The anti-inflammatory properties of intravenous immunoglobulin in a murine model of allergic airway disease ; effects on the development of regulatory T-cells

Les immunoglobulines intraveineuses (IVIg) constituent une préparation polyclonale d’IgG isolée et regroupée à partir du plasma sanguin de multiples donneurs. Initialement utilisé comme traitement de remplacement chez les patients souffrant d’immunodéficience primaire ou secondaire, les IVIg sont maintenant largement utilisées dans le traitement de plusieurs conditions auto-immunes, allergiques ou inflammatoires à une dose élevée, dite immunomodulatrice. Différents mécanismes d’action ont été postulés au fil des années pour expliquer l’effet thérapeutique des IVIg dans les maladies auto-immunes et inflammatoires. Entre autre, un nombre grandissant de données issues de modèles expérimentaux chez l’animal et l’humain suggère que les IVIg induisent l’expansion et augmentent l’action suppressive des cellules T régulatrices (Tregs), par un mécanisme qui demeure encore inconnu. Également, les patients atteints de maladies auto-immunes ou inflammatoires présentent souvent un nombre abaissé de Tregs par rapport aux individus sains. Ainsi, une meilleure compréhension des mécanismes par lesquels les IVIg modulent les cellules T régulatrices est requise afin de permettre un usage plus rationnel de ce produit sanguin en tant qu’alternative thérapeutique dans le traitement des maladies auto-immunes et inflammatoires. Par le biais d’un modèle expérimental d’allergie respiratoire induite par un allergène, nous avons démontré que les IVIg diminuaient significativement l’inflammation au niveau des voies aériennes ce, en association avec une différenciation des Tregs à partir des cellules T non régulatrices du tissu pulmonaire. Nous avons également démontré qu’au sein de notre modèle expérimental, l’effet anti-inflammatoire des IVIg était dépendant des cellules dendritiques CD11c+ (CDs) pulmonaires, puisque cet effet pouvait être complètement reproduit par le transfert adoptif de CDs provenant de souris préalablement traitées par les IVIg. À cet effet, il est déjà établi que les IVIg peuvent moduler l’activation et les propriétés des CDs pour favoriser la tolérance immunitaire et que ces cellules seraient cruciales pour l’induction périphérique des Tregs. C’est pourquoi, nous avons cherché à mieux comprendre comment les IVIg exercent leur effet sur ces cellules. Pour la première fois, nous avons démontré que la fraction d’IgG riche en acide sialique (SA-IVIg) (constituant 2-5% de l’ensemble des IgG des donneurs) interagit avec un récepteur dendritique inhibiteur de type lectine C (DCIR) et active une cascade de signalement intracellulaire initiée par la phosphorylation du motif ITIM qui est responsable des changements observés en faveur de la tolérance immunitaire auprès des cellules dendritiques et des Tregs. L’activité anti-inflammatoire de la composante SA-IVIg a déjà été décrite dans des études antérieures, mais encore une fois le mécanisme par lequel ce traitement modifie la fonction des CDs n’a pas été établi. Nous avons finalement démontré que le récepteur DCIR facilite l’internalisation des molécules d’IgG liées au récepteur et que cette étape est cruciale pour permettre l’induction périphérique des Tregs. En tant que produit sanguin, les IVIg constitue un traitement précieux qui existe en quantité limitée. La caractérisation des mécanismes d’action des IVIg permettra une meilleure utilisation de ce traitement dans un vaste éventail de pathologies auto-immunes et inflammatoires.

