Uncovering the role of misfolded SOD1 in the pathogenesis of Amyotrophic Lateral Sclerosis

La sclérose latérale amyothrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative charactérisée par la perte des neurones moteurs menant à la paralysie et à la mort. Environ 20% des cas familiaux de la SLA sont causés par des mutations de la superoxyde dismutase 1 (SOD1), conduisant vers un mauvais repliement de la protéine SOD1, ce qui a comme conséquence un gain de fonction toxique. Plusieurs anticorps spécifiques pour la forme mal repliée de la protéine ont été générés et utilisés comme agent thérapeutique dans des modèles précliniques. Comment le mauvais repliement de SOD1 provoque la perte sélective des neurones moteurs demeure non résolu. La morphologie, le bilan énergétique et le transport mitochondrial sont tous documentés dans les modèles de la SLA basés sur SOD1, la détérioration des mitochondries joue un rôle clé dans la dégénération des neurones moteurs. De plus, la protéine SOD1 mal repliée s’associe sélectivement sur la surface des mitochondries de la moelle épinière chez les modèles de rongeurs de la SLA. Notre hypothèse est que l’accumulation de la protéine SOD1 mal repliée sur les mitochondries pourrait nuire aux fonctions mitochondriales. À cette fin, nous avons développé un nouvel essai par cytométrie de flux afin d’isoler les mitochondries immunomarquées avec des anticorps spécifiques à la forme malrepliée de SOD1 tout en évaluant des aspects de la fonction mitochondriale. Cette méthode permettra de comparer les mitochondries portant la protéine SOD1 mal repliée à celles qui ne la portent pas. Nous avons utilisé un anticorps à conformation spécifique de SOD1, B8H10, pour démontrer que la protéine mal repliée SOD1 s’associe avec les mitochondries de la moelle épinière des rat SOD1G93A d’une manière dépendante du temps. Les mitochondries avec la protéine mal repliée SOD1 B8H10 associée à leur surface (B8H10+) ont un volume et une production excessive de superoxyde significativement plus grand, mais possèdent un potentiel transmembranaire comparable aux mitochondries B8H10-. En outre, la présence de la protéine mal repliée SOD1 reconnue par B8H10 coïncide avec des niveaux plus élevés de la forme pro-apoptotique de Bcl-2. L’immunofluorescence de sections de moelle épinière du niveau lombaire avec l’anticorps spécifique à la conformation B8H10 et AMF7-63, un autre anticorps conformationnel spécifique de SOD1, démontre des motifs de localisations distincts. B8H10 a été trouvé principalement dans les neurones moteurs et dans plusieurs points lacrymaux dans tout le neuropile. Inversement, AMF7-63 a marqué les neurones moteurs ainsi qu’un réseau fibrillaire distinctif concentré dans la corne antérieure. Au niveau subcellulaire, SOD1 possèdant la conformation reconnu par AMF7-63 est aussi localisée sur la surface des mitochondries de la moelle épinière d’une manière dépendante du temps. Les mitochondries AMF7-63+ ont une augmentation du volume comparé aux mitochondries B8H10+ et à la sous-population non marquée. Cependant, elles produisent une quantité similaire de superoxyde. Ensemble, ces données suggèrent qu’il y a plusieurs types de protéines SOD1 mal repliées qui convergent vers les mitochondries et causent des dommages. De plus, différentes conformations de SOD1 apportent une toxicité variable vers les mitochondries. Les protéines SOD1 mal repliées réagissant à B8H10 et AMF7-63 sont présentes en agrégats dans les fractions mitochondriales, nous ne pouvons donc pas prendre en compte leurs différents effets sur le volume mitochondrial. Les anticorps conformationnels sont des outils précieux pour identifier et caractériser le continuum du mauvais repliement de SOD1 en ce qui concerne les caractéristiques biochimiques et la toxicité. Les informations présentes dans cette thèse seront utilisées pour déterminer le potentiel thérapeutique de ces anticorps.

