Integração no laboratório da Lameirinho e controlo aos tecidos acabados

Dissertação de mestrado em Técnicas de Caraterização e Análise Química

Mitral Valve Replacement and Remodeling of the Left Ventricle in Dilated Cardiomyopathy with Mitral Regurgitation: Initial Results

OBJECTIVE: This study evaluated the effects of a new method of mitral valve replacement on left ventricular (LV) remodeling and heart failure functional class. METHODS: Eight patients (6 men) with severe mitral regurgitation from end-stage dilated cardiomyopathy underwent surgery. Five patients were in functional class (FC) IV, 2 were in FC III and 1 was in FC III/IV. Age ranged from 33 to 63 years. Both the anterior and posterior leaflets of the mitral valve were divided into hemileaflets. The resultant 4 pedicles were displaced under traction toward the left atrium and anchored between the mitral annulus and an implanted valvular prosthesis. The beating heart facilitated ideal chordae tendineae positioning. RESULTS: All patients survived and were discharged from the hospital. After a mean follow-up period of 6.5 months (1-12 m), 5 patients were in FC I; 2 in FC I/II; and 1 in FC II. The preoperative ejection fraction ranged from 19% to 30% (mean: 25.7±3.4 %), and the postoperative ejection fraction ranged from 21% to 40% (mean: 31.1± 5.8%). Doppler echocardiography showed evidence of LV remodeling in 4 patients, including lateral wall changes and a tendency of the LV cavity to return to its elliptical shape. CONCLUSION: This technique of mitral valve replacement, involving new positioning of the chordae tendineae, allowed LV remodeling and improvement in FC during this brief follow-up period.

Contribution to the geology of Thailand and implications for the geodynamic evolution of Southeast Asia