Protective signaling of oxytocin in an in vitro model of myocardial ischemia - reperfusion

Introduction : La prévention de la mort de cellules cardiaques contractiles suite à un épisode d'infarctus du myocarde représente le plus grand défi dans la récupération de la fonction cardiaque. On a démontré à maintes reprises que l'ocytocine (OT), l'hormone bien connue pour ses rôles dans le comportement social et reproductif et couramment utilisée dans l’induction de l’accouchement, diminue la taille de l'infarctus et améliore la récupération fonctionnelle du myocarde blessé. Les mécanismes de cette protection ne sont pas totalement compris. Objectif : Étudier les effets d'un traitement avec de l'ocytocine sur des cardiomyocytes isolés en utilisant un modèle in vitro qui simule les conditions d'un infarctus du myocarde. Méthodes : La lignée cellulaire myoblastique H9c2 a été utilisée comme modèle de cardiomyocyte. Pour simuler le dommage d'ischémie-reperfusion (IR), les cellules ont été placées dans un tampon ischémique et incubées dans une chambre anoxique pendant 2 heures. La reperfusion a été accomplie par la restauration du milieu de culture régulier dans des conditions normales d'oxygène. L'OT a été administrée en présence ou en absence d'inhibiteurs de kinases connues pour être impliquées dans la cardioprotection. La mortalité cellulaire a été évaluée par TUNEL et l'activité mitochondriale par la production de formazan pendant 1 à 4 heures de reperfusion. La microscopie confocale a servie pour localiser les structures cellulaires. Résultats : Le modèle expérimental de l'IR dans les cellules H9c2 a été caractérisé par une diminution dans la production de formazan (aux alentours de 50 à 70 % du groupe témoin, p < 0.001) et par l'augmentation du nombre de noyaux TUNEL-positif (11.7 ± 4.5% contre 1.3 ± 0.7% pour le contrôle). L'addition de l'OT (10-7 a 10-9 M) au commencement de la reperfusion a inversé les effets de l'IR jusqu'aux niveaux du contrôle (p < 0.001). L'effet protecteur de l'OT a été abrogé par : i) un antagoniste de l'OT ; ii) le knockdown de l'expression du récepteur à l'OT induit par le siRNA ; iii) la wortmannin, l'inhibiteur de phosphatidylinositol 3-kinases ; iv) KT5823, l'inhibiteur de la protéine kinase dépendante du cGMP (PKG); v) l'ODQ, un inhibiteur du guanylate cyclase (GC) soluble, et A71915, un antagoniste du GC membranaire. L'analyse confocale des cellules traitées avec OT a révélé la translocation du récepteur à l'OT et la forme phosphorylée de l'Akt (Thr 308, p-Akt) dans le noyau et dans les mitochondries. Conclusions : L'OT protège directement la viabilité des cardiomyocytes, lorsqu'elle est administrée au début de la reperfusion, par le déclenchement de la signalisation du PI3K, la phosphorylation de l'Akt et son trafic cellulaire. La cytoprotection médiée par l'OT implique la production de cGMP par les deux formes de GC.

Mechanisms of translation regulation in long-term synaptic plasticity

Les souvenirs sont encodés dans le cerveau grâce aux configurations uniques de vastes réseaux neuronaux. Chaque connexion dans ces circuits est apte à être modifiée. Ces changements durables s’opèrent au niveau des synapses grâce à une synthèse de protéines de novo et génèrent ce qu’on nomme des traces mnésiques. Plusieurs preuves indiquent que, dans certaines formes de plasticité synaptique à long terme, cette synthèse a lieu dans les dendrites près des synapses activées plutôt que dans le corps cellulaire. Cependant, les mécanismes qui régulent cette traduction de protéines demeurent encore nébuleux. La phase d’initiation de la traduction est une étape limitante et hautement régulée qui, selon plusieurs chercheurs, constitue la cible principale des mécanismes de régulation de la traduction dans la plasticité synaptique à long terme. Le présent projet de recherche infirme cette hypothèse dans une certaine forme de plasticité synaptique, la dépression à long terme dépendante des récepteurs métabotropiques du glutamate (mGluR-LTD). À l’aide d’enregistrements électrophysiologiques de neurones hippocampiques en culture couplés à des inhibiteurs pharmacologiques, nous montrons que la régulation de la traduction implique les étapes de l’élongation et de la terminaison et non celle de l’initiation. De plus, nous démontrons grâce à des stratégies de knockdown d’expression d’ARN que la protéine de liaison d’ARNm Staufen 2 joue un rôle déterminant dans la mGluR-LTD induite en cultures. Dans leur ensemble, les résultats de la présente étude viennent appuyer un modèle de régulation de la traduction locale de protéines qui est indépendante de l’initiation.

