Le système endocannabinoïde dans la rétine du singe : expression, localisation et fonctions

Le cannabis produit de nombreux effets psychologiques et physiologiques sur le corps humain. Les molécules contenues dans cette plante, désignées comme « phytocannabinoïdes », activent un système endogène qu’on appelle le système endocannabinoïde (eCB). Les effets de la consommation de cannabis sur la vision ont déjà été décrits sans cependant de formulation sur les mécanismes sous-jacents. Ces résultats comportementaux suggèrent, malgré tout, la présence de ce système eCB dans le système visuel, et particulièrement dans la rétine. Cette thèse vise donc à caractériser l’expression, la localisation et le rôle du système eCB dans la rétine du singe vervet, une espèce animale ayant un système visuel semblable à celui de l’humain. Nous avons mis au point un protocole expérimental d’immunohistochimie décrit dans l’article apparaissant dans l’Annexe I que nous avons utilisé pour répondre à notre objectif principal. Dans une première série de quatre articles, nous avons ainsi caractérisé l’expression et la localisation de deux récepteurs eCBs reconnus, les récepteurs cannabinoïdes de type 1 (CB1R) et de type 2 (CB2R), et d’un 3e présumé récepteur aux cannabinoïdes, le récepteur GPR55. Dans l’article 1, nous avons démontré que CB1R et une enzyme clé de ce système, la fatty acid amide hydrolase (FAAH), sont exprimés dans les parties centrale et périphérique de la rétine, et abondamment présents dans la fovéa, une région où l’acuité visuelle est maximale. Dans l’article 2, nous avons localisé le CB2R dans des cellules gliales de la rétine : les cellules de Müller et nous avons proposé un modèle sur l’action de cette protéine dans la fonction rétinienne faisant appel à une cascade chimique impliquant les canaux potassiques. Dans l’article 3, nous avons observé le GPR55 exclusivement dans les bâtonnets qui sont responsables de la vision scotopique et nous avons soumis un deuxième modèle de fonctionnement de ce récepteur par le biais d'une modulation des canaux calciques et sodiques des bâtonnets. Vu que ces 3 récepteurs se retrouvent dans des cellules distinctes, nous avons suggéré leur rôle primordial dans l’analyse de l’information visuelle au niveau rétinien. Dans l’article 4, nous avons effectué une analyse comparative de l’expression du système eCB dans la rétine de souris, de toupayes (petits mammifères insectivores qui sont sont considérés comme l’étape intermédiaire entre les rongeurs et les primates) et de deux espèces de singe (le vervet et le rhésus). Ces résultats nous ont menés à présenter une hypothèse évolutionniste quant à l’apparition et à la fonction précise de ces récepteurs. Dans les articles subséquents, nous avons confirmé notre hypothèse sur le rôle spécifique de ces trois récepteurs par l’utilisation de l’électrorétinographie (ERG) après injection intravitréenne d’agonistes et d’antagonistes de ces récepteurs. Nous avons conclu sur leur influence indéniable dans le processus visuel rétinien chez le primate. Dans l’article 5, nous avons établi le protocole d’enregistrement ERG normalisé sur le singe vervet, et nous avons produit un atlas d’ondes ERG spécifique à cette espèce, selon les règles de l’International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV). Les patrons électrorétinographiques se sont avérés semblables à ceux de l’humain et ont confirmé la similarité entre ces deux espèces. Dans l’article 6, nous avons démontré que le blocage de CB1R ou CB2R entraine une modification de l’électrorétinogramme, tant au niveau photopique que scotopique, ce qui supporte l’implication de ces récepteurs dans la modulation des ondes de l’ERG. Finalement, dans l’article 7, nous avons confirmé le modèle neurochimique proposé dans l’article 3 pour expliquer le rôle fonctionnel de GPR55, en montrant que l’activation ou le blocage de ce récepteur, respectivement par un agoniste (lysophosphatidylglucoside, LPG) ou un antagoniste (CID16020046), entraine soit une augmentation ou une baisse significative de l’ERG scotopique seulement. Ces données, prises ensemble, démontrent que les récepteurs CB1R, CB2R et GPR55 sont exprimés dans des types cellulaires bien distincts de la rétine du singe et ont chacun un rôle spécifique. L’importance de notre travail se manifeste aussi par des applications cliniques en permettant le développement de cibles pharmacologiques potentielles dans le traitement des maladies de la rétine.

Ensemble-based data assimilation and the localisation problem

The “butterfly effect” is a popularly known paradigm; commonly it is said that when a butterfly flaps its wings in Brazil, it may cause a tornado in Texas. This essentially describes how weather forecasts can be extremely senstive to small changes in the given atmospheric data, or initial conditions, used in computer model simulations. In 1961 Edward Lorenz found, when running a weather model, that small changes in the initial conditions given to the model can, over time, lead to entriely different forecasts (Lorenz, 1963). This discovery highlights one of the major challenges in modern weather forecasting; that is to provide the computer model with the most accurately specified initial conditions possible. A process known as data assimilation seeks to minimize the errors in the given initial conditions and was, in 1911, described by Bjerkness as “the ultimate problem in meteorology” (Bjerkness, 1911).