La glycine décarboxylase désensibilise les cellules initiatrices de tumeur à la metformine

Le cancer du pancréas est l’un des plus chimiorésistants, avec un taux de survie sur 5 ans inférieur à 5%. La chimiorésistance pourrait être due à la présence de cellules initiatrices de tumeur (TICs), une petite sous-population des cellules tumorales possédant la capacité de régénérer une nouvelle tumeur. Il a été démontré que la metformine cible les TICs par un mécanisme non élucidé. Il est connu que la metformine affecte le métabolisme du carbone. Il a également été démontré que le métabolisme du carbone, plus précisément la glycine décarboxylase (GLDC), est à la fois nécessaire et suffisant à l’acquisition de propriétés d’initiation tumorale. Nous proposons que la metformine cible les cellules initiatrices de tumeur en affectant le métabolisme du carbone. Nous avons utilisé des lignées cellulaires dérivées d’un modèle murin de cancer du pancréas pour comparer l’expression génique de lésions bénignes versus malignes. Les cellules malignes surexpriment Gldc. La metformine diminue l’expression de Gldc, et la surexpression de Gldc diminue la sensibilité à la metformine dans un essai de sphères tumorales. La metformine induit une augmentation du ratio NADP+/NADPH, et la surexpression de Gldc empêche cette augmentation. Nous proposons que la metformine diminue l’expression de Gldc, ce qui cause une diminution du flux du métabolisme du carbone, et donc une diminution de la production de NADPH par ce dernier. L’augmentation du ratio NADP+/NADPH inhibe la synthèse des acides gras et la régénération de la glutathione, ce qui pourrait expliquer la diminution de la formation de sphères tumorales sous traitement metformine.

Variabilité des souches de Escherichia coli provenant de divers poulaillers au Québec

La technique d’empreinte génétique par rep-PCR, qui utilise des séquences d’ADN répétitives, a été utilisée pour mettre en évidence la présence de groupes d’Escherichia coli signatures pour divers poulaillers et d’évaluer leur évolution suite au détassement. L’amorce (GTG)5 a été utilisée pour générer des empreintes d’ADN de 522 isolats provenant de 7 poulaillers échantillonnés deux fois : juste avant et 5 jours après le détassement. Les empreintes d’ADN ont été analysées selon l’algorithme de correspondance de bandes de Jaccard. Les analyses de Jackknife des coefficients de similitude ont révélé qu’entre 73% et 93% des isolats ont pu être correctement regroupés selon leur poulailler d’origine. Un dendrogramme construit à partir des coefficients de similitude de Jaccard a groupé les isolats dans 42 grappes avec près de la moitié dans une seule grappe. Environ 80% des isolats ont été groupés dans les 6 plus grosses grappes. Quatre de ces grappes été constituées majoritairement d’isolats provenant d’un seul site. Ces grappes pourraient être des grappes signatures qui permettraient d’identifier des poulaillers en particulier. La comparaison des nombres de grappes présentes avant et après le détassement a révélé une variabilité de l’impact du détassement sur les populations fécales d’E. coli. Pour certains sites, il y avait peu d’agrégats présents tant avant qu’après le détassement alors que pour d’autres sites c’était le contraire. Quoique plus de recherches soient nécessaires afin de valider les conclusions, nos résultats suggèrent la présence de sous-populations signatures d’E. coli pour certains poulaillers et une réponse variable à l’effet du détassement.

