The fourth extracellular loop of the alpha subunit of Na,K-ATPase. Functional evidence for close proximity with the second extracellular loop.

Na,K-ATPase is the main active transport system that maintains the large gradients of Na(+) and K(+) across the plasma membrane of animal cells. The crystal structure of a K(+)-occluding conformation of this protein has been recently published, but the movements of its different domains allowing for the cation pumping mechanism are not yet known. The structure of many more conformations is known for the related calcium ATPase SERCA, but the reliability of homology modeling is poor for several domains with low sequence identity, in particular the extracellular loops. To better define the structure of the large fourth extracellular loop between the seventh and eighth transmembrane segments of the alpha subunit, we have studied the formation of a disulfide bond between pairs of cysteine residues introduced by site-directed mutagenesis in the second and the fourth extracellular loop. We found a specific pair of cysteine positions (Y308C and D884C) for which extracellular treatment with an oxidizing agent inhibited the Na,K pump function, which could be rapidly restored by a reducing agent. The formation of the disulfide bond occurred preferentially under the E2-P conformation of Na,K-ATPase, in the absence of extracellular cations. Using recently published crystal structure and a distance constraint reproducing the existence of disulfide bond, we performed an extensive conformational space search using simulated annealing and showed that the Tyr(308) and Asp(884) residues can be in close proximity, and simultaneously, the SYGQ motif of the fourth extracellular loop, known to interact with the extracellular domain of the beta subunit, can be exposed to the exterior of the protein and can easily interact with the beta subunit.

Expression analysis of the AtPHO1 gene family in Arabidopsis thaliana and the involvement of AtPHO1 in the regulation of stomatal movements

