A Small World Perspective on Urban Systems

The theory of small-world networks as initiated by Watts and Strogatz (1998) has drawn new insights in spatial analysis as well as systems theory. The theoryâeuro?s concepts and methods are particularly relevant to geography, where spatial interaction is mainstream and where interactions can be described and studied using large numbers of exchanges or similarity matrices. Networks are organized through direct links or by indirect paths, inducing topological proximities that simultaneously involve spatial, social, cultural or organizational dimensions. Network synergies build over similarities and are fed by complementarities between or inside cities, with the two effects potentially amplifying each other according to the âeurooepreferential attachmentâeuro hypothesis that has been explored in a number of different scientific fields (Barabási, Albert 1999; Barabási A-L 2002; Newman M, Watts D, Barabàsi A-L). In fact, according to Barabási and Albert (1999), the high level of hierarchy observed in âeurooescale-free networksâeuro results from âeurooepreferential attachmentâeuro, which characterizes the development of networks: new connections appear preferentially close to nodes that already have the largest number of connections because in this way, the improvement in the network accessibility of the new connection will likely be greater. However, at the same time, network regions gathering dense and numerous weak links (Granovetter, 1985) or network entities acting as bridges between several components (Burt 2005) offer a higher capacity for urban communities to benefit from opportunities and create future synergies. Several methodologies have been suggested to identify such denser and more coherent regions (also called communities or clusters) in terms of links (Watts, Strogatz 1998; Watts 1999; Barabási, Albert 1999; Barabási 2002; Auber 2003; Newman 2006). These communities not only possess a high level of dependency among their member entities but also show a low level of âeurooevulnerabilityâeuro, allowing for numerous redundancies (Burt 2000; Burt 2005). The SPANGEO project 2005âeuro"2008 (SPAtial Networks in GEOgraphy), gathering a team of geographers and computer scientists, has included empirical studies to survey concepts and measures developed in other related fields, such as physics, sociology and communication science. The relevancy and potential interpretation of weighted or non-weighted measures on edges and nodes were examined and analyzed at different scales (intra-urban, inter-urban or both). New classification and clustering schemes based on the relative local density of subgraphs were developed. The present article describes how these notions and methods contribute on a conceptual level, in terms of measures, delineations, explanatory analyses and visualization of geographical phenomena.

Identifying a mutual attending frame: a pilot study of gaze interactions between therapist and couple.

Refering to systems theory, we identify a supraindividual property in interactions between therapist and couple. We use gaze directions to describe the partners' behaviors and label this property the "mutual attending frame." We propose a procedure to observe triadic interactions in a consultation setting and a method to measure mutual attending. The method is illustrated by the data analysis of two triads contrasted on measures of therapeutic alliance. We discuss the potential of this method for the description of the interactive aspects of the therapeutic alliance.

Implicit methods for qualitative modeling of gene regulatory networks.

Advancements in high-throughput technologies to measure increasingly complex biological phenomena at the genomic level are rapidly changing the face of biological research from the single-gene single-protein experimental approach to studying the behavior of a gene in the context of the entire genome (and proteome). This shift in research methodologies has resulted in a new field of network biology that deals with modeling cellular behavior in terms of network structures such as signaling pathways and gene regulatory networks. In these networks, different biological entities such as genes, proteins, and metabolites interact with each other, giving rise to a dynamical system. Even though there exists a mature field of dynamical systems theory to model such network structures, some technical challenges are unique to biology such as the inability to measure precise kinetic information on gene-gene or gene-protein interactions and the need to model increasingly large networks comprising thousands of nodes. These challenges have renewed interest in developing new computational techniques for modeling complex biological systems. This chapter presents a modeling framework based on Boolean algebra and finite-state machines that are reminiscent of the approach used for digital circuit synthesis and simulation in the field of very-large-scale integration (VLSI). The proposed formalism enables a common mathematical framework to develop computational techniques for modeling different aspects of the regulatory networks such as steady-state behavior, stochasticity, and gene perturbation experiments.

Synchronizability of EEG-Based Functional Networks in Early Alzheimer's Disease.

Recently graph theory and complex networks have been widely used as a mean to model functionality of the brain. Among different neuroimaging techniques available for constructing the brain functional networks, electroencephalography (EEG) with its high temporal resolution is a useful instrument of the analysis of functional interdependencies between different brain regions. Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disease, which leads to substantial cognitive decline, and eventually, dementia in aged people. To achieve a deeper insight into the behavior of functional cerebral networks in AD, here we study their synchronizability in 17 newly diagnosed AD patients compared to 17 healthy control subjects at no-task, eyes-closed condition. The cross-correlation of artifact-free EEGs was used to construct brain functional networks. The extracted networks were then tested for their synchronization properties by calculating the eigenratio of the Laplacian matrix of the connection graph, i.e., the largest eigenvalue divided by the second smallest one. In AD patients, we found an increase in the eigenratio, i.e., a decrease in the synchronizability of brain networks across delta, alpha, beta, and gamma EEG frequencies within the wide range of network costs. The finding indicates the destruction of functional brain networks in early AD.

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

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

EEG-based functional brain networks: does the network size matter?

