Modulation of pancreatic β-cell mass and insulin secretion by PPARβ/δ

SUMMARY : Peroxisome proliferator-activated receptor ß/δ protects against obesity by reducing dyslipidemia and insulin resistance via effects in various organs, including muscle, adipose tissue and liver. However, nothing is known about the function of PPARß in pancreas, a prime organ in the control of glucose homeostasis. To gain insight into so far hypothetical functions of this PPAR isotype in ß-cell function, we specifically ablated Pparß in the whole epithelial compartment of the pancreas. The mutated mice presented expanded ß-cell mass, possibly, this is due to increased burst of ß-cell proliferation at 2 weeks of age. These PPARß null pancreas mice exhibit hyperinsulinemia-hypoglycaemia starting at 4 weeks of age, due to hyperfunctionality of ß-cell. Gene expression profiling indicated a broad repressive function of PPARß impacting the vesicular and granular compartment, actin cytoskeleton, and metabolism of glucose and fatty acids. Analyses of insulin release from isolated islets revealed accelerated second-phase of glucose-stimulated insulin secretion. Higher levels of PKD and PKCS in mutated animals, in concert with F-actin disassembly, lead to an increased insulin secretion and its associated systemic effects. Enhanced palmitate potentiation of glucose-stimulated insulin secretion in PPARß mutant islets, suggests an important role of this receptor in lipid/glucose metabolism in ß-cell. Taken together, these results provide evidence for PPARß playing a repressive role on ß-cell growth and insulin exocytosis, and shed new light on its metabolic .action. RESUME : Le récepteur nucléaire PPARß (Peroxisome proliferator-activated receptor ß/δ) protège contre l'obésité en réduisant la dyslipidémie et la résistance à l'insuline dans différents organes, comme le muscle, le tissue adipeux et le foie. Cependant, il y a, à ce jour, très peu de connaissance par rapport au rôle de PPARß dans le pancréas, qui est un organe très important dans le contrôle homéostatique du glucose. Afin de comprendre le rôle de cet isotype de PPAR dans le fonctionnement des cellules beta du pancréas, nous avons invalidé le gène Pparß dans tout le compartiment pancréatique de la souris. Ces souris mutantes présentent une augmentation de la masse totale de cellules beta; Cela serait dû à une intense prolifération des cellules beta à 2 semaines après la naissance. Également, ces souris présentent une hyperinsulinémie et une hypoglycémie qui commencent à l'âge de 4 semaines; la raison de ce phénotype serait une hyperactivité des cellules beta. Le profil d'expression génique indique une fonction répressive globale de PPARß en se référant aux compartiments vésiculaire et granulaire, au cytosquelette d'actine, et au métabolisme du glucose et des acides gras. L'analyse de la sécrétion d'insuline par les cellules beta a démontré que la deuxième phase de sécrétion d'insuline après stimulation au glucose est augmentée. Les niveaux élevés de PKD et PKCS dans les îlots pancréatiques de souris mutantes, ainsi qu'une augmentation de la dépolymérisation des filaments d'active génèrent un surplus de sécrétion d'insuline après stimulation au glucose. Les îlots pancréatiques des souris mutantes secrètent plus d'insuline après stimulation au glucose et au palmitate que les îlots de souris contrôles. Ceci suggère un rôle important de PPARß dans le métabolisme des lipides et du glucose des cellules beta. En résumé, ces résultats mettent en évidence un rôle répressif de PPARß dans la croissance des cellules beta et dans l'exocytose d'insuline.

The role of the hypothalamic kisspeptin/GPR54 system in the control of GnRH neurons