Résumé Le transfert du phosphate des racines vers les feuilles s'effectue par la voie du xylème. Il a été précédemment démontré que la protéine AtPHO1 était indispensable au transfert du phosphate dans les vaisseaux du xylème des racines chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Le séquençage et l'annotation du génome d'Arabidopsis ont permis d'identifier dix séquences présentant un niveau de similarité significatif avec le gène AtPHO1 et constituant une nouvelle famille de gène appelé la famille de AtPHO1. Basée sur une étude moléculaire et génétique, cette thèse apporte des éléments de réponse pour déterminer le rôle des membres de ia famille de AtPHO1 chez Arabidopsis, inconnue à ce jour. Dans un premier temps, une analyse bioinformatique des séquences protéiques des membres de la famille de AtPHO1 a révélé la présence dans leur région N-terminale d'un domaine nommé SPX. Ce dernier est conservé parmi de nombreuses protéines impliquées dans l'homéostasie du phosphate chez la levure, renforçant ainsi l'hypothèse que les membres de la famille de AtPHO1 auraient comme AtPHO1 un rôle dans l'équilibre du phosphate dans la plante. En parallèle, la localisation tissulaire de l'expression des gènes AtPHO dans Arabidopsis a été identifiée par l'analyse de plantes transgéniques exprimant le gène rapporteur uidA sous le contrôle des promoteurs respectifs des gènes AtPHO. Un profil d'expression de chaque gène AtPHO au cours du développement de la plante a été obtenu. Une expression prédominante au niveau des tissus vasculaires des racines, des feuilles, des tiges et des fleurs a été observée, suggérant que les gènes AtPHO pourraient avoir des fonctions redondantes au niveau du transfert de phosphate dans le cylindre vasculaire de ces différents organes. Toutefois, plusieurs régions promotrices des gènes AtPHO contrôlent également un profil d'expression GUS non-vasculaire, indiquant un rôle putatif des gènes AtPHO dans l'acquisition ou le recyclage de phosphate dans la plante. Dans un deuxième temps, l'analyse de l'expression des gènes AtPHO durant une carence en phosphate a établi que seule l'expression des gènes AtPHO1, AtPHO1; H1 et AtPHO1; H10 est régulée par cette carence. Une étude approfondie de leur expression en réponse à des traitements affectant l'homéostasie du phosphate dans la plante a ensuite démontré leur régulation par différentes voies de signalisation. Ensuite, une analyse détaillée de la régulation de l'expression du gène AtPHO1; H1O dans des feuilles d'Arabidopsis blessées ou déshydratées a révélé que ce gène constitue le premìer gène marqueur d'une nouvelle voie de signalisation induite par l'OPDA, pas par le JA et dépendante de la protéine COI1. Ces résultats démontrent pour la première fois que l'OPDA et le JA peuvent activer différents gènes via des voies de signalisation dépendantes de COI1. Enfin, cette thèse révèle l'identification d'un nouveau rôle de la protéine AtPHO1 dans la régulation de l'action de l'ABA au cours des processus de fermeture stomatique et de germination des graines chez Arabidopsis. Bien que les fonctions exactes des protéines AtPHO restent à être déterminées, ce travail de thèse suggère leur implication dans la propagation de différents signaux dans la plante via la modulation du potentiel membranaire et/ou l'affectation de la composition en ions des cellules comme le font de nombreux transporteurs ou régulateur du transport d'ions. Summary Phosphate is transferred from the roots to the shoot via the xylem. The requirement for AtPHO1 protein to transfer phosphate to the xylem vessels of the root has been previously demonstrated in Arabidopsis thaliana. The sequencing and the annotation of the Arabidopsis genome had allowed the identification of ten sequences that show a significant level of similarity with the AtPHO1 gene. These 10 genes, of unknown functions, constitute a new gene family called the AtPHO1 gene family. Based on a molecular and genetics study, this thesis reveals some information needed to understand the role of the AtPHO1 family members in the plant Arabidopsis. First, a bioinformatics study revealed that the AtPHO sequences contained, in the N-terminal hydrophilic region, a motif called SPX and conserved among multiple proteins involved in phosphate homeostasis in yeast. This finding reinforces the hypothesis that all AtPHO1 family members have, as AtPHO1, a role in phosphate homeostasis. In parallel, we identified the pattern of expression of AtPHO genes in Arabidopsis via analysis of transgenic plants expressing the uidA reporter gene under the control of respective AtPHO promoter regions. The results exhibit a predominant expression of AtPHO genes in vascular tissues of all organs of the plant, implying that these AtPHO genes could have redundant functions in the transfer of phosphate to the vascular cylinder of various organs. The GUS expression pattern for several AtPHO promoter regions was also detected in non-vascular tissue indicating a broad role of AtPHO genes in the acquisition or in the recycling of phosphate in the plant. In a second step, the analysis of the expression of AtPHO genes during phosphate starvation established that only the expression of the AtPHO1, AtPHO1; H1 and AtPHO1; H10 genes were regulated by Pi starvation. Interestingly, different signalling pathways appeared to regulate these three genes during various treatments affecting Pi homeostasis in the plant. The third chapter presents a detailed analysis of the signalling pathways regulating the expression of the AtPHO1; H10 gene in Arabidopsis leaves during wound and dehydrated stresses. Surprisingly, the expression of AtPHO1; H10 was found to be regulated by OPDA (the precursor of JA) but not by JA itself and via the COI1 protein (the central regulator of the JA signalling pathway). These results demonstrated for the first time that OPDA and JA could activate distinct genes via COI1-dependent pathways. Finally, this thesis presents the identification of a novel role of the AtPHO1 protein in the regulation of ABA action in Arabidopsis guard cells and during seed germination. Although the exact role and function of AtPHO1 still need to be determined, these last findings suggest that AtPHO1 and by extension other AtPHO proteins could mediate the propagation of various signals in the plant by modulating the membrane potential and/or by affecting cellular ion composition, as it is the case for many ion transporters or regulators of ion transport.

