Cell-based computational modeling of vascular morphogenesis using Tissue Simulation Toolkit.

Computational modeling has become a widely used tool for unraveling the mechanisms of higher level cooperative cell behavior during vascular morphogenesis. However, experimenting with published simulation models or adding new assumptions to those models can be daunting for novice and even for experienced computational scientists. Here, we present a step-by-step, practical tutorial for building cell-based simulations of vascular morphogenesis using the Tissue Simulation Toolkit (TST). The TST is a freely available, open-source C++ library for developing simulations with the two-dimensional cellular Potts model, a stochastic, agent-based framework to simulate collective cell behavior. We will show the basic use of the TST to simulate and experiment with published simulations of vascular network formation. Then, we will present step-by-step instructions and explanations for building a recent simulation model of tumor angiogenesis. Demonstrated mechanisms include cell-cell adhesion, chemotaxis, cell elongation, haptotaxis, and haptokinesis.

The connectome viewer toolkit: an open source framework to manage, analyze, and visualize connectomes.

Advanced neuroinformatics tools are required for methods of connectome mapping, analysis, and visualization. The inherent multi-modality of connectome datasets poses new challenges for data organization, integration, and sharing. We have designed and implemented the Connectome Viewer Toolkit - a set of free and extensible open source neuroimaging tools written in Python. The key components of the toolkit are as follows: (1) The Connectome File Format is an XML-based container format to standardize multi-modal data integration and structured metadata annotation. (2) The Connectome File Format Library enables management and sharing of connectome files. (3) The Connectome Viewer is an integrated research and development environment for visualization and analysis of multi-modal connectome data. The Connectome Viewer's plugin architecture supports extensions with network analysis packages and an interactive scripting shell, to enable easy development and community contributions. Integration with tools from the scientific Python community allows the leveraging of numerous existing libraries for powerful connectome data mining, exploration, and comparison. We demonstrate the applicability of the Connectome Viewer Toolkit using Diffusion MRI datasets processed by the Connectome Mapper. The Connectome Viewer Toolkit is available from http://www.cmtk.org/

ABCtoolbox: a versatile toolkit for approximate Bayesian computations.

BACKGROUND: The estimation of demographic parameters from genetic data often requires the computation of likelihoods. However, the likelihood function is computationally intractable for many realistic evolutionary models, and the use of Bayesian inference has therefore been limited to very simple models. The situation changed recently with the advent of Approximate Bayesian Computation (ABC) algorithms allowing one to obtain parameter posterior distributions based on simulations not requiring likelihood computations. RESULTS: Here we present ABCtoolbox, a series of open source programs to perform Approximate Bayesian Computations (ABC). It implements various ABC algorithms including rejection sampling, MCMC without likelihood, a Particle-based sampler and ABC-GLM. ABCtoolbox is bundled with, but not limited to, a program that allows parameter inference in a population genetics context and the simultaneous use of different types of markers with different ploidy levels. In addition, ABCtoolbox can also interact with most simulation and summary statistics computation programs. The usability of the ABCtoolbox is demonstrated by inferring the evolutionary history of two evolutionary lineages of Microtus arvalis. Using nuclear microsatellites and mitochondrial sequence data in the same estimation procedure enabled us to infer sex-specific population sizes and migration rates and to find that males show smaller population sizes but much higher levels of migration than females. CONCLUSION: ABCtoolbox allows a user to perform all the necessary steps of a full ABC analysis, from parameter sampling from prior distributions, data simulations, computation of summary statistics, estimation of posterior distributions, model choice, validation of the estimation procedure, and visualization of the results.

