Molecular and physiological characterisation of lonotropic receptors in the sacculus in drosophila

Chemosensation is the detection of chemical signals in the environment that enable an animal to make informed decisions about food choice, mate preference or predator detection. Dissecting the molecular and neural mechanisms by which animals detect chemical cues is an important goal towards understanding how they interact with the environment. An attractive system to dissect the mechanisms of chemosensation is the olfactory system. One of the most-investigated olfactory systems is that of Drosophila melanogaster, a model organism that is amenable to a powerful combination of genetic and physiological analyses. Embedded within the antennal olfactory organ of Drosophila is an unusual sensory structure called the sacculus. The sacculus is comprised of three distinct chambers, each lined with several sensilla housing two to three neurons. Previous morphological, anatomical and surgical studies of sacculus neurons have implicated sacculus neurons in chemosensation, hygrosensation and/or thermosensation. While a subset of sacculus neurons have been physiologically characterised as temperature sensors, the role of this organ has remained largely mysterious, due to its inaccessibility to peripheral electrophysiological analysis. Recently a new family of olfactory receptors, the lonotropic Receptors (IRs), was identified. Five IRs are expressed in sacculus neurons providing the first selective molecular markers for these cells. In this thesis I describe the molecular, physiological and anatomical characterisation of these neurons. Genetic labelling of specific populations of sacculus neurons with anatomical (CD8:GFP) reporters has identified neurons in sacculus chambers I and II express IR40a+IR93a together with their co- receptor IR25a, while neurons in chamber III express IR64a with its co-receptor IR8a. Both these sets of neurons project to two distinct glomeruli in the antennal lobe; IR40a neurons project to the column and arm, IR64a neurons project to DC4 and DP1m. Through a live optical imaging screen I showed that these neurons are indeed olfactory and IR64a neurons recognise acidic ligands, while IR40a neurons recognise amine ligands. IR40a and IR64a neurons are in fact composed of anatomically and physiologically distinct subpopulations, strongly implying the existence of other factors that define their functional properties. My thesis identifies the sacculus as a specialised olfactory organ capable of detecting acids and bases, which are of widespread importance to insects. The data from my thesis along with data from other labs show the sacculus is composed of different populations of olfactory sensory neurons and thermosensory neurons. Comparative genomic analysis of sacculus IRs across insects reveals them to be among the most conserved of this receptor repertoire, suggesting that the sacculus represents an evolutionarily ancient insect olfactory acid-base sensor. - La détection des produits chimiques se trouvant dans l'environnement (perception chimiosensorielle) permet à un animal de choisir sa nourriture, son partenaire ou encore d'identifier ses prédateurs. Décortiquer les mécanismes moléculaires et neuronaux grâce auxquels les animaux détectent ces signaux chimiques permet de comprendre comment ces animaux interagissent avec leur environnement. Un système intéressant pour décortiquer ces mécanismes de perception chimiosensorielle est le système olfactif, de la drosophile (Drosophila melanogaster), aussi appelée mouche du vinaigre. C'est un animal modèle très utile grâce à la combinaison d'outils génétiques puissants et d'analyses physiologiques facilement réalisables. Dans l'antenne de la drosophile, qui est l'organe olfactif principal de cet animal, se trouve une structure appelée sacculus. Celui-ci est composé de trois chambres distinctes, chacune comprenant plusieurs sensilles à l'intérieur desquelles se trouvent deux à trois neurones. De précédentes études morphologiques et anatomiques des ces neurones ont déterminé qu'ils sont impliqués dans la perception des odeurs, de l'humidité et de la température. Malgré ceci, la fonction principale de cet organe reste largement inconnue, principalement car il est inaccessible aux analyses électrophysiologiques. Récemment, une nouvelle famille de