Endoscopic mucosal resection in the esophagus with a new rigide device : an animal study

Résumé: Introduction : L'utilisation de méthodes endoscopiques peu invasives est en constante augmentation pour le traitement des lésions tumorales précoces de l'oesophage. Le but du traitement comprend l'éradication complète de tous les foyers de dysplasie ou de carcinome in situ, notamment dans les métaplasies intestinales de l'oesophage de Barrett, qui peuvent dégénérer en adénocarcinome. Plusieurs techniques d'ablation de la muqueuse oesophagienne (laser, argon plasma, electrocoagulation, photothérapie dynamique, résection endoscopique) ont été utilisées jusqu'à présent, mais aucune n'a vraiment donné entière satisfaction. Les techniques actuelles de résections endoscopiques par fibroscopie sont entre autres limitées par le grand nombre de séances nécessaires à l'éradication complète de la lésion et par la petite taille des fragments de muqueuse obtenus, ce qui rend l'analyse histologique difficile. Dans notre étude animale, nous avons évalué la faisabilité, l'efficacité et la sécurité d'une méthode de résection endoscopique à l'aide d'un nouvel oesophagoscope rigide. Matériel et méthode : Le résectoscope est formé d'un oesophagoscope rigide avec une fenêtre distale transparente à travers laquelle la muqueuse et une partie de la sous-muqueuse sont aspirées et ensuite réséquées avec une anse thermique. Les diverses fenêtres utilisées ont une taille comprise entre 2.2 et 4.4 cm. Le mouton a été choisi en raison de la ressemblance de son oesophage avec celui de l'humain en ce qui concerne l'épaisseur de son oesophage et sa structure histologique. Nous avons effectué 55 résections hémi-circonférentielles sur 21 animaux et 11 résections circonférentielles sur 11 autres. La Mitomycine-C, une substance qui inhibe la prolifération fibroblastique, a été utilisée dans 8 résections circonférentielles à différents intervalles de temps afin d'empêcher la survenue de sténoses oesophagiennes. Résultats : Toutes les résections hémi-circonférentielles ont permis d'obtenir des fragments compacts de tissu avec des bords nets, ce qui permet une excellente étude histologique. La surface du tissu prélevé était en corrélation avec la taille de la fenêtre du resectoscope. Nous avons ainsi pu obtenir des fragments avec des dimensions comprises entre 6 et 12 cm2. Pour les résections circonférentielles, les tissus étaient obtenus en 2 parties, en inversant de 180° la position de l'appareil. La profondeur de la résection a été optimale dans 58 cas sur 65 avec une découpe précise au niveau de la sous-muqueuse sans lésion de la couche musculaire sous- jacente. Il n'y a pas eu de complications après les résections hémi-circonférentielles. Les complications engendrées par les résections circonférentielles (sténose, perforation) n'ont plus été rencontrées après application locale de Mitomycine-C administrée à des intervalles de temps bien précis. Conclusion : Notre méthode de résection endoscopique de la muqueuse oesophagienne offre une nouvelle approche très prometteuse par rapport aux options déjà disponibles. Elle apparaît supérieure en ce qui concerne la taille de tissu prélevé, la précision et régularité de la profondeur de résection, ainsi que la facilité et sûreté du diagnostic histologique et des marges de sécurité. Les résections hémi-circonférentielles se sont révélées sûres chez le modèle animal. Cette nouvelle technique mérite de plus amples investigations pour les résections circonférentielles avant son utilisation chez l'humain. Abstract: Background and Study Aims: We undertook this retrospective study to evaluate the frequency and prognosis of endoscopic treatment of laterally spreading tumors (LSTs) in the rectum. The recurrence rate for lesions of the lower rectum was compared with that of the upper rectum. Patients and Methods: During the period from July 1989 to June 2002, a total of 1237 rectal tumors were detected. LSTs accounted for 6.9% (85/1237) of all rectal tumors. A total of 224 tumors of the lower rectum were detected among the 1237 rectal tumors. LSTs accounted for 16.1 % (36/224) of all the lower rectal tumors. From 85 LST lesions, 67 were evaluated for their prognosis after endoscopic mucosal resection (EMR). Patients whose LSTs had been resected were followed up by endoscopy at the following frequencies: once 15 (22.4%); twice (more than 1 year), 20 (29.9%); three times (more than 3 years), 21(31.3%); and four times or more (more than 5 years), 11 (16.4%). Results: A total of 67 patients with endoscopically treated LSTs were followed up by endoscopy. We observed recurrences in two lesions of the upper rectum (2/38, 5.3%) and five lesions of the lower rectum (5/29, 17.2%) (P = 0.2364); all seven lesions were resected piecemeal. LSTs whose horizontal margin reached the pectinate line frequently recurred in the lower rectum, at a rate of 80% (4/5). However, all patients were completely cured by additional endoscopic resections, the greatest number of treatments being four. Conclusion: For early detection of recurrence and successful endoscopic cure, further colonoscopic examination within a few months after the first treatment is necessary.