Selectin ligands on leukemic cells

RESUME L'infiltration tissulaire par les cellules leucémiques, responsable de leucostase, est une complication grave de la leucémie aiguë hyperleucocytaire. Elle peut entraîner une détresse respiratoire et des troubles neurologiques de mauvais pronostic. Pendant longtemps, la prolifération intravasculaire des cellules leucémiques et l'augmentation de la viscosité étaient considérées comme en étant responsables, et le traitement reposait sur une cytoréduction rapide par leucaphérèse. Actuellement, l'interaction entre les cellules leucémiques et l'endothélium vasculaire est plutôt considérée comme la cause de ce phénomène. En effet, les cellules leucémiques peuvent induire l'expression des sélectives endothéliales. Les sélectives initient le roulement des leucocytes avant leur adhésion ferme et leur migration dans les tissus. Elles reconnaissent des ligands spécifiques exprimés à la surface des leucocytes, comme PSGL-1 qui est un ligand commun des sélectives. Cependant, plusieurs études suggèrent que d'autres ligands de la E-sélective soient exprimés par les leucocytes. L'interaction des cellules leucémiques avec la E- et la P- sélective est corrélée avec l'expression de la molécule CLA, reconnue par l'anticorps HECA-452. L'immunopurification des ligands de la E-sélective avec cet anticorps a permis d'isoler, des cellules THP1 et U937, une protéine de 170 kDa, ainsi qu'une autre protéine de 250 kDa des cellules U937, en plus de PSGL-1. Ces protéines ont également été purifiées avec la protéine de fusion Esélective/IgM. CD43 et CD44 semblent être des ligands de la E-sélective sur certaines lignées, mais leur interaction avec la E-sélective n'est pas toujours retrouvée. De plus, cette étude a permis de montrer que ces ligands de la E-sélectiné sont exprimés dans les rafts lipidiques, comme PSGL-1 et la L-sélective des neutrophiles. Ces deux nouveaux ligands sont en cours d'identification. Ils pourraient représenter une nouvelle cible dans le traitement de la leucostase, mais aussi lors d'inflammation chronique ou de métastases. ABSTRACT Leukostasis is alife-threatening complication of acute leukemia, that results from tissue infiltration of leukemic blasts that migrate out of blood flow and interfere with normal tissue functions. The process leading to these complications has been attributed to the overcrowding of leukemic cells in the microcirculation. However, leukostasis more likely results from the adhesive interactions between leukemic blasts and the endothelium. Activated endothelium express adhesion molecules like P- and E-selectin, and leukemic cells themselves can induce the expression of E-selectin on endothelial cells. Selectins are essential in initiating the rolling of intravascular cells on endothelium before firm adhesion and transmigration outside of blood vessels. They interact with specific ligands on leukocyte cell surface. P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1) is common ligand for E-, P- and L-selectin. Recently, CD44, ESL-1 and CD44 were shown to cooperate. ìn supporting mouse neutrophil adhesion to E-selectin. Other E-selectin ligands remain to be identified in humans. Leukemic cells were screened in order to characterize human E-selectin ligands. The interactions of E- and P-selectin correlate with the expression of CLA epitope. Therefore, HECA-452 mAb that recognizes CLA was used for immunopurification. Aglycoprotein of 170 kDa was purified from THP1 and U937 cells, and a protein of 250 kDa from U937 cells. These proteins were also purified by affinity binding to E-selectin/IgM chimera. PSGL-1 bound to E-selectin as expected, but CD43 and CD44 were not always adsorbed on E-selectin chimera, depending on cell types. E-selectin ligands were also shown to be in lipid rafts in leukemic cells, like PSGL-1 and L-selectin in human neutrophils. The 170 kDa protein has been sequenced, and three interesting ligands were among the candidates: ESL-1, CD44 and podocalyxin. These ligands are under investigation, and may represent a new therapeutic target in leukostasis, inflammation or cancer metastasis.

Fluorescence behavioral imaging (FBI) tracks identity in heterogeneous groups of Drosophila.

Distinguishing subpopulations in group behavioral experiments can reveal the impact of differences in genetic, pharmacological and life-histories on social interactions and decision-making. Here we describe Fluorescence Behavioral Imaging (FBI), a toolkit that uses transgenic fluorescence to discriminate subpopulations, imaging hardware that simultaneously records behavior and fluorescence expression, and open-source software for automated, high-accuracy determination of genetic identity. Using FBI, we measure courtship partner choice in genetically mixed groups of Drosophila.

Endoglycan mediates malignant leukocyte rolling on e-selectin and signals through SYK and the MAPK pathway