Summary : The hypothalamus represents less than 1 % of the total volume of the brain tissue, yet it plays a crucial role in endocrine regulations. Puberty is defined as a process leading to physical, sexual and psychosocial maturation. The hypothalamus is central to this process, via the activation of GnRH neurons. Pulsatile GnRH secretion, minimal during childhood, increases with the onset of puberty. The primary function of GnRH is to regulate the growth, development and function of testes in boys and ovaries in girls, by stimulating the pituitary gland secretion of luteinizing hormone (LH) and follicle-stimulating hormone (FSH). Several factors contribute to the timing of puberty, including sex and ethnicity, genetics, dietary intake and energy expenditure. Kisspeptins constitute a family of small peptides arising from the proteolytic cleavage of metastin, a peptide with 54 amino acids initially purified from human placenta. These kisspeptins were the subject of much attention following their discovery because of their antimetastatic properties, but it was more recently that their determining role in the reproductive function was demonstrated. It was shown that kisspeptins are ligands of a receptor, GPR54, whose natural inactivating mutation in humans, or knockout in the mouse, lead to infertility. GnRH neurons play a pivotal role in the central regulation of fertility. Kisspeptin greatly increases GnRH release and GnRH neuron firing activity, but the neurobiological mechanisms for these actions are unknown. Gprotein-coupled receptor 54, the receptor for kisspeptin, is expressed by GnRH neurons as well as other hypothalamic neurons, suggesting that both direct and indirect effects are possible. In the first part of my thesis, we investigated a possible connection between the acceleration of sexual development induced by leptin and hypothalamic metastin neurons. However, the data generated by our preliminary experiments confirmed that the commercially available antibodies are non-specific. This finding constituted a major drawback for our studies, which relied heavily upon the neuroanatomical study of the hypothalamic metastinergic pathways to elucidate their sensitivity to exogenous leptin. Therefore, we decided to postpone any further in vivo experiment until a better antibody becomes available, and focused on in vitro studies to better understand the mechanisms of action of kisspeptins in the modulation of the activity of GnRH neurons. We used two GnRH-expressing neuronal cell lines to investigate the cellular and molecular mechanisms of action of metastin in GnRH neurons. We demonstrated that kisspeptin induces an early activation of the MAP kinase intracellular signaling pathway in both cell lines, whereas the SAP/JNK or the Akt pathways were unaffected. Moreover, we found an increase in GnRH mRNA levels after 6h of metastin stimulation. Thus, we can conclude that kisspeptin regulates GnRH neurons both at the secretion and the gene expression levels. The MAPK pathway is the major pathway activated by metastin in GnRH expressing neurons. Taken together, these data provide the first mechanism of action of kisspeptin on GnRH neurons. Résumé : L'hypothalamus est une zone située au centre du cerveau, dont il représente moins de 1 du volume total. La puberté est la période de transition entre l'enfance et l'age adulte, qui s'accompagne de transformations somatiques, psychologiques, métaboliques et hormonales conduisant à la possibilité de procréer. La fonction principale de la GnRH est la régulation de la croissance, du développement et de la fonction des testicules chez les hommes, et des ovaires chez les femmes en stimulant la sécrétion de l'hormone lutéinisante (LH) et de l'hormone folliculostimulante (FSH) par la glande hypophysaire. Plusieurs facteurs contribuent au déclanchement de la puberté, y compris le sexe et l'appartenance ethnique, la génétique, l'apport alimentaire et la dépense énergétique. Les Kisspeptines constituent une famille de peptides résultant de la dissociation proteolytique de la métastine, un peptide de 54 acides aminés initialement purifié à partir de placenta humain. Ces kisspeptines ont fait l'objet de beaucoup d'attention à la suite de leur découverte en raison de leurs propriétés anti-metastatiques, et c'est plus récemment que leur rôle déterminant dans la fonction reproductive a été démontré. Les kisspeptines sont des ligands du récepteur GPR54, dont la mutation inactivatrice chez l'homme, ou le knockout chez la souris, conduisent à l'infertilité par hypogonadisme hypogonadotrope. Les neurones à GnRH jouent un rôle central dans le règlement des fonctions reproductrices et la kisspeptine stimule l'activité des neurones à GnRH et la libération de GnRH par ces neurones. Toutefois, les mécanismes neurobiologiques de ces actions ne sont pas connus. Dans la première partie de ma thèse, nous avons étudié le lien potentiel entre l'accélération du développement sexuel induite par la leptine et les neurones hypothalamiques à metastine. Les données générées dans cette première série d'expériences ont malheureusement confirmé que les anticorps anti-metastine disponibles dans le commerce sont aspécifiques. Ceci a constitué un inconvénient majeur pour nos études, qui devaient fortement s'appuyer sur l' étude neuroanatomique des neurones hypothalamiques à metastine pour évaluer leur sensibilité à la leptine exogène. Nous avons donc décidé de focaliser nos travaux sur une étude in vitro des mécanismes d'action de la kisspeptine pour moduler l'activité des neurones à GnRH. Nous avons utilisé deux lignées de cellules neuronales exprimant la GnRH pour étudier les mécanismes d'action cellulaires et moléculaires de la metastine dans des neurones. Nous avons ainsi pu démontrer que la kisspeptine induit une activation précoce de la voie f de signalisation de la MAP kinase dans les deux lignées cellulaires, alors que nous n'avons observé aucune activation de la voie de signalisation de la P13 Kinase et de la SAP/JNK. Nous avons en outre démontré une augmentation de l'expression de la GnRH par la stimulation avec la Kisspeptine. L'ensemble de ces données contribue à élucider le mécanisme d'action avec lequel la kisspeptine agit dans les neurones à GnRH, en démontrant un effet sur l'expression génique de la GnRH. Nous pouvons également conclure que la voie de la MAPK est la voie principale activée par la metastine dans les neurones exprimant la GnRH.