Essays on education and family planning

Le capital humain d’un pays est un facteur important de sa croissance et de son développement à long terme. Selon l’Unicef, ce capital humain est constitué en donnant à chaque enfant un bon départ dans la vie : non seule- ment la possibilité de survivre, mais aussi les conditions nécessaires pour se développer et réaliser tout son potentiel. Malheureusement, cet état de fait est loin d’être une réalité en Afrique Subsaharienne. En effet, selon toujours l’Unicef et sur la base d’enquêtes ménages dans 21 pays d’Afrique de l’Ouest et du Centre, c’est près de 32 millions d’enfants qui ont l’âge officiel d’être scolarisés, mais qui ne le sont pas. A ces chiffres, il faut ajouter 17 millions d’enfants scolarisés qui risquent fortement l’exclusion. De son Côté, l’OMS pointe du doigt la mauvaise santé des enfants dans cette région. Ainsi, les décès d’enfants sont de plus en plus concentrés en Afrique subsaharienne où les enfants ont plus de 15 fois plus de risques de mourir avant l’âge de cinq ans que les enfants des régions développées. Les difficultés économiques apparaissent comme la première explication des obstacles à l’amélioration du bien être des enfants aussi bien du côté de l’offre que de la demande. Cette thèse relie trois essais sur d’une part le lien entre conflit armés, l’éducation et la mortalité des enfants et d’autre part sur le lien entre fertilité et éducation des enfants en milieu urbain. Le premier chapitre identifie l’impact de la crise politico-militaire de la Côte d’Ivoire sur le bien être des enfants, en particulier sur l’éducation et la mor- talité infanto-juvénile en exploitant la variation temporelle et géographique de la crise. Il ressort de cette analyse que les individus qui vivaient dans les régions de conflit et qui ont atteint durant la crise, l’âge officiel d’entrer à l’école ont 10% moins de chance d’être inscrits à l’école. Les élèves qui habitaient dans des régions de conflit pendant la crise ont subit une diminu- tion du nombre d’années scolaire d’au moins une année. Les élèves les plus v vi âgés et qui sont susceptibles d’être au secondaire ont connu une décroissance du nombre d’année scolaire d’au moins deux années. Il ressort également que la crise ivoirienne a accru la mortalité infanto-juvénile d’au moins 3%. Mes résultats suggèrent également que la détérioration des conditions de vie et la limitation de l’utilisation des services de santé au cours du conflit con- tribuent à expliquer ces effets négatifs. Des tests de robustesse incluant un test de placebo suggèrent que les résultats ne sont pas dus à des différences préexistantes entre les régions affectées par le conflit et celles non affectées. Le deuxième chapitre étudie les disparités intra-urbaines en matière d’arbitrage entre le nombre d’enfant et la scolarisation des enfants en se focalisant sur le cas de Ouagadougou (Capitale du Burkina Faso). Dans cette ville, au moins 33% des deux millions d’habitants vivent dans des zones informelles (appelées localement des zones non-loties). Cette sous-population manque d’infrastructures socioéconomiques de base et a un niveau d’éducation très bas. Dans ce chapitre, prenant en compte la possible endogénéité du nombre d’enfants et en utilisant une approche "two-step control function" avec des modèles Probit, nous investiguons les différences de comportement des mé- nages en matière de scolarisation entre zones formelles et zones informelles. Nous nous focalisons en particulier sur l’arbitrage entre la "quantité" et la "qualité" des enfants. Compte tenu de l’hétérogénéité des deux types de zones, nous utilisons les probabilités prédites pour les comparer. Nos princi- pales conclusions sont les suivantes. Tout d’abord, nous trouvons un impact négatif de la taille de la famille sur le niveau de scolarisation dans les deux types de zone. Cependant, nous constatons que l’impact est plus aigu dans les zones informelles. Deuxièmement, si nous supposons que le caractère en- dogène du nombre d’enfants est essentiellement due à la causalité inverse, les résultats suggèrent que dans les zones formelles les parents tiennent compte de la scolarisation des enfants dans la décision de leur nombre d’enfants, mais ce ne est pas le cas dans les zones informelles. Enfin, nous constatons que, pour des familles avec les mêmes caractéristiques observables, la probabilité d’atteindre le niveau post-primaire est plus élevée dans les zones formelles que dans les zones informelles. En terme d’implications politique, selon ces résultats, les efforts pour améliorer la scolarisation des enfants ne doivent pas être dirigées uniquement vers les zones rurales. En plus de réduire les frais de scolarité dans certaines zones urbaines, en particulier les zones informelles, un accent particulier devrait être mis sur la sensibilisation sur les avantages de l’éducation pour le bien-être des enfants et leur famille. Enfin, du point vii de vue méthodologique, nos résultats montrent l’importance de tenir compte de l’hétérogénéité non observée entre les sous-populations dans l’explication des phénomènes socio-économiques. Compte tenu du lien négatif entre la taille de la famille et la scolarisation des enfants d’une part et les différences intra-urbaines de comportement des ménages en matière de scolarisation, le trosième chapitre étudie le rôle des types de méthodes contraceptives dans l’espacement des naissances en mi- lieu urbain. Ainsi, en distinguant les méthodes modernes et traditionnelles et en utilisant l’histoire génétique des femmes, ce chapitre fait ressortir des différences de comportement en matière de contraception entre les femmes des zones formelles et informelles à Ouagadougou (capitale du Burkina Faso). Les résultats montrent que les deux types de méthodes contraceptives aug- mentent l’écart des naissances et diminuent la probabilité qu’une naissance se produise moins de 24 mois après la précédente. Prendre en compte les caractéristiques non observées mais invariants avec le temps ne modifie pas significativement l’amplitude du coefficient de l’utilisation de la contracep- tion moderne dans les deux types de zone. Toutefois, dans la zone informelle, la prise en compte les effets fixes des femmes augmentent significativement l’effet des méthodes traditionnelles. Les normes sociales, la perception de la planification familiale et le rôle du partenaire de la femme pourraient expli- quer ces différences de comportement entre les zones formelles et informelles. Par conséquent, pour améliorer l’utilisation de la contraception et de leur efficacité, il est essentiel de hiérarchiser les actions en fonction du type de sous-population, même dans les zones urbaines.