Selectins play a key role regulating leukocyte migration into tissues by mediating leukocyte tethering (capture) and rolling on inflamed endothelium and/or on adherent leukocytes or platelets. During leukocyte rolling, endothelial E- or P-selectin bind to glycoprotein ligands carrying sialyl Lewis χ (sLex) determinant. P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1) is a common ligand for L-, P- and E-selectin, which sequentially cooperates with CD44 and E- selectin ligand-1 (ESL-1) to roll on E-selectin. During rolling on endothelial selectins, PSGL-1 and CD44 signal through Src family kinases and Syk, leading to αι_β2 integrin partial activation and slow rolling on intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1). Leukocyte exposure to chemokines then leads to firm adhesion. Little information is available on ligands that mediate malignant leukocyte rolling on E- selectin. We defined these ligands on U937 monoblasts by immunoadsorbtion and immunoblotting using mAb raised against CD43, CD44, PSGL-1, sLex/CLA determinants and E-selectin/IgM chimera. Immunoblotting and blot rolling assays demonstrated that PSGL-1, CD43, CD44 and a -125 kDa sLex/CLA positive ligand contribute to support E-seiectin- dependent rolling. This -125 kDa ligand is endoglycan, a member of the CD34 family of sialomucins. Endoglycan was frequently detected by flow cytometry on primary leukemia, lymphoma and multiple myeloma ceils (in -50% of cases). Endoglycan, immunopurified from U937 cells, as well as endoglycan/IgG chimera efficiently supported E-selectin dependent rolling. Membrane fractionation on sucrose gradient demonstrated that endoglycan is expressed in lipid rafts. We tested the hypothesis that it signals, like PSGL-1 and CD44, through Src kinases and the MAPK pathway. Indeed, endoglycan engagement induced Syk and ERK phosphorylation in a iipid raft-dependent manner. Syk activation was dependent on Src kinase activity. Downstream of Syk, endoglycan activated PI3K and Akt as well as Bruton's tyrosine kinase and p38 MAPK. Thus, endoglycan is a ligand for endothelial selectins which may contribute to regulate leukemia, lymphoma and multiple myeloma cell trafficking and interactions with bone marrow microenvironment. - Les sélectines contrôlent la migration tissulaire des leucocytes en assurant leur capture et leur roulement sur l'endothélium vasculaire enflammé et/ou sur des plaquettes ou des leucocytes adhérant à la paroi vasculaire. Lors du roulement leucocytaire, les sélectines endothéliales (E- et P-sélectine) se lient à des ligands porteurs du saccharide sialyl Lewis χ (sLex). PSGL-1 est un ligand commun des sélectines qui coopère avec CD44 et ESL-1 pour permettre la capture et le roulement des neutrophiles. Lorsque PSGL-1 et CD44 se lient aux sélectines endothéliales, elles induisent la phosphorylation des kinases Src et de Syk conduisant à l'activation partielle de l'intégrine aLp2 et au ralentissement des leucocytes sur les sélectines et ICAM-1. Les chimiokines induisent ensuite l'adhésion ferme des leucocytes. Les ligands des sélectines qui assurent le roulement, sur la E-sélectine, des cellules issues d'hémopathies malignes sont peu connus. Nous avons caractérisé ces ligands en les purifiant avec des anticorps dirigés contre CD43, CD44, PSGL-1, sLex/CLA et en utilisant la chimère E-sélectine/IgM. Des tests d'adhésion ont montré que PSGL-1, CD43, CD44 et une glycoprotéine de ~125 kDa soutiennent les interactions cellulaires dépendant de la E- sélectine. Le ligand de -125 kDa a été identifié comme étant l'endoglycan. Il a été détecté, par cytométrie de flux, sur les cellules leucémiques, les cellules de lymphomes ou de myélome multiple, dans ~50% des cas analysés. Sa forme membranaire, immunopurifiée, ou recombinante (endoglycan/lgG) soutient les interactions cellulaires dépendant de la E- sélectine. Nous avons montré qu'il réside dans les rafts lipidiques membranaires puis avons testé l'hypothèse que l'endoglycan, comme PSGL-1 et CD44, induit une signalisation via les kinases de type Src et la voie des MAPK. Nous avons pu observer que son engagement induit la phosphorylation de Syk et de ERK pour autant que la structure des rafts soit préservée. En aval de Syk, l'endoglycan active la PI3K, Akt, Btk et la MAPK p38. Ces résultats montrent que l'endoglycan est un ligand des sélectines endothéliales qui pourrait participer au contrôle du trafic et des interactions des cellules leucémiques, de lymphomes ou de myélomes multiples avec leur microenvironnement. - Le sang est un élément clé du fonctionnement de notre corps. La circulation sanguine permet la communication et le transfert de molécules et cellules entre divers organes. Lors d'une inflammation aiguë due à une réaction allergique, une infection ou une blessure, on observe un oedème local accompagné de rougeur, de chaleur et souvent de douleurs. Au sein des tissus enflammés, on observe des globules blancs (leucocytes) et diverses molécules inflammatoires qui attirent les leucocytes dans les tissus lésés (chimiokines). Le sang est composé de globules rouges, de plaquettes et de leucocytes spécialisés dans les défenses immunes. Pour atteindre le site d'inflammation, les leucocytes doivent quitter la circulation sanguine. Ils utilisent pour cela des molécules d'adhésion présentes à leur surface qui se lient à d'autres molécules d'adhésion de la paroi sanguine. Leurs interactions permettent aux leucocytes de rouler à la surface du vaisseau sanguin. Lorsqu'ils roulent au voisinage d'un site d'inflammation, les leucocytes sont exposés à des chimiokines qui induisent leur arrêt et les dirigent dans les tissus enflammés. Ce processus physiologique est aussi impliqué dans des pathologies telles que l'infarctus, l'artériosclérose ou la thrombose. Il peut être détourné à des fins moins louables par des cellules cancéreuses pour permettre leur dissémination (métastatisation). Dans ce travail de thèse, nous avons caractérisé une molécule d'adhésion qui soutient l'adhésion des leucocytes aux sélectines endothéliales: l'endoglycan. Nous avons observé que cette molécule d'adhésion est fréquemment exprimée par les cellules malignes de nombreuses maladies du sang comme les leucémies, les lymphomes et le myélome multiple. Nous avons également pu montrer que l'endoglycan envoie des signaux à l'intérieur des cellules malignes lorsqu'elles se lient aux sélectines endothéliales. Ces signaux pourraient jouer un rôle déterminant dans la régulation des interactions des cellules malignes avec leur microenvironnement. Elles pourraient peut-être aussi favoriser leur survie et leur prolifération.