soixante-six récepteurs olfactifs, nommés Récepteurs lonotropiques (IRs), a été découverte chez la drosophile. Cinq IRs sont exprimés dans les neurones du sacculus. Pour la première fois, une sélection de marqueurs moléculaires est disponible pour l'étude de ces cellules. Dans cette thèse, les caractéristiques moléculaires, physiologiques et anatomiques des neurones du sacculus sont décrites. Ces populations de neurones situés dans le sacculus ont été marquées avec des gènes rapporteurs (CD8:GFP). Ceci a montré que les récepteurs IR40a et IR93a sont exprimés ensemble avec le co-récepteur IR25a dans les chambres I et II, tandis que les neurones de la chambre III expriment IR64a avec son co-récepteur IR8a. Ces deux groupes de neurones projettent vers deux glomérules distincts du lobe antennaire : les neurones IR40a projettent vers la column et le arm, alors que les neurones IR64a projettent vers DC4 et DP1m. Un screen d'imagerie optique a démontré que ces neurones sont en effet des neurones olfactifs, et que les neurones IR64a reconnaissent des ligands acides, tandis que les neurones IR40a reconnaissent des ligands aminés. De plus, les neurones IR40a et IR64a sont séparés en sous-populations distinctes anatomiquement et physiologiquement, et d'autres facteurs permettant de définir leurs propriétés fonctionnelles sont probablement impliqués. Cette thèse identifie ainsi le sacculus comme un organe olfactif spécialisé capable de détecter des acides et amines, lesquels sont très importants pour les insectes. Toutes les données collectées durant cette thèse, combinées aux données d'autres laboratoires, montrent que le sacculus est composé de différentes populations de neurones olfactifs et thermosenseurs. Ces IRs sont très conservés parmi les insectes, suggérant que le sacculus représente révolution d'un ancien détecteur olfactif d'acides et de bases chez l'insecte. - Tous les animaux sont capables de percevoir les signaux chimiques dans leur environnement, comme les odeurs ou le goût, via différents organes. L'odorat est le sens qui permet de percevoir les odeurs, et il est implique des neurones olfactifs qui se trouvent dans le nez des mammifères ou les antennes des insectes. La capacité d'un neurone olfactif à détecter une molécule odorante dépend des types de récepteurs olfactifs qu'il exprime. Il existe deux grandes familles de récepteurs qui perçoivent les odeurs : les Récepteurs Olfactifs, ORs, et Récepteurs lonotropiques IRs, qui détectent différents types d'odeurs avec différents mécanismes. Lorsqu'un récepteur reconnaît une molécule odorante, il convertit ce signal en un signal électrique qui est ensuite transmis au centre olfactif dans le cerveau. La drosophile (Drosophila melanogaster), aussi appelée mouche du vinaigre, est utilisée comme animal modèle pour étudier l'odorat, parce que son génome entier a été séquencé et que ses gènes sont facilement manipulables. De plus, l'anatomie du système olfactif de la mouche est similaire à celui des mammifères, malgré qu'il possède moins de neurones, ce qui le rend moins complexe. Ma thèse a pour objectif d'étudier les Récepteurs lonotropiques dans un organe spécifique, appelé le sacculus, situé dans les antennes. Les neurones du sacculus exprimant des IRs envoient leurs projections au centre olfactif du cerveau, suggérant que ces neurones perçoivent les odeurs. Une technique d'imagerie optique a été utilisée sur le cerveau de mouches vivantes afin de mesurer la réponse des neurones du le sacculus à différentes odeurs. J'ai démontré que ces récepteurs détectent des acides et des amines, qui sont très importants pour les insectes. Par exemple, les acides se retrouvent dans les fruits mûrs sur lesquels les mouches vont se nourrir, s'accoupler et poser leurs oeufs, et les amines sont souvent produites par des bactéries pouvant être nuisible pour la mouche. La principale découverte de ma thèse est donc l'identification du sacculus comme un organe capable de détecter deux des principales odeurs importantes pour la mouche. Ces récepteurs sont aussi présents dans d'autres insectes où ils jouent peut-être des rôles différents. Les acides et les amines se retrouvent aussi dans les excrétions (comme la sueur ou l'urine) de beaucoup de mammifères, qui pourraient potentiellement être dangereux pour la mouche, mais qui attirent les moustiques se nourrissant de leur sang.