Abstract The purpose of this study is to unravel the geodynamic evolution of Thailand and, from that, to extend the interpretation to the rest of Southeast Asia. The methodology was based in a first time on fieldwork in Northern Thailand and Southernmost Myanmar, using a multidisciplinary approach, and then on the compilation and re-interpretation, in a plate tectonics point of view, of existing data about the whole Southeast Asia. The main results concern the Nan-Uttaradit suture, the Chiang Mai Volcanic Belt and the proposition of a new location for the Palaeotethys suture. This led to the establishment of a new plate tectonic model for the geodynamic evolution of Southeast Asia, implying the existence new terranes (Orang Laut and the redefinition of Shan-Thai) and the role of the Palaeopacific Ocean in the tectonic development of the area. The model proposed here considers the Palaeotethys suture as located along the Tertiary Mae Yuam Fault, which represents the divide between the Cimmerian Sibumasu terrane and the Indochina-derived Shan-Thai block. The term Shan-Thai, previously used to define the Cimmerian area (when the Palaeotethys suture was thought to represented by the Nan-Uttaradit suture), was redefined here by keeping its geographical location within the Shan States of Myanmar and Central-Northern Thailand, but attributing it an East Asian Origin. Its detachment from Indochina was the result of the Early Permian opening of the Nan basin. The Nan basin closed during the Middle Triassic, before the deposition of Carnian-Norian molasse. The modalities of the closure of the basin imply a first phase of Middle Permian obduction, followed by final eastwards subduction. The Chiang Mai Volcanic Belt consists of scattered basaltic rocks erupted at least during the Viséan in an extensional continental intraplate setting, on the Shan-Thai part of the Indochina block. The Viséan age was established by the dating of limestone stratigraphically overlying the basalts. In several localities of the East Asian Continent, coeval extensional features occur, possibly implying one or more Early Carboniferous extensional events at a regional scale. These events occurred either due to the presence of a mantle plume or to the roll-back of the Palaeopacific Ocean, subducting beneath Indochina and South China, or both. The Palaeopacific Ocean is responsible, during the Early Permian, for the opening of the Song Ma and Poko back-arcs (Vietnam) with the consequent detachment of the Orang Laut Terranes (Eastern Vietnam, West Sumatra, Kalimantan, Palawan, Taiwan). The Late Triassic/Early Jurassic closure of the Eastern Palaeotethys is considered as having taken place by subduction beneath its southern margin (Gondwana), due to the absence of Late Palaeozoic arc magmatism on its northern (Indochinese) margin and the presence of volcanism on the Cimmerian blocks (Mergui, Lhasa). Résumé Le but de cette étude est d'éclaircir l'évolution géodynamique de la Thaïlande et, à partir de cela, d'étendre l'interprétation au reste de l'Asie du Sud-Est. La méthodologie utilisée est basée dans un premier temps sur du travail de terrain en Thaïlande du nord et dans l'extrême sud du Myanmar, en se basant sur une approche pluridisciplinaire. Dans un deuxième temps, la compilation et la réinterprétation de données préexistantes sur l'Asie du Sud-est la été faite, dans une optique basée sur la tectonique des plaques. Les principaux résultats de ce travail concernent la suture de Nan-Uttaradit, la « Chiang Mai Volcanic Belt» et la proposition d'une nouvelle localité pour la suture de la Paléotethys. Ceci a conduit à l'établissement d'un nouveau modèle pour l'évolution géodynamique de l'Asie du Sud-est, impliquant l'existence de nouveaux terranes (Orang Laut et Shan-Thai redéfini) et le rôle joué par le Paléopacifique dans le développement tectonique de la région. Le modèle présenté ici considère que la suture de la Paléotethys est située le long de la faille Tertiaire de Mae Yuam, qui représente la séparation entre le terrain Cimmérien de Sibumasu et le bloc de Shan-Thai, d'origine Indochinoise. Le terme Shan-Thai, anciennement utilise pour définir le bloc Cimmérien (quand la suture de la Paléotethys était considérée être représentée par la suture de Nan-Uttaradit), a été redéfini ici en maintenant sa localisation géographique dans les états Shan du Myanmar et la Thaïlande nord-centrale, mais en lui attribuant une origine Est Asiatique. Son détachement de l'Indochine est le résultat de l'ouverture du basin de Nan au Permien Inférieur. Le basin de Nan s'est fermé pendant le Trias Moyen, avant le dépôt de molasse Carnienne-Norienne. Les modalités de fermeture du basin invoquent une première phase d'obduction au Permien Moyen, suivie par une subduction finale vers l'est. La "Chiang Mai Volcanic Belt" consiste en des basaltes éparpillés qui ont mis en place au moins pendant le Viséen dans un contexte extensif intraplaque continental sur la partie de l'Indochine correspondant au bloc de Shan-Thai. L'âge Viséen a été établi sur la base de la datation de calcaires qui surmontent stratigraphiquement les basaltes. Dans plusieurs localités du continent Est Asiatique, des preuves