Impact du traitement par hormone de croissance sur la composition corporelle et le métabolisme osseux d'enfants nés avec un retard de croissance intra-utérin

Le retard de croissance intra-utérin (RCIU) est défini par une taille et un poids inférieurs au P10 pour l'âge gestationnel. Il est caractérisé, entre autre par une altération de la croissance foetale aboutissant à une résistance à l'hormone de croissance (HC). Bien que la majorité des sujets présente un certain rattrapage en taille, certains développent un retard de croissance ultérieur permanent. L'idée est donc née de traiter ces sujets par haute dose d'HC biosynthétique. La question des risques d'un tel traitement s'est posée en raison de l'effet diabétogène de l'HC et des modifications qu'elle peut induire sur la masse maigre, la masse grasse et la densité osseuse. Le but de l'étude a été d'évaluer l'impact sur la croissance et sur le volet métabolique. Dix enfants prépubères ayant présenté un RCIU sans croissance de rattrapage spontanée ont été traités par HC recombinante à des doses supra physiologiques (53-67 g/kg/jour). La taille, le poids, la taille assise ont été mesurés et des dosages d'IGF1, IGFBP3, glycémie et insuline ont été faits sur une base semestrielle alors qu'une densitométrie osseuse a été faite annuellement sur une période de 3 ans. Le gain en taille a été spectaculaire (+ 1.78 DS), correspondant à plus de 10 cm (p < 0.001). Sous traitement, l'insulinémie et le HOMA ont augmenté sans que ces augmentations soient significatives. La tolérance glucidique est restée dans la norme au prix d'une augmentation de la sécrétion d'insuline. La masse grasse a diminué alors que la masse maigre et la densité osseuse ont augmenté de façon significative. Ces résultats correspondent aux travaux d'autres groupes. Il reste à démontrer que l'hyperinsulinisme transitoire induit par l'HC n'ait pas d'effet néfaste à long terme et en particulier sur le risque de développer ou aggraver un syndrome métabolique à l'âge adulte.

Direct electrical stimulation using a battery-operated device for induction and modulation of colonic contractions in pigs.

Direct electrical stimulation of the colon offers a promising approach for the induction of propulsive colonic contractions by using an implantable device. The objective of this study was to assess the feasibility to induce colonic contractions using a commercially available battery-operated stimulator (maximum pulse width of 1 ms and maximum amplitude of 10 V). Three pairs of pacing electrodes were inserted into the cecal seromuscular layer of anesthetized pigs. During a first set of in vivo experiments conducted on six animals, a pacing protocol leading to cecum contractions was determined: stimulation bursts with 1 ms pulse width, 10 V amplitude (7-15 mA), 120 Hz frequency, and 30-s burst duration, repeated every 2-5 min. In a second testing phase, an evaluation of the pacing protocol was performed in four animals (120 stimulation bursts in total). By using the battery-operated stimulator, contractions of the cecum and movement of contents could be induced in 92% of all stimulations. A cecal shortening of about 30% and an average intraluminal pressure increase of 10.0 +/- 6.0 mmHg were observed.

Modulation of the gap junction protein Connexin36 in neurons in a mouse model of transient focalcerebral ischemia

Intercellular communication is achieved at specialized regions of the plasma membrane by¦gap junctions. Gap junctions are transmembrane channels allowing direct contacts between¦the cytoplasms of neighboring cells. Each cell participates with one hemichannel, or¦connexon, made of six protein subunits named connexins. Thanks to these junctions, cells¦potentially share a pool of small molecules and metabolites, such as nucleotides, amino acids¦and second messengers.¦In an ischemic (i.e. non-perfused) territory of the brain, irreversible damage progresses over¦time from the centre of the most severe flow reduction to the periphery with less disturbed¦perfusion. Functionally impaired tissue can survive and recover if sufficient reperfusion is reestablished¦within a limited time period, which depends on various factors and mechanisms¦modulating the signaling pathways leading to cell death.¦Observations were made indicating the presence of electrical coupling between neurons which¦resist better to an ischemic insult. This electrical coupling is likely to be mediated by¦Connexin36 (Cx36), a neuron specific connexin isoform. It was demonstrated in the past that¦global ischemia induces a selective upregulation of Cx36 expression in regions with neurons¦that survive the insult whereas others undergo apoptosis and die. These observations raise the¦possibility that the neuronal gap junction Cx36 might play a role in the destiny of neurons¦after cerebral ischemia.¦The aim of this work was to characterize the regulation of Connexin36 in a mouse model of¦transient focal cerebral ischemia by immunofluorescence and Western blot analysis. Our¦immunofluorescence results suggest a specific increase in Cx36 in the penumbral region of¦the ischemic hemisphere.