Study of biomacromolecule conformational changes by Scanning Force Microscopy

L?objectif de ce travail de thèse est l?étude des changements conformationels des biomacromolecules à l?échelle d?une molécule unique. Pour cela on a utilisé la Microscopie à Force Atomique (AFM) appliqué à l?étude des protéines et des acides nucléiques déposés sur une surface. Dans ce type de microscopie, une pointe très fine attachée à l?extrémité d?un levier est balayée au dessus d?une surface. L?interaction de la pointe avec la surface de l?échantillon induit la déflection du levier et ce phénomène permet de reconstruire la topographie de l?échantillon. Très importante dans cette technique est la possibilité de travailler en liquide. Cela permet de étudier les biomolécules en conditions quasi-physiologiques sans qu?elles perdent leur activité. On a étudié GroEL, la chaperonin de E.coli, qui est un homo oligomère avec une structure à double anneau qui joue un rôle très important dans le repliement des protéines dénaturées et celles qui viennent d?être synthétisées. En particulier on a focalisé notre attention sur la stabilité mécanique et sur les changements conformationels qui ont lieu pendant l?activité de GroEL. Une analyse détaillée des changements dans la stabilité mécanique et des effets produits par la liaison et l?hydrolyse de l?ATP est présentée dans ce travail. On a montré que le point le plus faible dans la structure de GroEL est l?interface entre les deux anneaux et que l?étape critique dans l?affaiblissement de la structure est l?hydrolyse de l?ATP. En ce qui concerne le changement conformationel, le passage d?une surface hydrophobe à hydrophile, induit par l?hydrolyse de l?ATP, a été montré. Ensuite on a étudié le changement dans la conformation et dans la topologie de l?ADN résultant de l?interaction avec des molécules spécifiques et en réponse à l?exposition des cellules de E.coli à des conditions de stress. Le niveau de surenroulement est un paramètre très sensible, de façon variée, à tous ces facteurs. Les cellules qui ont crus à de températures plus élevées que leur température optimale ont la tendance à diminuer le nombre de surenroulements négatif pour augmenter la stabilité thermique de leur plasmides. L?interaction avec des agents intercalant induit une transition d?un surenroulement négatif à un surenroulement positif d?une façon dépendante de la température. Finalement, l?effet de l?interaction de l?ADN avec des surfaces différentes a été étudié et une application pratique sur les noeuds d?ADN est présentée.<br/><br/>The aim of the present thesis work is to study the conformational changes of biomacromolecules at the single molecule level. To that end, Atomic Force Microcopy (AFM) imaging was performed on proteins and nucleic acids adsorbed onto a surface. In this microcopy technique a very sharp tip attached at the end of a soft cantilever is scanned over a surface, the interaction of the tip with the sample?s surface will induce the deflection of the cantilever and thus it will make possible to reconstruct the topography. A very important feature of AFM is the possibility to operate in liquid, it means with the sample immersed in a buffer solution. This allows one to study biomolecules in quasi-physiological conditions without loosing their activity. We have studied GroEL, the chaperonin of E.coli, which is a double-ring homooligomer which pays a very important role in the refolding of unfolded and newly synthetized polypeptides. In particular we focus our attention on its mechanical stability and on the conformational change that it undergoes during its activity cycle. A detailed analysis of the change in mechanical stability and how it is affected by the binding and hydrolysis of nucleotides is presented. It has been shown that the weak point of the chaperonin complex is the interface between the two rings and that the critical step to weaken the structure is the hydrolysis of ATP. Concerning the conformational change we have directly measured, with a nanometer scale resolution, the switching from a hydrophobic surface to a hydrophilic one taking place inside its cavity induced by the ATP hydrolysis. We have further studied the change in the DNA conformation and topology as a consequence of the interaction with specific DNA-binding molecules and the exposition of the E.coli cells to stress conditions. The level of supercoiling has been shown to be a very sensitive parameter, even if at different extents, to all these factors. Cells grown at temperatures higher than their optimum one tend to decrease the number of the negative superhelical turns in their plasmids in order to increase their thermal stability. The interaction with intercalating molecules induced a transition from positive to negative supercoiling in a temperature dependent way. The effect of the interaction of the DNA with different surfaces has been investigated and a practical application to DNA complex knots is reported.<br/><br/>Observer les objets biologiques en le touchant Schématiquement le Microscope a Force Atomique (AFM) consiste en une pointe très fine fixée a l?extrémité d?un levier Lors de l?imagerie, la pointe de l?AFM gratte la surface de l?échantillon, la topographie de celui-ci induit des déflections du levier qui sont enregistrées au moyen d?un rayon laser réfléchi par le levier. Ces donnés sont ensuit utilisés par un ordinateur pour reconstituer en 3D la surface de l?échantillon. La résolution de l?instrument est fonction entre autre de la dureté, de la rugosité de l?échantillon et de la forme de la pointe. Selon l?échantillon et la pointe utilisée la résolution de l?AFM peut aller de 0.1 A (sur des cristaux) a quelque dizaine de nanomètres (sur des cellules). Cet instrument est particulierment intéressant en biologie en raison de sa capacité à imager des échantillons immergés dans un liquide, c?est à dire dans des conditions quasiphysiologiques. Dans le cadre de ce travail nous avons étudié les changements conformationels de molécules biologiques soumises à des stimulations externes. Nous avons essentielment concentré notre attention sur des complexes protéiques nommé Chaperons Moléculaires et sur des molécules d?ADN circulaire (plasmides). Les Chaperons sont impliqués entre autre dans la résistance des organismes vivants aux stress thermiques et osmotiques. Leur activité consiste essentielment à aider les autres protéines à être bien pliés dans leur conformation finale et, en conséquence, à eviter que ils soient dénaturées et que ils puissent s?agréger. L?ADN, quant à lui est la molécule qui conserve, dans sa séquence, l?information génétique de tous les organismes vivants. Ce travail a spécifiquement concerné l?étude des changements conformationels des chaperonins suit a leur activation par l?ATP. Ces travaux ont montrés a l?échelle de molécule unique la capacité de ces protéines de changer leur surface de hydrophobique a hydrophilique. Nous avons également utilisé l?AFM pour étudier le changement du nombre des surenroulements des molécules d?ADN circulaire lors d?une exposition à un changement de température et de force ionique. Ces travaux ont permis de montrer comment la cellule regle le nombre de surenroulements dans ces molécules pour répondre et contrôler l?expression génétique même dans de conditions extrêmes. Pour les deux molécules en général, c?était très important d?avoir la possibilité de observer leur transitions d?une conformation a l?autre directement a l?échelle d?une seul molécule et, surtout, avec une résolution largement au dessous des la longueur d?onde de la lumière visible que représente le limite pour l?imagerie optique.

