Manual therapy followed by specific active exercises versus a placebo followed by specific active exercises on the improvement of functional disability in patients with chronic non specific low back pain: a randomized controlled trial.

BACKGROUND: Recent clinical recommendations still propose active exercises (AE) for CNSLBP. However, acceptance of exercises by patients may be limited by pain-related manifestations. Current evidences suggest that manual therapy (MT) induces an immediate analgesic effect through neurophysiologic mechanisms at peripheral, spinal and cortical levels. The aim of this pilot study was first, to assess whether MT has an immediate analgesic effect, and second, to compare the lasting effect on functional disability of MT plus AE to sham therapy (ST) plus AE. METHODS: Forty-two CNSLBP patients without co-morbidities, randomly distributed into 2 treatment groups, received either spinal manipulation/mobilization (first intervention) plus AE (MT group; n = 22), or detuned ultrasound (first intervention) plus AE (ST group; n = 20). Eight therapeutic sessions were delivered over 4 to 8 weeks. Immediate analgesic effect was obtained by measuring pain intensity (Visual Analogue Scale) before and immediately after the first intervention of each therapeutic session. Pain intensity, disability (Oswestry Disability Index), fear-avoidance beliefs (Fear-Avoidance Beliefs Questionnaire), erector spinae and abdominal muscles endurance (Sorensen and Shirado tests) were assessed before treatment, after the 8th therapeutic session, and at 3- and 6-month follow-ups. RESULTS: Thirty-seven subjects completed the study. MT intervention induced a better immediate analgesic effect that was independent from the therapeutic session (VAS mean difference between interventions: -0.8; 95% CI: -1.2 to -0.3). Independently from time after treatment, MT + AE induced lower disability (ODI mean group difference: -7.1; 95% CI: -12.8 to -1.5) and a trend to lower pain (VAS mean group difference: -1.2; 95% CI: -2.4 to -0.30). Six months after treatment, Shirado test was better for the ST group (Shirado mean group difference: -61.6; 95% CI: -117.5 to -5.7). Insufficient evidence for group differences was found in remaining outcomes. CONCLUSIONS: This study confirmed the immediate analgesic effect of MT over ST. Followed by specific active exercises, it reduces significantly functional disability and tends to induce a larger decrease in pain intensity, compared to a control group. These results confirm the clinical relevance of MT as an appropriate treatment for CNSLBP. Its neurophysiologic mechanisms at cortical level should be investigated more thoroughly. TRIAL REGISTRATION: Trial registration number: NCT01496144.

Functional multidisciplinary rehabilitation versus outpatient physiotherapy for non specific low back pain: randomized controlled trial.

INTRODUCTION: In recent decades the treatment of non-specific low back pain has turned to active modalities, some of which were based on cognitive-behavioural principles. Non-randomised studies clearly favour functional multidisciplinary rehabilitation over outpatient physiotherapy. However, systematic reviews and meta-analysis provide contradictory evidence regarding the effects on return to work and functional status. The aim of the present randomised study was to compare long-term functional and work status after 3-week functional multidisciplinary rehabilitation or 18 supervised outpatient physiotherapy sessions. METHODS: 109 patients with non-specific low back pain were randomised to either a 3-week functional multidisciplinary rehabilitation programme, including physical and ergonomic training, psychological pain management, back school and information, or 18 sessions of active outpatient physiotherapy over 9 weeks. Primary outcomes were functional disability (Oswestry) and work status. Secondary outcomes were lifting capacity (Spinal Function Sort and PILE test), lumbar range-of-motion (modified-modified Schöber and fingertip-to-floor tests), trunk muscle endurance (Shirado and Biering-Sörensen tests) and aerobic capacity (modified Bruce test). RESULTS: Oswestry disability index was improved to a significantly greater extent after functional multidisciplinary rehabilitation compared to outpatient physiotherapy at follow-up of 9 weeks (P = 0.012), 9 months (P = 0.023) and 12 months (P = 0.011). Work status was significantly improved after functional multidisciplinary rehabilitation only (P = 0.012), resulting in a significant difference compared to outpatient physiotherapy at 12 months' follow-up (P = 0.012). Secondary outcome results were more contrasted. CONCLUSIONS: Functional multidisciplinary rehabilitation was better than outpatient physiotherapy in improving functional and work status. From an economic point of view, these results should be backed up by a cost-effectiveness study.

Ins1 (Cre) knock-in mice for beta cell-specific gene recombination.

AIMS/HYPOTHESIS: Pancreatic beta cells play a central role in the control of glucose homeostasis by secreting insulin to stimulate glucose uptake by peripheral tissues. Understanding the molecular mechanisms that control beta cell function and plasticity has critical implications for the pathophysiology and therapy of major forms of diabetes. Selective gene inactivation in pancreatic beta cells, using the Cre-lox system, is a powerful approach to assess the role of particular genes in beta cells and their impact on whole body glucose homeostasis. Several Cre recombinase (Cre) deleter mice have been established to allow inactivation of genes in beta cells, but many show non-specific recombination in other cell types, often in the brain. METHODS: We describe the generation of Ins1 (Cre) and Ins1 (CreERT2) mice in which the Cre or Cre-oestrogen receptor fusion protein (CreERT2) recombinases have been introduced at the initiation codon of the Ins1 gene. RESULTS: We show that Ins1 (Cre) mice induce efficient and selective recombination of floxed genes in beta cells from the time of birth, with no recombination in the central nervous system. These mice have normal body weight and glucose homeostasis. Furthermore, we show that tamoxifen treatment of adult Ins1 (CreERT2) mice crossed with Rosa26-tdTomato mice induces efficient recombination in beta cells. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: These two strains of deleter mice are useful new resources to investigate the molecular physiology of pancreatic beta cells.