Analysis of selectin ligands supporting hematologic malignancy cell interactions with their microenvironment : focus on leukemia and multiple myeloma

CONTEXTE: Les sélectines sont une famille de trois protéines qui règlent la capture et le roulement des leucocytes et qui initient la cascade d'adhésion. Elles contrôlent également la migration des leucocytes en réponse à un stimulus physiologique ou inflammatoire pour atteindre un organe cible. Le rôle des sélectines et des leurs ligands est bien connu dans l'adhésion des leucocytes normaux à l'endothélium; en revanche, la nature des ligands des sélectines exprimés par les cellules leucémiques et le myélome multiple est peu connue. La récente découverte que la E- et la P-sélectine sont exprimées par les cellules endothéliales et du stroma de la moelle osseuse, nous a incité à examiner leur rôle dans les interactions des cellules malignes avec leur environnement médullaire. RÉSULTATS: Les analyses ont été conduites sur les cellules du sang ou de la moelle osseuse prélevées à des patients atteints de leucémie aiguë ou de myélome multiple et sur des lignées cellulaires. Les ligands des sélectines qui ont été identifiés sur les blastes leucémiques ou les plasmocytes, sont « P-selectin glycoprotein ligand-1 » (PSGL-1), CD44, CD43 et l'endoglycan (EGC), ainsi que les saccharides fucosylés sLex et CLA. Nous avons vérifié dans des expériences d'adhésion cellulaire effectuées dans des conditions de flux que ces ligands sont fonctionnels, étant porteurs des sucres mentionnés, et qu'ils sont capables de supporter le roulement cellulaire dépendant des sélectines. De plus, nous avons montré que la liaison de ces ligands génère des signaux intracellulaires favorisant la prolifération et la survie des cellules de myélome. CONCLUSION. Les données présentées ici montrent que la E- et la P- sélectine du microenvironnement médullaire interagissent avec les cellules leucémiques et de myélome multiple, et que ces interactions activent des voies de signalisation contrôlant la prolifération et la survie cellulaire. Ces effets protecteurs sont impliqués dans la persistance de clones cellulaires malins résistant aux traitements et peuvent conduire à la récidive de la maladie. L'inhibition de ces interactions pourrait fournir de nouvelles options thérapeutiques pour le traitement de ces maladies de mauvais pronostic. - BACKGROUND: Selectins are a family of glycoproteins involved in the first steps of the adhesion cascade, tethering and rolling, during which leukocytes sense tissue specific signals and commit the cells to enter in a particular organ or inflammation site. While the role of selectins and their ligands is well established in supporting normal leukocyte adhesion to vascular endothelium, our knowledge of selectin ligands in two hematological malignancies, acute leukemia and multiple myeloma, is incomplete. The recent discovery that E- and P- selectin are also expressed on bone marrow (BM) endothelial and stromal cells, prompted us to investigate a potential role in selectin-mediated interaction of malignant cells with its protective BM microenvironment. RESULTS. Using cells obtained from blood or BM of patients affected by acute myeloid or lymphoblastic leukemia, or multiple myeloma, as well as cell lines, we characterized the expression of selectin ligands on blasts and plasma cells and identified P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1), CD44, CD43 and endoglycan (EGC), as well as sLex/CLA determinants. Rolling assays under flow conditions allowed us to verify that these ligands are functional, i.e. correctly glycosylated and able to support selectin-mediated rolling. Moreover, we demonstrated that these ligands trigger proliferation and pro-survival signals upon engagement on myeloma cells. CONCLUSIONS. Data presented here demonstrate that E- and P-selectin in the BM microenvironment interact with leukemia and myeloma cells, and suggest that they have an impact on proliferation and survival of malignant plasma cells. These protective effects may induce drug resistance in malignant clones, leading to disease relapse. Interfering with these interactions could provide new therapeutic options. - Le corps humain dépend du système immunitaire pour sa protection face aux agressions, notamment des bactéries ou des virus, ou face à une dysfonction de l'organisme. Ce système est composé de plusieurs types cellulaires, regroupés sous le nom de leucocytes, qui participent à son fonctionnement. Ces cellules se développent à partir d'une cellule souche hématopo'iétique commune qui réside dans la moelle osseuse. Comme c'est le cas dans les autres tissus, les cellules du système immunitaire peuvent aussi développer des cancers, appelés tumeurs hématopoïétiques ou tumeurs du sang. Bien que ces maladies puissent être traitées avec succès grâce à de fortes doses de chimiothérapies ou à d'autres moyens comme les greffes, les patients connaissent un fort taux de rechute. La raison de ces récidives est la survie d'une partie des cellules malignes dans la moelle osseuse, où elles reçoivent une protection au traitement par le biais de l'interaction avec d'autres cellules. Les sélectines (E-, P- et L-sélectine) régulent l'interaction des leucocytes avec l'endothélium (la paroi des vaisseaux sanguins), d'autres leucocytes et les plaquettes ; ces interactions surviennent quand les leucocytes atteignent un site d'inflammation ou un organe cible. Dans la moelle osseuse, la E- et la P-sélectine se trouvent sur les cellules de l'endothélium et sur les macrophages, qui sont d'autres leucocytes faisant partie du stroma de la moelle. Elles pourraient être impliquées dans la protection des cellules cancéreuses évoquée plus haut. Les molécules d'adhésion avec lesquelles les sélectines s'associent, autrement dit les ligands des sélectines, sont des glycoprotéines. Ces protéines ont besoin de sucres spécifiques pour acquérir une telle capacité d'adhésion. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié deux types de cellules extraites du sang et de la moelle osseuse des patients atteints d'une leucémie aiguë (les blastes) ou de myélome multiple (les plasmocytes), et leur capacité à se lier aux sélectines. Nous avons démontré une interaction entre ces cellules malignes et la E- et/ou la P-sélectine, à condition que les ligands soient correctement décorés. De plus, lors que les plasmocytes se lient aux sélectines, une cascade de signaux à l'intérieur des cellules stimule leur prolifération et leur survie. L'ensemble de ces résultats permet l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles de ces hémopathies de mauvais pronostic.