Imagerie des bronchiolites : sémiologie, pièges et valeur diagnostique.

Messages à retenir :Les signes scanographiques d'atteinte bronchiolaire d'origine infectieuse et/ou inflammatoire sont des petites opacités nodulaires et linéaires branchéescentrolobulaires (signe de l'arbre en bourgeons) et des opacités nodulaires centrolobulaires à limites floues .Les signes d'obstruction bronchiolaire sont des plages pulmonaires hypodenses et hypoperfusées, de distribution diffuse ou hétérogène, responsables alors d'unaspect de perfusion en mosaïque et d'un piégeage expiratoire.Les lésions diffuses de bronchiolite oblitérative doivent être différenciées de celles de l'emphysème panlobulaire sur l'absence de distorsion de l'architecturepulmonaire et d'opacités linéaires des bases.L'existence d'une dilatation des artères pulmonaires proximales est le meilleur signe de perfusion en mosaïque d'origine vasculaire , tandis que la présence dedilatations bronchiques est le meilleur signe de perfusion en mosaïque d'origine bronchiolaire . Résumé :La scanographie est l'imagerie de référence pour la détection, le diagnostic et l'évaluation de l'étendue des lésions bronchiolaires . Les petites opacitéscentrolobulaires, nodulaires et linéaires branchées (signe de l'arbre en bourgeons) sont caractéristiques de bronchiolite infectieuse. Leur détection est facilitée enprojection d'intensité maximum. Les opacités arrondies centrolobulaires à contours flous et de faible densité signent l'atteinte inflammatoire des paroisbronchiolaires et des alvéoles péribronchiolaires (bronchiolite respiratoire, bronchiolite d'hypersensibilité, bronchiolite folliculaire). Les hypodensités diffuses etles aspects de perfusion en mosaïque d'origine bronchiolaire avec piégeage sont l'expression d'une obstruction des bronchioles terminales par remodelage ,fibrose, ou lésions granulomateuses. Les causes bronchiolaires de perfusion en mosaïque sont la bronchiolite oblitérative , l'asthme, la pneumonie d'hypersensibilité et la bronchiolite obstructive des BPCO . La distribution et l'étendue des zones de piégeage sont mieux appréciées sur des acquisitionsdynamiques lors d'une manoeuvre expiratoire forcée que sur des acquisitions faites en apnée expiratoire. Les reformations épaisses en projection d'intensitéminimum à partir d'images acquises en expiration dynamique facilitent la détection et l'évaluation de la distribution et de l'étendue des lésions de piégeage , cetteévaluation pouvant être effectuée avec une très faible irradiation.