d'extension plus ou moins contemporaines ont été retrouvées, ce qui implique l'existence d'une ou plusieurs phases d'extension au Carbonifère Inférieur a une échelle régionale. Ces événements sont attribués soit à la présence d'un plume mantellique, ou au rollback du Paléopacifique, qui subductait sous l'Indochine et la Chine Sud, soit les deux. Pendant le Permien inférieur, le Paléopacifique est responsable pour l'ouverture des basins d'arrière arc de Song Ma et Poko (Vietnam), induisant le détachement des Orang Laut Terranes (Est Vietnam, Ouest Sumatra, Kalimantan, Palawan, Taiwan). La fermeture de la Paléotethys Orientale au Trias Supérieur/Jurassique Inférieur est considérée avoir eu lieu par subduction sous sa marge méridionale (Gondwana), à cause de l'absence de magmatisme d'arc sur sa marge nord (Indochinoise) et de la présence de volcanisme sur les blocs Cimmériens de Lhassa et Sibumasu (Mergui). Résumé large public L'histoire géologique de l'Asie du Sud-est depuis environ 430 millions d'années a été déterminée par les collisions successives de plusieurs continents les uns avec les autres. Il y a environ 430 millions d'années, au Silurien, un grand continent appelé Gondwana, a commencé à se «déchirer» sous l'effet des contraintes tectoniques qui le tiraient. Cette extension a provoqué la rupture du continent et l'ouverture d'un grand océan, appelé Paléotethys, éloignant les deux parties désormais séparées. C'est ainsi que le continent Est Asiatique, composé d'une partie de la Chine actuelle, de la Thaïlande, du Myanmar, de Sumatra, du Vietnam et de Bornéo a été entraîné avec le bord (marge) nord de la Paléotethys, qui s'ouvrait petit à petit. Durant le Carbonifère Supérieur, il y a environ 300 millions d'années, le sud du Gondwana subissait une glaciation, comme en témoigne le dépôt de sédiments glaciaires dans les couches de cet âge. Au même moment le continent Est Asiatique se trouvait à des latitudes tropicales ou équatoriales, ce qui permettait le dépôt de calcaires contenant différents fossiles de foraminifères d'eau chaude et de coraux. Durant le Permien Inférieur, il y a environ 295 millions d'années, la Paléotethys Orientale, qui était un relativement vieil océan avec une croûte froide et lourde, se refermait. La croûte océanique a commencé à s'enfoncer, au sud, sous le Gondwana. C'est ce que l'on appelle la subduction. Ainsi, le Gondwana s'est retrouvé en position de plaque supérieure, par rapport à la Paléotethys qui, elle, était en plaque inférieure. La plaque inférieure en subductant a commencé à reculer. Comme elle ne pouvait pas se désolidariser de la plaque supérieure, en reculant elle l'a tirée. C'est le phénomène du «roll-back ». Cette traction a eu pour effet de déchirer une nouvelle fois le Gondwana, ce qui a résulté en la création d'un nouvel Océan, la Neotethys. Cet Océan en s'ouvrant a déplacé une longue bande continentale que l'on appelle les blocs Cimmériens. La Paléotethys était donc en train de se fermer, la Neotethys de s'ouvrir, et entre deux les blocs Cimmériens se rapprochaient du Continent Est Asiatique. Pendant ce temps, le continent Est Asiatique était aussi soumis à des tensions tectoniques. L'Océan Paléopacifique, à l'est de celui-ci, était aussi en train de subducter. Cette subduction, par roll-back, a déchiré le continent en détachant une ligne de microcontinents appelés ici « Orang Laut Terranes », séparés du continent par deux océans d'arrière arc : Song Ma et Poko. Ceux-ci sont composés de Taiwan, Palawan, Bornéo ouest, Vietnam oriental, et la partie occidentale de Sumatra. Un autre Océan s'est ouvert pratiquement au même moment dans le continent Est Asiatique : l'Océan de Nan qui, en s'ouvrant, a détaché un microcontinent appelé Shan-Thai. La fermeture de l'Océan de Nan, il y a environ 230 millions d'années a resolidarisé Shan-Thai et le continent Est Asiatique et la trace de cet événement est aujourd'hui enregistrée dans la suture (la cicatrice de l'Océan) de Nan-Uttaradit. La cause de l'ouverture de l'Océan de Nan peut soit être due à la subduction du Paléopacifique, soit aux fait que la subduction de la Paléotethys tirait le continent Est Asiatique par le phénomène du « slab-pull », soit aux deux. La subduction du Paléopacifique avait déjà crée de l'extension dans le continent Est Asiatique durant le Carbonifère Inférieur (il y a environ 340-350 millions d'années) en créant des bassins et du volcanisme, aujourd'hui enregistré en différents endroits du continent, dont la ceinture volcanique de Chiang Mai, étudiée ici. A la fin du Trias, la Paléotethys se refermait complètement, et le bloc Cimmérien de Sibumasu entrait en collision avec le continent Est Asiatique. Comme c'est souvent le cas avec les grands océans, il n'y a pas de suture proprement dite, avec des fragments de croûte océanique, pour témoigner de cet évènement. Celui-ci est visible grâce à la différence entre les sédiments du Carbonifère Supérieur et du Permieñ Inférieur de chaque domaine : dans le domaine Cimmérien ils sont de type glaciaire alors que dans le continent Est Asiatique ils témoignent d'un climat tropical. Les océans de Song Ma et Poko se sont aussi refermés au Trias, mais eux ont laissé des sutures visibles