Effects of antibacterial agents and drugs monitored by atomic force microscopy.

Originally invented for topographic imaging, atomic force microscopy (AFM) has evolved into a multifunctional biological toolkit, enabling to measure structural and functional details of cells and molecules. Its versatility and the large scope of information it can yield make it an invaluable tool in any biologically oriented laboratory, where researchers need to perform characterizations of living samples as well as single molecules in quasi-physiological conditions and with nanoscale resolution. In the last 20 years, AFM has revolutionized the characterization of microbial cells by allowing a better understanding of their cell wall and of the mechanism of action of drugs and by becoming itself a powerful diagnostic tool to study bacteria. Indeed, AFM is much more than a high-resolution microscopy technique. It can reconstruct force maps that can be used to explore the nanomechanical properties of microorganisms and probe at the same time the morphological and mechanical modifications induced by external stimuli. Furthermore it can be used to map chemical species or specific receptors with nanometric resolution directly on the membranes of living organisms. In summary, AFM offers new capabilities and a more in-depth insight in the structure and mechanics of biological specimens with an unrivaled spatial and force resolution. Its application to the study of bacteria is extremely significant since it has already delivered important information on the metabolism of these small microorganisms and, through new and exciting technical developments, will shed more light on the real-time interaction of antimicrobial agents and bacteria.