Current state of knowledge on neuroendocrine small bowel tumours: non-systematic review of the literature based on one case.

More than 60% of neuroendocrine tumours, also called carcinoids, are localised within the gastrointestinal tract. Small bowel neuroendocrine tumours have been diagnosed with increasing frequency over the past 35 years, being the second most frequent tumours of the small intestine. Ileal neuroendocrine tumours diagnosis is late because patients have non-specific symptoms. We have proposed to illustrate as an example the case of a patient, and on its basis, to make a brief review of the literature on small bowel neuroendocrine tumours, resuming several recent changes in the field, concerning classification criteria of these tumours and new recommendations and current advances in diagnosis and treatment. This patient came to our emergency department with a complete bowel obstruction, along with a 2-year history of peristaltic abdominal pain, vomits and diarrhoea episodes. During emergency laparotomy, an ileal stricture was observed, that showed to be a neuroendocrine tumour of the small bowel.

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.

Carences en vitamine B12 et fer: du diagnostic au suivi [Vitamin B12 and iron deficiencies: from diagnostic to follow-up].

Vitamin B12 and iron deficiencies are common problems in consultations of general internal medicine. They cause different symptoms that can be non-specific. This article makes it possible, from a clinical frame of reference, to answer the following questions: What value of vitamin B12 should we consider a "deficiency", and what is the role of methylmalonate? What is the role of vitamin B12 oral supplements? How should we interpret values of ferritine? How should iron deficiency be investigated? What is the place of intravenous iron administration?

Acute pain in adults admitted to the emergency room: development and implementation of abbreviated guidelines.

AIM: Although acute pain is frequently reported by patients admitted to the emergency room, it is often insufficiently evaluated by physicians and is thus undertreated. With the aim of improving the care of adult patients with acute pain, we developed and implemented abbreviated clinical practice guidelines (CG) for the staff of nurses and physicians in our hospital's emergency room. METHODS: Our algorithm is based upon the practices described in the international literature and uses a simultaneous approach of treating acute pain in a rapid and efficacious manner along with diagnostic and therapeutic procedures. RESULTS: Pain was assessed using either a visual analogue scale (VAS) or a numerical rating scale (NRS) at ER admission and again during the hospital stay. Patients were treated with paracetamol and/or NSAID (VAS/NRS <4) or intravenous morphine (VAS/NRS > or =04). The algorithm also outlines a specific approach for patients with headaches to minimise the risks inherent to a non-specific treatment. In addition, our algorithm addresses the treatment of paroxysmal pain in patients with chronic pain as well as acute pain in drug addicts. It also outlines measures for pain prevention prior to minor diagnostic or therapeutic procedures. CONCLUSIONS: Based on published guidelines, an abbreviated clinical algorithm (AA) was developed and its simple format permitted a widespread implementation. In contrast to international guidelines, our algorithm favours giving nursing staff responsibility for decision making aspects of pain assessment and treatment in emergency room patients.

A 600 kb deletion syndrome at 16p11.2 leads to energy imbalance and neuropsychiatric disorders.

BACKGROUND: The recurrent ~600 kb 16p11.2 BP4-BP5 deletion is among the most frequent known genetic aetiologies of autism spectrum disorder (ASD) and related neurodevelopmental disorders. OBJECTIVE: To define the medical, neuropsychological, and behavioural phenotypes in carriers of this deletion. METHODS: We collected clinical data on 285 deletion carriers and performed detailed evaluations on 72 carriers and 68 intrafamilial non-carrier controls. RESULTS: When compared to intrafamilial controls, full scale intelligence quotient (FSIQ) is two standard deviations lower in carriers, and there is no difference between carriers referred for neurodevelopmental disorders and carriers identified through cascade family testing. Verbal IQ (mean 74) is lower than non-verbal IQ (mean 83) and a majority of carriers require speech therapy. Over 80% of individuals exhibit psychiatric disorders including ASD, which is present in 15% of the paediatric carriers. Increase in head circumference (HC) during infancy is similar to the HC and brain growth patterns observed in idiopathic ASD. Obesity, a major comorbidity present in 50% of the carriers by the age of 7 years, does not correlate with FSIQ or any behavioural trait. Seizures are present in 24% of carriers and occur independently of other symptoms. Malformations are infrequently found, confirming only a few of the previously reported associations. CONCLUSIONS: The 16p11.2 deletion impacts in a quantitative and independent manner FSIQ, behaviour and body mass index, possibly through direct influences on neural circuitry. Although non-specific, these features are clinically significant and reproducible. Lastly, this study demonstrates the necessity of studying large patient cohorts ascertained through multiple methods to characterise the clinical consequences of rare variants involved in common diseases.

Therapeutic Drug Monitoring of the new targeted anticancer agents imatinib, nilotinib, dasatinib, sunitinib, sorafenib and lapatinib by LC tandem mass spectrometry.