A subspace correction method for discontinuous Galerkin discretizations of linear elasticity equations

We study preconditioning techniques for discontinuous Galerkin discretizations of isotropic linear elasticity problems in primal (displacement) formulation. We propose subspace correction methods based on a splitting of the vector valued piecewise linear discontinuous finite element space, that are optimal with respect to the mesh size and the Lamé parameters. The pure displacement, the mixed and the traction free problems are discussed in detail. We present a convergence analysis of the proposed preconditioners and include numerical examples that validate the theory and assess the performance of the preconditioners.

Percutaneous extraction of retained biliary T-tubes: a new technique.

Retained T-tubes are rare complications after biliary surgery. The authors present three cases of retained T-tubes in patients with transplanted liver that could not be removed by a standard manual traction. The authors describe a new simple percutaneous method that allows removal of these T-tubes without complication.

Medial femoral condyle fracture as a complication of antegrade intramedullary nailing.

A 49-year-old man suffered a closed oblique fracture of the middle third of his left femur. Closed reduction and internal fixation by intramedullary (IM) nailing were performed. Per-operative fluoroscopic imaging and initial postoperative X-rays were judged normal and the patient followed the usual rehabilitation protocol. At 3-month follow-up the patient still demonstrated poor knee function and pain. A plain X-ray and a CT scan of the left knee revealed a displaced fracture of the medial femoral condyle. Analysis of the postoperative imaging suggests that the fracture occurred during the insertion of the IM nail. The nail possibly hit the Steinmann traction pin in the distal femur causing the medial condyle fracture. The patient was reoperated; open reduction and internal plate and screw fixation were performed with satisfactory clinical progress postoperatively. The description and illustration of this case is intended to make trauma surgeons aware of this rare but serious complication of IM femoral nailing.

Anastomotic longitudinal stress due to modification of arterial longitudinal properties after anastomosis.

BACKGROUND: In our hands, in vivo segmental vessel length changes up to 5% because of blood pressure: increasing in arterial pressure is associated to decrease in segmental vessel length. METHODS AND MATERIAL: Using two piezoelectric crystals sutured on vessel wall and a high fidelity pressure probe, we recorded artery length variations as function of blood pressure, before and after an end-to-end anastomosis on four pigs carotid arteries. RESULTS: Mean arterial pressure before anastomosis = 73 mmHg (+/- 12); mean arterial pressure after anastomosis = 91 mmHg (+/- 14); mean crystals displacement before anastomosis during systole = -0.21 mm; mean crystals displacement after anastomosis during systole = +0.24 mm; mean distance between crystals before anastomosis = 12.3 mm (+/- 0.8) and after anastomosis = 11.2 mm (+/- 0.5). CONCLUSIONS: In the acute phase following an end-to-end anastomosis, an increase in blood pressure causes increasing in vessel length, with an exponential correlation. The anastomosis is constantly subjected to a longitudinal traction whose magnitude depends on blood pressure.

Biomechanical wall properties of human intracranial aneurysms resected following surgical clipping (IRRAs Project)

Background and purpose: Individual rupture risk assessment of intracranial aneurysms is a major issue in the clinical management of asymptomatic aneurysms. Aneurysm rupture occurs when wall tension exceeds the strength limit of the wall tissue. At present, aneurysmal wall mechanics are poorly understood and thus, risk assessment involving mechanical properties is inexistent. Aneurysm computational hemodynamics studies make the assumption of rigid walls, an arguable simplification. We therefore aim to assess mechanical properties of ruptured and unruptured intracranial aneurysms in order to provide the foundation for future patient-specific aneurysmal risk assessment. This work also challenges some of the currently held hypotheses in computational flow hemodynamics research. Methods: A specific conservation protocol was applied to aneurysmal tissues following clipping and resection in order to preserve their mechanical properties. Sixteen intracranial aneurysms (11 female, 5 male) underwent mechanical uniaxial stress tests under physiological conditions, temperature, and saline isotonic solution. These represented 11 unruptured and 5 ruptured aneurysms. Stress/strain curves were then obtained for each sample, and a fitting algorithm was applied following a 3-parameter (C(10), C(01), C(11)) Mooney-Rivlin hyperelastic model. Each aneurysm was classified according to its biomechanical properties and (un)rupture status.Results: Tissue testing demonstrated three main tissue classes: Soft, Rigid, and Intermediate. All unruptured aneurysms presented a more Rigid tissue than ruptured or pre-ruptured aneurysms within each gender subgroup. Wall thickness was not correlated to aneurysmal status (ruptured/unruptured). An Intermediate subgroup of unruptured aneurysms with softer tissue characteristic was identified and correlated with multiple documented risk factors of rupture. Conclusion: There is a significant modification in biomechanical properties between ruptured aneurysm, presenting a soft tissue and unruptured aneurysms, presenting a rigid material. This finding strongly supports the idea that a biomechanical risk factor based assessment should be utilized in the to improve the therapeutic decision making.