Implication de Syngap1 dans la transmission GABAergique et la plasticité synaptique

La déficience intellectuelle affecte de 1 à 3% de la population mondiale, ce qui en fait le trouble cognitif le plus commun de l’enfance. Notre groupe à découvert que des mutations dans le gène SYNGAP1 sont une cause fréquente de déficience intellectuelle non-syndromique, qui compte pour 1-3% de l’ensemble des cas. À titre d’exemple, le syndrome du X fragile, qui est la cause monogénique la plus fréquente de déficience intellectuelle, compte pour environ 2% des cas. Plusieurs patients affectés au niveau de SYNGAP1 présentent également des symptômes de l’autisme et d’une forme d’épilepsie. Notre groupe a également montré que SYNGAP1 cause la déficience intellectuelle par un mécanisme d’haploinsuffisance. SYNGAP1 code pour une protéine exprimée exclusivement dans le cerveau qui interagit avec la sous-unité GluN2B des récepteurs glutamatergique de type NMDA (NMDAR). SYNGAP1 possède une activité activatrice de Ras-GTPase qui régule négativement Ras au niveau des synapses excitatrices. Les souris hétérozygotes pour Syngap1 (souris Syngap1+/-) présentent des anomalies de comportement et des déficits cognitifs, ce qui en fait un bon modèle d’étude. Plusieurs études rapportent que l’haploinsuffisance de Syngap1 affecte le développement cérébral en perturbant l’activité et la plasticité des neurones excitateurs. Le déséquilibre excitation/inhibition est une théorie émergente de l’origine de la déficience intellectuelle et de l’autisme. Cependant, plusieurs groupes y compris le nôtre ont rapporté que Syngap1 est également exprimé dans au moins une sous-population d’interneurones GABAergiques. Notre hypothèse était donc que l’haploinsuffisance de Syngap1 dans les interneurones contribuerait en partie aux déficits cognitifs et au déséquilibre d’excitation/inhibition observés chez les souris Syngap1+/-. Pour tester cette hypothèse, nous avons généré un modèle de souris transgéniques dont l’expression de Syngap1 a été diminuée uniquement dans les interneurones dérivés des éminences ganglionnaires médianes qui expriment le facteur de transcription Nkx2.1 (souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1). Nous avons observé une diminution des courants postsynaptiques inhibiteurs miniatures (mIPSCs) au niveau des cellules pyramidales des couches 2/3 du cortex somatosensoriel primaire (S1) et dans le CA1 de l’hippocampe des souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1. Ces résultats supportent donc l’hypothèse selon laquelle la perte de Syngap1 dans les interneurones contribue au déséquilibre d’excitation/inhibition. De manière intéressante, nous avons également observé que les courants postsynaptiques excitateurs miniatures (mEPSCs) étaient augmentés dans le cortex S1, mais diminués dans le CA1 de l’hippocampe. Par la suite, nous avons testé si les mécanismes de plasticité synaptique qui sous-tendraient l’apprentissage étaient affectés par l’haploinsuffisance de Syngap1 dans les interneurones. Nous avons pu montrer que la potentialisation à long terme (LTP) NMDAR-dépendante était diminuée chez les souris Tg(Nkx2,1-Cre);Syngap1, sans que la dépression à long terme (LTD) NMDAR-dépendante soit affectée. Nous avons également montré que l’application d’un bloqueur des récepteurs GABAA renversait en partie le déficit de LTP rapporté chez les souris Syngap1+/-, suggérant qu’un déficit de désinhibition serait présent chez ces souris. L’ensemble de ces résultats supporte un rôle de Syngap1 dans les interneurones qui contribue aux déficits observés chez les souris affectées par l’haploinsuffisance de Syngap1.