The treatment of some cancer patients has shifted from traditional, non-specific cytotoxic chemotherapy to chronic treatment with molecular targeted therapies. Imatinib mesylate, a selective inhibitor of tyrosine kinases (TKIs) is the most prominent example of this new era and has opened the way to the development of several additional TKIs, including sunitinib, nilotinib, dasatinib, sorafenib and lapatinib, in the treatment of various hematological malignancies and solid tumors. All these agents are characterized by an important inter-individual pharmacokinetic variability, are at risk for drug interactions, and are not devoid of toxicity. Additionally, they are administered for prolonged periods, anticipating the careful monitoring of their plasma exposure via Therapeutic Drug Monitoring (TDM) to be an important component of patients' follow-up. We have developed a liquid chromatography-tandem mass spectrometry method (LC-MS/MS) requiring 100 microL of plasma for the simultaneous determination of the six major TKIs currently in use. Plasma is purified by protein precipitation and the supernatant is diluted in ammonium formate 20 mM (pH 4.0) 1:2. Reverse-phase chromatographic separation of TKIs is obtained using a gradient elution of 20 mM ammonium formate pH 2.2 and acetonitrile containing 1% formic acid, followed by rinsing and re-equilibration to the initial solvent composition up to 20 min. Analyte quantification, using matrix-matched calibration samples, is performed by electro-spray ionization-triple quadrupole mass spectrometry by selected reaction monitoring detection using the positive mode. The method was validated according to FDA recommendations, including assessment of extraction yield, matrix effects variability (<9.6%), overall process efficiency (87.1-104.2%), as well as TKIs short- and long-term stability in plasma. The method is precise (inter-day CV%: 1.3-9.4%), accurate (-9.2 to +9.9%) and sensitive (lower limits of quantification comprised between 1 and 10 ng/mL). This is the first broad-range LC-MS/MS assay covering the major currently in-use TKIs. It is an improvement over previous methods in terms of convenience (a single extraction procedure for six major TKIs, reducing significantly the analytical time), sensitivity, selectivity and throughput. It may contribute to filling the current knowledge gaps in the pharmacokinetics/pharmacodynamics relationships of the latest TKIs developed after imatinib and better define their therapeutic ranges in different patient populations in order to evaluate whether a systematic TDM-guided dose adjustment of these anticancer drugs could contribute to minimize the risk of major adverse reactions and to increase the probability of efficient, long lasting, therapeutic response.

Bacterial flagellin elicits innate immune defenses and cardiac dysfunction in vivo

