Paper de l’ Haemophilus influenzae en les exacerbacions de la Malaltia Pulmonar Obstructiva Crònica (MPOC): tipificació molecular i factors de virulència

Objetivos: 1.-Identificar los factores clínicos y microbiológicos que ayuden a predecir la aparición de exacerbaciones en la EPOC. 2.-Diagnóstico y cuantificación de las especies bacterianas aisladas en esputo (fase de exacerbación y estable) .3.- Tipificación genotípica secuencial de las cepas de H. influenzae y P. aeruginosa. 4.- Impacto del tratamiento antibiótico en la aparición de resistencias en estos patógenos. 5.- Diseño: Estudio prospectivo (3 años). Ámbito del estudio: Hospital Universitario de tercer nivel. Pacientes con EPOC grave atendidos en la Consulta Monográfica de EPOC del Servicio de Neumología. Métodos microbiológicos: Cuantificación de la carga bacteriana en muestras respiratorias en fase estable y en exacerbación. Estudio de la sensibilidad “in vitro”. Tipificación molecular (PFGE y MLST) de H. influenzae y P. aeruginosa. Estudio de los genes de virulencia de H. influenzae mediante PCR. Resultados: Desde Febrero de 2010 a Julio de 2011 se han incluido 77 pacientes. Los microorganismos más frecuentemente aislados en fase de exacerbación fueron: P. aeruginosa (29.3%), H. influenzae (15.92%), M. catarrhalis (12.74%), S. pneumoniae (10.19%) y S. aureus (5.10%). En los 88 episodios por P. aeruginosa se detectaron 38 genotipos diferentes. En los 41 episodios por H. influenzae se detectaron 39 genotipos diferentes. El 10% de los episodios fueron polimicrobianos. Los episodios de EAEPOC y de fase estable tuvieron una distribución de microorganismos similar. Sin embargo, cuando se cuantificaron las cargas bacterianas fueron mayores en EAEPOC (intervalo 4x107 -2x108) que en fase estable (intervalo 2x105 -4x107). Conclusiones: El genotipo de las cepas de P. aeruginosa y H. influenzae aisladas en EAEPOC difieren de un paciente a otro, sin embargo la mayoría de los episodios de cada paciente están causados por un genotipo único.

Investigation of memory, executive functions, and anatomic correlates in asymptomatic FMR1 premutation carriers.

Fragile X-associated tremor/ataxia syndrome (FXTAS) is a late-onset movement disorder associated with FMR1 premutation alleles. Asymptomatic premutation (aPM) carriers have preserved cognitive functions, but they present subtle executive deficits. Current efforts are focusing on the identification of specific cognitive markers that can detect aPM carriers at higher risk of developing FXTAS. This study aims at evaluating verbal memory and executive functions as early markers of disease progression while exploring associated brain structure changes using diffusion tensor imaging. We assessed 30 aPM men and 38 intrafamilial controls. The groups perform similarly in the executive domain except for decreased performance in motor planning in aPM carriers. In the memory domain, aPM carriers present a significant decrease in verbal encoding and retrieval. Retrieval is associated with microstructural changes of the white matter (WM) of the left hippocampal fimbria. Encoding is associated with changes in the WM under the right dorsolateral prefrontal cortex, a region implicated in relational memory encoding. These associations were found in the aPM group only and did not show age-related decline. This may be interpreted as a neurodevelopmental effect of the premutation, and longitudinal studies are required to better understand these mechanisms.

Combined simulation and mutagenesis analyses reveal the involvement of key residues for peroxisome proliferator-activated receptor alpha helix 12 dynamic behavior.

The dynamic properties of helix 12 in the ligand binding domain of nuclear receptors are a major determinant of AF-2 domain activity. We investigated the molecular and structural basis of helix 12 mobility, as well as the involvement of individual residues with regard to peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARalpha) constitutive and ligand-dependent transcriptional activity. Functional assays of the activity of PPARalpha helix 12 mutants were combined with free energy molecular dynamics simulations. The agreement between the results from these approaches allows us to make robust claims concerning the mechanisms that govern helix 12 functions. Our data support a model in which PPARalpha helix 12 transiently adopts a relatively stable active conformation even in the absence of a ligand. This conformation provides the interface for the recruitment of a coactivator and results in constitutive activity. The receptor agonists stabilize this conformation and increase PPARalpha transcription activation potential. Finally, we disclose important functions of residues in PPARalpha AF-2, which determine the positioning of helix 12 in the active conformation in the absence of a ligand. Substitution of these residues suppresses PPARalpha constitutive activity, without changing PPARalpha ligand-dependent activation potential.