Cardiac Lineage Protein-1 (CLP-1) Regulates Cardiac Remodeling via Transcriptional Modulation of Diverse Hypertrophic and Fibrotic Responses and Angiotensin II-transforming Growth Factor β (TGF-β1) Signaling Axis.

It is well known that the renin-angiotensin system contributes to left ventricular hypertrophy and fibrosis, a major determinant of myocardial stiffness. TGF-β1 and renin-angiotensin system signaling alters the fibroblast phenotype by promoting its differentiation into morphologically distinct pathological myofibroblasts, which potentiates collagen synthesis and fibrosis and causes enhanced extracellular matrix deposition. However, the atrial natriuretic peptide, which is induced during left ventricular hypertrophy, plays an anti-fibrogenic and anti-hypertrophic role by blocking, among others, the TGF-β-induced nuclear localization of Smads. It is not clear how the hypertrophic and fibrotic responses are transcriptionally regulated. CLP-1, the mouse homolog of human hexamethylene bis-acetamide inducible-1 (HEXIM-1), regulates the pTEFb activity via direct association with pTEFb causing inhibition of the Cdk9-mediated serine 2 phosphorylation in the carboxyl-terminal domain of RNA polymerase II. It was recently reported that the serine kinase activity of Cdk9 not only targets RNA polymerase II but also the conserved serine residues of the polylinker region in Smad3, suggesting that CLP-1-mediated changes in pTEFb activity may trigger Cdk9-dependent Smad3 signaling that can modulate collagen expression and fibrosis. In this study, we evaluated the role of CLP-1 in vivo in induction of left ventricular hypertrophy in angiotensinogen-overexpressing transgenic mice harboring CLP-1 heterozygosity. We observed that introduction of CLP-1 haplodeficiency in the transgenic α-myosin heavy chain-angiotensinogen mice causes prominent changes in hypertrophic and fibrotic responses accompanied by augmentation of Smad3/Stat3 signaling. Together, our findings underscore the critical role of CLP-1 in remodeling of the genetic response during hypertrophy and fibrosis.