Résumé Les agents pathogènes responsables d'infection entraînent chez l'hôte deux types de réponses immunes, la première, non spécifique, dite immunité innée, la seconde, spécifique à l'agent concerné, dite immunité adaptative. L'immunité innée, qui représente la première ligne de défense contre les pathogènes, est liée à la reconnaissance par les cellules de l'hôte de structures moléculaires propres aux micro-organismes (« Pathogen-Associated Molecular Patterns », PAMPs), grâce à des récepteurs membranaires et cytoplasmiques (« Pattern Recognition Receptors », PRRs) identifiant de manière spécifique ces motifs moléculaires. Les récepteurs membranaires impliqués dans ce processus sont dénommés toll-like récepteurs, ou TLRS. Lorsqu'ils sont activés par leur ligand spécifique, ces récepteurs activent des voies de signalisation intracellulaires initiant la réponse inflammatoire non spécifique et visant à éradiquer l'agent pathogène. Les deux voies de signalisation impliquées dans ce processus sont la voie des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs) et celle du « Nuclear Factor kappaB » (NF-κB), dont l'activation entraîne in fine l'expression de protéines de l'inflammation dénommées cytokines, ainsi que certaines enzymes produisant divers autres médiateurs inflammatoires. Dans certaines situations, cette réponse immune peut être amplifiée de manière inadéquate, entraînant chez l'hôte une réaction inflammatoire systémique exagérée, appelée sepsis. Le sepsis peut se compliquer de dysfonctions d'organes multiples (sepsis sévère), et dans sa forme la plus grave, d'un collapsus cardiovasculaire, définissant le choc septique. La défaillance circulatoire du choc septique touche les vaisseaux sanguins d'une part, le coeur d'autre part, réalisant un tableau de «dysfonction cardiaque septique », dont on connaît mal les mécanismes pathogéniques. Les bactéries à Gram négatif peuvent déclencher de tels phénomènes, notamment en libérant de l'endotoxine, qui active les voies de l'immunité innée par son interaction avec un toll récepteur, le TLR4. Outre l'endotoxine, la plupart des bactéries à Gram négatif relâchent également dans leur environnement une protéine, la flagelline, qui est le constituant majeur du flagelle bactérien, organelle assurant la mobilité de ces micro-organismes. Des données récentes ont indiqué que la flagelline active, dans certaines cellules, les voies de l'immunité innée en se liant au récepteur TLRS. On ne connaît toutefois pas les conséquences de l'interaction flagelline-TLRS sur le développement de l'inflammation et des dysfonctions d'organes au cours du sepsis. Nous avons par conséquent élaboré le présent travail en formulant l'hypothèse que la flagelline pourrait déclencher une telle inflammation et représenter ainsi un médiateur potentiel de la dysfonction d'organes au cours du sepsis à Gram négatif, en nous intéressant plus particulièrement àl'inflammation et à la dysfonction cardiaque. Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié les effets de la flagelline sur l'activation du NF-κB et des MAPKs, et sur l'expression de cytokines inflammatoires au niveau du myocarde in vitro (cardiomyocytes en culture) et in vivo (injection de flagelline recombinante à des souris). Nous avons observé tout d'abord que le récepteur TLRS est fortement exprimé au niveau du myocarde. Nous avons ensuite démontré que la flagelline active la voie du NF-κB et des MAP kinases (p38 et JNK), stimule la production de cytokines et de chemokines inflammatoires in vitro et in vivo, et entraîne l'activation de polynucléaires neutrophiles dans le tissu cardiaque in vivo. Finalement, au plan fonctionnel, nous avons pu montrer que la flagelline entraîne une dilatation et une réduction aiguë de la contractilité du ventricule gauche chez la souris, reproduisant les caractéristiques de la dysfonction cardiaque septique. Dans la deuxième partie, nous avons déterminé la distribution du récepteur TLRS dans les autres organes majeurs de la souris (poumon, foie, intestin et rein}, et avons caractérisé dans ces organes l'effet de la flagelline sur l'activation du NF-κB et des MAPKs, l'expression de cytokines, et l'induction de l'apoptose. Nous avons démontré que le TLRS est exprimé de façon constitutive dans ces organes, et que l'injection de flagelline y déclenche les cascades de l'immunité innée et de processus apoptotiques. Finalement, nous avons également déterminé que la flagelline entraîne une augmentation significative de multiples cytokines dans le plasma une à six heures après son injection. En résumé, nos données démontrent que la flagelline bactérienne (a) entraîne une inflammation et une dysfonction importantes du myocarde et (b) active de manière très significative les mécanismes d'immunité innée dans les principaux organes et entraîne une réponse inflammatoire systémique. Par conséquent, la flagelline peut représenter un médiateur puissant de l'inflammation et de la dysfonction d'organes, notamment du coeur, au cours du choc septique déclenché par les bactéries à Gram négatif. Summary Pathogenic microorganisms trigger two kinds of immune responses in the host. The first one is immediate and non-specific and is termed innate immunity, whereas the second one, specifically targeted at the invading agent, is termed adaptative immunity. Innate immunity, which represents the first line of defense against invading pathogens, confers the host the ability to recognize molecular structures common to many microbial pathogens, ("Pathogen-Associated Molecular Patterns", PAMPs), through cytosolic or membrane-associated receptors ("Pattern Recognition Receptors", PRRs), the latter being represented by a family of receptors termed "toll-like receptors or TLRs". Once activated by the binding of their specific ligand, these receptors activate intracellular signaling pathways, which initiate the non-specific inflammatory response aimed at eradicating the pathogens. The two pathways implicated in this process are the mitogen-activated protein kinases (MAPK) and the nuclear factor kappa B (NF-κB) signaling pathways, whose activation elicit in fine the expression of inflammatory proteins termed cytokines, as well as various enzymes producing a wealth of additional inflammatory mediators. In some circumstances, the innate immune response can become amplified and dysregulated, triggering an overwhelming systemic inflammatory response in the host, identified as sepsis. Sepsis can be associated with multiple organ dysfunction (severe sepsis), and in its most severe form, with cardiovascular collapse, defming septic shock. The cardiovascular failure associated with septic shock affects blood vessels as well as the heart, resulting in a particular form of acute heart failure termed "septic cardiac dysfunction ", whose pathogenic mechanisms remain partly undefined. Gram-negative bacteria can initiate such phenomena, notably by releasing lipopolysaccharide (LPS), which activates innate immune signaling by interacting with its specific toll receptor, the TLR4. Besides LPS, most Gram-negative bacteria also release flagellin into their environment, which is the main structural protein of the bacterial flagellum, an appendage extending from the outer bacterial membrane, responsible for the motility of the microorganism. Recent data indicated that flagellin activate immune responses upon binding to its receptor, TLRS, in various cell types. However, the role of flagellin/TLRS interaction in the development of inflammation and organ dysfunction during sepsis is not known. Therefore, we designed the present work to address the hypothesis that flagellin might trigger such inflammatory responses and thus represent a potential mediator of organ dysfunction during Gram-negative sepsis, with a particular emphasis on cardiac inflammation and contractile dysfunction. In the first part of this work, we investigated the effects of flagellin on NF-κB and MAPK activation and the generation of pro-inflammatory mediators within the heart in vitro (cultured cardiomyocytes) and in vivo (injection of recombinant flagellin into mice). We first observed that TLRS protein is strongly expressed by the myocardium. We then demonstrated that flagellin activates NF-κB and MAP kinases (p38 and JNK), upregulates the transcription of pro-inflammatory cytokines and chemokines in vitro and in vivo, and stimulates the activation of polymorphonuclear neutrophils within the heart in vivo. Finally, we demonstrated that flagellin triggers acute cardiac dilation, and a significant reduction of left ventricular contractility, mimicking characteristics of clinical septic cardiac dysfunction. In the second part, we determined the TLRS distribution in other mice major organs (lung, liver, gut and kidney) and we characterized in these organs the effects of flagellin on NF-κB and MAPK activation, on the expression of pro-inflammatory çytokines, and on the induction of apoptosis. We demonstrated that TLRS protein is constitutively expressed and that flagellin activates prototypical innate immune responses and pro-apoptotic pathways in all these organs. Finally, we also observed that flagellin induces a significant increase of multiple cytokines in the plasma from 1 to 6 hours after its intravenous administration. Altogether, these data provide evidence that bacterial flagellin (a) triggers an important inflammatory response and an acute dysfunction of the myocardium, and (b) significantly activates the mechanisms of innate immunity in most major organs and elicits a systemic inflammatory response. In consequence, flagellin may represent a potent mediator of inflammation and multiple organ failure, notably cardiac dysfunction, during Gram-negative septic shock.

