Cognitive anatomy of the temporal lobe: Effect of personality in population with mild cognitive impairment & Functional specialization for memory systems in healthy individuals.

Résumé: L'impact de la maladie d'Alzheimer (MA) est dévastateur pour la vie quotidienne de la personne affectée, avec perte progressive de la mémoire et d'autres facultés cognitives jusqu'à la démence. Il n'existe toujours pas de traitement contre cette maladie et il y a aussi une grande incertitude sur le diagnostic des premiers stades de la MA. La signature anatomique de la MA, en particulier l'atrophie du lobe temporal moyen (LTM) mesurée avec la neuroimagerie, peut être utilisée comme un biomarqueur précoce, in vivo, des premiers stades de la MA. Toutefois, malgré le rôle évident du LMT dans les processus de la mémoire, nous savons que les modèles anatomiques prédictifs de la MA basés seulement sur des mesures d'atrophie du LTM n'expliquent pas tous les cas cliniques. Au cours de ma thèse, j'ai conduit trois projets pour comprendre l'anatomie et le fonctionnement du LMT dans (1) les processus de la maladie et dans (2) les processus de mémoire ainsi que (3) ceux de l'apprentissage. Je me suis intéressée à une population avec déficit cognitif léger (« Mild Cognitive Impairment », MCI), à risque pour la MA. Le but du premier projet était de tester l'hypothèse que des facteurs, autres que ceux cognitifs, tels que les traits de personnalité peuvent expliquer les différences interindividuelles dans le LTM. De plus, la diversité phénotypique des manifestations précliniques de la MA provient aussi d'une connaissance limitée des processus de mémoire et d'apprentissage dans le cerveau sain. L'objectif du deuxième projet porte sur l'investigation des sous-régions du LTM, et plus particulièrement de leur contribution dans différentes composantes de la mémoire de reconnaissance chez le sujet sain. Pour étudier cela, j'ai utilisé une nouvelle méthode multivariée ainsi que l'IRM à haute résolution pour tester la contribution de ces sous-régions dans les processus de familiarité (« ou Know ») et de remémoration (ou « Recollection »). Finalement, l'objectif du troisième projet était de tester la contribution du LTM en tant que système de mémoire dans l'apprentissage et l'interaction dynamique entre différents systèmes de mémoire durant l'apprentissage. Les résultats du premier projet montrent que, en plus du déficit cognitif observé dans une population avec MCI, les traits de personnalité peuvent expliquer les différences interindividuelles du LTM ; notamment avec une plus grande contribution du neuroticisme liée à une vulnérabilité au stress et à la dépression. Mon étude a permis d'identifier un pattern d'anormalité anatomique dans le LTM associé à la personnalité avec des mesures de volume et de diffusion moyenne du tissu. Ce pattern est caractérisé par une asymétrie droite-gauche du LTM et un gradient antéro-postérieur dans le LTM. J'ai interprété ce résultat par des propriétés tissulaires et neurochimiques différemment sensibles au stress. Les résultats de mon deuxième projet ont contribué au débat actuel sur la contribution des sous-régions du LTM dans les processus de familiarité et de remémoration. Utilisant une nouvelle méthode multivariée, les résultats supportent premièrement une dissociation des sous-régions associées aux différentes composantes de la mémoire. L'hippocampe est le plus associé à la mémoire de type remémoration et le cortex parahippocampique, à la mémoire de type familiarité. Deuxièmement, l'activation correspondant à la trace mnésique pour chaque type de mémoire est caractérisée par une distribution spatiale distincte. La représentation neuronale spécifique, « sparse-distributed», associée à la mémoire de remémoration dans l'hippocampe serait la meilleure manière d'encoder rapidement des souvenirs détaillés sans interférer les souvenirs précédemment stockés. Dans mon troisième projet, j'ai mis en place une tâche d'apprentissage en IRM fonctionnelle pour étudier les processus d'apprentissage d'associations probabilistes basé sur le feedback/récompense. Cette étude m'a permis de mettre en évidence le rôle du LTM dans l'apprentissage et l'interaction entre différents systèmes de mémoire comme la mémoire procédurale, perceptuelle ou d'amorçage et la mémoire de travail. Nous avons trouvé des activations dans le LTM correspondant à un processus de mémoire épisodique; les ganglions de la base (GB), à la mémoire procédurale et la récompense; le cortex occipito-temporal (OT), à la mémoire de représentation perceptive ou l'amorçage et le cortex préfrontal, à la mémoire de travail. Nous avons également observé que ces régions peuvent interagir; le type de relation entre le LTM et les GB a été interprété comme une compétition, ce qui a déjà été reporté dans des études récentes. De plus, avec un modèle dynamique causal, j'ai démontré l'existence d'une connectivité effective entre des régions. Elle se caractérise par une influence causale de type « top-down » venant de régions corticales associées avec des processus de plus haut niveau venant du cortex préfrontal sur des régions corticales plus primaires comme le OT cortex. Cette influence diminue au cours du de l'apprentissage; cela pourrait correspondre à un mécanisme de diminution de l'erreur de prédiction. Mon interprétation est que cela est à l'origine de la connaissance sémantique. J'ai également montré que les choix du sujet et l'activation cérébrale associée sont influencés par les traits de personnalité et des états affectifs négatifs. Les résultats de cette thèse m'ont amenée à proposer (1) un modèle expliquant les mécanismes possibles liés à l'influence de la personnalité sur le LTM dans une population avec MCI, (2) une dissociation des sous-régions du LTM dans différents types de mémoire et une représentation neuronale spécifique à ces régions. Cela pourrait être une piste pour résoudre les débats actuels sur la mémoire de