Modulation of fructose metabolism by dietary factors

High fructose consumption is associated with obesity and characteristics of metabolic syndrome. This includes insulin resistance, dyslipidemia, type II diabetes and hepatic steatosis, the hepatic component of metabolic syndrome. Short term high fructose consumption in healthy humans is considered as a study model to increase intrahepatocellular lipids (IHCL). Protein supplementation added to a short term high fructose diet exerts a protective role on hepatic fat accumulation. Fructose disposal after an acute fructose load is well established. However, fructose disposal is usually studied when a high intake of fructose is ingested. Interaction of fructose with other macronutrients on fructose disposal is not clearly established. We wanted to assess how fructose disposal is modulated with nutritional factors. For the first study, we addressed the question of how would essential amino acid (EAA) supplemented to a high fructose diet have an impact on hepatic fat accumulation? We tried to distinguish which metabolic pathways were responsible for the increase in IHCL induced by high fructose intake and how those pathways would be modulated by EAA. After 6 days of hypercaloric high fructose diet, we observed, as expected an increase in IHCL modulated by an increase in VLDL-triglycerides and an increase in VLDL-13C-palmitate production. When adding a supplementation in EAA, we observed a decrease in IHCL but we could not define which mechanism was responsible for this process. With the second study, we were interested to observe fructose disposal after a test meal that contained lipid, protein and a physiologic dose of fructose co-ingested or not with glucose. When ingested with other macronutrients, hepatic fructose disposal is similar as when ingested as pure fructose. It induced oxidation, gluconeogenesis followed by glycogen synthesis, conversion into lactate and to a minor extent by de novo lipogenesis. When co- ingested with glucose decreased fructose oxidation as well as gluconeogenesis and an increased glycogen synthesis without affecting de novo lipogenesis or lactate. We were also able to observe induction of intestinal de novo lipogenesis with both fructose and fructose co- ingested with glucose. In summary, essential amino acids supplementation blunted increase in hepatic fat content induced by a short term chronic fructose overfeeding. However, EAA failed to improve other cardiovascular risk factors. Under isocaloric condition and in the frame of an acute test meal, physiologic dose of fructose associated with other macronutrients led to the same fructose disposal as when fructose is ingested alone. When co-ingested with glucose, we observed a decrease in fructose oxidation and gluconeogenesis as well as an increased in glycogen storage without affecting other metabolic pathways. - Une consommation élevée en fructose est associée à l'obésité et aux caractéristiques du syndrome métabolique. Ces dernières incluent une résistance à l'insuline, une dyslipidémie, un diabète de type II et la stéatose hépatique, composant hépatique du syndrome métabolique. À court terme une forte consommation en fructose chez l'homme sain est considérée comme un modèle d'étude pour augmenter la teneur en graisse hépatique. Une supplémentation en protéines ajoutée à une alimentation riche en fructose de courte durée a un effet protecteur sur l'accumulation des graisses au niveau du foie. Le métabolisme du fructose après une charge de fructose aiguë est bien établi. Toutefois, ce dernier est généralement étudié quand une consommation élevée de fructose est donnée. L'interaction du fructose avec d'autres macronutriments sur le métabolisme du fructose n'est pas connue. Nous voulions évaluer la modulation du métabolisme du fructose par des facteurs nutritionnels. Pour la première étude, nous avons abordé la question de savoir quel impact aurait une supplémentation en acides aminés essentiels (AEE) associé à une alimentation riche en fructose sur l'accumulation des graisses hépatiques. Nous avons essayé de distinguer les voies métaboliques responsables de l'augmentation des graisses hépatiques induite par l'alimentation riche en fructose et comment ces voies étaient modulées par les AEE. Après 6 jours d'une alimentation hypercalorique riche en fructose, nous avons observé, comme attendu, une augmentation des graisses hépatiques modulée par une augmentation des triglycérides-VLDL et une augmentation de la production de VLDL-13C-palmitate. Lors de la supplémentation en AEE, nous avons observé une diminution des graisses hépatiques mais les mécanismes responsables de ce processus n'ont pas pu être mis en évidence. Avec la seconde étude, nous nous sommes intéressés à observer le métabolisme du fructose après un repas test contenant des lipides, des protéines et une dose physiologique de fructose co-ingéré ou non avec du glucose. Lorsque le fructose était ingéré avec les autres macronutriments, le devenir hépatique du fructose était similaire à celui induit par du fructose pur. Il a induit une oxydation, suivie d'une néoglucogenèses, une synthèse de glycogène, une conversion en lactate et dans une moindre mesure une lipogenèse de novo. Lors de la co-ngestion avec du glucose, nous avons observé une diminution de l'oxydation du fructose et de la néoglucogenèse et une augmentation de la synthèse du glycogène, sans effet sur la lipogenèse de novo ni sur le lactate. Nous avons également pu mettre en évidence que le fructose et le fructose ingéré de façon conjointe avec du glucose ont induit une lipogenèse de novo au niveau de l'intestin. En résumé, la supplémentation en acides aminés essentiels a contrecarré l'augmentation de la teneur en graisse hépatique induite par une suralimentation en fructose sur le court terme. Cependant, la supplémentation en AEE a échoué à améliorer d'autres facteurs de risque cardiovasculaires. Dans la condition isocalorique et dans le cadre d'un repas test aiguë, la dose physiologique de fructose associée à d'autres macronutriments a conduit aux mêmes aboutissants du métabolisme du fructose que lorsque le fructose est ingéré seul. Lors de la co-ngestion avec le glucose, une diminution de l'oxydation du fructose est de la néoglucogenèse est observée en parallèle à une augmentation de la synthèse de glycogène sans affecter les autres voies métaboliques.

Effects of dietary protein type on oxidized cholesterol-induced alteration in age-related modulation of lipid metabolism and indices of immune function in rats.

Exogenous oxidized cholesterol disturbs both lipid metabolism and immune functions. Therefore, it may perturb these modulations with ageing. Effects of the dietary protein type on oxidized cholesterol-induced modulations of age-related changes in lipid metabolism and immune function was examined using differently aged (4 weeks versus 8 months) male Sprague-Dawley rats when casein, soybean protein or milk whey protein isolate (WPI) was the dietary protein source, respectively. The rats were given one of the three proteins in diet containing 0.2% oxidized cholesterols mixture. Soybean protein, as compared with the other two proteins, significantly lowered both the serum thiobarbituric acid reactive substances value and cholesterol, whereas it elevated the ratio of high density lipoprotein-cholesterol/cholesterol in young rats, but not in adult. Moreover, soybean protein, but not casein and WPI, suppressed the elevation of Delta6 desaturation indices of phospholipids in both liver and spleen, particularly in young. On the other hand, WPI, compared to the other two proteins, inhibited the leukotriene B4 production of spleen, irrespective of age. Soybean protein reduced the ratio of CD4(+)/CD8(+) T-cells in splenic lymphocytes. Therefore, the levels of immunoglobulin (Ig)A, IgE and IgG in serum were lowered in rats given soybean protein in both age groups except for IgA in adult, although these observations were not shown in rats given other proteins. Thus, various perturbations of lipid metabolism and immune function caused by oxidized cholesterol were modified depending on the type of dietary protein. The moderation by soybean protein on the change of lipid metabolism seems to be susceptible in young rats whose homeostatic ability is immature. These observations may be exerted through both the promotion of oxidized cholesterol excretion to feces and the change of hormonal release, while WPI may suppress the disturbance of immune function by oxidized cholesterol in both ages. This alleviation may be associated with a large amount of lactoglobulin in WPI. These results thus showed a possibility that oxidized cholesterol-induced perturbations of age-related changes of lipid metabolism and immune function can be moderated by both the selection and combination of dietary protein.

