisse. Cette augmentation est par ailleurs retrouvée dans la plupart des bande de fréquence en l'absence de micro-réveil visuellement identifié.Ce résultat témoigné donc d'une activation corticale significative associée à la diminution de l'onde de pouls. Ce résulat pourrait permettre d'utiliser les variations de l'onde de pouls dans les tracés de polygraphie comme marqueur d'une activation corticale. Cependant on peut dire que ce marqueur est plus sensible que l'analyse visuelle du tracé EEG par un technicien puisque qu'on notait une augmentation de lactivité corticale y compris en l'absence de micro-réveil visuellement identifié. L'application pratique de ces résultats nécessite donc une étude prospective complémentaire.

Phase-sensitive dual-inversion recovery for accelerated carotid vessel wall imaging.

OBJECTIVES: Dual-inversion recovery (DIR) is widely used for magnetic resonance vessel wall imaging. However, optimal contrast may be difficult to obtain and is subject to RR variability. Furthermore, DIR imaging is time-inefficient and multislice acquisitions may lead to prolonged scanning times. Therefore, an extension of phase-sensitive (PS) DIR is proposed for carotid vessel wall imaging. METHODS: The statistical distribution of the phase signal after DIR is probed to segment carotid lumens and suppress their residual blood signal. The proposed PS-DIR technique was characterized over a broad range of inversion times. Multislice imaging was then implemented by interleaving the acquisition of 3 slices after DIR. Quantitative evaluation was then performed in healthy adult subjects and compared with conventional DIR imaging. RESULTS: Single-slice PS-DIR provided effective blood-signal suppression over a wide range of inversion times, enhancing wall-lumen contrast and vessel wall conspicuity for carotid arteries. Multislice PS-DIR imaging with effective blood-signal suppression is enabled. CONCLUSIONS: A variant of the PS-DIR method has successfully been implemented and tested for carotid vessel wall imaging. This technique removes timing constraints related to inversion recovery, enhances wall-lumen contrast, and enables a 3-fold increase in volumetric coverage at no extra cost in scanning time.

Hematopoietic stem cell function and survival depend on c-Myc and N-Myc activity.

Myc activity is emerging as a key element in acquisition and maintenance of stem cell properties. We have previously shown that c-Myc deficiency results in accumulation of defective hematopoietic stem cells (HSCs) due to niche-dependent differentiation defects. Here we report that immature HSCs coexpress c-myc and N-myc mRNA at similar levels. Although conditional deletion of N-myc in the bone marrow does not affect hematopoiesis, combined deficiency of c-Myc and N-Myc (dKO) results in pancytopenia and rapid lethality. Interestingly, proliferation of HSCs depends on both myc genes during homeostasis, but is c-Myc/N-Myc independent during bone marrow repair after injury. Strikingly, while most dKO hematopoietic cells undergo apoptosis, only self-renewing HSCs accumulate the cytotoxic molecule Granzyme B, normally employed by the innate immune system, thereby revealing an unexpected mechanism of stem cell apoptosis. Collectively, Myc activity (c-Myc and N-Myc) controls crucial aspects of HSC function including proliferation, differentiation, and survival.