reconnaissance. Finalement, (3) le LTM est aussi un système de mémoire impliqué dans l'apprentissage et qui peut interagir avec les GB par une compétition. Nous avons aussi mis en évidence une interaction dynamique de type « top -down » et « bottom-up » entre le cortex préfrontal et le cortex OT. En conclusion, les résultats peuvent donner des indices afin de mieux comprendre certains dysfonctionnements de la mémoire liés à l'âge et la maladie d'Alzheimer ainsi qu'à améliorer le développement de traitement. Abstract: The impact of Alzheimer's disease is devastating for the daily life of the affected patients, with progressive loss of memory and other cognitive skills until dementia. We still lack disease modifying treatment and there is also a great amount of uncertainty regarding the accuracy of diagnostic classification in the early stages of AD. The anatomical signature of AD, in particular the medial temporal lobe (MTL) atrophy measured with neuroimaging, can be used as an early in vivo biomarker in early stages of AD. However, despite the evident role of MTL in memory, we know that the derived predictive anatomical model based only on measures of brain atrophy in MTL does not explain all clinical cases. Throughout my thesis, I have conducted three projects to understand the anatomy and the functioning of MTL on (1) disease's progression, (2) memory process and (3) learning process. I was interested in a population with mild cognitive impairment (MCI), at risk for AD. The objective of the first project was to test the hypothesis that factors, other than the cognitive ones, such as the personality traits, can explain inter-individual differences in the MTL. Moreover, the phenotypic diversity in the manifestations of preclinical AD arises also from the limited knowledge of memory and learning processes in healthy brain. The objective of the second project concerns the investigation of sub-regions of the MTL, and more particularly their contributions in the different components of recognition memory in healthy subjects. To study that, I have used a new multivariate method as well as MRI at high resolution to test the contribution of those sub-regions in the processes of familiarity and recollection. Finally, the objective of the third project was to test the contribution of the MTL as a memory system in learning and the dynamic interaction between memory systems during learning. The results of the first project show that, beyond cognitive state of impairment observed in the population with MCI, the personality traits can explain the inter-individual differences in the MTL; notably with a higher contribution of neuroticism linked to proneness to stress and depression. My study has allowed identifying a pattern of anatomical abnormality in the MTL related to personality with measures of volume and mean diffusion of the tissue. That pattern is characterized by right-left asymmetry in MTL and an anterior to posterior gradient within MTL. I have interpreted that result by tissue and neurochemical properties differently sensitive to stress. Results of my second project have contributed to the actual debate on the contribution of MTL sub-regions in the processes of familiarity and recollection. Using a new multivariate method, the results support firstly a dissociation of the subregions associated with different memory components. The hippocampus was mostly associated with recollection and the surrounding parahippocampal cortex, with familiarity type of memory. Secondly, the activation corresponding to the mensic trace for each type of memory is characterized by a distinct spatial distribution. The specific neuronal representation, "sparse-distributed", associated with recollection in the hippocampus would be the best way to rapidly encode detailed memories without overwriting previously stored memories. In the third project, I have created a learning task with functional MRI to sudy the processes of learning of probabilistic associations based on feedback/reward. That study allowed me to highlight the role of the MTL in learning and the interaction between different memory systems such as the procedural memory, the perceptual memory or priming and the working memory. We have found activations in the MTL corresponding to a process of episodic memory; the basal ganglia (BG), to a procedural memory and reward; the occipito-temporal (OT) cortex, to a perceptive memory or priming and the prefrontal cortex, to working memory. We have also observed that those regions can interact; the relation type between the MTL and the BG has been interpreted as a competition. In addition, with a dynamic causal model, I have demonstrated a "top-down" influence from cortical regions associated with high level cortical area such as the prefrontal cortex on lower level cortical regions such as the OT cortex. That influence decreases during learning; that could correspond to a mechanism linked to a diminution of prediction error. My interpretation is that this is at the origin of the semantic knowledge. I have also shown that the subject's choice and the associated brain activation are influenced by personality traits and negative affects. Overall results of this thesis have brought me to propose (1) a model explaining the possible mechanism linked to the influence of personality on the MTL in a population with MCI, (2) a dissociation of MTL sub-regions in different memory types and a neuronal representation specific to each region. This could be a cue to resolve the actual debates on recognition memory. Finally, (3) the MTL is also a system involved in learning and that can interact with the BG by a competition. We have also shown a dynamic interaction of « top -down » and « bottom-up » types between the pre-frontal cortex and the OT cortex. In conclusion, the results could give cues to better understand some memory dysfunctions in aging and Alzheimer's disease and to improve development of treatment.