Imagerie des BPCO [Imaging of COPD].

Standard chest radiographs have been shown to be insensitive for the diagnosis of morphologic abnormalities of airways. Computed tomography is the most sensitive and specific investigation to diagnose emphysema. However, as emphysema may be missed on computed tomography, this investigation cannot be used to definitely rule out the diagnosis. Computed tomography may contribute to the investigation of bronchiolitis, and it is now considered as the gold standard for establishing the diagnosis of bronchiectasis. Imaging may contribute to identify complications such as bronchopulmonary infection, pulmonary hypertension, pneumothorax, cancer of the lung, compressive bullae, and pulmonary embolism.

Mutations in the colony stimulating factor 1 receptor (CSF1R) gene cause hereditary diffuse leukoencephalopathy with spheroids.

Hereditary diffuse leukoencephalopathy with spheroids (HDLS) is an autosomal-dominant central nervous system white-matter disease with variable clinical presentations, including personality and behavioral changes, dementia, depression, parkinsonism, seizures and other phenotypes. We combined genome-wide linkage analysis with exome sequencing and identified 14 different mutations affecting the tyrosine kinase domain of the colony stimulating factor 1 receptor (encoded by CSF1R) in 14 families with HDLS. In one kindred, we confirmed the de novo occurrence of the mutation. Follow-up sequencing identified an additional CSF1R mutation in an individual diagnosed with corticobasal syndrome. In vitro, CSF-1 stimulation resulted in rapid autophosphorylation of selected tyrosine residues in the kinase domain of wild-type but not mutant CSF1R, suggesting that HDLS may result from partial loss of CSF1R function. As CSF1R is a crucial mediator of microglial proliferation and differentiation in the brain, our findings suggest an important role for microglial dysfunction in HDLS pathogenesis.

Exploration du Plexus Brachial en Imagerie par Résonance Magnétique 3T.

Objectifs: Optimiser la visualisation du plexus brachial dans le cadre d'un examen par résonance magnétique (IRM), avec prise en compte des paramètres techniques. Matériels et méthodes: L'IRM est devenue la technique de choix pour explorer le plexus brachial en raison de ses capacités techniques (rapport signal/bruit, contraste). Pour cela, nousavons optimisé d'une part des séquences de routine et d'autre part des séquences 3D, dans le but de différencier les structures nerveuses et les tissusenvironnants. Une analyse technique des examens sera réalisée sur la base d'un échantillon de patients de morphotypes variés. Résultats: La morphologie de la région étudiée, différente d'un patient à l'autre, influence la qualité de l'examen. Effectivement, l'épaisseur de tissu (graisseux oumusculaire) présent au niveau du plexus brachial et plus particulièrement celle qui sépare l'air ambiant de l'air présent dans les poumons , demande certainsajustements techniques tels que : shimming, plan d'acquisition et reconstruction issue des séquences 3D. Conclusion: Dans le cadre de cet examen peu fréquent, le manipulateur joue un rôle important tant par les ajustements techniques que par ses connaissances anatomiques,afin de produire une imagerie du plexus brachial de haute précision et de grande qualité.