Characterization of root apoplastic barriers in Arabidopsis thaliana

In vascular plants, the best-known feature of a differentiated endodermal cell is the "Casparian Strip" (CS). This structure refers to a highly localized cell wall impregnation in the transversal and anticlinal walls of the cell, which surrounds the cell like a belt/ring and is tightly coordinated with respect to neighboring cells. Analogous to tight junctions in animal epithelia, CS in plants act as a diffusion barrier that controls the movement of water and ions from soil into the stele. Since its first description by Robert Caspary in 1865 there have been many attempts to identify the chemical nature of the cell wall deposition in CS. Suberin, lignin, or both have been claimed to be the important components of CS in a series of different species. However, the exact chemical composition of CS has remained enigmatic. This controversy was due to the confusion and lack of knowledge regarding the precise measurement of three developmental stages of the endodermis. The CS represent only the primary stage of endodermal differentiation, which is followed by the deposition of suberin lamellae all around the cellular surface of endodermal cells (secondary developmental stage). Therefore, chemical analysis of whole roots, or even of isolated endodermal tissues, will always find both of the polymers present. It was crucial to clarify this point because this will guide our efforts to understand which cell wall biosynthetic component becomes localized in order to form the CS. The main aim of my work was to find out the major components of (early) CS, as well as their spatial and temporal development, physiological roles and relationship to barrier formation. Employing the knowledge and tools that have been accumulated over the last few years in the model plant Arabidopsis thaliana, various histological and chemical assays were used in this study. A particular feature of my work was to completely degrade, or inhibit formation of lignin and suberin biopolymers by biochemical, classical genetic and molecular approaches and to investigate its effect on CS formation and the establishment of a functional diffusion barrier. Strikingly, interference with monolignol biosynthesis abrogates CS formation and delays the formation of function diffusion barrier. In contrast, transgenic plants devoid of any detectable suberin still develop a functional CS. The combination of all these assays clearly demonstrates that the early CS polymer is made from monolignol (lignin monomers) and is composed of lignin. By contrast, suberin is formed much later as a secondary wall during development of endodermis. These early CS are functionally sufficient to block extracellular diffusion and suberin does not play important role in the establishment of early endodermal diffusion barrier. Moreover, suberin biosynthetic machinery is not present at the time of CS formation. Our study finally concludes the long-standing debate about the chemical nature of CS and opens the door to a new approach in lignin research, specifically for the identification of the components of the CS biosynthetic pathway that mediates the localized deposition of cell walls. I also made some efforts to understand the patterning and differentiation of endodermal passage cells in young roots. In the literature, passage cells are defined as a non- suberized xylem pole associated endodermal cells. Since these cells only contain the CS but not the suberin lamellae, it has been assumed that these cells may offer a continued low-resistance pathway for water and minerals into the stele. Thus far, no genes have been found to be expressed specifically in passage cells. In order to understand the patterning, differentiation, and physiological role of passage it would be crucial to identify some genes that are exclusively expressed in these cells. In order to identify such genes, I first generated fluorescent marker lines of stele-expressed transporters that have been reported to be expressed in the passage cells. My aim was to first highlight the passage cells in a non-specific way. In order to find passage cell specific genes I then adapted a two-component system based on previously published methods for gene expression profiling of individual cell types. This approach will allow us to target only the passage cells and then to study gene expression specifically in this cell type. Taken together, this preparatory work will provide an entry point to understand the formation and role of endodermal passage cells. - Chez les plantes vasculaires, la caractéristique la plus commune des cellules différentiées de l'endoderme est la présence de cadres de Caspary. Cette structure correspond à une imprégnation localisée des parties transversales et anticlinales de la paroi cellulaire. Cela donne naissance, autour de la cellule, à un anneau/cadre qui est coordonné par rapport aux cellules voisines. De manière analogue aux jonctions serrées des épithéliums chez les animaux, les cadres de Caspary agissent chez les plantes comme barrière de diffusion, contrôlant le mouvement de l'eau et des ions à travers la racine entre le sol et la stèle. Depuis leur première description par Robert Caspary en 1865, beaucoup de tentatives ont eu pour but de définir la nature chimique de ces cadres de Caspary. Après l'étude de différentes espèces végétales, à la fois la subérine, la lignine ou les deux ont été revendiquées comme étant des composants importants de ces cadres. Malgré tout, leur nature chimique exacte est restée longtemps énigmatique. Cette controverse provient de la confusion et du manque de connaissance concernant la détermination précise des trois stades de développement de l'endoderme. Les cadres de Caspary représentent uniquement le stade primaire de différentiation de l'endoderme. Celui-ci est suivi par le second stade de différentiation, la déposition de lamelles de subérine tout autour de la cellule endodermal. De ce fait, l'analyse chimique de racines entières ou de cellules d'endoderme isolées ne permet pas de séparer les stades de différentiation primaire et secondaire et aboutit donc à la présence des deux polymères. Il est également crucial de clarifier ce point dans le but de connaître quelle machinerie cellulaire localisée à la paroi cellulaire permet l'élaboration des cadres de Caspary. En utilisant les connaissances et les outils accumulés récemment grâce à la plante modèle Arabidopsis thaliana, divers techniques histologiques et chimiques ont été utilisées dans cette étude. Un point particulier de mon travail a été de dégrader ou d'inhiber complètement la formation de lignine ou de subérine en utilisant des approches de génétique classique ou moléculaire. Le but étant d'observer l'effet de l'absence d'un de ces deux polymères sur la formation des cadres de Caspary et l'établissement d'une barrière de diffusion fonctionnelle. De manière frappante, le fait d'interférer avec la voie de biosynthèse de monolignol (monomères de lignine) abolit la formation des cadres de Caspary et retarde l'élaboration d'une barrière de diffusion fonctionnelle. Par contre, des plantes transgéniques dépourvues d'une quantité détectable de subérine sont quant à elles toujours capables de développer des cadres de Caspary fonctionnels. Mises en commun, ces expériences démontrent que le polymère formant les cadres de Caspary dans la partie jeune de la racine est fait de monolignol, et que de ce fait il s'agit de lignine. La subérine, quant à elle, est formée bien plus tard durant le développement de l'endoderme, de plus il s'agit d'une modification de la paroi secondaire. Ces cadres de Caspary précoces faits de lignine suffisent donc à bloquer la diffusion extracellulaire, contrairement à la subérine. De plus, la machinerie de biosynthèse de la subérine n'est pas encore présente au moment de la formation des cadres de Caspary. Notre étude permet donc de mettre un terme au long débat concernant la nature chimique des cadres de Caspary. De plus, elle ouvre la porte à de nouvelles approches dans la recherche sur la lignine, plus particulièrement pour identifier des composants permettant la déposition localisée de ce polymère dans la paroi cellulaire. J'ai aussi fais des efforts pour mettre en évidence la formation ainsi que le rôle des cellules de passage dans les jeunes racines. Dans la littérature, les cellules de passage sont définies comme de la cellule endodermal faisant face aux pôles xylèmes et dont la paroi n'est pas subérisée. Du fait que ces cellules contiennent uniquement des cadres de Caspary et pas de lamelle de subérine, il a été supposé qu'elles ne devraient offrir que peu de résistance au passage de l'eau et des nutriments entre le sol et la stèle. Le rôle de ces cellules de passage est toujours loin d'être clair, de plus aucun gène s'exprimant spécifiquement dans ces cellules n'a été découvert à ce jour. De manière à identifier de tels gènes, j'ai tout d'abord généré des marqueurs fluorescents pour des transporteurs exprimés dans la stèle mais dont l'expression avait également été signalée dans l'endoderme, uniquement dans les cellules de passage. J'ai ensuite développé un système à deux composants basé sur des méthodes déjà publiées, visant principalement à étudier le profil d'expression génique dans un type cellulaire donné. En recoupant les gènes exprimés spécifiquement dans l'endoderme à ceux exprimés dans la stèle et les cellules de passage, il nous sera possible d'identifier le transriptome spécifique de ces cellules. Pris dans leur ensemble, ces résultats devraient donner un bon point d'entrée dans la définition et la compréhension des cellules de passage.