Mise en oeuvre de protocoles spatiaux pour analyser la modulation de processus cognitifs en fonction de la dimension émotionnelle chez le rongeur

Résumé : Emotion et cognition sont deux termes généralement employés pour désigner des processus psychiques de nature opposée. C'est ainsi que les sciences cognitives se sont longtemps efforcées d'écarter la composante «chaude »des processus «froids »qu'elles visaient, si ce n'est pour montrer l'effet dévastateur de la première sur les seconds. Pourtant, les processus cognitifs (de collecte, maintien et utilisation d'information) et émotioAnels (d'activation subjective, physiologique et comportementale face à ce qui est attractif ou aversif) sont indissociables. Par l'approche neuro-éthologique, à l'interface entre le substrat biologique et les manifestations comportementales, nous nous sommes intéressés à une fonction cognitive essentielle, la fonction mnésique, classiquement exprimée chez le rongeur par l'orientation spatiale. Au niveau du substrat, McDonald et White (1993) ont montré la dissociation de trois systèmes de mémoire, avec les rôles de l'hippocampe, du néostriatum et de l'amygdale dans l'encodage des informations respectivement épisodiques, procédurales et émotionnelles. Nous nous sommes penchés sur l'interaction entre ces systèmes en fonction de la dimension émotionnelle par l'éclairage du comportement. L'état émotionnel de l'animal dépend de plusieurs facteurs, que nous avons tenté de contrôler indirectement en comparant leurs effets sur l'acquisition, dans diverses conditions, de la tâche de Morris (qui nécessite la localisation dans un bassin de la position d'une plate-forme submergée), ainsi que sur le style d'exploration de diverses arènes, ouvertes ou fermées, plus ou moins structurées par la présence de tunnels en plexiglas transparent. Nous avons d'abord exploré le rôle d'un composant du système adrénergique dans le rapport à la difficulté et au stress, à l'aide de souris knock-out pour le récepteur à la noradrénaline a-1 B dans un protocole avec 1 ou 4 points de départ dans un bassin partitionné. Ensuite, nous nous sommes penchés, chez le rat, sur les effets de renforcement intermittent dans différentes conditions expérimentales. Dans ces conditions, nous avons également tenté d'analyser en quoi la situation du but dans un paysage donné pouvait interférer avec les effets de certaines formes de stress. Finalement, nous avons interrogé les conséquences de perturbations passées, y compris le renforcement partiel, sur l'organisation des déplacements sur sol sec. Nos résultats montrent la nécessité, pour les souris cont~ô/es dont l'orientation repose sur l'hippocampe, de pouvoir varier les trajectoires, ce qui favoriserait la constitution d'une carte cognitive. Les souris a->B KO s'avèrent plus sensibles au stress et capables de bénéficier de la condition de route qui permet des réponses simples et automatisées, sous-tendues par l'activité du striatum. Chez les rats en bassin 100% renforcé, l'orientation apparaît basée sur l'hippocampe, relayée par le striatum pour le développement d'approches systématiques et rapides, avec réorientation efficace en nouvelle position par réactivation dépendant de l'hippocampe. A 50% de renforcement, on observe un effet du type de déroulement des sessions, transitoirement atténué par la motivation Lorsque les essais s'enchaînent sans pause intrasession, les latences diminuent régulièrement, ce qui suggère une prise en charge possible par des routines S-R dépendant du striatum. L'organisation des mouvements exploratoires apparaît dépendante du niveau d'insécurité, avec différents profils intermédiaires entre la différentiation maximale et la thigmotaxie, qui peuvent être mis en relation avec différents niveaux d'efficacité de l'hippocampe. Ainsi, notre travail encourage à la prise en compte de la dimension émotionnelle comme modulatrice du traitement d'information, tant en phase d'exploration de l'environnement que d'exploitation des connaissances spatiales. Abstract : Emotion and cognition are terms widely used to refer to opposite mental processes. Hence, cognitive science research has for a long time pushed "hot" components away from "cool" targeted processes, except for assessing devastating effects of the former upon the latter. However, cognitive processes (of information collection, preservation, and utilization) and emotional processes (of subjective, physiological, and behavioral activation roue to attraction or aversion) are inseparable. At the crossing between biological substrate and behavioral expression, we studied a chief cognitive function, memory, classically shown in animals through spatial orientation. At the substrate level, McDonald et White (1993) have shown a dissociation between three memory systems, with the hippocampus, neostriatum, and amygdala, encoding respectively episodic, habit, and emotional information. Through the behavior of laboratory rodents, we targeted the interaction between those systems and the emotional axis. The emotional state of an animal depends on different factors, that we tried to check in a roundabout way by the comparison of their effects on acquisition, in a variety of conditions, of the Morris task (in which the location of a hidden platform in a pool is required), as well as on the exploration profile in different apparatus, open-field and closed mazes, more or less organized by clear Plexiglas tunnels. We first tracked the role, under more or less difficult and stressful conditions, of an adrenergic component, with knock-out mice for the a-1 B receptor in a partitioned water maze with 1 or 4 start positions. With rats, we looked for the consequences of partial reinforcement in the water maze in different experimental conditions. In those conditions, we further analyzed how the situation of the goal in the landscape could interfere with the effect of a given stress. At last, we conducted experiments on solid ground, in an open-field and in radial mazes, in order to analyze the organization of spatial behavior following an aversive life event, such as partial reinforcement training in the water maze. Our results emphasize the reliance of normal mice to be able to vary approach trajectories. One of our leading hypotheses is that such strategies are hippocampus-dependent and are best developed for of a "cognitive map like" representation. Alpha-1 B KO mice appear more sensitive to stress and able to take advantage of the route condition allowing simple and automated responses, most likely striatum based. With rats in 100% reinforced water maze, the orientation strategy is predominantly hippocampus dependent (as illustrated by the impairment induced by lesions of this structure) and becomes progressively striatum dependent for the development of systematic and fast successful approaches. Training towards a new platform position requires a hippocampus based strategy. With a 50% reinforcement rate, we found a clear impairment related to intersession disruption, an effect transitorily minimized by motivation enhancement (cold water). When trials are given without intrasession interruption, latencies consistently diminish, suggesting a possibility for striatum dependent stimulus-response routine to occur. The organization of exploratory movements is shown to depend on the level of subjective security, with different intermediary profiles between maximum differentiation and thigmotaxy, which can be considered in parallel with different efficiency levels of the hippocampus dependent strategies. Thus, our work fosters the consideration of emotion as a cognitive treatment modulator, during spatial exploration as well as spatial learning. It leads to a model in which the predominance of hippocampus based exploration is challenged by training conditions of various nature.

TCR-MHC class II interaction is required for peripheral expansion of CD4 cells in a T cell-deficient host.

It is well established that T cell-deficient nude and SCID mice can be reconstituted by i.v. injection of small numbers of purified peripheral CD4+ T cells; however, the requirements for expansion of the transferred T cells in such systems are not clear. We show here that blood and lymphoid organs of MHC class II-deficient mice (which selectively lack mature CD4+ T cells) cannot be reconstituted by transfer of purified splenic CD4+ T cells, whereas TCRalpha-deficient mice (which lack both CD4+ and CD8+ mature T cells) are readily reconstituted. The failure of CD4+ T cell reconstitution in MHC class II-deficient mice was not due to the presence of CD8+ T cells, since similar results were obtained in TCRalpha-MHC class II double-deficient mice. Consistent with most previous studies CD4+ T cells in reconstituted TCRalpha-deficient mice had a diverse TCR Vbeta repertoire and were predominantly of an activated/memory (CD44high) phenotype. Collectively our data demonstrate that the expansion of peripheral CD4+ T cells in a T cell-deficient host is dependent upon interactions of the TCR with MHC class II.