Translation of biomechanical concepts in bone tissue engineering: from animal study to revision knee arthroplasty.

Bone defects in revision knee arthroplasty are often located in load-bearing regions. The goal of this study was to determine whether a physiologic load could be used as an in situ osteogenic signal to the scaffolds filling the bone defects. In order to answer this question, we proposed a novel translation procedure having four steps: (1) determining the mechanical stimulus using finite element method, (2) designing an animal study to measure bone formation spatially and temporally using micro-CT imaging in the scaffold subjected to the estimated mechanical stimulus, (3) identifying bone formation parameters for the loaded and non-loaded cases appearing in a recently developed mathematical model for bone formation in the scaffold and (4) estimating the stiffness and the bone formation in the bone-scaffold construct. With this procedure, we estimated that after 3 years mechanical stimulation increases the bone volume fraction and the stiffness of scaffold by 1.5- and 2.7-fold, respectively, compared to a non-loaded situation.

Representation of motor habit in a sequence of repetitive reach and grasp movements performed by macaque monkeys: evidence for a contribution of the dorsolateral prefrontal cortex.

In the context of an autologous cell transplantation study, a unilateral biopsy of cortical tissue was surgically performed from the right dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC) in two intact adult macaque monkeys (dlPFC lesioned group), together with the implantation of a chronic chamber providing access to the left motor cortex. Three other monkeys were subjected to the same chronic chamber implantation, but without dlPFC biopsy (control group). All monkeys were initially trained to perform sequential manual dexterity tasks, requiring precision grip. The motor performance and the prehension's sequence (temporal order to grasp pellets from different spatial locations) were analysed for each hand. Following the surgery, transient and moderate deficits of manual dexterity per se occurred in both groups, indicating that they were not due to the dlPFC lesion (most likely related to the recording chamber implantation and/or general anaesthesia/medication). In contrast, changes of motor habit were observed for the sequential order of grasping in the two monkeys with dlPFC lesion only. The changes were more prominent in the monkey subjected to the largest lesion, supporting the notion of a specific effect of the dlPFC lesion on the motor habit of the monkeys. These observations are reminiscent of previous studies using conditional tasks with delay that have proposed a specialization of the dlPFC for visuo-spatial working memory, except that this is in a different context of "free-will", non-conditional manual dexterity task, without a component of working memory.

Prevalence and characteristics of periodic leg movements during sleep in the general population : the Hypnolaus study

Objective: The aim of this study was to describe the prevalence and characteristics of periodic legs movements of sleep (PLMS) in theadult general population. Methods: Data from 2162 subjects (51.2% women, mean SD age:58, 11 years, range: 40.5-84.4 years) participating in a population-based cohort study (HypnoLaus, Lausanne, Switzerland) wascollected. They completed a series of sleep related questionnaires and underwent polysomnographic recordings at home. PLMS index(PLMSI) was determined according to AASM 2007 criteria. APLMSI>15/h was considered to be of potential clinical significance. Conclusions: PLMS are highly prevalent in the general population. Age, male gender and RLS are independent predictors of a PLMSIhigher than 15/h. Further studies are needed to evaluate the clinical impact of PLMS.