Role of myosin V in actin cable organization in fission yeast

Functional specialization is tightly linked to the ability of eukaryotic cells to acquire a particular shape. Cell morphogenesis, in turn, relies on the capacity to establish and maintain cell "polarity", which is achieved by orienting the trafficking of signaling molecules and organelles towards specific cellular locations and/or membrane domains. The "oriented" transport is based upon cytoskeletal polymers, microtubules and actin filaments, which serve as tracks for molecular motors. These latter generate motion that is translated either into pulling forces or directed transport. Fission yeast, a rod-like unicellular eukaryote, shapes itself by restricting growth at cell tips through the concerted activity of microtubules and actin cables. Microtubules, which assemble into 2-6 bundles and run parallel to the long axis of the cell, serve to orient growth to the tips. Growth is supported by the actin cytoskeleton, which provides tracks, the cables, for motor-based transport of secretory vesicles. The molecular motors, which bind cargos and deliver them to the tips along cables, are also known as type V myosins (hereafter indicated as myosin V). How the bundles of parallel actin filaments, i.e. the cables, extend from the tips through the cell and whether they serve any other purpose, besides providing tracks, is poorly understood. It is also unclear how the crosstalk between the two cytoskeletal systems is achieved. These are the basic questions I addressed during my PhD. The first part of the thesis work (Chapter two) suggests that the sole function of actin cables in polarized growth is to serve as tracks for motors. The data indicate that cells may have evolved two cytoskeletal systems to provide robustness to the polarization process but in principle a unique cytoskeleton might have been able to direct and support polarized growth. How actin cables are organized within the cell to optimize cargo transport is addressed later on (Chapter three). The major finding, based on the actin cable defect of cells lacking myosin Vs, is that actin filaments self-organize through the activity of the transport motors. In fact, by delivering cargos to cell tips and exerting physical pulling forces on actin filaments, Myosin Vs contribute not only to polarize cargo transport but also actin tracks. Among the cargos transported by Myosin V, which may be relevant to its function in organizing cables, there is likely the endoplasmic reticulum (ER). Actin cables, which run parallel to cortical ER, may serve as tracks for Myosin V. Myosin V-driven displacement, in turn, may account for the dynamic expansion and organization of ER during polarized growth as suggested in Chapter four. The last part of the work (Chapter five) highlights the existence of a crosstalk between actin and microtubules. In absence of myosin V, indeed, microtubules contribute to actin cable organization, likely playing a scaffolding/tethering function. Whether or not the kinesin 1, Klp3, plays any role in such process has to be demonstrated. In conclusion the work proposes a novel role for myosin Vs in actin organization, besides its transport function, and provides molecular tools to further dissect the role of this type of myosin in fission yeast. - La spécialisation fonctionnelle est étroitement connectée à la capacité des cellules eucaryotes d'acquérir une forme particulière. La morphogenèse cellulaire à son tour, est basée sur la capacité d'établir et de maintenir la polarité cellulaire, polarité réalisée en orientant le trafic des molécules signales et des organelles vers des zones cellulaires spécifiques. Ce transport directionnel dépend des polymères du cytosquelette, microtubules et microfilaments, qui servent comme des voies pour les moteurs moléculaires. Ces derniers engendrent du mouvement, traduit soit en force de traction soit en transport directionnel. La levure fissipare, un eucaryote unicellulaire en forme de bâtonnet, acquière sa forme en limitant sa croissance aux extrémités par l'action concertée des microtubules et de l'actine. Les microtubules, qui s'assemblent de façon antiparallèle et parcourent la cellule parallèlement à l'axe longitudinal, servent à orienter la croissance aux extrémités. Cette croissance est permise par le cytosquelette d'actine, fournissant des voies, les câbles, pour le transport actif des vésicules de sécrétion. Les moteurs moléculaires, responsables de ce transport actif sont aussi appelés myosines de type V (par la suite appelés myosines V). La manière dont ces câbles s'étendent depuis l'extrémité jusqu'à l'intérieur de la cellule est peu connue. De plus, on ignore également si ces câbles présentent une fonction autre que le transport. L'interaction entre les deux cytosquelettes est également obscure. Ce sont ces questions de base auxquelles j'ai tenté de répondre lors de ma thèse. La première partie de cette thèse (chapitre II) suggère que les câbles d'actine, pendant la croissance polarisée, fonctionnent uniquement comme des voies pour les moteurs moléculaires. Les données indiqueraient que les cellules ont fait évoluer deux systèmes de cytosquelette pour assurer plus de robustesse au processus de polarisation, bien que, comme nous le verrons, un système unique est suffisant. Au chapitre III, nous verrons comment les câbles d'actine sont organisés à l'intérieur de la cellule afin d'optimiser le transport des cargo. La découverte majeure, réalisée en observant des cellules dont la myosine V fait défaut, est que ces filaments d'actine s'auto organisent grâce au passage des moteurs moléculaires le long de ces voies. En réalité, en délivrant les cargos aux extrémités de la cellule et en exerçant des forces de traction sur les câbles, les myosines V contribuent non seulement à polariser le transport mais également à polariser les voies elles mêmes. Nous verrons également au chapitre IV, que parmi les cargos importants pour l'organisation des câbles, il y aurait le réticulum endoplasmique (RE). En effet, les câbles d'actine, qui s'étalent parallèlement au RE cortical, pourraient servir comme voie pour la myosine V. Cette dernière en retour pourrait être responsable de l'expansion dynamique et de l'organisation du RE pendant la croissance polarisée.