Interaction of alpha-melanotropin with central dopamine systems: role of hormonal state and molecular structure

The tubero-infundibular and nigrostriatal DA neurone systems of rats respond to systemic (i.p.) injection of alpha-MSH (2-100 microgram/kg). The response of the tubero-infundibular (arcuate) DA neurones, an increase in cellular fluorescence intensity which can be interpreted as a sign of increased neuronal activity, is essentially the same in males, estrogen-progesterone-pretreated ovariectomized females and hypophysectomized males, whereas the type of response elicited by alpha-MSH in the nigral DA neurones depends upon the hormonal state of the animal. Differences between the two DA neurone groups exist also with regard to the effects of peptide fragments containing the two active sites of the alpha-MSH molecule. Results of lesion experiments in the lower brainstem (area postrema) and of blockade of muscarinic mechanisms by atropine further point to differences in the mechanisms underlying the peptide effects on the two neurone systems. The reaction of the tubero-infundibular DA system (which controls the pars intermedia of the pituitary) can be considered to reflect the activation of a feedback mechanism on MSH secretion, while the functional counterpart of the changes observed in the nigral system remains unknown at the present time.

Asymmetrical nature of the Trollius-Chiastocheta interaction: insights into the evolution of nursery pollination systems

The mutualistic versus antagonistic nature of an interaction is defined by costs and benefits of each partner, which may vary depending on the environment. Contrasting with this dynamic view, several pollination interactions are considered as strictly obligate and mutualistic. Here, we focus on the interaction between Trollius europaeus and Chiastocheta flies, considered as a specialized and obligate nursery pollination system - the flies are thought to be exclusive pollinators of the plant and their larvae develop only in T.europaeus fruits. In this system, features such as the globelike flower shape are claimed to have evolved in a coevolutionary context. We examine the specificity of this pollination system and measure traits related to offspring fitness in isolated T.europaeus populations, in some of which Chiastocheta flies have gone extinct. We hypothesize that if this interaction is specific and obligate, the plant should experience dramatic drop in its relative fitness in the absence of Chiastocheta. Contrasting with this hypothesis, T.europaeus populations without flies demonstrate a similar relative fitness to those with the flies present, contradicting the putative obligatory nature of this pollination system. It also agrees with our observation that many other insects also visit and carry pollen among T.europaeus flowers. We propose that the interaction could have evolved through maximization of by-product benefits of the Chiastocheta visits, through the male flower function, and selection on floral traits by the most effective pollinator. We argue this mechanism is also central in the evolution of other nursery pollination systems.

Systems biology of plants : from intraspecific genome variation to computational morphodynamics

Recently, the introduction of second generation sequencing and further advance-ments in confocal microscopy have enabled system-level studies for the functional characterization of genes. The degree of complexity intrinsic to these approaches needs the development of bioinformatics methodologies and computational models for extracting meaningful biological knowledge from the enormous amount of experi¬mental data which is continuously generated. This PhD thesis presents several novel bioinformatics methods and computational models to address specific biological questions in Plant Biology by using the plant Arabidopsis thaliana as a model system. First, a spatio-temporal qualitative analysis of quantitative transcript and protein profiles is applied to show the role of the BREVIS RADIX (BRX) protein in the auxin- cytokinin crosstalk for root meristem growth. Core of this PhD work is the functional characterization of the interplay between the BRX protein and the plant hormone auxin in the root meristem by using a computational model based on experimental evidence. Hyphotesis generated by the modelled to the discovery of a differential endocytosis pattern in the root meristem that splits the auxin transcriptional response via the plasma membrane to nucleus partitioning of BRX. This positional information system creates an auxin transcriptional pattern that deviates from the canonical auxin response and is necessary to sustain the expression of a subset of BRX-dependent auxin-responsive genes to drive root meristem growth. In the second part of this PhD thesis, we characterized the genome-wide impact of large scale deletions on four divergent Arabidopsis natural strains, through the integration of Ultra-High Throughput Sequencing data with data from genomic hybridizations on tiling arrays. Analysis of the identified deletions revealed a considerable portion of protein coding genes affected and supported a history of genomic rearrangements shaped by evolution. In the last part of the thesis, we showed that VIP3 gene in Arabidopsis has an evo-lutionary conserved role in the 3' to 5' mRNA degradation machinery, by applying a novel approach for the analysis of mRNA-Seq data from random-primed mRNA. Altogether, this PhD research contains major advancements in the study of natural genomic variation in plants and in the application of computational morphodynamics models for the functional characterization of biological pathways essential for the plant. - Récemment, l'introduction du séquençage de seconde génération et les avancées dans la microscopie confocale ont permis des études à l'échelle des différents systèmes cellulaires pour la caractérisation fonctionnelle de gènes. Le degrés de complexité intrinsèque à ces approches ont requis le développement de méthodologies bioinformatiques et de modèles mathématiques afin d'extraire de la masse de données expérimentale générée, des information biologiques significatives. Ce doctorat présente à la fois des méthodes bioinformatiques originales et des modèles mathématiques pour répondre à certaines questions spécifiques de Biologie Végétale en utilisant la plante Arabidopsis thaliana comme modèle. Premièrement, une analyse qualitative spatio-temporelle de profiles quantitatifs de transcripts et de protéines est utilisée pour montrer le rôle de la protéine BREVIS RADIX (BRX) dans le dialogue entre l'auxine et les cytokinines, des phytohormones, dans la croissance du méristème racinaire. Le noyau de ce travail de thèse est la caractérisation fonctionnelle de l'interaction entre la protéine BRX et la phytohormone auxine dans le méristème de la racine en utilisant des modèles informatiques basés sur des preuves expérimentales. Les hypothèses produites par le modèle ont mené à la découverte d'un schéma différentiel d'endocytose dans le méristème racinaire qui divise la réponse transcriptionnelle à l'auxine par le partitionnement de BRX de la membrane plasmique au noyau de la cellule. Cette information positionnelle crée une réponse transcriptionnelle à l'auxine qui dévie de la réponse canonique à l'auxine et est nécessaire pour soutenir l'expression d'un sous ensemble de gènes répondant à l'auxine et dépendant de BRX pour conduire la croissance du méristème. Dans la seconde partie de cette thèse de doctorat, nous avons caractérisé l'impact sur l'ensemble du génome des délétions à grande échelle sur quatre souches divergentes naturelles d'Arabidopsis, à travers l'intégration du séquençage à ultra-haut-débit avec l'hybridation génomique sur puces ADN. L'analyse des délétions identifiées a révélé qu'une proportion considérable de gènes codant était affectée, supportant l'idée d'un historique de réarrangement génomique modelé durant l'évolution. Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons montré que le gène VÏP3 dans Arabidopsis a conservé un rôle évolutif dans la machinerie de dégradation des ARNm dans le sens 3' à 5', en appliquant une nouvelle approche pour l'analyse des données de séquençage d'ARNm issue de transcripts amplifiés aléatoirement. Dans son ensemble, cette recherche de doctorat contient des avancées majeures dans l'étude des variations génomiques naturelles des plantes et dans l'application de modèles morphodynamiques informatiques pour la caractérisation de réseaux biologiques essentiels à la plante. - Le développement des plantes est écrit dans leurs codes génétiques. Pour comprendre comment les plantes sont capables de s'adapter aux changements environnementaux, il est essentiel d'étudier comment leurs gènes gouvernent leur formation. Plus nous essayons de comprendre le fonctionnement d'une plante, plus nous réalisons la complexité des mécanismes biologiques, à tel point que l'utilisation d'outils et de modèles mathématiques devient indispensable. Dans ce travail, avec l'utilisation de la plante modèle Arabidopsis thalicinci nous avons résolu des problèmes biologiques spécifiques à travers le développement et l'application de méthodes informatiques concrètes. Dans un premier temps, nous avons investigué comment le gène BREVIS RADIX (BRX) régule le développement de la racine en contrôlant la réponse à deux hormones : l'auxine et la cytokinine. Nous avons employé une analyse statistique sur des mesures quantitatives de transcripts et de produits de gènes afin de démontrer que BRX joue un rôle antagonisant dans le dialogue entre ces deux hormones. Lorsque ce-dialogue moléculaire est perturbé, la racine primaire voit sa longueur dramatiquement réduite. Pour comprendre comment BRX répond à l'auxine, nous avons développé un modèle informatique basé sur des résultats expérimentaux. Les simulations successives ont mené à la découverte d'un signal positionnel qui contrôle la réponse de la racine à l'auxine par la régulation du mouvement intracellulaire de BRX. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons analysé le génome entier de quatre souches naturelles d'Arabidopsis et nous avons trouvé qu'une grande partie de leurs gènes étaient manquant par rapport à la souche de référence. Ce résultat indique que l'historique des modifications génomiques conduites par l'évolution détermine une disponibilité différentielle des gènes fonctionnels dans ces plantes. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons analysé les données du transcriptome de la plante où le gène VIP3 était non fonctionnel. Ceci nous a permis de découvrir le rôle double de VIP3 dans la régulation de l'initiation de la transcription et dans la dégradation des transcripts. Ce rôle double n'avait jusqu'alors été démontrée que chez l'homme. Ce travail de doctorat supporte le développement et l'application de méthodologies informatiques comme outils inestimables pour résoudre la complexité des problèmes biologiques dans la recherche végétale. L'intégration de la biologie végétale et l'informatique est devenue de plus en plus importante pour l'avancée de nos connaissances sur le fonctionnement et le développement des plantes.