Effective size of two feral domestic cat populations (Felis catus L): effect of the mating system.

A variety of behavioural traits have substantial effects on the gene dynamics and genetic structure of local populations. The mating system is a plastic trait that varies with environmental conditions in the domestic cat (Felis catus) allowing an intraspecific comparison of the impact of this feature on genetic characteristics of the population. To assess the potential effect of the heterogenity of males' contribution to the next generation on variance effective size, we applied the ecological approach of Nunney & Elam (1994) based upon a demographic and behavioural study, and the genetic 'temporal methods' of Waples (1989) and Berthier et al. (2002) using microsatellite markers. The two cat populations studied were nearly closed, similar in size and survival parameters, but differed in their mating system. Immigration appeared extremely restricted in both cases due to environmental and social constraints. As expected, the ratio of effective size to census number (Ne/N) was higher in the promiscuous cat population (harmonic mean = 42%) than in the polygynous one (33%), when Ne was calculated from the ecological method. Only the genetic results based on Waples' estimator were consistent with the ecological results, but failed to evidence an effect of the mating system. Results based on the estimation of Berthier et al. (2002) were extremely variable, with Ne sometimes exceeding census size. Such low reliability in the genetic results should retain attention for conservation purposes.

Modelling changes in stable isotope compositions of minerals during net transfer reactions in a contact aureole: Wollastonite growth at the northern Hunter Mountain Batholith (Death Valley National Park, USA)

One of the world's largest wollastonite deposits was formed at the contact of the northern Hunter Mountain Batholith (California, USA) in Paleozoic sediments. Wollastonite occurs as zones of variable thickness surrounding layers or nodules of quartzite in limestones. A minimum formation temperature of 650 degrees C is estimated from isolated periclase-bearing lenses in that area. Contact metamorphism of siliceous carbonates has produced mineral assemblages that are consistent with heterogeneous, and partly limited infiltration of water-rich fluids, compatible with O-18/O-16 and C-13/C-12 isotopic patterns recorded in carbonates. Oxygen isotope compositions of wollastonites in the study area may also not require infiltration of large quantities of externally-derived fluids that were out of equilibrium with the rocks. 8180 values of wollastonite are high (14.8 parts per thousand to 25.0 parts per thousand; median: 19.7 parts per thousand) and close to those of the host limestone (19.7 parts per thousand to 28 parts per thousand; median: 24.9 parts per thousand) and quartz (18.0 parts per thousand. to 29.1 parts per thousand; median: 22.6 parts per thousand). Isotopic disequilibrium exists at quartz/wollastonite and wollastonite/calcite boundaries. Therefore, classical batch/Rayleigh fractionation models based on reactant and product equilibrium are not applicable to the wollastonite rims. An approach that relies on local instantaneous mass balance for the reactants, based on the wollastonite-forming reaction is suggested as an alternative way to model wollastonite reaction rims. This model reproduces many of the measured delta O-18 values of wollastonite reaction rims of the current study to within +/- 1 parts per thousand, even though the wollastonite compositions vary by almost 10 parts per thousand. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

New gene functions in megakaryopoiesis and platelet formation.

Platelets are the second most abundant cell type in blood and are essential for maintaining haemostasis. Their count and volume are tightly controlled within narrow physiological ranges, but there is only limited understanding of the molecular processes controlling both traits. Here we carried out a high-powered meta-analysis of genome-wide association studies (GWAS) in up to 66,867 individuals of European ancestry, followed by extensive biological and functional assessment. We identified 68 genomic loci reliably associated with platelet count and volume mapping to established and putative novel regulators of megakaryopoiesis and platelet formation. These genes show megakaryocyte-specific gene expression patterns and extensive network connectivity. Using gene silencing in Danio rerio and Drosophila melanogaster, we identified 11 of the genes as novel regulators of blood cell formation. Taken together, our findings advance understanding of novel gene functions controlling fate-determining events during megakaryopoiesis and platelet formation, providing a new example of successful translation of GWAS to function.

Origins and functional evolution of Y chromosomes across mammals.