In Vivo Modulation of Mitochondrial Activity Determines HSC Engraftment and Post-Transplant Survival in Mice

Cellular metabolism is emerging as a potential fate determinant in cancer and stem cell biology, constituting a crucial regulator of the hematopoietic stem cell (HSC) pool [1-4]. The extremely low oxygen tension in the HSC microenvironment of the adult bone marrow forces HSCs into a low metabolic profile that is thought to enable their maintenance by protecting them from reactive oxygen species (ROS). Although HSC quiescence has for long been associated with low mitochondrial activity, as testified by the low rhodamine stain that marks primitive HSCs, we hypothesized that mitochondrial activation could be an HSC fate determinant in its own right. We thus set to investigate the implications of pharmacologically modulating mitochondrial activity during bone marrow transplantation, and have found that forcing mitochondrial activation in the post-transplant period dramatically increases survival. Specifically, we examined the mitochondrial content and activation profile of each murine hematopoietic stem and progenitor compartment. Long-term-HSCs (LT-HSC, Lin-cKit+Sca1+ (LKS) CD150+CD34-), short-term-HSCs (ST-HSC, LKS+150+34+), multipotent progenitors (MPPs, LKS+150-) and committed progenitors (PROG, Lin-cKit+Sca1-) display distinct mitochondrial profiles, with both mitochondrial content and activity increasing with differentiation. Indeed, we found that overall function of the hematopoietic progenitor and stem cell compartment can be resolved by mitochondrial activity alone, as illustrated by the fact that low mitochondrial activity LKS cells (TMRM low) can provide efficient long-term engraftment, while high mitochondrial activity LKS cells (TMRM high) cannot engraft in lethally irradiated mice. Moreover, low mitochondrial activity can equally predict efficiency of engraftment within the LT-HSC and ST-HSC compartments, opening the field to a novel method of discriminating a population of transitioning ST-HSCs that retain long-term engraftment capacity. Based on previous experience that a high-fat bone marrow microenvironment depletes short-term hematopoietic progenitors while conserving their long-term counterparts [5], we set to measure HSC mitochondrial activation in high-fat diet fed mice, known to decrease metabolic rate on a per cell basis through excess insulin/IGF-1 production. Congruently, we found lower mitochondrial activation as assessed by flow cytometry and RT-PCR analysis as well as a depletion of the short-term progenitor compartment in high fat versus control chow diet fed mice. We then tested the effects of a mitochondrial activator known to counteract the negative effects of high fat diet. We first analyzed the in vitro effect on HSC cell cycle kinetics, where no significant change in proliferation or division time was found. However, HSCs responded to the mitochondrial activator by increasing asynchrony, a behavior that is thought to directly correlate with asymmetric division [6]. As opposed to high-fat diet fed mice, mice fed with the mitochondrial activator showed an increase in ST-HSCs, while all the other hematopoietic compartments were comparable to mice fed on control diet. Given the dependency on short-term progenitors to rapidly reconstitute hematopoiesis following bone marrow transplantation, we tested the effect of pharmacological mitochondrial activation on the recovery of mice transplanted with a limiting HSC dose. Survival 3 weeks post-transplant was 80% in the treated group compared to 0% in the control group, as predicted by faster recovery of platelet and neutrophil counts. In conclusion, we have found that mitochondrial activation regulates the long-term to short-term HSC transition, unraveling mitochondrial modulation as a valuable drug target for post-transplant therapy. Identification of molecular pathways accountable for the metabolically mediated fate switch is currently ongoing.

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.

Infections cutanées causées par des mycobactéries à croissance rapide [Skin infections due to rapid-growing mycobacteria].

Rapid-growing mycobacteria (e.g. M. abscessus and M. chelonae) are emerging pathogens with various clinical manifestations. Among immunocompetent individuals, rapid-growing mycobacteria may be responsible of pulmonary, cutaneous, osteoarticular and postoperative infections, as well as lymphadenitis and catheter-associated infections. Among immunocompromised patients, disseminated infections are also observed. Diagnosis relies on specific microbiological investigations to confirm etiology and guide antibiotic treatment. The treatment requires a multi-disciplinary approach that includes specific long-term antibiotic treatment, surgical debridement and reduction of immunosuppression whenever possible.