Effect of endotoxin on the angiotensin II receptor in cultured vascular smooth muscle cells.

1. In some tissues, a decrease in the number of cell surface receptors and alterations of the receptor coupling have been proposed as possible mechanisms mediating the deleterious effects of bacterial endotoxin in septic shock. 2. The effects of bacterial lipopolysaccharide (Escherichia coli 0111-B4; LPS) on vascular angiotensin II and vasopressin receptors have been examined in cultured aortic smooth muscle cells (SMC) of the rat by use of radioligand binding techniques. 3. In vascular SMC exposed to 1 micrograms ml-1 endotoxin for 24 h, a significant increase in angiotensin II binding was found. The change in [125I]-angiotensin II binding corresponded to an increase in the number of receptors whereas the affinity of the receptors was not affected by LPS. In contrast, no change in [3H]-vasopressin binding was observed. 4. The pharmacological characterization of angiotensin II binding sites in control and LPS-exposed cells demonstrated that LPS induced an increase in the AT1 subtype of the angiotensin II receptors. Receptor coupling as evaluated by measuring total inositol phosphates was not impaired by LPS. 5. The effect of LPS on the angiotensin II receptor was dose-, time- and protein-synthesis dependent and was associated with an increased expression of the receptor gene. 6. The ability of LPS to increase angiotensin II binding in cultured vascular SMC was independent of the endotoxin induction of NO-synthase. 7. These results suggest that, besides inducing factors such as cytokines and NO-synthase, endotoxin may enhance the expression of cell surface receptors. The surprising increase in angiotensin II binding in LPS exposed VSM cells may represent an attempt by the cells to compensate for the decreased vascular responsiveness. It may also result from a non-specific LPS-related induction of genes.

The effect of COX-2 inhibitors on the formation of heterotopic bone in a rat model : O1323

Aims: 1) to create a new and reproducible animal model to produce heterotopic ossification (HO) 2) to be able to exactly quantify the amount of HO using a microCT scan and 3) to prove the hypothesis that COX-2 inhibitors are efficacious in the prevention of HO. Methods: We developed a IACUC-approved Lewis rat model, in which the ventral side of the right femur was scraped to mechanically disrupt the periosteum. By clamping the vastus intermedius ischemic injury to the muscle was produced to enhance HO. Finally homologous bone marrow from a donor rat was placed on the anterior surface of the femur. Half of the study group (8 rats) received chow mixed with a COX-2 inhibitor, while the other half received normal chow. After 6 weeks the animals were sacrificed, the femurs removed and imaged by microCT. Grading of HO was based on the thickness of ectopic bone as evaluated in a blinded fashion by 3 independent observers. Results: All animals developed bilateral HO. Rats treated with COX-2 inhibitors developed significantly less ectopic bone than the control group rats. Conclusions: The results suggest that we have created a very reliable, reproducible model to form ectopic bone in rats. Using the microCT we can precisely quantify the amount of HO. We have been able to show that COX-2 inhibitors significantly decrease the amount of HO formation and are thus a good alternative to non-specific NSAIDs with their potential serious side effects on the gastrointestinal tract and on hemo-stastis.