Y chromosomes underlie sex determination in mammals, but their repeat-rich nature has hampered sequencing and associated evolutionary studies. Here we trace Y evolution across 15 representative mammals on the basis of high-throughput genome and transcriptome sequencing. We uncover three independent sex chromosome originations in mammals and birds (the outgroup). The original placental and marsupial (therian) Y, containing the sex-determining gene SRY, emerged in the therian ancestor approximately 180 million years ago, in parallel with the first of five monotreme Y chromosomes, carrying the probable sex-determining gene AMH. The avian W chromosome arose approximately 140 million years ago in the bird ancestor. The small Y/W gene repertoires, enriched in regulatory functions, were rapidly defined following stratification (recombination arrest) and erosion events and have remained considerably stable. Despite expression decreases in therians, Y/W genes show notable conservation of proto-sex chromosome expression patterns, although various Y genes evolved testis-specificities through differential regulatory decay. Thus, although some genes evolved novel functions through spatial/temporal expression shifts, most Y genes probably endured, at least initially, because of dosage constraints.

Esfingolipids i senyal•lització cel.lular: l'(E)-2-hexadecenal com a possible lípid bioactiu

L’esfingosina-1-fosfat (S1P) és un lípid bioactiu amb funcions crucials en la biologia cel•lular. Entre aquestes, la seva activitat mitogènica i citoprotectora són les més estudiades. L’S1P és catabolitzada intracel•lularment mitjançant l’esfingosina-1-fosfat liasa (SGPL1) per generar (E)-2-hexadecenal i fosforiletanolamina. L’objectiu d’aquest projecte és explorar si l’(E)-2-hexadecenal és realment un catabòlit innocu o bé si, pel seu caràcter acceptor de Michael, és capaç de reaccionar amb pèptids o proteïnes específics. Aquesta interacció podria traduïr-se en funcions biològiques determinades, algunes de les quals són possiblement atribuïdes a l’esfingosina-1-fosfat com a tal. Per poder explorar el potencials adductes proteïcs amb l’aldehid, s’han emprat, sobre cèl•lules HeLa que sobreexpressen SGPL1, sondes anàlegs a esfingosina i esfinganina (i els seus derivats fosforil•lats) que presenten una funció azida en la posició omega de la cadena esfingoide. Aquestes, mitjançant química click sense coure, s’han fet reaccionar amb una molècula que presenta un dibenzociclooctí unit a biotina DBCObiotina). Després d’aïllar les proteïnes així biotinilades amb una reïna d’estreptavidina, aquestes es van separar per electroforesi. Les bandes proteïques observades es van extreure del gel i es van digerir amb tripsina, per posteriorment analitzar els pèptids per MALDI-TOF, el que permetria l’identificació de proteïnes a partir de “peptide mass fingerprinting”. Lamentablement, a la fi d’aquest contracte, encara no s’ha pogut identificar cap proteïna que s’uneixi a l’aldehid alliberat per la reacció de l’esfingosina-1- fosfat liasa. No obstant, durant aquest temps s’ha millorat el mètode per detectar aquests adductes proteïcs. Per això, si la recerca continua en aquesta línia, properament es podria saber amb certesa si existeixen o no aquestes interaccions covalents entre determinades proteïnes i l’(E)-2-hexadecenal.

Evolutionary origin and functions of retrogene introns.

Retroposed genes (retrogenes) originate via the reverse transcription of mature messenger RNAs from parental source genes and are therefore usually devoid of introns. Here, we characterize a particular set of mammalian retrogenes that acquired introns upon their emergence and thus represent rare cases of intron gain in mammals. We find that although a few retrogenes evolved introns in their coding or 3' untranslated regions (untranslated region, UTR), most introns originated together with untranslated exons in the 5' flanking regions of the retrogene insertion site. They emerged either de novo or through fusions with 5' UTR exons of host genes into which the retrogenes inserted. Generally, retrogenes with introns display high transcription levels and show broader spatial expression patterns than other retrogenes. Our experimental expression analyses of individual intron-containing retrogenes show that 5' UTR introns may indeed promote higher expression levels, at least in part through encoded regulatory elements. By contrast, 3' UTR introns may lead to downregulation of expression levels via nonsense-mediated decay mechanisms. Notably, the majority of retrogenes with introns in their 5' flanks depend on distant, sometimes bidirectional CpG dinucleotide-enriched promoters for their expression that may be recruited from other genes in the genomic vicinity. We thus propose a scenario where the acquisition of new 5' exon-intron structures was directly linked to the recruitment of distant promoters by these retrogenes, a process potentially facilitated by the presence of proto-splice sites in the genomic vicinity of retrogene insertion sites. Thus, the primary role and selective benefit of new 5' introns (and UTR exons) was probably initially to span the often substantial distances to potent CpG promoters driving retrogene transcription. Later in evolution, these introns then obtained additional regulatory roles in fine tuning retrogene expression levels. Our study provides novel insights regarding mechanisms underlying the origin of new introns, the evolutionary relevance of intron gain, and the origin of new gene promoters.