Les effets du dalcetrapib, un inhibiteur de la protéine de transfert des esters de cholestérol (CETP), sur la structure et la fonction des lipoprotéines de haute densité (HDL) dans l’étude dal-PLAQUE2

Introduction : Le dalcetrapib, inhibiteur de la glycoprotéine hydrophobe de transfert des esters de cholestérol (CETP), a été étudié dans le cadre de l’essai clinique de phase II dal-PLAQUE2 (DP2). L’objectif principal est d’étudier l’effet du dalcetrapib après 1 an de traitement sur la structure et la fonction des HDL dans une sous-population de la cohorte DP2. Méthode : Les sujets de la cohorte DP2 ayant une série de mesures de cIMT et des échantillons de plasma et sérum au baseline et à 1 an de traitement furent sélectionnés (379 sujets: 193 du groupe placebo (PCB) et 186 du groupe dalcetrapib (DAL)). Des données biochimiques prédéterminées, le profil des concentrations et tailles des sous-classes de HDL et LDL en résonance magnétique nucléaire (RMN) et 2 mesures de capacité d’efflux de cholestérol (CEC) du sérum ont été explorées. Les données statistiques furent obtenues en comparant les changements à un an à partir du « baseline » avec un ANOVA ou ANCOVA. La procédure normalisée de fonctionnement d’essai d’efflux de cholestérol permet de calculer l’efflux fractionnel (en %) de 3H-cholestérol des lignées cellulaires BHK-ABCA1 (fibroblastes) et J774 (macrophages, voie ABCA1) et HepG2 (hépatocytes, voie SR-BI), vers les échantillons sériques de la cohorte DP2. Résultats : Pour la biochimie plasmatique, un effet combiné des changements d’activité de CETP dans les 2 groupes a causé une réduction de 30% dans le groupe DAL. Après 1 an de traitement dans le groupe DAL, la valeur de HDL-C a augmenté de 35,5% (p < 0,001) et l’apoA-I a augmenté de 14,0% (p < 0,001). Au profil RMN, dans le groupe DAL après 1 an de traitement, il y a augmentation de la taille des HDL-P (5,2%; p < 0,001), des grosses particules HDL (68,7%; p < 0,001) et des grosses particules LDL (37,5%; p < 0,01). Les petites particules HDL sont diminuées (-9,1%; p < 0,001). Il n’y a aucune différence significative de mesure de cIMT entre les deux groupes après 1 an de traitement. Pour la CEC, il y a augmentation significative par la voie du SR-BI et une augmentation via la voie ABCA1 dans le groupe DAL après 1 an de traitement. Conclusion : Après un an de traitement au dalcetrapib, on note une hausse de HDL-C, des résultats plutôt neutres au niveau du profil lipidique par RMN et une CEC augmentée mais trop faible pour affecter la valeur de cIMT chez les échantillons testés.