Functional connectivity in human brain can be represented as a network using electroencephalography (EEG) signals. These networks--whose nodes can vary from tens to hundreds--are characterized by neurobiologically meaningful graph theory metrics. This study investigates the degree to which various graph metrics depend upon the network size. To this end, EEGs from 32 normal subjects were recorded and functional networks of three different sizes were extracted. A state-space based method was used to calculate cross-correlation matrices between different brain regions. These correlation matrices were used to construct binary adjacency connectomes, which were assessed with regards to a number of graph metrics such as clustering coefficient, modularity, efficiency, economic efficiency, and assortativity. We showed that the estimates of these metrics significantly differ depending on the network size. Larger networks had higher efficiency, higher assortativity and lower modularity compared to those with smaller size and the same density. These findings indicate that the network size should be considered in any comparison of networks across studies.

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

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

Hemispheric asymmetry and theory of mind: Is there an association?

Introduction. In autism and schizophrenia attenuated/atypical functional hemispheric asymmetry and theory of mind impairments have been reported, suggesting common underlying neuroscientific correlates. We here investigated whether impaired theory of mind performance is associated with attenuated/atypical hemispheric asymmetry. An association may explain the co-occurrence of both dysfunctions in psychiatric populations. Methods. Healthy participants (n 129) performed a left hemisphere (lateralised lexical decision task) and right hemisphere (lateralised face decision task) dominant task as well as a visual cartoon task to assess theory of mind performance. Results. Linear regression analyses revealed inconsistent associations between theory of mind performance and functional hemisphere asymmetry: enhanced theory of mind performance was only associated with (1) faster right hemisphere language processing, and (2) reduced right hemisphere dominance for face processing (men only). Conclusions. The majority of non-significant findings suggest that theory of mind and functional hemispheric asymmetry are unrelated. Instead of ''overinterpreting'' the two significant results, discrepancies in the previous literature relating to the problem of the theory of mind concept, the variety of tasks, and the lack of normative data are discussed. We also suggest how future studies could explore a possible link between hemispheric asymmetry and theory of mind.

Comparative study and identification of potent eukaryotic transcriptional repressors in gene switch systems.

In mammalian cells, proper gene regulation is achieved by the complex interplay of transcription factors that activate or repress gene expression by binding to the regulatory regions of target promoters. While transcriptional activators have been extensively characterised and classified into functional groups, relatively little is known about the comparative strength and cell type-specificity of transcriptional repressors. Here, we have compared the ability of a series of eukaryotic repression domains to silence basal and activated transcription. A series of the most potent repression domains was further tested in the context of a gene therapy gene-switch system in various cell types. The results indicate that the analysed repression domains exert varying silencing activities in different promoter contexts. Furthermore, their potential for gene silencing varies also depending on the cellular context. When multimerised within one chimeric repressor protein, particular combinations of repressor domains were found to display synergistic repressing effects and efficient repression in a panel of cell lines. This approach thus allowed the identification of transcriptional repressors that are both potent and versatile in terms of cellular specificity as a basis for gene switch systems.

Functional Characterization of a n NTPase Activity of the Hepatitis C Virus Nonstructural Protein 4B

Background: Nonstructural p rotein 4 B (NS4B) i s the m asterorganizer of hepatitis C virus (HCV) replication complexformation. It is a multispanning membrane protein that has beenreported to p ossess NTPase activity. This enzymatic functionhas been poorly studied so far and its role in the HCV life cycleis u nknown. T he present w ork-in-progress a ims at validatingand functionally c haracterizing this a ctivity a nd its r ole in t heviral life cycle.Methods: B ioinformatic analyses were performed to i dentifykey residues for site-directed mutagenesis, both in t he contextof s ubgenomic r eplicons a s well as recombinant v iruses.Mutants were investigated with respect to R NA replication andinfectious particle p roduction. In p arallel, expression andpurification of recombinant wild-type and mutant NS4B proteinsare being pursued to characterize enzymatic activity in vitro.Results: B ioinformatic a nalyses revealed t hat p redictedNTPase features are conserved only in H CV NS4B b ut n ot i nNS4B from other Flaviviridae f amily m embers. A laninesubstitutions were designed to target predicted key Walker A, Band C motifs. These substitutions affected RNA replication andinfectious virus production to v arying degrees. Optimization ofrecombinant protein production is i n progress both in b acterialas well as mammalian expression systems.Conclusions: These studies should yield new insights into thefunctions of this hitherto poorly characterized viral nonstructuralprotein and may reveal novel targets for antiviral intervention inthe future.

Unpacking the cognitive map: the parallel map theory of hippocampal function

In the parallel map theory, the hippocampus encodes space with 2 mapping systems. The bearing map is constructed primarily in the dentate gyrus from directional cues such as stimulus gradients. The sketch map is constructed within the hippocampus proper from positional cues. The integrated map emerges when data from the bearing and sketch maps are combined. Because the component maps work in parallel, the impairment of one can reveal residual learning by the other. Such parallel function may explain paradoxes of spatial learning, such as learning after partial hippocampal lesions, taxonomic and sex differences in spatial learning, and the function of hippocampal neurogenesis. By integrating evidence from physiology to phylogeny, the parallel map theory offers a unified explanation for hippocampal function.