Neuronal expression of the ubiquitin ligase Nedd4-2 in rat dorsal root ganglia: modulation in the SNI model of neuropathic pain

La douleur neuropathique est une forme de douleur chronique apparaissant suite à des lésions du système nerveux somato-sensoriel. Caractérisée par une plasticité neuronale inadapté, elle est très souvent intense, invalidante, associe des symptômes comme l'allodynie ou l' hyperalgésie et reste difficile à traiter avec les agents thérapeutiques actuels. Le thème de mon travail de thèse se concentre sur des mécanismes moléculaires de modulation des canaux sodiques voltage-dépendants suite à une lésion du nerf périphérique. Dans l'article présenté en annexe, j'ai focalisé mon travail sur une protéine, Nedd4-2, qui est une ligase ubiquitine. Elle a pour rôle de réguler et d'internaliser dans la cellule des protéines membranaires dont les canaux sodiques. Suite aux lésions du système nerveux périphérique, il existe une hyperexcitabilité neuronale engendrée notamment par un surplus et une dysrégulation des canaux sodiques à la membrane cellulaire. Dans 1 'hypothèse que l'ubiquitine ligase Nedd4-2 soit présente dans les neurones sensitifs primaires et ait un rôle dans la régulation des canaux sodiques, nous avons identifié cette protéine dans les neurones nociceptifs primaires du rat. En utilisant des techniques de Western Blot et d'immunohistochimie, j'ai trouvé que Nedd4-2 est présente dans presque 50% des neurones du ganglion spinal et ces neurones sont principalement des neurones nociceptifs. Dans un modèle expérimental de douleur neuropathique (SN I, pour spared nerve injury), Nedd4-2 se retrouve significativement diminuée dans le tissu du ganglion spinal. J'ai également investigué 1' expression de 2 isoformes des canaux sodiques connues pour leur implication dans la douleur, Navl.7 et Navl.8, et ces 2 isoformes se retrouvent dans les mêmes neurones que Nedd4-2. La caractérisation détaillée est décrite dans le manuscrit: «Neuronal expression of the ubiquitin ligase Nedd4-2 in rat dorsal root ganglia: modulation in the SNI model of neuropathic pain; Cachemaille M, Laedermann CJ, Pertin M, Abriel H, Gasselin RD, Decosterd 1.» Les résultats obtenus indiquent que Nedd4-2, en étant downrégulé après une lésion nerveuse, pourrait ainsi contribuer à une augmentation des canaux sodiques fonctionnels à la membrane. Ainsi Nedd4-2 pourrait être proposée comme cible thérapeutique de manière alternative aux bloqueurs de canaux sodiques. Ce travail a permis l'initiation d'autres expériences. J'ai contribué activement à la construction de vecteurs viraux type adéno-associé recombinant (rAA V2/6) et surexprimé la protéine in vivo dans les ganglions spinaux. Cette partie de mon travail se trouve intégrée dans d'autres travaux de mon laboratoire d'accueil qui a pu démontrer les effets fonctionnels de cette approche sur les courants sodiques enregistrés par électrophysiologie et une diminution de la douleur neuropathique chez la souris. - Abstract-Neuronal hyperexcitability following peripheral nerve lesions may stem from altered activity of voltagegated sodium channels (VGSCs), which gives rise toallodynia or hyperalgesia. In vitro, the ubiquitin ligase Nedd4-2 is a negative regulator of VGSC a-subunits (Nav), in particular Nav1.7, a key actor in nociceptor excitability. We therefore studied Nedd4-2 in rat nociceptors, its co-expression with Nav1.7 and Nav1.8, and its regulation in pathology. Adult rats were submitted to the spared nerve injury (SNI) model of neuropathic pain or injected with complete Freund's adjuvant (CFA), a model of inflammatory pain. L4 dorsal root ganglia (DRG) were analyzed in shamoperated animals, seven days after SNI and 48 h after CFA with immunofluorescence and Western blot. We observed Nedd4-2 expression in almost 50% of DRG neurons, mostly small and medium-sized. A preponderant localization is found in the non-peptidergic sub-population. Additionally, 55.7± 2.7% and 55.0 ±3.6% of Nedd4-2-positive cells are co-labeled with Nav1.7 and Nav1.8 respectively. SNI significantly decreases the proportion of Nedd4-2-positive neurons from 45.9± 1.9% to 33.5± 0.7% (p < 0.01) and the total Nedd4-2 protein to 44%± 0.13% of its basal level (p <0.01, n = 4 animals in each group, mean± SEM). In contrast, no change in Nedd4-2 was found after peripheral inflammation induced by CFA. These results indicate that Nedd4-2 is present in nociceptive neurons, is downregulated after peripheral nerve injury, and might therefore contribute to the dysregulation of Navs involved in the hyperexcitability associated with peripheral nerve injuries.