Modulation of phosphorylation of neuronal cytoskeletal proteins by neuronal depolarization.

1. The neuronal cytoskeletal protein tau and the carboxy tails of cytoskeletal proteins neurofilament-M (NF-M) and neurofilament-H (NF-H) are phosphorylated on serine residues by the cyclin-dependent kinase cdk-5. 2. In aggregating neuronal-glial cultures we show that veratridine-mediated cation influx causes dephosphorylation of tau, NF-M and NF-H. Dephosphorylation was blocked specifically by cyclosporine A but not by okadiac acid at concentrations up to 200 nM. 3. These results suggest that veratridine-triggered cation influx causes activation of PP-2B (calcineurin) leading to dephosphorylation of these cytoskeletal proteins.

Acid-sensing ion channels : modulation by serine-proteases and involvement in acid-induced action potential generation in hippocampal neurons

SUMMARY Acid-sensing ion channels (ASICs) are non-voltage gated sodium channels. They are activated by rapid extracellular acidification and generate an inactivating inward current. Four ASIC genes have been cloned: ASIC1, 2, 3 and 4, with variants a and b for ASIC1and AS1C2. ASICs are expressed in neurons of the central (CNS) and peripheral nervous system (PNS). In the CNS, ASICs have a role in learning, memory, as well as in neuronal death in ischemia. In the PNS, ASICs are involved in the perception of acid-induced pain, as well as in mechanoperception. In one part of my thesis project, we addressed the question of the mechanism of regulation of ASIC1 a by the serine protease trypsin at the molecular level. Trypsin modifies the function of ASIC1 a but not of ASIC1b. In order to identify the channel region responsible for this effect, we created chimeras between ASIC1 a and 1b. Subsequently, to identify the exact trypsin target(s), we mutated predicted trypsin sites in the region identified by the chimera. In the second part of a project, we investigated the role of ASICs at the cellular level, in neuronal signaling. Using the whole-cell patch clamp in hippocampal neuronal culture, we studied the potential involvement of ASICs in action potential (AP) generation. In the first part of the thesis work, we showed that trypsin modifies ASIC1a function: it shifts the pH activation and the steady-state inactivation curve towards more acidic values and accelerates the time course of the channel recovery from inactivation. We also showed that trypsin cleaves ASIC1a and that the functional effect and a channel cleavage correlate. In the inactivated state, channels cannot be modified by trypsin. Cleavage occurs in a channel region that is also important for inactivation of all ASICs; a part of this region is critical for the inhibition of ASIC1 a by the spider toxin Psalmotoxin1. In the second part of the thesis work, we showed that ASIC activity can modulate AP generation. ASIC activity by itself can induce trains of APs. In situations in which this activity by itself is not sufficient to induce APs, it can contribute to AP generation. During high neuronal activity, ASIC activity can block already existing trains of APs. In conclusion, depending on the activity of neuron in a particular moment, ASICs can differently modulate AP generation; they can induce, facilitate or inhibit APs. We also showed that trypsin changes the capability of ASICs to modulate AP generation by shifting the pH dependence to more acidic values, which adapts channel gating to pH conditions which may occur in pathological conditions such as ischemia. Our finding that trypsin modifies ASIC1 a function identifies a novel pharmacological tool, and proposes a mechanism of ASIC1a regulation that may have a physiological importance. The identification of the exact site of trypsin action gives insight to the molecular mechanisms of ASIC regulation. This work proposes a role in modulation of AP generation for ASICs in the CNS. RESUME Les canaux ASIC sont les canaux ioniques activés par l'acidification rapide extracellulaire. Activés, ils génèrent un courant entrant qui inactive en présence de stimulus acide. Quatre gènes ASIC ont été clonés, ASIC1, 2, 3 et 4, avec les variants a et b pour ASIC1 et 2. Les ASICs sont exprimés dans les neurones du système nerveux central (SNC) et périphérique (SNP). Dans le SNC, les ASIC ont un rôle dans le mémoire, apprentissage et la mort neuronale dans t'ischémie. Dans le SNP, ils ont un rôle dans la perception de la douleur et méchanosensation. Dans une partie de mon projet de thèse, nous avons étudié les mécanismes de la régulation d'ASIC1a par la sérine-protéase trypsine au niveau moléculaire. La trypsine modifie la fonction d'ASIC1a et pas ASIC1b. Nous avons créé les chimères entre ASIC1 a et 1 b, afin d'identifier la région du canal responsable pour