Colonic movements in healthy subjects as monitored by a Magnet Tracking System

Rapport de synthèse : Le Magnet Tracking System (MTS) est une technique peu invasive d'investigation de la motilité de l'entier du tube digestif. Elle repose sur le suivi de la progression d'un aimant par des senseurs externes en temps réel et dans les 3 dimensions. Dans cette étude, le MTS a été utilisé pour étudier les caractéristiques de propulsion propres aux différents segments coliques ainsi que pour comparer le transit de l'aimant permanent du MTS à celui de marqueurs radioopaques habituellement utilisés. Dix hommes et 10 femmes ayant un transit gastro-intestinal régulier ont ingéré simultanément un aimant de MTS et une capsule contenant 10 marqueurs radio-opaques, à 20h00. Les enregistrements se sont ensuite déroulés sur 2 matinées successives de 5 heures. L'analyse des données brutes recueillies a permis de réaliser une projection spatio-temporelle de la trajectoire de l'aimant dans le tube digestif ainsi qu'une description précise de l'origine, de la direction, de l'amplitude et de la vitesse des mouvements coliques. Des radiographies d'abdomen ont permis de comparer les positions respectives des marqueurs radio-opaques et de l'aimant du MTS. Durant 90% du temps d'enregistrement, l'aimant était immobile ou présentait des mouvements alternatifs de faible amplitude. Le reste des enregistrements consiste en activité propulsive dont 20% représentent des déplacements rétrogrades et une description très précise de 34 mouvements de masses. L'analyse des déplacements démontre une distribution bimodales des vitesses voisine de 1.5 et 50 cm /min, ce tant en direction orale que caudale. Deux tiers des distances parcourues le sont à vitesse rapide. L'analyse segmentaire confirme une progression horaire absolue supérieure dans le côlon gauche que droit. L'analyse détaillée par segment colique, reposant sur la description des déplacements enregistrés correspond aux rôles reconnus des différents segments, notamment de aire de stockage et de conditionnement du côlon ascendant ou de transit du côlon descendant. La comparaison des 2 sexes démontre un nombre plus important de mouvements, particulièrement de mouvements de masse chez l'homme. Les radiographies montrent une bonne corrélation entre la position de l'aimant et celle des marqueurs radio-opaques. Le MTS permet ainsi une description précise des caractéristiques propulsives des différents segments coliques, notamment par l'analyse détaillée des progressions à vitesses lente et rapide et leurs directions. Des distinctions peuvent également être notées en fonction du sexe. Ces investigations offrent de nouvelles perspectives pour l'étude des troubles de la motilité digestive.

The age of movements along the insubric line West of Locarno (Northern Italy and southern Switzerland)

Permo-Mesozoic Canavese sediments are pinched in between the pre-Alpine high-grade metamorphic Ivrea Zone and the Alpine metamorphosed Sesia Zone along the Insubric Line W of Locarno. According to the ``illite crystallinity'' these sediments were deformed under anchi- and epizonal conditions. Synkinematically formed white mica in the mylonitized Canavese sediments yields the following K-Ar age ranges: 60-76 Ma at the southwestern end, 28-43 Ma in the central part and 19-26 Ma in the northeastern part of the Insubric Line W of Locarno. The youngest age group dates the main uplift and dextral strike-slip movements of the Insubric Line, comprising mylonites in the NE and cataclasites in the SW. This activity correlates with Late Oligocene to Early Miocene rapid cooling and uplift of the Central Alps.

Climate change effects on animal and plant phylogenetic diversity in southern Africa

Much attention has been paid to the effects of climate change on species' range reductions and extinctions. There is however surprisingly little information on how climate change driven threat may impact the tree of life and result in loss of phylogenetic diversity (PD). Some plant families and mammalian orders reveal nonrandom extinction patterns, but many other plant families do not. Do these discrepancies reflect different speciation histories and does climate induced extinction result in the same discrepancies among different groups? Answers to these questions require representative taxon sampling. Here, we combine phylogenetic analyses, species distribution modeling, and climate change projections on two of the largest plant families in the Cape Floristic Region (Proteaceae and Restionaceae), as well as the second most diverse mammalian order in Southern Africa (Chiroptera), and an herbivorous insect genus (Platypleura) in the family Cicadidae to answer this question. We model current and future species distributions to assess species threat levels over the next 70years, and then compare projected with random PD survival. Results for these animal and plant clades reveal congruence. PD losses are not significantly higher under predicted extinction than under random extinction simulations. So far the evidence suggests that focusing resources on climate threatened species alone may not result in disproportionate benefits for the preservation of evolutionary history.