Computer-Aided Business Model Design

There is a lack of dedicated tools for business model design at a strategic level. However, in today's economic world the need to be able to quickly reinvent a company's business model is essential to stay competitive. This research focused on identifying the functionalities that are necessary in a computer-aided design (CAD) tool for the design of business models in a strategic context. Using design science research methodology a series of techniques and prototypes have been designed and evaluated to offer solutions to the problem. The work is a collection of articles which can be grouped into three parts: First establishing the context of how the Business Model Canvas (BMC) is used to design business models and explore the way in which CAD can contribute to the design activity. The second part extends on this by proposing new technics and tools which support elicitation, evaluation (assessment) and evolution of business models design with CAD. This includes features such as multi-color tagging to easily connect elements, rules to validate coherence of business models and features that are adapted to the correct business model proficiency level of its users. A new way to describe and visualize multiple versions of a business model and thereby help in addressing the business model as a dynamic object was also researched. The third part explores extensions to the business model canvas such as an intermediary model which helps IT alignment by connecting business model and enterprise architecture. And a business model pattern for privacy in a mobile environment, using privacy as a key value proposition. The prototyped techniques and proposition for using CAD tools in business model modeling will allow commercial CAD developers to create tools that are better suited to the needs of practitioners.

Independent Central Banks: Low inflation at no cost?: A model with fiscal policy

In this article we extend the rational partisan model of Alesina and Gatti (1995) to include a second policy, fiscal policy, besides monetary policy. It is shown that, with this extension, the politically induced variance of output is not always eliminated nor reduced by delegating monetary policy to an independent and conservative central bank. Further, in flation and output stabilisation will be affected by the degree of conservativeness of the central bank and by the probability of the less in flation averse party gaining power. Keywords: rational partisan theory; fiscal policy; independent central bank JEL Classi fication: E58, E63.

Anàlisi de la viabilitat econòmica i ecològica de la patata d'Alinyà. Transició cap a un model ecològic

Aquest projecte és un recull del treball realitzat pels autors en l’anàlisi de la viabilitat econòmica i ecològica de la producció de patates a Alinyà. Mitjançant la recopilació d’informació multidisciplinar i estudiant la realitat socioeconòmica d’Alinyà, s’han pogut projectar una sèrie d’escenaris de possibles produccions que es podrien esdevenir a la vall, calculant-ne els seus beneficis i despeses. De forma paral·lela, s’ha analitzat l’ecologia de la patata, estudiant el cicle de vida i condicions i requeriments necessaris pel seu desenvolupament. Els resultats obtinguts demostren que la patata d’Alinyà és rendible econòmicament però no es pot considerar un producte ecològic, degut principalment a la utilització del fertilitzant Triple 15, prohibit pel CCPAE (Consell Català de Producció Agrària Ecològica). Un dels objectius que comprèn aquest projecte és la transició del model tradicional cap a un model de producció ecològica, amb la possibilitat de creació d’una agrobotiga local per tal de vendre aquestes patates i altres productes de la zona. Per tal de què aquest model de compravenda progressi, és del tot necessari la implementació d’una sèrie de propostes encaminades a la difusió i dinamització d’Alinyà. Alguns exemples en són la creació d’una pàgina web, la distribució de tríptics informatius, i esdeveniments com fires o festes locals per tal de reunir un bon nombre de visitants els quals puguin conèixer el producte. Al llarg de l’estudi es recalca la dificultat d’èxit d’aquest tipus d’iniciatives de venta de productes, la patata en aquest cas, degut a la petita població i d’avançada edat present a Alinyà. Com a conclusions finals, l’estudi determina que la patata d’Alinyà és un valor afegit a l’oferta paisatgística, cultural i turística de la vall. En cap cas té prou força per sí sola com per esdevenir un factor d’atracció de la població. És un complement gastronòmic de qualitat. Es confirma també, de forma numèrica, la viabilitat de la creació de l’agrobotiga local, acompanyant-la d’un catàleg de productes ecològics de la zona. Per últim, s’espera que les propostes de màrqueting donin el cop d’efecte que necessita Alinyà i que en la mesura del possible, el cultiu de la patata segueixi essent un valor identitari que s’estengui a les futures generacions i no es perdi amb el pas del temps.