Bilateral uveal pigmented alterations with remarkable evolution: long term follow-up in a case of possible bilateral diffuse uveal melanocytic proliferation

Purpose: to describe a case of probable bilateral diffuse uveal melanocytic proliferation (BDUMP) with scleral involvement, free from systemic malignancies and cataract. Methods: fifty months of follow up with recurrent complete ophthalmological examinations, including fundus photography, fluorescein/indocyanine green angiography (FA) and optical coherence tomography (OCT). Investigations also included an electroretinography (ERG) and histological examination of scleral biopsy. Extraocular malignancies were repeatedly searched. Results: the patient was a 61 year-old Italian man with chronic hepatitis type C. At first visit his best corrected visual acuity (BCVA) was 20/32 in OS and 20/25 in OD. Funduscopy showed multiple patch-shaped pigmented alterations involving macular region and mid retinal periphery. FA showed corresponding areas of late-phase hyperfluorescent pinpoints (figure 1a, OS) and intemediate-phase hypocyanescence (figure 1b, OS), with subtle serous neurosensory retinal detachment confirmed by OCT. Photopic and scotopic ERG tested normal. Systemic prednisone was administered for one month without any improvement. After ten months round pigmentary lesions appeared also in superior scleral surface of both eyes. Biopsy allowed to disclose slightly pigmented spindle cells. BCVA worsened for further 10 months, with enlargement of FA alteration areas but lenses still clear. After 30 months spontaneous coalescence and atrophy of retinal lesions started, paralleled by progressive visual recovery. At the end of our follow up BCVA was 20/25 in OU while scleral pigmentary lesions remained unchanged. Conclusions: we report the case of a patient with main features of BDUMP and some unusual findings. Although not all classical diagnostic criteria were fulfilled, the presence of scleral pigmented lesions and spontaneous visual recovery may enlarge clinical spectrum of the disease.

Anomalies et complications vasculaires dans les drusen du nerf optique [Vascular anomalies and complications of optic nerve drusen]

BACKGROUND: Drusen of the optic disc are associated with slowly progressive optic neuropathy, characterized by accumulation of acellular laminated concretions in the prelaminar portion of the optic nerve. Papillary hemorrhages and vascular shunts have been reported with disc drusen but their frequency and clinical significance is not well known. METHODS: Retrospective study of fundus photographs of 116 patients with disc drusen referred to the National Hospital for Neurology and Neurosurgery, London, between 1965 and 1991. RESULTS: Hemorrhages were found in 23 eyes from 16/116 (13.8%) patients. Most cases (68.8%, 11/16 cases) occurred in patients with buried drusen, and most hemorrhages were deeply located. Vascular shunts were present in 6.9% (8/116 cases), most frequently in patients with exposed drusen (6/8 cases), most being of the venous type (7/8 cases). DISCUSSION: Vascular anomalies are not rare in disc drusen, as 20.7% (24/116 cases) of our patients presented either disc hemorrhages or shunt vessels. Their presence supports the hypothesis of the slowly progressive nature of disc drusen and the more advanced stage of optic neuropathy in such eyes.

Risk-based modelling of diffuse land use impacts from rural landscapes upon salmonid fry abundance

Research has demonstrated that landscape or watershed scale processes can influence instream aquatic ecosystems, in terms of the impacts of delivery of fine sediment, solutes and organic matter. Testing such impacts upon populations of organisms (i.e. at the catchment scale) has not proven straightforward and differences have emerged in the conclusions reached. This is: (1) partly because different studies have focused upon different scales of enquiry; but also (2) because the emphasis upon upstream land cover has rarely addressed the extent to which such land covers are hydrologically connected, and hence able to deliver diffuse pollution, to the drainage network However, there is a third issue. In order to develop suitable hydrological models, we need to conceptualise the process cascade. To do this, we need to know what matters to the organism being impacted by the hydrological system, such that we can identify which processes need to be modelled. Acquiring such knowledge is not easy, especially for organisms like fish that might occupy very different locations in the river over relatively short periods of time. However, and inevitably, hydrological modellers have started by building up piecemeal the aspects of the problem that we think matter to fish. Herein, we report two developments: (a) for the case of sediment associated diffuse pollution from agriculture, a risk-based modelling framework, SCIMAP, has been developed, which is distinct because it has an explicit focus upon hydrological connectivity; and (b) we use spatially distributed ecological data to infer the processes and the associated process parameters that matter to salmonid fry. We apply the model to spatially distributed salmon and fry data from the River Eden, Cumbria, England. The analysis shows, quite surprisingly, that arable land covers are relatively unimportant as drivers of fry abundance. What matters most is intensive pasture, a land cover that could be associated with a number of stressors on salmonid fry (e.g. pesticides, fine sediment) and which allows us to identify a series of risky field locations, where this land cover is readily connected to the river system by overland flow. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.