Developmental critical period in gentic redox dysregulation: animal and human studies in schizophrenia

Converging evidence favors an abnormal susceptibility to oxidative stress in schizophrenia. Decreased levels of glutathione (GSH), the major cellular antioxidant and redox regulator, was observed in cerebrospinal-fluid and prefrontal cortex of patients. Importantly, abnormal GSH synthesis of genetic origin was observed: Two case-control studies showed an association with a GAG trinucleotide repeat (TNR) polymorphism in the GSH key synthesizing enzyme glutamate-cysteine-ligase (GCL) catalytic subunit (GCLC) gene. The most common TNR genotype 7/7 was more frequent in controls, whereas the rarest TNR genotype 8/8 was three times more frequent in patients. The disease associated genotypes (35% of patients) correlated with decreased GCLC protein, GCL activity and GSH content. Similar GSH system anomalies were observed in early psychosis patients. Such redox dysregulation combined with environmental stressors at specific developmental stages could underlie structural and functional connectivity anomalies. In pharmacological and knock-out (KO) models, GSH deficit induces anomalies analogous to those reported in patients. (a) morphology: spine density and GABA-parvalbumine immunoreactivity (PV-I) were decreased in anterior cingulate cortex. KO mice showed delayed cortical PV-I at PD10. This effect is exacerbated in mice with increased DA from PD5-10. KO mice exhibit cortical impairment in myelin and perineuronal net known to modulate PV connectivity. (b) physiology: In cultured neurons, NMDA response are depressed by D2 activation. In hippocampus, NMDA-dependent synaptic plasticity is impaired and kainate induced g-oscillations are reduced in parallel to PV-I. (c) cognition: low GSH models show increased sensitivity to stress, hyperactivity, abnormal object recognition, olfactory integration and social behavior. In a clinical study, GSH precursor N-acetyl cysteine (NAC) as add on therapy, improves the negative symptoms and decreases the side effects of antipsychotics. In an auditory oddball paradigm, NAC improves the mismatched negativity, an evoked potential related to pre-attention and to NMDA receptors function. In summary, clinical and experimental evidence converge to demonstrate that a genetically induced dysregulation of GSH synthesis combined with environmental insults in early development represent a major risk factor contributing to the development of schizophrenia Conclusion Based on these data, we proposed a model for PSIP1 promoter activity involving a complex interplay between yet undefined regulatory elements to modulate gene expression.

La dignité de l'animal. Quel statut pour les animaux à l'heure des technosciences?

A bien des égards, comme le philosophe Emmanuel Kant l'avait déjà signalé, la manière dont nous traitons les animaux nous renvoie en miroir notre propre attitude envers nos compagnons humains. La maladie de la vache folle n'est-elle pas le résultat d'une rationalité industrielle déraisonnable et, par là même, le révélateur des dérives de la rationalité instrumentale et des menaces qui pèsent sur l'éthique ? Les perspectives ouvertes par le génie génétique et par les xénotransplantations n'annoncent-elles pas une fuite en avant dans les illusions d'une technoscience sans conscience et sans précaution ? Comment trouver un équilibre entre les intérêts des patients, les finalités de la médecine, le respect de l'animal et les réalités de l'économie ou de la politique ? Pour promouvoir une éthique à la hauteur de ces questions, faut-il abandonner tout anthropocentrisme, adopter une philosophie centrée sur la vie et le vivant (biocentrisme) prenant uniquement en compte le critère de la souffrance humaine et animale (pathocentrisme) ?Fruit d'un colloque interdisciplinaire tenu à Lausanne en mai 1999, cet ouvrage donne la parole à des chercheurs d'horizon très variés : des spécialistes de la zoologie, de l'étude du comportement animal, de la douleur animale et humaine et de l'anthropologie culturelle, des juristes, des médecins, des philosophes et des théologiens.