An infrared reflection-absorption spectroscopic (IRRAS) study of the interaction of lipid A and lipopolysaccharide Re with endotoxin-binding proteins.

Lipopolysaccharides (LPS, endotoxins) are main constituents of the outer membranes of Gram-negative bacteria, with the 'endotoxic principle' lipid A anchoring LPS into the membrane. When LPS is removed from the bacteria by the action of the immune system or simply by cell dividing, it may interact strongly with immunocompetent cells such as mononuclear cells. This interaction may lead, depending on the LPS concentration, to beneficial (at low) or pathophysiological (at high concentrations) reactions, the latter frequently causing the septic shock syndrome. There is a variety of endogenous LPS-binding proteins. To this class belong lactoferrin (LF) and hemoglobin (Hb), which have been shown to suppress and enhance the LPS-induced cytokine secretion in mononuclear cells, respectively. To elucidate the interaction mechanisms of endotoxins with these proteins, we have investigated in an infrared reflection-absorption spectroscopy (IRRAS) study the interaction of LPS or lipid A monolayers at the air/water interface with LF and Hb proteins, injected into the aqueous subphase. The data are clearly indicative of completely different interaction mechanisms of the endotoxins with the proteins, with the LF acting only at the LPS backbone, whereas Hb incorporates into the lipid monolayer. These data allow an understanding of the different reactivities in the biomedicinal systems.

Documenting a time-bound, circular view of hierarchies: a microanalysis of parent-infant dyadic interaction.

This article presents a new theory that separates the levels of communication and relates them circularly, namely, by separating time from space/meaning variables. Documenting this proposition requires sequential microdescriptions--a far-out project in the field of family therapy. In an extensive study of clinical and nonclinical families, starting with available microanalytic data on nonverbal parent-infant dialogue, distinct time organizations have been found to modify the degree of circularity between the levels of interaction according to the observed types of engagement, that is, consensual, conflictual, and paradoxical. The double description of the dyad as a totality versus the dyad as a framing/developing organization imparts crucial information on how development proceeds in dyadic, co-evolutive systems, and presumably in larger ones too. In this perspective, a model is elaborated and then applied to a case description in our therapeutic consultation.