Knowledge transfer intervention theory : a model grounded in the strategies used by intermediate agents in the context of education

La présente thèse se base sur les principes de la théorisation ancrée (Strauss & Corbin, 1998) afin de répondre au manque de documentation concernant les stratégies adoptées par des « agents intermédiaires » pour promouvoir l’utilisation des connaissances issues de la recherche auprès des intervenants en éducation. Le terme « agent intermédiaire » réfère aux personnes qui sont positionnées à l’interface entre les producteurs et les utilisateurs des connaissances scientifiques et qui encouragent et soutiennent les intervenants scolaires dans l’application des connaissances scientifiques dans leur pratique. L’étude s’inscrit dans le cadre d’un projet du ministère de l’Éducation, du Loisir et du Sport du Québec visant à améliorer la réussite scolaire des élèves du secondaire provenant de milieux défavorisés. Des agents intermédiaires de différents niveaux du système éducatif ayant obtenu le mandat de transférer des connaissances issues de la recherche auprès des intervenants scolaires dans les écoles visées par le projet ont été sollicités pour participer à l’étude. Une stratégie d’échantillonnage de type « boule-de-neige » (Biernacki & Waldorf, 1981; Patton, 1990) a été employée afin d’identifier les personnes reconnues par leurs pairs pour la qualité du soutien offert aux intervenants scolaires quant à l’utilisation de la recherche dans leur pratique. Seize entrevues semi-structurées ont été réalisées. L’analyse des données permet de proposer un modèle d’intervention en transfert de connaissances composé de 32 stratégies d’influence, regroupées en 6 composantes d’intervention, soit : relationnelle, cognitive, politique, facilitatrice, évaluative, de même que de soutien et de suivi continu. Les résultats suggèrent que les stratégies d’ordre relationnelle, cognitive et politique sont interdépendantes et permettent d’établir un climat favorable dans lequel les agents peuvent exercer une plus grande influence sur l’appropriation du processus de l’utilisation des connaissances des intervenants scolaire. Ils montrent en outre que la composante de soutien et de suivi continu est importante pour maintenir les changements quant à l’utilisation de la recherche dans la pratique chez les intervenants scolaires. Les implications théoriques qui découlent du modèle, ainsi que les explications des mécanismes impliqués dans les différentes composantes, sont mises en perspective tant avec la documentation scientifique en transfert de connaissances dans les secteurs de la santé et de l’éducation, qu’avec les travaux provenant de disciplines connexes (notamment la psychologie). Enfin, des pistes d’action pour la pratique sont proposées.

Role of E3-ligase parkin in mitochondrial quality control in a cardiotoxicity model to anthracyclines

Dues à leur importance croissante dans la dégénérescence musculaire, les mitochondries sont de plus en plus étudiées en relation à diverses myopathies. Leurs mécanismes de contrôle de qualité sont reconnus pour leur rôle important dans la santé mitochondrial. Dans cette étude, nous tentons de déterminer si le déficit de mitophagie chez les souris déficiente du gène Parkin causera une exacerbation des dysfonctions mitochondriales normalement induite par la doxorubicine. Nous avons analysé l’impact de l’ablation de Parkin en réponse à un traitement à la doxorubicine au niveau du fonctionnement cardiaque, des fonctions mitochondriales et de l’enzymologie mitochondriale. Nos résultats démontrent qu’à l’état basal, l’absence de Parkin n’induit pas de pathologie cardiaque mais est associé à des dysfonctions mitochondriales multiples. La doxorubicine induit des dysfonctions respiratoires, du stress oxydant mitochondrial et une susceptibilité à l’ouverture du pore de transition de perméabilité (PTP). Finalement, contrairement à notre hypothèse, l’absence de Parkin n’accentue pas les dysfonctions mitochondriales induites par la doxorubicine et semble même exercer un effet protecteur.