Mechanisms of spindle positioning during "Caenorhabditis elgans" asymmetric cell division

Résumé : Le positionnement correct du fuseau mitotique est crucial pour les divisions cellulaires asymétriques, car il gouverne le contrôle spatial de la division cellulaire et assure la ségrégation adéquate des déterminants cellulaires. Malgré leur importance, les mécanismes contrôlant le positionnement du fuseau mitotique sont encore mal compris. Chez l'embryon au stade une-cellule du nématode Caenorhabditis elegans, le fuseau mitotique est positionné de manière asymétrique durant l'anaphase grâce à l'action de générateurs de force situés au cortex cellulaire, et dont la nature était jusqu'alors indéterminée. Ces générateurs de force corticaux exercent une traction sur les microtubules astraux et sont dépendants de deux protéines Gα et de leurs protéines associées. Cette thèse traite de la nature de la machinerie responsable pour la génération des forces de tractions, ainsi que de son lien avec les protéines Gα et associées. Nous avons combiné des expériences de coupure par faisceau laser du fuseau mitotique avec le contrôle temporel de l'inactivation de gènes ou de l'exposition à des produits pharmacologiques. De cette manière, nous avons établi que la dynéine, un moteur se déplaçant vers l'extrémité négative des microtubules, ainsi que la dynamique des microtubules, sont toutes deux requises pour la génération efficace des forces de tractions. Nous avons démontré que les protéines Gα et leurs protéines associées GPR-1/2 et LIN-5 interagissent in vivo avec LIS-1, un composant du complexe de la dynéine. De plus, nous avons découvert que les protéines Gα, GPR-1/2 et LIN-5 promeuvent la présence du complexe de la dynéine au cortex cellulaire. Nos résultats suggèrent un mécanisme par lequel les protéines Gα permettent le recrutement cortical de GPR-1/2 et LIN-5, assurant ainsi la présence de la dynéine au cortex. Conjointement avec la dynamique des microtubules, ce mécanisme permet la génération des forces de tractions afin d'obtenir une division cellulaire correcte. Comme les mécanismes contrôlant le positionnement du fuseau mitotique et les divisions cellulaires asymétriques sont conservés au cours de l'évolution, nous espérons que les mécanismes élucidés par ce travail sont d'importance générale pour la génération de la diversité cellulaire durant le développement. De plus, ces mécanismes pourraient être applicables à d'autres divisions asymétriques, comme celle des cellules souches, dont le disfonctionnement peut entraîner la génération de cellules cancéreuses. Abstract : Proper spindle positioning is crucial for asymmetric cell division, because it controls spatial aspects of cell division and the correct inheritance of cell-fate determinants. However, the mechanisms governing spindle positioning remain incompletely understood. In the Caenorhabditis elegans one-cell stage embryo, the spindle becomes asymmetrically positioned during anaphase through the action of as-yet unidentified cortical force generators that pull on astral microtubules and that depend on two Gα proteins and associated proteins. This thesis addresses the nature of the force generation machinery and the link with the Gα and associated proteins. By performing spindle-severing experiments following temporally restricted gene inactivation and drug exposure, we established that microtubule dynamics and the minus-end directed motor dynein are both required for generating efficient pulling forces. We discovered that the Gα proteins and their associated proteins GPR-1/2 and LIN-5 interact in vivo with LIS-1, a component of the dynein complex. Moreover, we uncovered that LIN-5, GPR-1/2 and the Gα proteins promote the presence of the dynein complex at the cell cortex. Our findings suggest a mechanism by which the Gα proteins enable GPR-1/2 and LIN-5 recruitment to the cortex, thus ensuring the presence of cortical dynein. Together with microtubule dynamics, this allows pulling forces to be exerted and proper cell division to be achieved. Because the mechanisms of spindle positioning and asymmetric cell division are conserved across evolution, we expect the underlying mechanism uncovered here to be of broad significance for the generation of cell diversity during development. Moreover, this mechanism could be relevant for other asymmetric cell divisions, such as stem cell divisions, whose dysfunction may lead to the generation of cancer cells.