Sex and clock to discover new PPARα functions

Summary : PPARα is a ligand-activated transcription factor that is a member of the nuclear receptor superfamily. In rodents, PPARα is highly expressed in liver, especially in parenchymal cells, where it has an impact on several hepatic functions such as nutrient metabolism, inflammation and metabolic stress. Ligands for PPARα comprise long chain unsaturated fatty acids, eicosanoids and lipid lowering fibrate drugs. In liver, many metabolic processes are orchestrated by the hepatic circadian clock. The aim of the hepatic clock is to synchronize cellular pathways allowing animals to adapt their metabolism to predictable daily changes in the environment. Indeed, similar to PPARα, the hepatic clock influences nutrient metabolism and detoxification through circadian output regulators :the PAR-domain basic leucine zipper proteins called PAR blip proteins. In this report, we showed that through a positive feedback loop mechanism, PAR. blip, proteins participate to the availability of PPARα endogenous ligands that contribute to the circadian expression and functions of PPARα. Interestingly, we also discovered some unexpected hepatic sexual dimorphic functions of PPARα. These functions are determined b PPARα sumoylation, interaction with DNA methylation mechanism and with unexpected proteins with gender specificity. The connection between circadian clock and hepatic sexual dimorphism opens new perspectives regarding the chronobiology of PPARα activity and the beneficial effects of PPARα agonist in the treatment of diseases related to steroid hormones metabolism characterized by inflammation and hepatotoxicity. Résumé : PPARα est un facteur de transcription activé par un ligand, membre de la superfamille des récepteurs nucléaires. Chez les rongeurs, PPARα est fortement exprimé dans le foie, spécialement dans les cellules du parenchyme dans lesquelles il joue un role important dans les fonctions hépatiques tels que le métabolisme des nutriments, l'inflammation et les stress métaboliques. Les ligands pour PPARα comprennent les acides gras à longues chaînes, les eicosanoides et les médicaments hypolipidémiques (fibrates). Dans le foie, beaucoup de processus métaboliques sont orchestrés par l'horloge circadienne hépatique. Le but de cette horloge est de synchroniser les voies métaboliqués permettant aux animaux d'adapter leurs métabolismes aux changements journaliers. Ainsi, l'horloge hépatique influence le métabolisme des nutriments tels que l'utilisation des lipides à travers certains régulateurs circadians appelés facteurs de transcription PAR bZips. Dans ce mémoire, nous avons montré qu'à travers une boucle de régulation, les protéines PAR bZip contrôlent la production des ligands endogènes à PPARα, jouant un rôle dans l'expression circadienne et les fonctions de PPARα. Nous avons également découvert des aspects méconnus des fonctions liées au dimorphisme sexuel de PPARα. Nous avons montré que PPARα est différemment sumoylisé entre les sexes et interagit avec la méthylation de l'ADN ainsi qu'avec des protéines insoupçonnées comme partenaires de PPARα. De part leur lien avec l'horloge circadienne et le dimorphisme sexuel, nos découvertes ouvrent de nouvelles perspectives concernant la chronobiologie de l'activité de PPARα et les effets bénéfiques des ses activateurs dans le traitement des maladies liées au métabolisme des hormones stéroides.

Visual functions in the healthy and schizophrenic brain : from stimulus control to illusory perceptions using electrical neuroimaging