Electrical colonic stimultation reduces mean transit time in a porcine model

Rapport de synthèse : Introduction : La stimulation électrique représente une nouvelle modalité thérapeutique de divers troubles digestifs. Dans la constipation par exemple, le péristaltisme colique peut être activé par un système électrique alimenté par une batterie. La présente étude a pour but de démontrer l'impact d'une stimulation électrique directe du côlon sur le temps de transit moyen, en utilisant un modèle expérimental chronique porcin. L'effet de la stimulation et du matériel implanté dans la paroi colique est également évalué. Matériel et méthode : Trois paires d'électrodes ont été implantées dans la paroi cæcale de douze porcs anesthésiés. Avant implantation, un temps de transit colique de référence a été déterminé chez chaque animal par utilisation de marqueurs radio-opaques. Cette évaluation a été répétée quatre semaines après implantation, sous stimulation factice, et cinq semaines après implantation, sous stimulation électrique. Des trains séquentiels et aboraux de stimulation (10 V ; 120 Hz ; 1 ms) ont été appliqués quotidiennement durant six jours, en utilisant un stimulateur externe fonctionnant sur batteries. Pour chaque série de marqueurs, une valeur moyenne a été calculée à partir du temps de transit individuel des porcs. Un examen microscopique du cæcum a été systématiquement entrepris après sacrifice des animaux. Résultats : Une réduction du temps de transit moyen a été observée après stimulation électrique (19h ± 13 ; moyenne ± DS), comparativement au temps de référence (34h ± 7 ; p=0.045) et au temps de transit après stimulation factice (36h ± 9 ; p=0.035). L'examen histologique a montré la présence d'une inflammation chronique minime, autour des électrodes. Conclusion : Le temps de transit colique porcin peut être réduit, en conditions expérimentales chroniques, par une stimulation électrique directe et séquentielle de l'intestin. Des lésions tissulaires limitées ont été occasionnées par la stimulation ou le matériel implanté. La stimulation électrique colique représente certainement une approche prometteuse du traitement de certains troubles spécifiques du côlon, avant tout fonctionnels.

Electrical colonic stimultation reduces mean transit time in a porcine model

Rapport de synthèse : Introduction : La stimulation électrique représente une nouvelle modalité thérapeutique de divers troubles digestifs. Dans la constipation par exemple, le péristaltisme colique peut être activé par un système électrique alimenté par une batterie. La présente étude a pour but de démontrer l'impact d'une stimulation électrique directe du côlon sur le temps de transit moyen, en utilisant un modèle expérimental chronique porcin. L'effet de la stimulation et du matériel implanté dans la paroi colique est également évalué. Matériel et méthode : Trois paires d'électrodes ont été implantées dans la paroi cæcale de douze porcs anesthésiés. Avant implantation, un temps de transit colique de référence a été déterminé chez chaque animal par utilisation de marqueurs radio-opaques. Cette évaluation a été répétée quatre semaines après implantation, sous stimulation factice, et cinq semaines après implantation, sous stimulation électrique. Des trains séquentiels et aboraux de stimulation (10 V ; 120 Hz ; 1 ms) ont été appliqués quotidiennement durant six jours, en utilisant un stimulateur externe fonctionnant sur batteries. Pour chaque série de marqueurs, une valeur moyenne a été calculée à partir du temps de transit individuel des porcs. Un examen microscopique du cæcum a été systématiquement entrepris après sacrifice des animaux. Résultats : Une réduction du temps de transit moyen a été observée après stimulation électrique (19h ± 13 ; moyenne ± DS), comparativement au temps de référence (34h ± 7 ; p=0.045) et au temps de transit après stimulation factice (36h ± 9 ; p=0.035). L'examen histologique a montré la présence d'une inflammation chronique minime, autour des électrodes. Conclusion : Le temps de transit colique porcin peut être réduit, en conditions expérimentales chroniques, par une stimulation électrique directe et séquentielle de l'intestin. Des lésions tissulaires limitées ont été occasionnées par la stimulation ou le matériel implanté. La stimulation électrique colique représente certainement une approche prometteuse du traitement de certains troubles spécifiques du côlon, avant tout fonctionnels.

Rufinamide Attenuates Mechanical Allodynia in a Model of Neuropathic Pain in the Mouse and Stabilizes Voltage-gated Sodium Channel Inactivated State.