Filamin depletion blocks endoplasmic spreading and destabilizes force-bearing adhesions

Cell motility is an essential process that depends on a coherent, cross-linked actin cytoskeleton that physically coordinates the actions of numerous structural and signaling molecules. The actin cross-linking protein, filamin (Fln), has been implicated in the support of three-dimensional cortical actin networks capable of both maintaining cellular integrity and withstanding large forces. Although numerous studies have examined cells lacking one of the multiple Fln isoforms, compensatory mechanisms can mask novel phenotypes only observable by further Fln depletion. Indeed, shRNA-mediated knockdown of FlnA in FlnB¿/¿ mouse embryonic fibroblasts (MEFs) causes a novel endoplasmic spreading deficiency as detected by endoplasmic reticulum markers. Microtubule (MT) extension rates are also decreased but not by peripheral actin flow, because this is also decreased in the Fln-depleted system. Additionally, Fln-depleted MEFs exhibit decreased adhesion stability that appears in increased ruffling of the cell edge, reduced adhesion size, transient traction forces, and decreased stress fibers. FlnA¿/¿ MEFs, but not FlnB¿/¿ MEFs, also show a moderate defect in endoplasm spreading, characterized by initial extension followed by abrupt retractions and stress fiber fracture. FlnA localizes to actin linkages surrounding the endoplasm, adhesions, and stress fibers. Thus we suggest that Flns have a major role in the maintenance of actin-based mechanical linkages that enable endoplasmic spreading and MT extension as well as sustained traction forces and mature focal adhesions.

Micropatterning of single endothelial cell shape reveals a tight coupling between nuclear volume in G1 and proliferation

Shape-dependent local differentials in cell proliferation are considered to be a major driving mechanism of structuring processes in vivo, such as embryogenesis, wound healing, and angiogenesis. However, the specific biophysical signaling by which changes in cell shape contribute to cell cycle regulation remains poorly understood. Here, we describe our study of the roles of nuclear volume and cytoskeletal mechanics in mediating shape control of proliferation in single endothelial cells. Micropatterned adhesive islands were used to independently control cell spreading and elongation. We show that, irrespective of elongation, nuclear volume and apparent chromatin decondensation of cells in G1 systematically increased with cell spreading and highly correlated with DNA synthesis (percent of cells in the S phase). In contrast, cell elongation dramatically affected the organization of the actin cytoskeleton, markedly reduced both cytoskeletal stiffness (measured dorsally with atomic force microscopy) and contractility (measured ventrally with traction microscopy), and increased mechanical anisotropy, without affecting either DNA synthesis or nuclear volume. Our results reveal that the nuclear volume in G1 is predictive of the proliferative status of single endothelial cells within a population, whereas cell stiffness and contractility are not. These findings show that the effects of cell mechanics in shape control of proliferation are far more complex than a linear or straightforward relationship. Our data are consistent with a mechanism by which spreading of cells in G1 partially enhances proliferation by inducing nuclear swelling and decreasing chromatin condensation, thereby rendering DNA more accessible to the replication machinery.

Mapping cell-matrix stresses during stretch reveals inelastic reorganization of the cytoskeleton.

The mechanical properties of the living cell are intimately related to cell signaling biology through cytoskeletal tension. The tension borne by the cytoskeleton (CSK) is in part generated internally by the actomyosin machinery and externally by stretch. Here we studied how cytoskeletal tension is modified during stretch and the tensional changes undergone by the sites of cell-matrix interaction. To this end we developed a novel technique to map cell-matrix stresses during application of stretch. We found that cell-matrix stresses increased with imposition of stretch but dropped below baseline levels on stretch release. Inhibition of the actomyosin machinery resulted in a larger relative increase in CSK tension with stretch and in a smaller drop in tension after stretch release. Cell-matrix stress maps showed that the loci of cell adhesion initially bearing greater stress also exhibited larger drops in traction forces after stretch removal. Our results suggest that stretch partially disrupts the actin-myosin apparatus and the cytoskeletal structures that support the largest CSK tension. These findings indicate that cells use the mechanical energy injected by stretch to rapidly reorganize their structure and redistribute tension.