Thread Scheduling Mechanisms for Multiple-Context Parallel Processors

Scheduling tasks to efficiently use the available processor resources is crucial to minimizing the runtime of applications on shared-memory parallel processors. One factor that contributes to poor processor utilization is the idle time caused by long latency operations, such as remote memory references or processor synchronization operations. One way of tolerating this latency is to use a processor with multiple hardware contexts that can rapidly switch to executing another thread of computation whenever a long latency operation occurs, thus increasing processor utilization by overlapping computation with communication. Although multiple contexts are effective for tolerating latency, this effectiveness can be limited by memory and network bandwidth, by cache interference effects among the multiple contexts, and by critical tasks sharing processor resources with less critical tasks. This thesis presents techniques that increase the effectiveness of multiple contexts by intelligently scheduling threads to make more efficient use of processor pipeline, bandwidth, and cache resources. This thesis proposes thread prioritization as a fundamental mechanism for directing the thread schedule on a multiple-context processor. A priority is assigned to each thread either statically or dynamically and is used by the thread scheduler to decide which threads to load in the contexts, and to decide which context to switch to on a context switch. We develop a multiple-context model that integrates both cache and network effects, and shows how thread prioritization can both maintain high processor utilization, and limit increases in critical path runtime caused by multithreading. The model also shows that in order to be effective in bandwidth limited applications, thread prioritization must be extended to prioritize memory requests. We show how simple hardware can prioritize the running of threads in the multiple contexts, and the issuing of requests to both the local memory and the network. Simulation experiments show how thread prioritization is used in a variety of applications. Thread prioritization can improve the performance of synchronization primitives by minimizing the number of processor cycles wasted in spinning and devoting more cycles to critical threads. Thread prioritization can be used in combination with other techniques to improve cache performance and minimize cache interference between different working sets in the cache. For applications that are critical path limited, thread prioritization can improve performance by allowing processor resources to be devoted preferentially to critical threads. These experimental results show that thread prioritization is a mechanism that can be used to implement a wide range of scheduling policies.

Virtual Model Control of a Biped Walking Robot

The transformation from high level task specification to low level motion control is a fundamental issue in sensorimotor control in animals and robots. This thesis develops a control scheme called virtual model control which addresses this issue. Virtual model control is a motion control language which uses simulations of imagined mechanical components to create forces, which are applied through joint torques, thereby creating the illusion that the components are connected to the robot. Due to the intuitive nature of this technique, designing a virtual model controller requires the same skills as designing the mechanism itself. A high level control system can be cascaded with the low level virtual model controller to modulate the parameters of the virtual mechanisms. Discrete commands from the high level controller would then result in fluid motion. An extension of Gardner's Partitioned Actuator Set Control method is developed. This method allows for the specification of constraints on the generalized forces which each serial path of a parallel mechanism can apply. Virtual model control has been applied to a bipedal walking robot. A simple algorithm utilizing a simple set of virtual components has successfully compelled the robot to walk eight consecutive steps.