Institutions, Behavior and Evolution

The three articles constituting this thesis are for reasons of content or method related to the following three fields in economics: Behavioral Economics, Evolutionary Game Theory and Formal Institutional Economics. A core element of these fields is the concept of individual preferences. Preferences are of central importance for the conceptional framework to analyze human behavior. They form the foundation for the theory of rational choice which is defined by the determination of the choice set and the selection of the most preferred alternative according to some consistency requirements. The theory of rational choice is based on a very simplified description of the problem of choice (object function and constraints). However, that choices depend on many more factors is for instance propagated by psychological theories and is supported by many empirical and experimental studies. This thesis adds to a better understanding of individual behavior to the extent that the evolution of certain characteristics of preferences and their consequences on human behavior forms the overarching theme of the dissertation. The long-term effect of evolutionary forces on a particular characteristic of importance in the theoretical, empirical and experimental economic literature, the concept of inequality aversion, is subject of the article “The evolution of inequality aversion in a simplified game of life” (Chapter 4). The contribution of the article is the overcoming of a restriction of former approaches to analyze the evolution of preferences in very simple environments. By classifying human interaction into three central economic games, the article provides a first step towards a simplified and sufficiently complete description of the interaction environment. Within such an environment the article characterizes the evolutionary stable preference distribution. One result shows, that the interaction of the aforementioned three classes can stabilize a preference of inequality aversion in the subpopulation which is favored in the problem of redistribution. The two remaining articles are concerned with social norms, which dissemination is determined by medium-run forces of cultural evolution. The article “The impact of market innovations on the evolution of social norms: the sustainability case.“ (Chapter 2) studies the interrelation between product innovations which are relevant from a sustainability perspective and an according social norm in consumption. This relation is based on a conformity bias in consumption and the attempt to avoid cognitive dissonances resulting from non-compliant consumption. Among others, it is shown that a conformity bias on the consumption side can lead to multiple equilibria on the side of norm adoption. The article “Evolution of cooperation in social dilemmas: signaling internalized norms.” (Chapter 3) studies the emergence of cooperation in social dilemmas based on the signaling of social norms. The article provides a potential explanation of cooperative behavior, which does not rely on the assumption of structured populations or on the unmotivated ability of social norms to restrict individual actions or strategy spaces. A comprehensive result of the single articles is the explanation of the phenomenon of partial norm adaption or dissemination of preferences. The plurality of the applied approaches with respect to the proximity to the rational choice approach and regarding the underlying evolutionary mechanics is a particular strength of the thesis. It shows the equality of these approaches in their potential to explain the phenomenon of cooperation in environments that provide material incentives for defective behavior. This also points to the need of a unified framework considering the biological and cultural coevolution of preference patterns.

Inbreeding and loss of genetic variation in a reintroduced population of Mauritius Kestrel

Many populations have recovered from severe bottlenecks either naturally or through intensive conservation management. In the past, however, few conservation programs have monitored the genetic health of recovering populations. We conducted a conservation genetic assessment of a small, reintroduced population of Mauritius Kestrel (Falco punctatus) to determine whether genetic deterioration has occurred since its reintroduction. We used pedigree analysis that partially accounted for individuals of unknown origin to document that (1) inbreeding occurred frequently (2.6% increase per generation; N-el = 18.9), (2) 25% of breeding pairs were composed of either closely or moderately related individuals, (3) genetic diversity has been lost from the population (1,6% loss per generation; N-ev = 32.1) less rapidly than the corresponding increase in inbreeding, and (4) ignoring the contribution of unknown individuals to a pedigree will bias the metrics derived from that pedigree, ultimately obscuring the prevailing genetic dynamics. The rates of inbreeding and loss of genetic variation in the subpopulation of Mauritius Kestrel we examined were extreme and among the highest yet documented in a wild vertebrate population. Thus, genetic deterioration may affect this population's long-term viability. Remedial conservation strategies are needed to reduce the impact of inbreeding and loss of genetic variation in this species, We suggest that schemes to monitor genetic variation after reintroduction should be an integral component of endangered species recovery programs

Pre-pubertal measurements of the somatotrophic axis as predictors of milk production in Holstein-Friesian dairy cows

This study investigated possible relationships between measurements of the somatotrophic axis in pre-pubertal dairy calves and subsequent milk yields. Endogenous growth hormone (GH) release was measured through a fed and fasted period in fifty 6-month-old Holstein-Friesian heifers and they were then challenged with growth hormone-releasing factor (GRF) to assess their GH release pattern. Insulin-like growth factor-I (IGF-I), insulin and glucose concentrations were measured in relation to time of feeding. Cows were subsequently monitored through their first three lactations to record peak and 305-day milk yields. In the first lactation, milk energy output for the first 120 days of lactation was also calculated. The mean 305-day milk yield increased from 7417 +/- 191 kg in the first lactation (n = 37) to 8749 +/- 252 kg in the third (n = 25). There were no significant relationships between any measures of GH secretion and peak or 305-day yield in any lactation. A highly significant positive relationship was established between the GH peak measured 10 min post-GRF challenge and 120-day milk energy values in the first lactation. This relationship was, however, only present in the subpopulation of 12 cows culled after one or two lactations and was absent in the 25 animals remaining for the third lactation. There were no significant relationships between pre-pubertal IGF-I and fed or fasted insulin or glucose concentrations and any subsequent measurement of yield. The usefulness of GH secretagogue challenges in calves as a predictive test for future milk production is thus limited but may have some bearing on nutrient partitioning and longevity. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