BACKGROUND:: Voltage-gated sodium channels dysregulation is important for hyperexcitability leading to pain persistence. Sodium channel blockers currently used to treat neuropathic pain are poorly tolerated. Getting new molecules to clinical use is laborious. We here propose a drug already marketed as anticonvulsant, rufinamide. METHODS:: We compared the behavioral effect of rufinamide to amitriptyline using the Spared Nerve Injury neuropathic pain model in mice. We compared the effect of rufinamide on sodium currents using in vitro patch clamp in cells expressing the voltage-gated sodium channel Nav1.7 isoform and on dissociated dorsal root ganglion neurons to amitriptyline and mexiletine. RESULTS:: In naive mice, amitriptyline (20 mg/kg) increased withdrawal threshold to mechanical stimulation from 1.3 (0.6-1.9) (median [95% CI]) to 2.3 g (2.2-2.5) and latency of withdrawal to heat stimulation from 13.1 (10.4-15.5) to 30.0 s (21.8-31.9), whereas rufinamide had no effect. Rufinamide and amitriptyline alleviated injury-induced mechanical allodynia for 4 h (maximal effect: 0.10 ± 0.03 g (mean ± SD) to 1.99 ± 0.26 g for rufinamide and 0.25 ± 0.22 g to 1.92 ± 0.85 g for amitriptyline). All drugs reduced peak current and stabilized the inactivated state of voltage-gated sodium channel Nav1.7, with similar effects in dorsal root ganglion neurons. CONCLUSIONS:: At doses alleviating neuropathic pain, amitriptyline showed alteration of behavioral response possibly related to either alteration of basal pain sensitivity or sedative effect or both. Side-effects and drug tolerance/compliance are major problems with drugs such as amitriptyline. Rufinamide seems to have a better tolerability profile and could be a new alternative to explore for the treatment of neuropathic pain.

RNA interference mitigates motor and neuropathological deficits in a cerebellar mouse model of machado-joseph disease.

Machado-Joseph disease or Spinocerebellar ataxia type 3 is a progressive fatal neurodegenerative disorder caused by the polyglutamine-expanded protein ataxin-3. Recent studies demonstrate that RNA interference is a promising approach for the treatment of Machado-Joseph disease. However, whether gene silencing at an early time-point is able to prevent the appearance of motor behavior deficits typical of the disease when initiated before onset of the disease had not been explored. Here, using a lentiviral-mediated allele-specific silencing of mutant ataxin-3 in an early pre-symptomatic cerebellar mouse model of Machado-Joseph disease we show that this strategy hampers the development of the motor and neuropathological phenotypic characteristics of the disease. At the histological level, the RNA-specific silencing of mutant ataxin-3 decreased formation of mutant ataxin-3 aggregates, preserved Purkinje cell morphology and expression of neuronal markers while reducing cell death. Importantly, gene silencing prevented the development of impairments in balance, motor coordination, gait and hyperactivity observed in control mice. These data support the therapeutic potential of RNA interference for Machado-Joseph disease and constitute a proof of principle of the beneficial effects of early allele-specific silencing for therapy of this disease.

The handaxe and the microscope: individual and social learning in a multidimensional model of adaptation

When individuals learn by trial-and-error, they perform randomly chosen actions and then reinforce those actions that led to a high payoff. However, individuals do not always have to physically perform an action in order to evaluate its consequences. Rather, they may be able to mentally simulate actions and their consequences without actually performing them. Such fictitious learners can select actions with high payoffs without making long chains of trial-and-error learning. Here, we analyze the evolution of an n-dimensional cultural trait (or artifact) by learning, in a payoff landscape with a single optimum. We derive the stochastic learning dynamics of the distance to the optimum in trait space when choice between alternative artifacts follows the standard logit choice rule. We show that for both trial-and-error and fictitious learners, the learning dynamics stabilize at an approximate distance of root n/(2 lambda(e)) away from the optimum, where lambda(e) is an effective learning performance parameter depending on the learning rule under scrutiny. Individual learners are thus unlikely to reach the optimum when traits are complex (n large), and so face a barrier to further improvement of the artifact. We show, however, that this barrier can be significantly reduced in a large population of learners performing payoff-biased social learning, in which case lambda(e) becomes proportional to population size. Overall, our results illustrate the effects of errors in learning, levels of cognition, and population size for the evolution of complex cultural traits. (C) 2013 Elsevier Inc. All rights reserved.

Identification of HMX1 target genes: a predictive promoter model approach.