ABSTRACT (FRENCH)Ce travail de thèse basé sur le système visuel chez les sujets sains et chez les patients schizophrènes, s'articule autour de trois articles scientifiques publiés ou en cours de publication. Ces articles traitent des sujets suivants : le premier article présente une nouvelle méthode de traitement des composantes physiques des stimuli (luminance et fréquence spatiale). Le second article montre, à l'aide d'analyses de données EEG, un déficit de la voie magnocellulaire dans le traitement visuel des illusions chez les patients schizophrènes. Ceci est démontré par l'absence de modulation de la composante PI chez les patients schizophrènes contrairement aux sujets sains. Cette absence est induite par des stimuli de type illusion Kanizsa de différentes excentricités. Finalement, le troisième article, également à l'aide de méthodes de neuroimagerie électrique (EEG), montre que le traitement des contours illusoires se trouve dans le complexe latéro-occipital (LOC), à l'aide d'illusion « misaligned gratings ». De plus il révèle que les activités démontrées précédemment dans les aires visuelles primaires sont dues à des inférences « top- down ».Afin de permettre la compréhension de ces trois articles, l'introduction de ce manuscrit présente les concepts essentiels. De plus des méthodes d'analyses de temps-fréquence sont présentées. L'introduction est divisée en quatre parties : la première présente le système visuel depuis les cellules retino-corticales aux deux voix du traitement de l'information en passant par les régions composant le système visuel. La deuxième partie présente la schizophrénie par son diagnostic, ces déficits de bas niveau de traitement des stimuli visuel et ces déficits cognitifs. La troisième partie présente le traitement des contours illusoires et les trois modèles utilisés dans le dernier article. Finalement, les méthodes de traitement des données EEG seront explicitées, y compris les méthodes de temps-fréquences.Les résultats des trois articles sont présentés dans le chapitre éponyme (du même nom). De plus ce chapitre comprendra les résultats obtenus à l'aide des méthodes de temps-fréquenceFinalement, la discussion sera orientée selon trois axes : les méthodes de temps-fréquence ainsi qu'une proposition de traitement de ces données par une méthode statistique indépendante de la référence. La discussion du premier article en montrera la qualité du traitement de ces stimuli. La discussion des deux articles neurophysiologiques, proposera de nouvelles d'expériences afin d'affiner les résultats actuels sur les déficits des schizophrènes. Ceci pourrait permettre d'établir un marqueur biologique fiable de la schizophrénie.ABSTRACT (ENGLISH)This thesis focuses on the visual system in healthy subjects and schizophrenic patients. To address this research, advanced methods of analysis of electroencephalographic (EEG) data were used and developed. This manuscript is comprised of three scientific articles. The first article showed a novel method to control the physical features of visual stimuli (luminance and spatial frequencies). The second article showed, using electrical neuroimaging of EEG, a deficit in spatial processing associated with the dorsal pathway in chronic schizophrenic patients. This deficit was elicited by an absent modulation of the PI component in terms of response strength and topography as well as source estimations. This deficit was orthogonal to the preserved ability to process Kanizsa-type illusory contours. Finally, the third article resolved ongoing debates concerning the neural mechanism mediating illusory contour sensitivity by using electrical neuroimaging to show that the first differentiation of illusory contour presence vs. absence is localized within the lateral occipital complex. This effect was subsequent to modulations due to the orientation of misaligned grating stimuli. Collectively, these results support a model where effects in V1/V2 are mediated by "top-down" modulation from the LOC.To understand these three articles, the Introduction of this thesis presents the major concepts used in these articles. Additionally, a section is devoted to time-frequency analysis methods not presented in the articles themselves. The introduction is divided in four parts. The first part presents three aspects of the visual system: cellular, regional, and its functional interactions. The second part presents an overview of schizophrenia and its sensoiy-cognitive deficits. The third part presents an overview of illusory contour processing and the three models examined in the third article. Finally, advanced analysis methods for EEG are presented, including time- frequency methodology.The Introduction is followed by a synopsis of the main results in the articles as well as those obtained from the time-frequency analyses.Finally, the Discussion chapter is divided along three axes. The first axis discusses the time frequency analysis and proposes a novel statistical approach that is independent of the reference. The second axis contextualizes the first article and discusses the quality of the stimulus control and direction for further improvements. Finally, both neurophysiologic articles are contextualized by proposing future experiments and hypotheses that may serve to improve our understanding of schizophrenia on the one hand and visual functions more generally.

Effets des usages différenciés de l'activité physique sur des enfants en classe enfantine : étude pluridisciplinaire et comparative