A two-locus forensic match probability for subdivided populations

A two-locus match probability is presented that incorporates the effects of within-subpopulation inbreeding (consanguinity) in addition to population subdivision. The usual practice of calculating multi-locus match probabilities as the product of single-locus probabilities assumes independence between loci. There are a number of population genetics phenomena that can violate this assumption: in addition to consanguinity, which increases homozygosity at all loci simultaneously, gametic disequilibrium will introduce dependence into DNA profiles. However, in forensics the latter problem is usually addressed in part by the careful choice of unlinked loci. Hence, as is conventional, we assume gametic equilibrium here, and focus instead on between-locus dependence due to consanguinity. The resulting match probability formulae are an extension of existing methods in the literature, and are shown to be more conservative than these methods in the case of double homozygote matches. For two-locus profiles involving one or more heterozygous genotypes, results are similar to, or smaller than, the existing approaches.

Analysis of disputed single-parent/child and sibling relationships using 16 STR loci

This study describes the validation of short tandem repeat (STR) systems for the resolution of cases of disputed parentage where only a single parent is available for testing or where the claimed relationship of both parents is in doubt and also cases where sibship must be tested. Three separate multiplex systems the Second Generation Multiplex, Powerplex 1.2 and FFFL have been employed, giving a total of 16 STR loci. Both empirical and theoretical approaches to the validation have been adopted. Appropriate equations have been derived to calculate likelihood ratios for different relationships, incorporating a correction for subpopulation effects. An F(ST) point estimate of 1% has been applied throughout. Empirically, 101 cases of alleged father, alleged mother and child where analysed using six SLP systems and also using the three multiplex STR systems. Of the 202 relationships tested, 197 were independently resolved by both systems, providing either clear evidence of non-parentage or strong support for the relationship.

Population estimates and habitat use by the critically endangered Taita Apalis Apalis fuscigularis in south-eastern Kenya

The Taita Apalis Apalis fuscigularis (IUCN category: Critically Endangered) is a species endemic to south-eastern Kenya. We assessed population size and habitat use in the three forest sites in which it is known to occur (Ngangao, Chawia and Vuria, totalling 257 ha). The estimate of total population size, derived from distance sampling at 412 sample points, ranged from 310 to 654 individuals, with the northern section of Ngangao fragment having 10-fold higher densities than Chawia (2.47-4.93 versus 0.22-0.41 birds ha(-1)). Ngangao north alone hosted 50% of the global population of the species. The highly degraded Vuria fragment also had moderately high densities (1.63-3.72 birds ha(-1)) suggesting that the species tolerates some human disturbance. Taita Apalis prefers vegetation with abundant climbers, but the predictive power of habitat use models was low, suggesting that habitat structure is not a primary cause for the low density of the species in Chawia. Protecting the subpopulation in the northern section of Ngangao is a priority, as is identifying factors responsible of the low abundance in Chawia, because ameliorating conditions in this large fragment could substantially increase the population of Taita Apalis.

Contingency locus in ctsR of Listeria monocytogenes Scott A: a strategy for occurrence of abundant piezotolerant isolates within clonal populations