Role of c-Myc in homeostasis of memory CD8 T cells

RESUME La mémoire immunologique est essentielle durant la vie et permet aux lymphocytes de répondre plus rapidement et efficacement lors d'une deuxième rencontre avec un antigène connu. Les facteurs contrôlant l'homéostasie des cellules T CD8 mémoires in vivo ne sont pas encore bien définis. Cependant, la prolifération homéostatique de ces cellules dans un hôte déplété en cellules hématopoietiques nécessite l'intéraction du TCR avec les molecules du MHC de class I du soi. De plus, le rôle de cytokines, telles que 1'IL-15 et l'IL-7, est essentiel dans ce mécanisme, aussi bien que dans la maintenance des cellules T CD8 mémoires. Puisque la protéine c-Myc - impliquée dans des mécanismes tells que la division, la prolifération, l'apoptose et la differentiation - a été définie comme étant impliquée dans la réponse à différentes cytokines, nous nous sommes intéressés à l'analyse de l'homéostasie des lymphocytes T CD8 mémoires dans des souris déficientes en c-Myc (c_rnycΔORF/+), qui expriment un niveau réduit de cette protéine. Bien que le développement des cellules T dans le thymus soit normal dans les souris c_rnycΔORF/+, nous avons observé une réduction de 2 à 3 fois dans la population des cellules T CD8 de phenotype mémoire (CD44+) dans les organes lymphoïdes de la périphérie de ces souris. Cette différence ne correspond pas à une réduction de prolifération ou d'expression de protéines de survie telles que Bel-2. Cependant, la prolifération homéostatique de cellules T CD8 c_rnycΔORF/+, mais pas T CD4 c_rnycΔORF/+, est reduite de manière dramatique lorsqu'elles sont transférées dans un hôte irradié. De plus, le transfert adoptif de lymphocytes T dans des souris irradiées déficientes en l'IL-15 nous a permis de montrer que la prolifération homéostatique dépendante de l'IL-15 des cellules T CD8 nécessite l'expression de c-Myc. De plus, contrairement aux cellules T CD8 CD44+ de type sauvage, nous avons observé que l'expansion induite par l'IL-15 des cellules T CD8 CD44+ c_rnycΔORF/+ est altérée aussi bien in vivo (en réponse à une injection de polyI:C) et in vitro. Par conséquent, nos résultats identifient c-Myc comme une nouvelle protéine régulatrice de la signalisation par l'IL-15 impliquée dans l'homéostasie des cellules T CD8 CD44+. SUMMARY Immunological memory is essential throughout life and allows memory lymphocytes to respond faster and more efficiently upon re-encounter of a known antigen. Factors controlling homeostasis of memory CD8 T cells under steady-state conditions in vivo are currently not well defined. However, the homeostatic proliferation of memory CD8 T cells in lymphopenic hosts requires the interaction of the TCR with self MHC class I molecules. In addition, cytokines, such as IL-15 and to a lesser extent IL-7, are essential for both homeostatic proliferation and maintenance of memory CD8 T cells. Since c-Myc, a proto-oncogene involved in cell division, proliferation, apoptosis and differentiation, has been widely implicated in responsiveness to cytokines, we were interested in analyzing homeostasis of memory CD8 T cells in c-myc hypomorph (c_rnycΔORF/+) mice, which express reduced levels of c-Myc. Although T cell development in the thymus was normal in c_rnycΔORF/+ mice, we found a selective 2- to 3-fold reduction in the memory-phenotype CD44high CD8 T cell population in the periphery. Reduced numbers of CD44high CD8 T cells did not correlate with decreased steady-state turnover rate or low expression of survival factors such as Bcl- 2. However, homeostatic proliferation of c_rnycΔORF/+ CD8 T cells, but not c_rnycΔORF/+ CD4 T cells, was dramatically reduced upon transfer into sublethally irradiated wild-type recipients. In addition, upon transfer of c_rnycΔORF/+ and c-myc WT cells into IL-15-/- mice, we observed that IL-15-induced homeostatic proliferation of CD8 T cells requires c-Myc. Moreover, in contrast to c-myc WT CD44high CD8 T cells, IL-15-induced expansion of c_rnycΔORF/+ CD44high CD8 T cells was strongly impaired both in vivo (in response to polyI:C injection) and in vitro. Collectively, our data identify c-Myc as a novel downstream regulator of IL-15 signaling involved in homeostasis of memory CD8 T cells.

Sex differences: From mental rotation to object location memory, an ERP study

Sex differences in cognition have been largely investigated. The most consistent sex differences favoring females are observed in object location memory involving the left hemisphere whereas the most consistent sex differences favoring males are observed in tasks that require mental rotation involving the right hemisphere. Here we used a task involving these two abilities to see the impact of mental rotation on object location memory. To that end we used a combination of behavioral and event-related potential (ERP) electroencephalography (EEG) measures.A computer screen displayed a square frame of 4 pairs of images (a "teddy" bear, a shoe, an umbrella and a lamp) randomly arranged around a central fixation cross. After a 10-second interval for memorization, images disappeared and were replaced by a test frame with no image but a random pair of two locations marked in black. In addition, this test frame was randomly displayed either in the original orientation (0° rotation) or in the rotated one (90° clockwise - CW - or 90° counterclockwise - CCW). Preceding the test frame, an arrow indicating the presence or the absence of rotation of the frame was displayed on the screen. The task of the participants (15 females and 15 males) was to determine if two marked locations corresponded or not to a pair of identical images. Each response was followed by feedback.Findings showed no significant sex differences in the performance of the original orientation. In comparison with this position, the rotation of the frame produced an equal decrease of male and female performance. In addition, this decrease was significantly higher when the rotation of the frame was in a CCW direction. We further assessed the ERP when the arrow indicated the direction of rotation as stimulus-onset, during four time windows representing major components C1, P1, N1 and N2. Although no sex differences were observed in performance, brain activities differed according to sex. Enhanced amplitudes were found for the CCW compared to CW rotation over the right posterior areas for the P1, N1 and N2 components for men as well as for women. Major topographical differences related to sex were measured for the CW rotation condition as marked lateralized amplitude: left-hemisphere amplitude larger than right one was measured during P1 time range for men. These similar patterns prolonged from P1 to N1 for women. Early distinctions were found in interaction with sex between CCW and CW waveform amplitudes, expressing over anterior electrode sites during C1 time range (0-50 ms post-stimulus).In conclusion (i) women do not outperform men in object location memory in this study (absence of rotation condition); (ii) mental rotation, in particular the direction of rotation, influences performance on object location memory; (iii) CCW rotation is associated with activity in the right parietal hemisphere whereas the CW rotation involves the left parietal hemisphere; (iv) this last effect is less pronounced in males, which could explain why greater involvement of right parietal areas in men and of bilateral posterior areas in women is generally reported in mental rotation tasks; and (v) the early distinctions between both directions of rotation located over anterior sites could be related to sex differences in their respective involvement of control mechanisms.