Thermal activation and ATP dependence of the cytoskeleton remodeling dynamics

The cytoskeleton (CSK) is a nonequilibrium polymer network that uses hydrolyzable sources of free energy such as adenosine triphosphate (ATP) to remodel its internal structure. As in inert nonequilibrium soft materials, CSK remodeling has been associated with structural rearrangements driven by energy-activated processes. We carry out particle tracking and traction microscopy measurements of alveolar epithelial cells at various temperatures and ATP concentrations. We provide the first experimental evidence that the remodeling dynamics of the CSK is driven by structural rearrangements over free-energy barriers induced by thermally activated forces mediated by ATP. The measured activation energy of these forces is ~40kBTr (kB being the Boltzmann constant and Tr being the room temperature). Our experiments provide clues to understand the analogy between the dynamics of the living CSK and that of inert nonequilibrium soft materials.

Musculoskeletal pain in female asylum seekers and hypovitaminosis D3

Résumé de l'article L'hypovitaminose D3 est bien connue et courante chez la population âgée en Occident. Toutefois, elle est probablement sous-diagnostiquée chez les jeunes femmes immigrantes, bien qu'elle soit bien documentée, principalement en Angleterre dans la population Indo-Pakistanaise. Lorsque ce déficit est diagnostiqué, le traitement substitutif est simple et bon marché. Nous avons suspecté une haute prévalence chez de jeunes femmes requérantes d'asile, surtout chez celles provenant de cultures différant quant à l'exposition solaire et la diète. Nous publions donc une série de 11 cas de patientes avec une hypovitaminose D symptomatique issues de la consultation générale de la Policlinique Médicale Universitaire. Toutes les patientes présentaient une anamnèse d'une faible exposition solaire et de douleurs osseuses diffuses, d'une fatigue, d'une faiblesse musculaire ou des modifications de la marche. Toutefois, les premiers diagnostics évoqués par les médecins étaient une possible somatisation (3 patientes), des douleurs dorso-lombaires chroniques (4 patientes) et des symptômes somatiques multiples et inexpliqués (3 patientes). Le diagnostic a été posé d'emblée chez une patiente seulement. La durée moyenne des plaintes avant la pose du diagnostic était de 38 mois et 5 jours. Avec le traitement de cholecalciférol et de calcium, les symptômes disparaissaient entre 1 et 3 mois, chez une patiente ils ont duré sept mois. Le taux moyen de 250H vitamine D3 était de 10.9 nmol/l (IR 21-131). Le taux moyen de calcium était de 2.19 mmol/l (2.15-2.55) et quatre patientes présentaient une hypocalcémie. Nous pensons donc que les femmes requérantes d'asile sont à risque d'une durée prolongée de symptômes, de part la possible haute prévalence de cette condition et la difficulté chez les médecins à la reconnaître. Le diagnostic d'hypovitaminose devrait être recherché chez les femmes requérantes d'asile souffrant de douleurs musculo-squelettiques de longue durée. Le premier diagnostic souvent évoqué, dans un contexte psychosocial souvent difficile, était de l'ordre d'un trouble somatoforme douloureux ou de somatisations. Toutefois, les douleurs liées à l'hypovitaminose D3 sont relativement bien définies ; elles sont symétriques, osseuses, débutent souvent dans la région lombaire pour ensuite s'étendre au bassin, aux membres inférieures proximalement et à la cage thoracique. Le traitement substitutif est simple, peu onéreux et il serait judicieux d'initier d'autres études pour évaluer le besoin d'une substitution de routine dans la population présentée. Abstract: Deficiency of vitamin D, which can lead to osteomalacia, is common in elderly patients in Western countries. However, it is still widely underdiagnosed in young immigrant women, even though the condition has been extensively reported in the immigrant Indo- Asian population in the United Kingdom since the 1960s. A recent study reports an average 59 months before diagnosis was established, and another study found a prevalence of 78% of hypovitaminosis D3 (compared with 58% in controls) in an Indo-Asian population attending a UK rheumatology clinic. When recognised, hypovitaminosis D3 is easily treatable. A study on osteomalacic myopathy in veiled Arabic women in Denmark found that muscle strength returned to normal (except in maximal voluntary con-traction) after six months' treatment. We expected to see this disease in female asylum seekers, especially in those from societies with different customs regarding exposure to sunlight and diet We report 11 cases of symptomatic hypovitaminosis D3 in female asylum seekers (table 1). We focus on the pathology encountered by the primary care doctors caring for these 11 patients, the length of time between the appearance of symptoms, and the establishment of the diagnosis of hypovitaminosis D3 as well as the women's response to treatment by the improvement of a wide range of clinical symptoms-bone pain, muscular weakness, and fatigue.