Virtual Model Control of a Hexapod Walking Robot

Since robots are typically designed with an individual actuator at each joint, the control of these systems is often difficult and non-intuitive. This thesis explains a more intuitive control scheme called Virtual Model Control. This thesis also demonstrates the simplicity and ease of this control method by using it to control a simulated walking hexapod. Virtual Model Control uses imagined mechanical components to create virtual forces, which are applied through the joint torques of real actuators. This method produces a straightforward means of controlling joint torques to produce a desired robot behavior. Due to the intuitive nature of this control scheme, the design of a virtual model controller is similar to the design of a controller with basic mechanical components. The ease of this control scheme facilitates the use of a high level control system which can be used above the low level virtual model controllers to modulate the parameters of the imaginary mechanical components. In order to apply Virtual Model Control to parallel mechanisms, a solution to the force distribution problem is required. This thesis uses an extension of Gardner`s Partitioned Force Control method which allows for the specification of constrained degrees of freedom. This virtual model control technique was applied to a simulated hexapod robot. Although the hexapod is a highly non-linear, parallel mechanism, the virtual models allowed text-book control solutions to be used while the robot was walking. Using a simple linear control law, the robot walked while simultaneously balancing a pendulum and tracking an object.

Observations on Cortical Mechanisms for Object Recognition andsLearning

This paper sketches a hypothetical cortical architecture for visual 3D object recognition based on a recent computational model. The view-centered scheme relies on modules for learning from examples, such as Hyperbf-like networks. Such models capture a class of explanations we call Memory-Based Models (MBM) that contains sparse population coding, memory-based recognition, and codebooks of prototypes. Unlike the sigmoidal units of some artificial neural networks, the units of MBMs are consistent with the description of cortical neurons. We describe how an example of MBM may be realized in terms of cortical circuitry and biophysical mechanisms, consistent with psychophysical and physiological data.

Biologically Plausible Neural Model for the Recognition of Biological Motion and Actions

The visual recognition of complex movements and actions is crucial for communication and survival in many species. Remarkable sensitivity and robustness of biological motion perception have been demonstrated in psychophysical experiments. In recent years, neurons and cortical areas involved in action recognition have been identified in neurophysiological and imaging studies. However, the detailed neural mechanisms that underlie the recognition of such complex movement patterns remain largely unknown. This paper reviews the experimental results and summarizes them in terms of a biologically plausible neural model. The model is based on the key assumption that action recognition is based on learned prototypical patterns and exploits information from the ventral and the dorsal pathway. The model makes specific predictions that motivate new experiments.

Numerical model of solid phase transformations governed by nucleation and growth: microstructure development during isothermal crystallization

A simple numerical model which calculates the kinetics of crystallization involving randomly distributed nucleation and isotropic growth is presented. The model can be applied to different thermal histories and no restrictions are imposed on the time and the temperature dependences of the nucleation and growth rates. We also develop an algorithm which evaluates the corresponding emerging grain-size distribution. The algorithm is easy to implement and particularly flexible, making it possible to simulate several experimental conditions. Its simplicity and minimal computer requirements allow high accuracy for two- and three-dimensional growth simulations. The algorithm is applied to explore the grain morphology development during isothermal treatments for several nucleation regimes. In particular, thermal nucleation, preexisting nuclei, and the combination of both nucleation mechanisms are analyzed. For the first two cases, the universal grain-size distribution is obtained. The high accuracy of the model is stated from its comparison to analytical predictions. Finally, the validity of the Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami model SSSR, is verified for all the cases studied

O2 activation at bioinspired complexes: dinuclear copper systems and mononuclear non-heme iron compounds. Mechanisms and catalytic applications in oxidative transformations

L'activació d'oxigen que té lloc en els éssers vius constitueix una font d'inspiració pel desenvolupament d'alternatives als oxidants tradicionals, considerats altament tòxics i nocius. En aquesta treball s'utilitzen compostos sintètics com a models del centre actiu de proteïnes dinuclears de coure i mononuclears de ferro de tipus no-hemo que participen en l'activació d'oxigen en els éssers vius. Els sistemes dinuclears de coure mostren un centre de tipus coure(III) bis(oxo) que és capaç de dur a terme l'ortho-hidroxilació de fenols de manera similar a la reacció que catalitza la proteïna tirosinasa. Per altra banda, els sistemes de ferro desenvolupats en aquest treball actuen com a models de les dioxigenases de Rieske i poden dur a terme l'hidroxilació estereoespecífica d'alcans i l'epoxidació i cis-dihidroxilació d'olefines utilitzant peròxid d'hidrogen com a agent oxidant. Tot plegat demostra que el desenvolupament de sistemes model constitueix una bona estratègia per l'estudi dels sistemes naturals.