Viral nucleolar localisation signals determine dynamic trafficking within the nucleolus

Localisation of both viral and cellular proteins to the nucleolus is determined by a variety of factors including nucleolar localisation signals (NoLSs), but how these signals operate is not clearly understood. The nucleolar trafficking of wild type viral proteins and chimeric proteins, which contain altered NoLSs, were compared to investigate the role of NoLSs in dynamic nucleolar trafficking. Three viral proteins from diverse viruses were selected which localised to the nucleolus; the coronavirus infectious bronchitis virus nucleocapsid (N) protein, the herpesvirus saimiri ORF57 protein and the HIV-1 Rev protein. The chimeric proteins were N protein and ORF57 protein which had their own NoLS replaced with those from ORF57 and Rev proteins, respectively. By analysing the sub-cellular localisation and trafficking of these viral proteins and their chimeras within and between nucleoli using confocal microscopy and photo-bleaching we show that NoLSs are responsible for different nucleolar localisations and trafficking rates.

Localisation studies of cell-wall degrading enzymes in soybean

Postembedding immunoelectron microscopy has been used to investigate the diffusibility of an endo-beta-1,4-glucanase and a xylanase from A. niger in soybean. The results showed more specific localisation of the enzymes into the protein and lipid bodies of soybean cells. This was against our hypothesis that suggested that the enzymes should be localised in the cell wall.

Cell motility and SCAR localisation in axenically growing Dictyostelium cells.

Dictyostelium is a popular experimental organism, in particular for studies of actin dynamics, cell motility and chemotaxis. We find that the motility of axenic cells is unexpectedly different from other strains during growth. In particular, vegetative AX3 cells do not show detectable localisation of SCAR and its regulatory complex to actin-rich protrusions such as filopodia and pseudopodia. Similarly, a range of different mutations, in particular knockouts of members of the SCAR complex and Ras proteins, cause different phenotypes during vegetative growth in different parental strains. Development reverses this unusual behaviour; aggregation-competent AX3 cells localise SCAR in the same way as cells of other strains and species. Studies on cell motility using vegetative cells should therefore be interpreted with caution.

Localisation and William Macewen`s early brain surgery part I: the controversy

Neurosurgery for the removal of brain tumours based on localising signs is usually dated from the 1884 operation by Bennett and Godlee. However, within weeks of that operation claims were made on behalf of William Macewen, the Glasgow surgeon, to have been the real pioneer of such surgery. According to Macewen's protagonists, he had conducted seven similar operations earlier than Bennett and Godlee and, in a notable 1888 address, Macewen described these seven pre-1884 cases and a number of others operated on after 1884. This paper, which is in two parts, contains an evaluation of the claims made for the priority of Macewen's pre-1884 operations. Part I deals mainly with Macewen's work in fields other than brain surgery that are relevant to it and sets out the facts of the controversy. It begins with a brief biography of Macewen, describes his pioneering work in antiseptic and aseptic surgery, his work on osteotomy and bone regeneration, and his use in brain surgery of the knowledge so gained. Part I concludes with an examination of the battle waged in the newspapers between Macewen's and Bennett's and Godlee's supporters, and of previously unpublished correspondence between Macewen himself, David Ferrier and Hughes Bennett. The primary records of the patients on whom Macewen operated, together with other materials relevant to the controversy, are examined in Part II.

Expression, localisation and hormone regulation of the human copper transporter hCTR1 in placenta and choriocarcinoma Jeg-3 cells

Copper is an essential trace element necessary for normal growth and development. During pregnancy, copper is transported from the maternal circulation to the fetus by mechanisms which have not been clearly elucidated. The copper uptake protein, hCTR1 is predicted to play a role in copper transport in human placental cells. This study has examined the expression and localisation of hCTR1 in human placental tissue and Jeg-3 cells. In term placental tissue the hCTR1 protein was detected as a 105 kDa protein, consistent with the size of a trimer which may represent the functional protein. A 95 kDa band, possibly representing the glycosylated protein, was also detected. hCTR1 was localised within the syncytiotrophoblast layer and the fetal vascular endothelial cells in the placental villi and interestingly was found to be localised toward the basal plasma membrane. It did not co-localise with either the Menkes or the Wilson copper transporting ATPases. Using the placental cell line Jeg-3, it was shown that the 35 kDa monomer was absent in the extracts of cells exposed to insulin, estrogen or progesterone and in cells treated with estrogen an additional 65 kDa band was detected which may correspond to a dimeric form of the protein. The 95 kDa band was not detected in the cultured cells. These results provide novel insights indicating that hormones have a role in the formation of the active hCTR1 protein. Furthermore, insulin altered the intracellular localisation of hCTR1, suggesting a previously undescribed role of this hormone in regulating copper uptake through the endocytic pathway.

Subcellular localisation of proteins in fluorescent microscope images using a random forest

This paper presents a system that employs random forests to formulate a method for subcellular localisation of proteins. A random forest is an ensemble learner that grows classification trees. Each tree produces a classification decision, and an integrated output is calculated. The system classifies the protein-localisation patterns within fluorescent microscope images. 2D images of HeLa cells that include all major classes of subcellular structures, and the associated feature set are used. The performance of the developed system is compared against that of the support vector machine and decision tree approaches. Three experiments are performed to study the influence of the training and test set size on the performance of the examined methods. The calculated classification errors and execution times are presented and discussed. The lowest classification error (2.9%) has been produced by the developed system.