Sex differences: From mental rotation to object location memory, an ERP study

Sex differences in cognition have been largely investigated. The most consistent sex differences favoring females are observed in object location memory involving the left hemisphere whereas the most consistent sex differences favoring males are observed in tasks that require mental rotation involving the right hemisphere. Here we used a task involving these two abilities to see the impact of mental rotation on object location memory. To that end we used a combination of behavioral and event-related potential (ERP) electroencephalography (EEG) measures.A computer screen displayed a square frame of 4 pairs of images (a "teddy" bear, a shoe, an umbrella and a lamp) randomly arranged around a central fixation cross. After a 10-second interval for memorization, images disappeared and were replaced by a test frame with no image but a random pair of two locations marked in black. In addition, this test frame was randomly displayed either in the original orientation (0° rotation) or in the rotated one (90° clockwise - CW - or 90° counterclockwise - CCW). Preceding the test frame, an arrow indicating the presence or the absence of rotation of the frame was displayed on the screen. The task of the participants (15 females and 15 males) was to determine if two marked locations corresponded or not to a pair of identical images. Each response was followed by feedback.Findings showed no significant sex differences in the performance of the original orientation. In comparison with this position, the rotation of the frame produced an equal decrease of male and female performance. In addition, this decrease was significantly higher when the rotation of the frame was in a CCW direction. We further assessed the ERP when the arrow indicated the direction of rotation as stimulus-onset, during four time windows representing major components C1, P1, N1 and N2. Although no sex differences were observed in performance, brain activities differed according to sex. Enhanced amplitudes were found for the CCW compared to CW rotation over the right posterior areas for the P1, N1 and N2 components for men as well as for women. Major topographical differences related to sex were measured for the CW rotation condition as marked lateralized amplitude: left-hemisphere amplitude larger than right one was measured during P1 time range for men. These similar patterns prolonged from P1 to N1 for women. Early distinctions were found in interaction with sex between CCW and CW waveform amplitudes, expressing over anterior electrode sites during C1 time range (0-50 ms post-stimulus).In conclusion (i) women do not outperform men in object location memory in this study (absence of rotation condition); (ii) mental rotation, in particular the direction of rotation, influences performance on object location memory; (iii) CCW rotation is associated with activity in the right parietal hemisphere whereas the CW rotation involves the left parietal hemisphere; (iv) this last effect is less pronounced in males, which could explain why greater involvement of right parietal areas in men and of bilateral posterior areas in women is generally reported in mental rotation tasks; and (v) the early distinctions between both directions of rotation located over anterior sites could be related to sex differences in their respective involvement of control mechanisms.

IL-2/anti-IL-2 antibody complexes show strong biological activity by avoiding interaction with IL-2 receptor alpha subunit CD25.

IL-2 is crucial to T cell homeostasis, especially of CD4(+) T regulatory cells and memory CD8(+) cells, as evidenced by vigorous proliferation of these cells in vivo following injections of superagonist IL-2/anti-IL-2 antibody complexes. The mechanism of IL-2/anti-IL-2 antibody complexes is unknown owing to a lack of understanding of IL-2 homeostasis. We show that IL-2 receptor alpha (CD25) plays a crucial role in IL-2 homeostasis. Thus, prolongation of IL-2 half-life and blocking of CD25 using antibodies or CD25-deficient mice led in combination, but not alone, to vigorous IL-2-mediated T cell proliferation, similar to IL-2/anti-IL-2 antibody complexes. These data suggest an unpredicted role for CD25 in IL-2 homeostasis.