In a recent study we demonstrated that a high-hydrostatic-pressure-tolerant isolate of Listeria monocytogenes lacks a codon in the class 3 heat shock regulator gene ctsR. This mutation in the region that encodes four consecutive glycines was directly responsible for the observed piezotolerance, increased stress resistance, and reduced virulence. The aim of the present study was to determine whether mutations in ctsR are frequently associated with piezotolerance in L. monocytogenes. Wild-type cultures of L. monocytogenes were therefore exposed to 350 MPa for 20 min, and the piezotolerance of individual surviving isolates was assessed. This rendered 33 isolates with a stable piezotolerant phenotype from a total of 84 survivors. Stable piezotolerant mutants were estimated to be present in the initial wild-type population at frequencies of >10�5. Subsequent sequencing of the ctsR gene of all stable piezotolerant isolates revealed that two-thirds of the strains (i.e., n � 21) had mutations in this gene. The majority of the mutations (16 of 21 strains) consisted of a triplet deletion in the glycine-encoding region of ctsR, identical to what was found in our previous study. Interestingly, 2 of 21 mutants contained a codon insertion in this repeat region. The remaining three stable piezotolerant strains showed a 19-bp insertion in the glycine repeat region, a 16-bp insertion downstream of the glycine repeat area (both leading to frameshifts and a truncated ctsR), and an in-frame 114-bp deletion encoding a drastically shortened carboxy terminus of CtsR. In four instances it was not possible to generate a PCR product. A piezotolerant phenotype could not be linked to mutations in ctsR in 8 of 33 isolates, indicating that other thus-far-unknown mechanisms also lead to stable piezotolerance. The present study highlights the importance of ctsR in piezotolerance and stress tolerance of L. monocytogenes, and it demonstrates that short-sequence repeat regions contribute significantly to the occurrence of a piezotolerant and stress-tolerant subpopulation within L. monocytogenes cultures, thus playing an important role in survival.

Co-ordinate single-cell expression of LEE4- and LEE5-encoded proteins of Escherichia coli O157:H7

Escherichia coli O157:H7 is a zoonotic pathogen that can express a type III secretion system (TTSS) considered important for colonization and persistence in ruminants. E. coli O157:H7 strains have been shown to vary markedly in levels of protein secreted using the TTSS and this study has confirmed that a high secretion phenotype is more prevalent among isolates associated with human disease than isolates shed by healthy cattle. The variation in secretion levels is a consequence of heterogeneous expression, being dependent on the proportion of bacteria in a population that are actively engaged in protein secretion. This was demonstrated by indirect immunofluorescence and eGFP fusions that examined the expression of locus of enterocyte effacement (LEE)-encoded factors in individual bacteria. In liquid media, the expression of EspA, tir::egfp, intimin, but not map::egfp were co-ordinated in a subpopulation of bacteria. In contrast to E. coli O157:H7, expression of tir::egfp in EPEC E2348/69 was equivalent in all bacteria although the same fusion exhibited variable expression when transformed into an E. coli O157:H7 background. An E. coli O157:H7 strain deleted for the LEE demonstrated weak but variable expression of tir::egfp indicating that the elements controlling the heterogeneous expression lie outside the LEE. The research also demonstrated the rapid induction of tir::egfp and map::egfp on contact with bovine epithelial cells. This control in E. coli O157:H7 may be required to limit exposure of key surface antigens, EspA, Tir and intimin during colonization of cattle but allow their rapid production on contact with bovine gastrointestinal epithelium at the terminal rectum.

4-Hydroxynonenal, an endogenous aldehyde, causes pain and neurogenic inflammation through activation of the irritant receptor TRPA1

TRPA1 is an excitatory ion channel expressed by a subpopulation of primary afferent somatosensory neurons that contain substance P and calcitonin gene-related peptide. Environmental irritants such as mustard oil, allicin, and acrolein activate TRPA1, causing acute pain, neuropeptide release, and neurogenic inflammation. Genetic studies indicate that TRPA1 is also activated downstream of one or more proalgesic agents that stimulate phospholipase C signaling pathways, thereby implicating this channel in peripheral mechanisms controlling pain hypersensitivity. However, it is not known whether tissue injury also produces endogenous proalgesic factors that activate TRPA1 directly to augment inflammatory pain. Here, we report that recombinant or native TRPA1 channels are activated by 4-hydroxy-2-nonenal (HNE), an endogenous alpha,beta-unsaturated aldehyde that is produced when reactive oxygen species peroxidate membrane phospholipids in response to tissue injury, inflammation, and oxidative stress. HNE provokes release of substance P and calcitonin gene-related peptide from central (spinal cord) and peripheral (esophagus) nerve endings, resulting in neurogenic plasma protein extravasation in peripheral tissues. Moreover, injection of HNE into the rodent hind paw elicits pain-related behaviors that are inhibited by TRPA1 antagonists and absent in animals lacking functional TRPA1 channels. These findings demonstrate that HNE activates TRPA1 on nociceptive neurons to promote acute pain, neuropeptide release, and neurogenic inflammation. Our results also provide a mechanism-based rationale for developing novel analgesic or anti-inflammatory agents that target HNE production or TRPA1 activation.