La thèse traite de projets de classes enfantines avec de l'activité physique, projets pilotes ayant entre autres le but d'évaluer les effets d'un apport d'activité physique auprès d'enfants de 4 à 6 ans. Le projet de recherche saisit l'opportunité de pouvoir observer les effets de l'AP sur de jeunes enfants (n=86, classes AP=40, classes contrôles=46) et ceci par trois regards distincts : une quantification de l'activité physique, l'influence de cette dernière sur certaines composantes cognitives (créativité, intelligence et concentration) des jeunes enfants et, enfin, l'influence de l'activité physique au niveau psychosocial (microsystèmes familial et scolaire). La méthodologie mélange des méthodes qualitatives (entretiens, observations) et quantitatives (accéléromètres (GT1M), tests de créativité (Krampen, 1996), d'intelligence (Cattell, Weiss & Osterland, 1997), de concentration (Krampen, 2007)). Les principaux résultats démontrent que ce type de projet permet d'augmenter l'AP durant le temps scolaire et les résultats sont plus contrastés en extrascolaire. Un temps supérieur consacré à l'AP ne démontre aucune diminution des capacités cognitives dans cette tranche d'âge-là. L'analyse du microsystème familial nous informe sur le fait que les parents qui ont placé leurs enfants dans ce type de classes sont eux-mêmes plus actifs que la moyenne de la population suisse (Lamprecht, Fischer, & Stamm, 2008a). Enfin, un apport d'AP ne permet pas d'augmenter le nombre de feedbacks tournés vers l'autonomie et le style contrôlant est même renforcé. Nos résultats sont discutés sur la base des études de Kriemler et al. (2010) qui démontrent toute la difficulté d'une intervention scolaire pour modifier les comportements familiaux en extrascolaire. La fonction exécutive (Tomporowski et al., 2008) offre un regard neurophysiologique éclairant les effets de l'AP sur les différentes capacités étudiées. Enfin, il semble que la pression générée par la mise en place de projets liés à un apport d'AP en école enfantine va dans le sens d'une augmentation d'un style contrôlant (Tessier, 2006). Ce choix d'approcher les observations selon plusieurs angles d'étude est audacieux car il se situe en situation écologique mais il représente en même temps le seul moyen d'observer les effets en tenant davantage compte de la complexité des conduites des interactions entre différents facteurs. - The aim of the study is to evaluate the effect of physical activity (PA) in kindergartens with children aged from 4 to 6 years old. The project seizes the opportunity to observe the effects of PA on young children (n=86, classes AP=40, control classes=46) with three different axes: a quantification of PA, the influence of PA on cognitive functions (creativity, intelligence and concentration), and the influence on the family and the climate in the class. The methodology is based on a mix of qualitative (interviews, observations) and quantitative (accelerometer (GT1M), creativity test (Krampen, 1996), intelligence test (Cattell, Weiss & Osterland, 1997), concentration test (Krampen, 2007)) methods. The main results show that PA during the schooltime increased and the results outside of the school present more contrasts. More time spent for PA doesn't influence negatively the evolution of the cognitive functions at this age. The parents, who have interest for this kind of kindergartens for their children move significantly more than the Swiss population (Lamprecht, et al., 2008a). More PA during the lessons doesn't increase the feedbacks given with autonomy and more control is even observed. The results show the difficulty of changing the behaviors of a family linked to PA outside of the school (Kriemler et al., 2010). The discussion of the results of the cognitive functions is based on the executive function, which seems to be linked to PA (Tomporowski et al., 2008). Finally, it seems that the pressure occurred by those projects with PA tend to foster a climate with more control (Tessier, 2006). The choice of structuring the thesis with three different axes represents a risk because it is established in ecological conditions, but it also allows to observe the effects of PA taking into consideration the interactions between the different factors.

Dual functions of DP1 promote biphasic Wnt-on and Wnt-off states during anteroposterior neural patterning.

DP1, a dimerization partner protein of the transcription factor E2F, is known to inhibit Wnt/β-catenin signalling along with E2F, although the function of DP1 itself was not well characterized. Here, we present a novel dual regulatory mechanism of Wnt/β-catenin signalling by DP1 independent from E2F. DP1 negatively regulates Wnt/β-catenin signalling by inhibiting Dvl-Axin interaction and by enhancing poly-ubiquitination of β-catenin. In contrast, DP1 positively modulates the signalling upon Wnt stimulation, via increasing cytosolic β-catenin and antagonizing the kinase activity of NLK. In Xenopus embryos, DP1 exerts both positive and negative roles in Wnt/β-catenin signalling during anteroposterior neural patterning. From subcellular localization analyses, we suggest that the dual roles of DP1 in Wnt/β-catenin signalling are endowed by differential nucleocytoplasmic localizations. We propose that these dual functions of DP1 can promote and stabilize biphasic Wnt-on and Wnt-off states in response to a gradual gradient of Wnt/β-catenin signalling to determine differential cell fates.