New human kallikrein 14: enzymatic characterization and inhibitors development.

RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLIC En biologie, si une découverte permet de répondre à quelques questions, en général elle en engendre beaucoup d'autres. C'est ce qui s'est produit récemment dans le monde des kallicréines. De la famille des protéases, protéines ayant la faculté de couper plus ou moins spécifiquement d'autres protéines pour exercer un rôle biologique, la famille des kallicréines humaines n'était composée que de 3 membres lors du siècle dernier. Parmi eux, une kallicréine mondialement utilisée pour détecter le cancer de la prostate, le PSA. En 2000, un chercheur de l'hôpital universitaire Mont Sinaï à Toronto, le Professeur Eleftherios Diamandis, a découvert la présence de 12 nouveaux gènes appartenant à cette famille, situés sur le même chromosome que les 3 premières kallicréines. Cette découverte majeure a placé les spécialistes des kallicréines face à une montagne d'interrogations car les fonctions de ces nouvelles protéases étaient totalement inconnues. La kallicréine humaine 14 (hK14) présente un intérêt particulier, car elle se retrouve associée à différents cancers, notamment les carcinomes ovariens et mammaires. Cette association ne répond cependant pas à la fonction de cette protéase. L'objectif de ce travail de thèse était donc de découvrir, dans un premier temps, la spécificité de cette nouvelle kallicréine, c'est-à-dire le type de coupure qu'elle engendre au niveau des protéines qu'elle cible. Utilisant une technologie de pointe qui exploite la propriété des bactériophages à se répliquer dans les bactéries à l'infini, des dizaines de millions de combinaisons protéiques aléatoires ont été présentées à hK14, qui a pu sélectionner celles qui lui étaient favorables pour la coupure. Cette technique qualitative porte le nom de Phage Display Substrate. Une fois la sélection réalisée, il fallait transférer ces séquences coupées ou substrats dans un système permettant de donner une valeur quantitative à l'efficacité de coupure. Pour cela nous avons développé une technologie qui permet d'évaluer cette efficacité en utilisant des protéines fluorescentes de méduse, modifiées génétiquement, dont l'excitation de la première (CFP : cyan fluorescent protein) par la lumière à une certaine longue d'onde permet le transfert d'énergie à la seconde (YFP : yellow fluorescent protein), via un substrat qui les lie. Pour que ce transfert d'énergie se produise, il faut que les deux protéines fluorescentes soient proches, comme c'est le cas lorsqu'elles sont liées par un substrat. La coupure de ce lien provoque un changement de transfert d'énergie qui est quantifiable en utilisant un spectrofluoromètre. Cette technologie permet donc de suivre la réaction d'hydrolyse (coupure) des protéases. Afin de poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre la fonction biologique d'hK14 ainsi que son éventuelle implication dans le cancer, nous avons développé des inhibiteurs spécifiques d'hK14. Les séquences qui on été le plus efficacement coupées par hK14 ont été utilisées pour transformer deux types d'inhibiteurs classiques, qui circulent dans notre sang, en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Selon les résultats obtenus in vitro, ils pourront être évalués in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. RESUME Les protéases sont des enzymes impliquées dans des processus physiologiques mais aussi parfois pathologiques. La famille des kallicréines tissulaires humaines représente le plus grand groupe de protéases humaines, dont plusieurs pourraient participer au développement de certaines maladies. D'autre part, ces protéases sont apparues comme des marqueurs de pathogénicité potentiels, notamment dans les cas de cancers hormono-dépendants. La kallicréine humaine 14 a été récemment découverte et son implication dans quelques maladies, particulièrement dans le cas de tumeurs, semble probable. En effet, son expression génique est augmentée au niveau des tissus cancéreux de la prostate et du sein et son expression protéique s'est révélée plus élevée dans le sérum de patientes atteintes d'un cancer du sein ou des ovaires. Cependant, comme c'est le cas pour la plupart des kallicréines, sa fonction est encore inconnue. Afin de mieux connaître son rôle biologique et/ou pathologique, nous avons décidé de caractériser son activité enzymatique. Nous avons tout d'abord mis au point un système de substrats entièrement biologique permettant d'étudier in vitro l'activité des protéases. Ce système est basé sur le phénomène de FRET, à savoir le transfert d'énergie de résonance fluorescente qui intervient entre deux molécules fluorescentes voisines si le spectre d'émission de la protéine donneuse chevauche le spectre d'excitation de la protéine receveuse. Nous avons fusionné de manière covalente une protéine fluorescente bleue (CFP) et une jaune (YFP) en les liant avec diverses séquences. Par clivage de la séquence de liaison, une perte du transfert d'énergie peut être mesurée par un spectrofluoromètre. Cette technologie représente un moyen facile de suivre la réaction d'hydrolyse des protéases. Les conditions optimales de production de ces substrats CFP-YFP ont été déterminées, de même que les paramètres pouvant éventuellement influencer le FRET. Ce système possède une grande résistance à la protéolyse non spécifique et est applicable à un grand nombre de protéase. Contrairement aux substrats fluorogéniques, il permet d'étudier les acides aminés se trouvant des deux côtés du site de clivage. Ce système étant entièrement biologique, il est le reflet des interactions protéine-protéine et représente un outil biologique facile, bon marché et rapide pour caractériser les protéases. Dans un premier temps, hK14 a été mise en présence d' une banque de haute diversité de pentapeptides aléatoires présentée à la surface de phages afin d'identifier des substrats spécifiques. Ensuite, le système CFP-YFP a été employé pour trier les peptides sélectionnés afin d'identifier les séquences de substrats les plus sensibles et spécifiques pour hK14. Nous avons montré, qu'en plus de sa prévisible activité de type