Stable carbon isotope composition of perirenal adipose tissue fatty acids from Engadine sheep grazing either mountain or lowland pasture

To provide further insights into ruminant lipid digestion and metabolism, and into cis9, trans-11 18:2 synthesis, 12 growing Engadine lambs grazing either mountain pasture (2,250 m above sea level; n = 6) or lowland pasture (400 m above sea level; n = 6) were studied. Both pastures consisted exclusively of C-3 plants. Before the experiment, all animals grazed a common pasture for 6 wk. Grasses and perirenal adipose tissues of the sheep were analyzed for fatty acids by gas chromatography. Stable C-isotope ratios (delta C-13 values in % vs. the Vienna Pee Dee Belemnite standard) were determined in the composite samples by elemental analysis-isotope ratio mass spectrometry. The delta C-13 of the individual fatty acids were measured by gas chromatography-combustion-isotope ratio mass spectrometry. The delta C-13 value of the entire mountain pasture grass was -27.5% (SD 0.31), whereas that of the lowland pasture grass was -30.0% (SD 0.07). This difference was reflected in the perirenal adipose tissues of the corresponding sheep (P < 0.05), even though the delta C-13 values were less in the animals than in the grass. The delta C-13 values for cis-9 16:1 and cis-9 18:1 in perirenal fat differed between mountain and lowland lambs (P < 0.05). The 16:0 in the adipose tissue was enriched in C-13 by 5% compared with the dietary 16:0, likely as a result of partly endogenous synthesis. The d13C values of cis-9, trans-11 18:2 (cis-9, trans-11 CLA) in the adipose tissue were smaller than those of its dietary precursors, cis-9, cis-12 18:2 and cis-9, cis-12, cis-15 18:3; conversely, the delta C-13 values of trans-11 18:1 were not, suggesting that large proportions of perirenal cis-9, trans-11 18:2 were of endogenous origin and discrimination against C-13 occurred during Delta(9)-desaturation. The same discrimination was indicated by the isotopic shift between 16:0 and cis-9 16:1 in the mountain grazing group. Furthermore, the delta C-13 values of cis-9, trans-11 18:2 were smaller relative to the precursor fatty acids in the mountain lambs compared with the lowland group. This result suggests a reduced extent of biohydrogenation in lambs grazing on mountain grass in comparison with those grazing on lowland grass. This was supported by the smaller cis-9, trans-11 18:2 concentrations in total fatty acids found in the adipose tissues of the lowland lambs (P < 0.001). The results of this study demonstrate that natural differences between delta C-13 values of swards from different pastures and the adipose tissue fatty acids could be used as tracers in studies of lipid metabolism in ruminants.

JULIDE: a software tool for 3D reconstruction and statistical analysis of autoradiographic mouse brain sections.

In this article we introduce JULIDE, a software toolkit developed to perform the 3D reconstruction, intensity normalization, volume standardization by 3D image registration and voxel-wise statistical analysis of autoradiographs of mouse brain sections. This software tool has been developed in the open-source ITK software framework and is freely available under a GPL license. The article presents the complete image processing chain from raw data acquisition to 3D statistical group analysis. Results of the group comparison in the context of a study on spatial learning are shown as an illustration of the data that can be obtained with this tool.

Segmentation and grid generation for numerical simulations of vad connections with patient-specific data

Objectives: We are interested in the numerical simulation of the anastomotic region comprised between outflow canula of LVAD and the aorta. Segmenta¬tion, geometry reconstruction and grid generation from patient-specific data remain an issue because of the variable quality of DICOM images, in particular CT-scan (e.g. metallic noise of the device, non-aortic contrast phase). We pro¬pose a general framework to overcome this problem and create suitable grids for numerical simulations.Methods: Preliminary treatment of images is performed by reducing the level window and enhancing the contrast of the greyscale image using contrast-limited adaptive histogram equalization. A gradient anisotropic diffusion filter is applied to reduce the noise. Then, watershed segmentation algorithms and mathematical morphology filters allow reconstructing the patient geometry. This is done using the InsightToolKit library (www.itk.org). Finally the Vascular Model¬ing ToolKit (www.vmtk.org) and gmsh (www.geuz.org/gmsh) are used to create the meshes for the fluid (blood) and structure (arterial wall, outflow canula) and to a priori identify the boundary layers. The method is tested on five different patients with left ventricular assistance and who underwent a CT-scan exam.Results: This method produced good results in four patients. The anastomosis area is recovered and the generated grids are suitable for numerical simulations. In one patient the method failed to produce a good segmentation because of the small dimension of the aortic arch with respect to the image resolution.Conclusions: The described framework allows the use of data that could not be otherwise segmented by standard automatic segmentation tools. In particular the computational grids that have been generated are suitable for simulations that take into account fluid-structure interactions. Finally the presented method features a good reproducibility and fast application.

Draft genome of the red harvester ant Pogonomyrmex barbatus.