Gliotransmission in the hippocampus, mechanisms and interaction with synaptic functions

SUMMARYAstrocytes represent the largest cell population in the human brain. In addition to a well established role as metabolic support for neuronal activity, in the last years these cells have been found to accomplish other important and, sometimes, unexpected functions. The tight enwrapping of synapses by astrocytic processes and the predominant expression of glutamate uptake carriers in the astrocytic rather than neuronal plasma membranes brought to the definition of a critical involvement of astrocytes in the clearance of glutamate from synaptic junctions. Moreover, several publications showed that astrocytes are able to release chemical transmitters (gliotransmitters) suggesting their active implication in the control of synaptic functions. Among gliotransmitters, the best characterized is glutamate, which has been proposed to be released from astrocytes in a Ca2+ dependent manner via exocytosis of synaptic-like microvesicles.In my thesis I present results leading to substantial advancement of the understanding of the mechanisms by which astrocytes modulate synaptic activity in the hippocampus, notably at excitatory synapses on dentate granule cells. I show that tumor necrosis factor- alpha (TNFa), a molecule that is generally involved in immune system functions, critically controls astrocyte-to-synapse communication (gliotransmission) in the brain. With constitutive levels of TNFa present, activation of purinergic G protein-coupled receptors in astrocytes, called P2Y1 receptors, induces localized intracellular calcium ([Ca2+]j) elevation in astrocytic processes (measured by two-photon microscopy) followed by glutamate release and activation of pre-synaptic NMDA receptors resulting in synaptic potentiation. In preparations lacking TNFa, astrocytes respond with identical [Ca2+]i elevations but fail to induce neuromodulation. I find that TNFa specifically controls the glutamate release step of gliotransmission. Addition of very low (picomolar) TNFa concentrations to preparations lacking the cytokine, promptly reconstitutes both normal exocytosis in cultured astrocytes and gliotransmission in hippocampal slices. These data provide the first demonstration that gliotransmission and its synaptic effects are controlled not only by astrocyte [Ca2+]i elevations but also by permissive/homeostatic factors like TNFa.In addition, I find that higher and presumably pathological TNFa concentrations do not act just permissively but instead become direct and potent triggers of glutamate release from astrocytes, leading to a strong enhancement of excitatory synaptic activity. The TNFa action, like the one observed upon P2Y1R activation, is mediated by pre-synaptic NMDA receptors, but in this case the effect is long-lasting, and not reversible. Moreover, I report that a necessary molecular target for this action of TNFa is TNFR1, one of the two specific receptors for the cytokine, as I found that TNFa was unable to induce synaptic potentiation when applied in slices from TNFR1 knock-out (Tnfrlv") mice. I then created a double transgenic mouse model where TNFR1 is knocked out in all cells but can be re-expressed selectively in astrocytes and I report that activation of the receptors in these cells is sufficient to reestablish TNFa-dependent long-lasting potentiation of synaptic activity in the TNFR1 knock-out mice.I therefore discovered that TNFa is a primary molecule displaying both permissive and instructive roles on gliotransmission controlling synaptic functions. These reports might have profound implications for the understanding of both physiological and pathological processes associated to TNFa production, including inflammatory processes in the brain.RÉSUMÉLes astrocytes sont les cellules les plus abondantes du cerveau humain. Outre leur rôle bien établi dans le support métabolique de l'activité neuronale, d'autres fonctions importantes, et parfois inattendues de ces cellules ont été mises en lumière au cours de ces dernières années. Les astrocytes entourent étroitement les synapses de leurs fins processus qui expriment fortement les transporteurs du glutamate et permettent ainsi aux astrocytes de jouer un rôle critique dans l'élimination du glutamate de la fente synaptique. Néanmoins, les astrocytes semblent être capables de jouer un rôle plus intégratif en modulant l'activité synaptique, notamment par la libération de transmetteurs (gliotransmetteurs). Le gliotransmetteur le plus étudié est le glutamate qui est libéré par l'exocytose régulée de petites vésicules ressemblant aux vésicules synaptiques (SLMVs) via un mécanisme dépendant du calcium.Les résultats présentés dans cette thèse permettent une avancée significative dans la compréhension du mode de communication de ces cellules et de leur implication dans la transmission de l'information synaptique dans l'hippocampe, notamment des synapses excitatrices des cellules granulaires du gyrus dentelé. J'ai