trypsine, hK14 possède aussi une très surprenante activité de type chymotrypsine. Les séquences les plus sensibles ont été choisies pour cribler la banque de donnée Swissprot, permettant ainsi l'identification de 6 substrats protéiques humains potentiels pour hK14. Trois d'entre eux, la laminine α-5, le collagène IV et la matriline-4, qui sont des composants de la matrice extracellulaire, ont démontré une grande susceptibilité à l'hydrolyse par hK14. De plus, la séparation éléctrophorétique a montré que la dégradation de la laminine α-5 et de la matriline-4 par hK14 devait se produire aux sites identifiés par la technologie du phage display. Pour terminer, nous avons transformé, par mutagenèse dirigée, deux serpines (inhibiteurs de protéases de type sérine) connues, AAT et ACT (alpha anti-trypsine et alpha anti-chymotrypsine), qui inhibent un vaste éventail d'enzymes humaines en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Ces inhibiteurs pourront être utilisés d'une part pour poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre l'implication d'hK14 dans des voies physiologiques ou dans le cancer et d'autre part pour les évaluer in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. SUMMARY Proteases consist of enzymes involved in physiological events, but also, in case of dysregulation, in pathogenicity. The human tissue kallikrein family represents the largest human protease cluster and includes several members that either could participate in the course of certain diseases or emerged as potential biological markers, especially in hormone dependent cancers. The human kallikrein 14 has been recently discovered and suggested implications in some disorders, particularly in tumors since its gene expression is up-regulated in prostate and breast cancer tissues and its protein expression increased in the serum of patients with breast and ovarian cancers. However, like most kallikreins, its function remains unknown. To better understand hK14 biological and/or pathological role, we decided to characterize its enzymatic activity. First of all, we developped a biological system suitable for in vitro study of protease activity. This system is based on the so-called FRET phenomenon, that is the Fluorescence Resonance Energy Transfer that occurs between two nearby fluorescent proteins if the emission spectrum of the donor overlaps the excitation spectrum of the acceptor. We fused covalently a cyan fluorescent protein (CFP) and a yellow fluorescent protein (YFP) with diverses sequences. Upon cleavage of the linker sequence by protease, the loss of energy transfer can be measured by a spectrofluorometer allowing an easy following of hydrolysis reaction. The optimal conditions to produce in bacterial system these CFP-YFP substrates were determined as well as the parameters that could eventually influence the FRET. This system demonstrated a high degree of resistance to non-specific proteolysis and applicability to various conditions corresponding to a great number of existing proteases. Other avantages are the possibility to study the amino acids located both sides of the cleavage site as well as the interest to work in a full biological system reflecting protein-protein interaction. A phage substrate library with exhaustive diversity was used prior to CFP-substrate-YFP system to isolate specific human kallikrein 14 substrates. After that the CFP-YFP system was used to sort peptides and identify highly sensitive and specific substrate sequences for hK14. We showed that besides its predictable trypsin-like activity, hK14 also possesses a surprising chymotrypsin-like activity. The screening of the Swissprot database was achieved with the most sensitive sequences and allowed the identification of 6 potential human protein substrates for hK14. Three of them, laminin α-5, collagen IV and matrilin-4, which are components of the extracellular matrix were incubated with hK14, by which they were efficiently hydrolyzed. Moreover, electrophoretic separation revealed that degradation of laminin α-5 and matrilin-4 by hK14 generated fragments with identical molecular size than the predicted N-terminal fragments that would result from hK14 specific cleavage, proving the value of phage display substrate to identify potential substrates. Finally, with site-directed mutagenesis, we transformed two well-known serpins (serine protease inhibitors), AAT and ACT (alpha anti-trypsin and alpha anti-chymotrypsin), which inhibit a vast spectrum of human enzymes into highly efficient and specific hK14 inhibitors. These inhibitors will be used to pursue experiments that could help understand hK14 implication in physiological pathways as well as in cancer biology and also to perform their in vivo evalution as potential cancer treatment.

The N-terminal DNA-binding 'zinc finger' of the oestrogen and glucocorticoid receptors determines target gene specificity.

Steroid hormone receptors activate specific gene transcription by binding as hormone-receptor complexes to short DNA enhancer-like elements termed hormone response elements (HREs). We have shown previously that a highly conserved 66 amino acid region of the oestrogen (ER) and glucocorticoid (GR) receptors, which corresponds to part of the receptor DNA binding domain (region C) is responsible for determining the specificity of target gene activation. This region contains two sub-regions (CI and CII) analogous to the 'zinc-fingers' of the transcription factor TFIIIA. We show here that CI and CII appear to be separate domains both involved in DNA binding. Furthermore, using chimaeric ERs in which either the first (N-terminal) (CI) or second (CII) 'zinc finger' region has been exchanged with that of the GR, indicates that it is the first 'zinc finger' which largely determines target gene specificity. We suggest that receptor recognition of the HRE is analogous to that of the helix-turn-helix DNA binding motif in that the receptor binds to DNA as a dimer with the first 'zinc finger' lying in the major groove recognizing one half of the palindromic HRE, and that protein-DNA interaction is stabilized through non-specific DNA binding and dimer interactions contributed by the second 'zinc finger'.