Understanding Demographic and Behavioral Mechanisms that Guide Responses of Neotropical Migratory Birds to Urbanization: a Simulation Approach

Although studies often report that densities of many forest birds are negatively related to urbanization, the mechanisms guiding this pattern are poorly understood. Our objective was to use a population simulation to examine the relative influence of six demographic and behavioral processes on patterns of avian abundance in urbanizing landscapes. We constructed an individual-based population simulation model representing the annual cycle of a Neotropical migratory songbird. Each simulation was performed under two landscape scenarios. The first scenario had similar proportions of high- and low-quality habitat across the urban to rural gradient. Under the first scenario, avian density was negatively related to urbanization only when rural habitats were perceived to be of higher quality than they actually were. The second landscape scenario had declining proportions of high-quality habitat as urbanization increased. Under the second scenario, each mechanism generated a negative relationship between density and urbanization. The strongest effect on density resulted when birds preferentially selected habitats in landscapes from which they fledged or were constrained from dispersing. The next strongest patterns occurred when birds directly evaluated habitat quality and accurately selected the highest-quality available territories. When birds selected habitats based on the presence of conspecifics, the density–urbanization relationship was only one-third the strength of other habitat selection mechanisms and only occurred under certain levels of population survival. Although differences in adult or nest survival in the face of random habitat selection still elicited reduced densities in urban landscapes, the relationships between urbanization and density were weaker than those produced by the conspecific attraction mechanism. Results from our study identify key predictions and areas for future research, including assessing habitat quality in urban and rural areas in order to determine if habitats in urban areas are underutilized.

Mechanisms for the land/sea warming contrast exhibited by simulations of climate change

The land/sea warming contrast is a phenomenon of both equilibrium and transient simulations of climate change: large areas of the land surface at most latitudes undergo temperature changes whose amplitude is more than those of the surrounding oceans. Using idealised GCM experiments with perturbed SSTs, we show that the land/sea contrast in equilibrium simulations is associated with local feedbacks and the hydrological cycle over land, rather than with externally imposed radiative forcing. This mechanism also explains a large component of the land/sea contrast in transient simulations as well. We propose a conceptual model with three elements: (1) there is a spatially variable level in the lower troposphere at which temperature change is the same over land and sea; (2) the dependence of lapse rate on moisture and temperature causes different changes in lapse rate upon warming over land and sea, and hence a surface land/sea temperature contrast; (3) moisture convergence over land predominantly takes place at levels significantly colder than the surface; wherever moisture supply over land is limited, the increase of evaporation over land upon warming is limited, reducing the relative humidity in the boundary layer over land, and hence also enhancing the land/sea contrast. The non-linearity of the Clausius–Clapeyron relationship of saturation specific humidity to temperature is critical in (2) and (3). We examine the sensitivity of the land/sea contrast to model representations of different physical processes using a large ensemble of climate model integrations with perturbed parameters, and find that it is most sensitive to representation of large-scale cloud and stomatal closure. We discuss our results in the context of high-resolution and Earth-system modelling of climate change.

Mechanisms and dynamics of protein clustering on a solid surface

A methodology for discovering the mechanisms and dynamics of protein clustering on solid surfaces is presented. In situ atomic force microscopy images are quantitatively compared to Monte Carlo simulations using cluster statistics to differentiate various models. We study lysozyme adsorption on mica as a model system and find that all surface-supported clusters are mobile, not just the monomers, with diffusion constant inversely related to cluster size. The surface monomer diffusion constant is measured to be D1∼9×10-16  cm2 s-1, such a low value being difficult to measure using other techniques.