We report the draft genome sequence of the red harvester ant, Pogonomyrmex barbatus. The genome was sequenced using 454 pyrosequencing, and the current assembly and annotation were completed in less than 1 y. Analyses of conserved gene groups (more than 1,200 manually annotated genes to date) suggest a high-quality assembly and annotation comparable to recently sequenced insect genomes using Sanger sequencing. The red harvester ant is a model for studying reproductive division of labor, phenotypic plasticity, and sociogenomics. Although the genome of P. barbatus is similar to other sequenced hymenopterans (Apis mellifera and Nasonia vitripennis) in GC content and compositional organization, and possesses a complete CpG methylation toolkit, its predicted genomic CpG content differs markedly from the other hymenopterans. Gene networks involved in generating key differences between the queen and worker castes (e.g., wings and ovaries) show signatures of increased methylation and suggest that ants and bees may have independently co-opted the same gene regulatory mechanisms for reproductive division of labor. Gene family expansions (e.g., 344 functional odorant receptors) and pseudogene accumulation in chemoreception and P450 genes compared with A. mellifera and N. vitripennis are consistent with major life-history changes during the adaptive radiation of Pogonomyrmex spp., perhaps in parallel with the development of the North American deserts.

Littératie en santé : élaboration d'un outil de dépistage pour les médecins de famille

La littératie en santé est un concept prenant en compte les compétences et les ressources que chacun doit posséder pour gérer l'information nécessaire au maintien d'un bon état de santé. Néanmoins, il n'y pas de consensus sur une définition unique, ce qui complique une intégration adéquate de cette thématique dans le domaine de la santé. Un faible niveau de littératie en santé est un problème fréquent et concernerait près de 50% de la population Suisse (OCDE 2005). Cette problématique est d'une importance majeure car les individus avec un niveau de littératie insuffisant sont plus à risque d'un mauvais état de santé (AMA 1999) et ce phénomène représenterait 3 à 6% des coûts de la santé en Suisse selon une estimation basée sur les chiffres d'études américaines. (Spycher 2006). Les médecins de famille, considérés comme l'une des principales sources d'information en santé pour la population en Suisse, jouent un rôle central dans la promotion d'un bon niveau de santé. L'idée de ce travail vient à la suite des résultats du travail de Maîtrise de de Lara Van Leckwyck qui s'est intéressée à la perception que les médecins de famille de la région lausannoise ont du niveau de littératie de leurs patients. Ces derniers considèrent posséder les ressources nécessaires pour prendre en charge leurs patients avec un faible niveau de littératie mais ils sont ouverts à de nouveaux outils. Nous avons alors voulu tenter l'expérience et créer un outil sous la forme d'une brochure A6 contenant quatre faces dans le but d'aider ces médecins. Les objectifs sont les suivants : 1) sensibiliser et informer les médecins de famille à la problématique de la littératie en santé ; 2) offrir une aide au dépistage du niveau de littératie en santé de leurs patients ; 3) proposer une aide à la prise en charge des patients avec un faible niveau de littératie en fournissant une liste de moyens pratiques basés sur une revue de la littérature pour aider les médecins généralistes internistes dans leur prise en charge et 4) proposer une sélection d'adresses internet utiles en lien avec la problématique de la littératie en santé. Cet outil a été présenté à 15 assistants et chefs de clinique de la Policlinique médicale universitaire (PMU) de Lausanne ainsi qu'à 30 médecins internistes généralistes installés dans la région de Lausanne qui évalueront son utilité dans le cadre d'un prochain travail de Maîtrise. Les limites principales concernant un tel projet sont le format choisi pour l'outil et le fait de récolter et de transcrire des informations sur un sujet principalement étudié dans les pays anglo-saxons. Nous pouvons déjà prévoir que des adaptations sur la traduction de certains éléments de l'outil (notamment les questions de dépistage) seront certainement relevées par les médecins qui auront testé l'outil. Un travail supplémentaire mené de manière différente pourra également faire l'objet d'un futur travail.

Endocytosis, autophagy and JNK inhibition in neuroprotection against excitotoxicity and neonatal cerebral ischemia