pu montrer que le « facteur de nécrose tumorale alpha » (TNFa), une cytokine communément associée au système immunitaire, est aussi fondamentale pour la communication entre astrocyte et synapse. Lorsqu'un niveau constitutif très bas de TNFa est présent, l'activation des récepteurs purinergiques P2Y1 (des récepteurs couplés à protéine G) produit une augmentation locale de calcium (mesurée en microscopie bi-photonique) dans l'astrocyte. Cette dernière déclenche ensuite une libération de glutamate par les astrocytes conduisant à l'activation de récepteurs NMDA présynaptiques et à une augmentation de l'activité synaptique. En revanche, dans la souris TNFa knock-out cette modulation de l'activité synaptique par les astrocytes n'est pas bien qu'ils présentent toujours une excitabilité calcique normale. Nous avons démontré que le TNFa contrôle spécifiquement l'exocytose régulée des SLMVs astrocytaires en permettant la fusion synchrone de ces vésicules et la libération de glutamate à destination des récepteurs neuronaux. Ainsi, nous avons, pour la première fois, prouvé que la modulation de l'activité synaptique par l'astrocyte nécessite, pour fonctionner correctement, des facteurs « permissifs » comme le TNFa, agissant sur le mode de sécrétion du glutamate astrocytaire.J'ai pu, en outre, démontrer que le TNFa, à des concentrations plus élevées (celles que l'on peut observer lors de conditions pathologiques) provoque une très forte augmentation de l'activité synaptique, agissant non plus comme simple facteur permissif mais bien comme déclencheur de la gliotransmission. Le TNFa provoque 1'activation des récepteurs NMD A pré-synaptiques (comme dans le cas des P2Y1R) mais son effet est à long terme et irréversible. J'ai découvert que le TNFa active le récepteur TNFR1, un des deux récepteurs spécifiques pour le TNFa. Ainsi, l'application de cette cytokine sur une tranche de cerveau de souris TNFR1 knock-out ne produit aucune modification de l'activité synaptique. Pour vérifier l'implication des astrocytes dans ce processus, j'ai ensuite mis au point un modèle animal doublement transgénique qui exprime le TNFR1 uniquement dans les astrocytes. Ce dernier m'a permis de prouver que l'activation des récepteurs TNFR1 astrocytaires est suffisante pour induire une augmentation de l'activité synaptique de manière durable.Nous avons donc découvert que le TNFa possède un double rôle, à la fois un rôle permissif et actif, dans le contrôle de la gliotransmission et, par conséquent, dans la modulation de l'activité synaptique. Cette découverte peut potentiellement être d'une extrême importance pour la compréhension des mécanismes physiologiques et pathologiques associés à la production du TNFa, en particulier lors de conditions inflammatoires.RÉSUMÉ GRAND PUBLICLes astrocytes représentent la population la plus nombreuse de cellules dans le cerveau humain. On sait, néanmoins, très peu de choses sur leurs fonctions. Pendant très longtemps, les astrocytes ont uniquement été considérés comme la colle du cerveau, un substrat inerte permettant seulement de lier les cellules neuronales entre elles. Il n'y a que depuis peu que l'on a découvert de nouvelles implications de ces cellules dans le fonctionnement cérébral, comme, entre autres, une fonction de support métabolique de l'activité neuronale et un rôle dans la modulation de la neurotransmission. C'est ce dernier aspect qui fait l'objet de mon projet de thèse.Nous avons découvert que l'activité des synapses (régions qui permettent la communication d'un neurone à un autre) qui peut être potentialisée par la libération du glutamate par les astrocytes, ne peut l'être que dans des conditions astrocytaires très particulières. Nous avons, en particulier, identifié une molécule, le facteur de nécrose tumorale alpha (TNFa) qui joue un rôle critique dans cette libération de glutamate astrocytaire.Le TNFa est surtout connu pour son rôle dans le système immunitaire et le fait qu'il est massivement libéré lors de processus inflammatoires. Nous avons découvert qu'en concentration minime, correspondant à sa concentration basale, le TNFa peut néanmoins exercer un rôle indispensable en permettant la communication entre l'astrocyte et le neurone. Ce mode de fonctionnement est assez probablement représentatif d'un processus physiologique qui permet d'intégrer la communication astrocyte/neurone au fonctionnement général du cerveau. Par ailleurs, nous avons également démontré qu'en quantité plus importante, le TNFa change son mode de fonctionnement et agit comme un stimulateur direct de la libération de glutamate par l'astrocyte et induit une activation persistante de l'activité synaptique. Ce mode de fonctionnement est assez probablement représentatif d'un processus pathologique.Nous sommes également arrivés à ces conclusions grâce à la mise en place d'une nouvelle souche de souris doublement transgéniques dans lesquelles seuls les astrocytes (etnon les neurones ou les autres cellules cérébrales) sont capables d'être activés par le TNFa.