l'effet. Pour identifier le(s) site(s) exactes de l'action de la trypsine, nous avons muté les sites potentiels de la trypsine dans la région identifiée par les chimères. Dans la deuxième partie du projet, nous avons étudié le rôle des ASICs au niveau cellulaire. En utilisant la technique du patch clamp dans les cultures des neurones de l'hippocampe, nous avons étudié l'implication des ASICs dans la génération des potentiels d'action (PA). Nous avons montré que la trypsine agit sur le canal ASIC1a ; elle décale l'activation et « steady-state » inactivation vers les valeurs plus acides, et elle raccourcit le temps du « recovery » du canal. La trypsine coupe ASIC1a sur le résidu K145 et l'effet fonctionnel et la coupure corrèlent. Nous avons identifié la région du canal responsable pour l'inactivation de tous les ASICs ; une partie de cette région est responsable pour ['inhibition d'ASIC1 a par la Psalmotoxinel . Nous avons montré que les ASICs peuvent moduler la génération des PAs. L'activité des ASICs peut induire les trains des PAs. Quand l'activité des ASICs n'est pas suffisante pour induire le PA, elle peut contribuer à sa génération. Pendant l'activité neuronale forte, l'activité des ASICs peut bloquer les trains des PAs qui existent déjà. En conclusion, dépendant de l'activité neuronale, les ASICs peuvent moduler la génération des PAs différemment ; ils peuvent induire, faciliter ou inhiber les PAs. La trypsine change la capacité des ASICs de moduler les PAs. Après l'action de la trypsine, les ASICs peuvent moduler la génération des PAs dans les conditions légèrement acides, suivies par les fluctuations du pH acide, qui peuvent exister dans l'ischémie. Le fait que la trypsine agit sur ASIC1a définit l'outil pharmacologique et propose le mécanisme de la régulation d'ASICI a qui pourrait avoir l'importance physiologique. L'identification du site de l'action de la trypsine éclaircit les mécanismes moléculaires de la régulation des ASICs. Cette étude propose un rôle des ASICs dans la modulation de la génération des PAs. Résumé pour le public large Les neurones sont les cellules de système nerveux dont la fonction est la signalisation. Comme toutes les autres cellules, les neurones ont une membrane qui sépare l'intérieur du milieu extérieur. Cette membrane est imperméable pour des particules chargées (ions). Dans cette membrane existent les protéines spécifiques, « canaux », qui permettent le transport des ions d'un côté de la membrane à l'autre, comme réponse aux stimuli différents. Ce transport des ions à travers la membrane génère un courant, qu'on peut mesurer. Ce courant est la base de la communication entre les neurones, ou, ce qu'on appelle la signalisation neuronale. Quand ce courant est suffisamment grand, il permet la génération du potentiel d'action, qui est le message principal de communication neuronale. Les canaux ASIC (acid-sensing ion channel), que nous étudions dans le laboratoire, sont activés par les acides. Les acides sont relâchés dans beaucoup de situations dans le système nerveux. Les ASIC ont été découverts récemment (en 1996), et nous ne connaissons pas encore très bien toutes les fonctions de ces canaux. Nous savons qu'ils ont un rôle dans le mémoire, apprentissage, la sensation de la douleur et l'infarctus cérébral. Dans la première partie de ce projet de thèse, nous avons voulu mieux comprendre comment fonctionnent ces canaux. Pour faire ça, nous avons étudié la régulation des ASICs par une protéine, trypsine, qui coupe le canal ASIC. Nous avons étudié ou exactement la trypsine coupe le canal et quels effets ça produit sur la fonction du canal. Dans la deuxième partie du projet de thèse, nous avons voulu mieux connaître comment le canal fonctionne au niveau de la cellule, comment il interagit avec les autres canaux et si il a un rôle dans la génération des potentiels d'action. Nous avons pu montrer que la trypsine change la fonction du canal, ce qui lui permet de fonctionner différemment. Nous avons aussi déterminé ou exactement ta trypsine coupe le canal. Au niveau de la cellule, nous avons montré que les ASIC peuvent moduler la génération des potentiels d'action, étant, dépendant de l'activité du neurone, soit activateurs, soit inhibiteurs. La trypsine est une molécule qui peut être libérée dans le système nerveux pendant certaines conditions, comme l'infarctus cérébral. A cause de ça, les connaissances que la trypsine agit sur le anal ASIC pourraient être important physiologiquement. La connaissance de l'endroit exacte ou la trypsine coupe le canal nous aide à mieux comprendre la relation structure-fonction du canal. La modulation de la génération des potentiels d'actions par les ASIC indique que ces canaux peuvent avoir un rôle important dans la signalisation neuronale.