Abstract : Neonatal stroke occurs in 1 out of 4000 live births and usually leads to serious motor and cognitive disabilities. Ischemic brain injury results from a complex of pathophysiological events that evolve over space and time making it difficult to devise successful therapy. To date, there are no effective treatments for perinatal brain damage. Most clinical trials of neuroprotectaot drugs have failed because of their side-effects. For this reason it is important to find ways to target drugs specifically into the stressed cells. In this study we plan to contribute to the development of an efficient neuroprotective strategy against excitotoxic cell death in the neonate. In order to achieve this goal, several strategies were followed. A recently described phenomenon of induced endocytosis associated with excitotoxicity was more deeply investigated. As a simplified model we used dissociated cortical neurons exposed to an excitotoxic dose of NMDA, and we showed that this phenomenon depends on clathrin and dynamin. Using a model of neonatal focal cerebral ischemia, we demonstrated that the excitotoxicity-related endocytosis targets molecules such as TAT peptides into stressed neurons. These appear to be viable, raising the possibility of using this phenomenon as a doorway for neuroprotection. One part of the project was devoted to the study of the TAT-conjugated JNK inhibitory peptide, D-JNKI1. Adose-response study showed strong neuroprotection over a wide dose-range in the case of delayed administration (either intravenous or intraperitoneal). Since D-JNKI1 is aTAT-linked peptide, we investigated the role of its own NMDA-induced endocytosis in its neuroprotective efficacy. Furthermore, we showed that this endocytosis is JNK dependent, and that D-JNKI1 regulates its own uptake. We additionally studied the different types of cell death involved in a model of neonatal focal cerebral ischemia. Necrosis occurred rapidly in the center of the lesion whereas apoptosis and autophagic cell death occurred late at the lesion border. Inhibiting apoptosis was not protective, but use of autophagy inhibitor 3methyladenine provided a strong neuroprotection. Finally, combining two neuroprotectants that target different intracellular pathways was neuroprotective in a severe model of cerebral ischemia where neither of the drugs was efficient when administered individually. Résumé : L'ischémie néonatale connaît une incidence de 1 naissance sur 4000, entraînant généralement de sérieux dysfonctionnements moteurs et cognitifs. L'ischémie cérébrale résulte d'évènements physiopathologiques complexes qui évoluent dans l'espace et le temps rendant difficile la conception de thérapies efficaces. A l'heure actuelle, aucun traitement n'existe pour lutter contre les accidents vasculaires cérébraux qui se produisent autour de la naissance. La plupart des essais cliniques concernant des molécules neuroprotectrices ont échoué du fait de leurs effets secondaires néfastes. Pour cette raison, il est important de trouver des moyens de cibler les drogues dans les cellules stressées spécifiquement. Dans cette étude nous visons à participer au développement d'une stratégie neuroprotectrice efficace contre l'ischémie cérébrale chez le nouveau-né. Dans ce but, plusieurs stratégies ont été poursuivies. Un nouveau phénomène d'endocytose induite par un stimulus excitotoxique a été récemment décrit. Une partie de cette étude va consister à mieux comprendre ce phénomène. Pour céla, nous avons utilisé comme modèle d'étude simplifié des cultures dissociées de neurones corticaux exposées à une dose excitotoxique de NMDA. Nous avons ainsi montré que cette endocytose associée à l'excitotoxicité dépend de la clathrine et de la dynamine. A l'aide d'un modèle d'ischémie cérébrale focale chez le raton de 12 jours, nous avons démontré que cette endocytose induite par l'excitotoxicité permet de cibler des molécules diverses et en particulier les peptides TAT dans les neurones stressés. Ces neurones fortement endocytiques apparaissent comme étant encore viables, ouvrant la possibilité d'utiliser cette endocytose comme moyen d'entrée pour des molécules thérapeutiques. Une partie du projet a été consacrée à l'étude d'un inhibiteur de la voie JNK, couplé au TAT, appelé D-JNKI1. Des études de dose réponse du D-JNKI1 ont été réalisées chez l'animal, testant les effets d'une administration retardée en injection intraveineuse ou intra péritonéale. Ces études démontrent qu'une large gamme de dose permet d'obCenir une réduction de la taille de la lésion. Comme D-JNK11 est couplé au peptide TAT, nous avons étudié la contribution que sa propre endocytose lors de l'excitotoxicité apporte à ses effets protecteurs. Par ailleurs, nous avons montré que cette endocytose induite par l'excitotoxicité dépend de la voie de signalisation JNK et que D-JNK11 est donc capable de réguler sa propre entrée. Nous avons en parallèle étudié les différents types de mort cellulaires impliqués dans le développement de la lésion dans un modèle sévère d'ischémie cérébrale chez le raton nouveau-né. La mort cellulaire par nécrose se développe rapidement dans le centre de la lésion alors que les morts cellulaires par apoptose et autophagique vont apparaître plus tard et au bord de la lésion. Inhiber l'apoptose n'a pas permis de réduire la taille de la lésion alors que l'utilisation d'un inhibiteur d'autophagie, la 3-méthyladénine, procure une forte neuroprotection. Finalement, la combinaison de deux peptides qui ciblent différentes voies de signalisation intracellulaire permet d'obtenir une bonne protection dans le modèle d'ischémie sévère dans lequel aucun des deux peptides administré séparément n'a donné d'effets bénéfiques.