PURPOSE: A homozygous mutation in the H6 family homeobox 1 (HMX1) gene is responsible for a new oculoauricular defect leading to eye and auricular developmental abnormalities as well as early retinal degeneration (MIM 612109). However, the HMX1 pathway remains poorly understood, and in the first approach to better understand the pathway's function, we sought to identify the target genes. METHODS: We developed a predictive promoter model (PPM) approach using a comparative transcriptomic analysis in the retina at P15 of a mouse model lacking functional Hmx1 (dmbo mouse) and its respective wild-type. This PPM was based on the hypothesis that HMX1 binding site (HMX1-BS) clusters should be more represented in promoters of HMX1 target genes. The most differentially expressed genes in the microarray experiment that contained HMX1-BS clusters were used to generate the PPM, which was then statistically validated. Finally, we developed two genome-wide target prediction methods: one that focused on conserving PPM features in human and mouse and one that was based on the co-occurrence of HMX1-BS pairs fitting the PPM, in human or in mouse, independently. RESULTS: The PPM construction revealed that sarcoglycan, gamma (35kDa dystrophin-associated glycoprotein) (Sgcg), teashirt zinc finger homeobox 2 (Tshz2), and solute carrier family 6 (neurotransmitter transporter, glycine) (Slc6a9) genes represented Hmx1 targets in the mouse retina at P15. Moreover, the genome-wide target prediction revealed that mouse genes belonging to the retinal axon guidance pathway were targeted by Hmx1. Expression of these three genes was experimentally validated using a quantitative reverse transcription PCR approach. The inhibitory activity of Hmx1 on Sgcg, as well as protein tyrosine phosphatase, receptor type, O (Ptpro) and Sema3f, two targets identified by the PPM, were validated with luciferase assay. CONCLUSIONS: Gene expression analysis between wild-type and dmbo mice allowed us to develop a PPM that identified the first target genes of Hmx1.

Statistical properties of population differentiation estimators under stepwise mutation in a finite island model.

Microsatellite loci mutate at an extremely high rate and are generally thought to evolve through a stepwise mutation model. Several differentiation statistics taking into account the particular mutation scheme of the microsatellite have been proposed. The most commonly used is R(ST) which is independent of the mutation rate under a generalized stepwise mutation model. F(ST) and R(ST) are commonly reported in the literature, but often differ widely. Here we compare their statistical performances using individual-based simulations of a finite island model. The simulations were run under different levels of gene flow, mutation rates, population number and sizes. In addition to the per locus statistical properties, we compare two ways of combining R(ST) over loci. Our simulations show that even under a strict stepwise mutation model, no statistic is best overall. All estimators suffer to different extents from large bias and variance. While R(ST) better reflects population differentiation in populations characterized by very low gene-exchange, F(ST) gives better estimates in cases of high levels of gene flow. The number of loci sampled (12, 24, or 96) has only a minor effect on the relative performance of the estimators under study. For all estimators there is a striking effect of the number of samples, with the differentiation estimates showing very odd distributions for two samples.

Specific inhibition of HCN channels slows rhythm differently in atria, ventricle and outflow tract and stabilizes conduction in the anoxic-reoxygenated embryonic heart model.

The hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated (HCN) channels are expressed in pacemaker cells very early during cardiogenesis. This work aimed at determining to what extent these channels are implicated in the electromechanical disturbances induced by a transient oxygen lack which may occur in utero. Spontaneously beating hearts or isolated ventricles and outflow tracts dissected from 4-day-old chick embryos were exposed to a selective inhibitor of HCN channels (ivabradine 0.1-10microM) to establish a dose-response relationship. The effects of ivabradine on electrocardiogram, excitation-contraction coupling and contractility of hearts submitted to anoxia (30min) and reoxygenation (60min) were also determined. The distribution of the predominant channel isoform, HCN4, was established in atria, ventricle and outflow tract by immunoblotting. Intrinsic beating rate of atria, ventricle and outflow tract was 164+/-22 (n=10), 78+/-24 (n=8) and 40+/-12bpm (n=23, mean+/-SD), respectively. In the whole heart, ivabradine (0.3microM) slowed the firing rate of atria by 16% and stabilized PR interval. These effects persisted throughout anoxia-reoxygenation, whereas the variations of QT duration, excitation-contraction coupling and contractility, as well as the types and duration of arrhythmias were not altered. Ivabradine (10microM) reduced the intrinsic rate of atria and isolated ventricle by 27% and 52%, respectively, whereas it abolished activity of the isolated outflow tract. Protein expression of HCN4 channels was higher in atria and ventricle than in the outflow tract. Thus, HCN channels are specifically distributed and control finely atrial, ventricular and outflow tract pacemakers as well as conduction in the embryonic heart under normoxia and throughout anoxia-reoxygenation.