Expression of apoptosis and survival genes in human memory T cell populations

RESUME Introduction: Les cellules T mémoires humaines sont classées en trois sous-populations sur la base de l'expression d'un marqueur de surface cellulaire, CD45RA, et du récepteur aux chimiokines, CCR7. Ces sous-populations, nommées cellules mémoires centrales (TcM), mémoires effectrices (TEM) et mémoires effectrices terminales (ITEM), ont des rôles fonctionnels distincts, ainsi que des capacités de prolifération et de régénération différentes. Cependant, la génération de ces différences reste encore mal comprise et on ignore les mécanismes moléculaires impliqués. Matériaux et Méthodes: Des cellules mononucléaires humaines du sang périphérique ont été séparées par cytométrie de flux selon leur expression de CD4, CD8, CD45RA et CCR7 en sous-populations de cellules CD4+ ou CD8+ naïves, TcM, TEM ou ITEM. Dans chacune de ces sous-populations, 14 gènes impliqués dans l'apoptose, la survie ou la capacité proliférative des cellules T ont été quantifiés par RT-PCR en temps réel, relativement à l'expression d'un gène de référence endogène. L'ARN provenant de 450 cellules T a été utilisé par gène et par sous-population. Les gènes analysés (cibles) comprenaient des gènes de survie (BAFF, APRIL, BAFF-R, BCMA, TACI, IL-15Rα, IL-7Rα), des gènes anti-apoptotiques (Bcl-2, BclxL, FLIP), des gènes pro-apoptotiques (Bad, Bax, Fast) et le gène anti-prolifératif, Tob. A l'aide de la méthode comparative delta-delta-CT, le taux d'expression des gènes cibles de chaque sous-population des cellules T mémoires CD4+ et CD8+, à été comparée à leur taux d'expression dans les cellules T naïves CD4+ et CD8+. Résultats: Dans les cellules CD8+, les gènes pro-apoptotiques Bax et Fast étaient surexprimés dans toutes les sous-populations mémoires, tandis que l'expression des facteurs anti-apoptotiques et de survie comme Bcl-2, APRIL et BAFF-R, étaient diminués. Ces deux tendances étaient particulièrement accentuées dans les sous-groupes des cellules mémoires TEM et TTEM. A noter que malgré le fait que leur expression était également diminuée dans les autres cellules mémoires, le facteur de survie IL-7Ra, était sélectivement surexprimé dans la sous-population de cellules TcM et l'expression d'IL-15Ra était sélectivement augmentée dans les TEM. Dans les cellules CD4+, le taux d'expression des gènes analysés était plus variable entre les sujets étudiés que dans les cellules CD8+, ne permettant pas de définir un profil d'expression spécifique. L'expression du gène de survie BAFF par contre, a été significativement augmentée dans toutes les sous-populations mémoire CD4+. Il en va de même pour l'expression d' APRIL et de BAFF-R, bien que dans moindre degré. A remarquer que l'expression du facteur anti-apoptotique Fast a été observée uniquement dans la souspopulation des TTEM. Discussion et Conclusions: Cette étude montre une nette différence entre les cellules CD8+ et CD4+, en ce qui concerne les profils d'expression des gènes impliqués dans la survie et l'apoptose des cellules T mémoires. Ceci pourrait impliquer une régulation cellulaire homéostatique distincte dans ces deux compartiments de cellules T mémoires. Dans les cellules CD8+ l'expression d'un nombre de gènes impliqués dans la survie et la protection de l'apoptose semblerait être diminuée dans les populations TEM et TTEM en comparaison à celle des sous-populations naïves et TEM, tandis que l'expression des gènes pro-apoptotiques semblerait être augmentée. Comme ceci paraît être plus accentué dans les TTEM, cela pourrait indiquer une plus grande disposition à l'apopotose dans les populations CCR7- (effectrices) et une perte de survie parallèlement à l'acquisition de capacités effectrices. Ceci parlerait en faveur d'un modèle de différentiation linéaire dans les cellules CD8+. De plus, l'augmentation sélective de l'expression d'IL-7Ra observée dans le sous-groupe de cellules mémoires TEM, et d'IL-15Ra dans celui des TEM, pourrait indiquer un moyen de sélection pour des réponses immunitaires mémoires à long terme par une réponse distincte à ces cytokines. Dans les cellules CD4+ par contre, aucun profil d'expression n'a pu être déterminé; les résultats suggèrent même une résistance relative à l'apoptose de la part des cellules mémoires. Ceci pourrait favoriser l'existence d'un modèle de différentiation plus flexible avec des possibilités d'interaction multiples. Ainsi, la surexpression sélective de BAFF, APRIL et BAFF-R dans les sous-populations individuelles des cellules mémoires pourrait être un indice de l'interaction de ces sous-groupes avec des cellules B. ABSTRACT Introduction: Based on their surface expression of the CD45 isoform and of the CCR7 chemokine receptor, memory T cells have been divided into the following three subsets: central memory (TAM), effector memory (TEM) and terminal effector memory (ITEM). Distinct functional roles and different proliferative and regenerative capacities have been attributed to each one of these subpopulations. The molecular mechanisms underlying these differences; however, remain poorly understood. Materials and Methods: According to their expression of CD4, CD8, CD45RA and CCR7, human peripheral blood mononuclear cells were sorted by flow-cytometry into CD4+ or CD8+ naïve, TAM, TEM and ITEM subsets. Using real-time PCR, the expression of 14 genes known to be involved in apoptotis, survival or proliferation of T cells was quantified separately in each individual subset, relative to an endogenous reference gene. The RNA equivalent of 450 T cells was used for each gene and subset. The target gene panel included the survival genes BAFF, APRIL, BAFF-R, BCMA, TACI, IL-15Rα and IL-7Rα, the anti-apoptotic genes Bcl2, Bcl-xL and FLIP, the pro-apoptotic genes Bad, Bax and Fast, as well as the antiproliferative gene Tob. Using the comparative CT-method, the expression of the target genes in the three memory T cell subsets of both CD4+ and CD8+ T cell populations was compared to their expression in the naïve T cells. Results: In CD8+ cells, the pro-apoptotic factors Bax and Fast were found to be upregulated in all memory T cell subsets, whereas the survival and anti-apoptotic factors Bcl-2, APRIL and BAFF-R were downregulated. These tendencies were most accentuated in TEM and TTEM subsets. Even though the survival factor IL-7Rα was also downregulated in these subsets, interestingly, it was selectively upregulated in the CD8+ TAM subset. Similarly, IL-15Rαexpression was shown to be selectively upregulated in the CD8+ TEM subset. In CD4+ cells, the expression levels of the analyzed genes showed a greater inter-individual variability than in CD8+ cells, thus suggesting the absence of any particular expression pattern for CD4+ memory T cells. However, the survival factor BAFF was found to be significantly upregulated in all CD4+ memory T cell subsets, as was also the expression of APRIL and BAFF-R, although to a lesser extent. Furthermore, it was noted that the pro-apoptotic gene Fast was only expressed in the TTEM CD4+ subset. Discussion and Conclusions: Genes involved in apoptosis and survival in human memory T cells have been shown to be expressed differently in CD8+ cells as compared to CD4+ cells, suggesting a distinct regulation of cell homeostasis in these two memory T cell compartments. The present study suggests that, in CD8+ T cells, the expression of various survival and antiapoptotic genes is downregulated in TEM and TTEM subsets, while the expression of proapoptotic genes is upregulated in comparison to the naïve and the TAM populations. These characteristics, potentially translating to a greater susceptibility to apoptosis in the CCR7- (effector) memory populations, are accentuated in the TTEM population, suggesting a loss of survival in parallel to the acquisition of effector capacities. This speaks in favour of a linear differentiation model in CD8+ T memory cells. Moreover, the observed selectively increased expression of IL-7Rα in CD8+ TAM cells - as that of IL-15Rα in CD8+ TEM cells -suggest that differential responsiveness to cytokines could confer a selection bias for distinct long-term memory cell responses. Relative to the results for CD8+ T cells, those for CD4+ T cells seem to indicate a certain resistance of the memory subsets to apoptosis, suggesting the possibility of a more flexible differentiation model with multiple checkpoints and potential interaction of CD4+ memory cells with other cells. Thus, the selective upregulation of BAFF, APRIL and BAFF-R in individual memory subsets could imply an interaction of these subsets with B cells.