Impact of the gut microbiota on the development of obesity and type 2 diabetes mellitus.

Obesity and its associated disorders are a major public health concern. Although obesity has been mainly related with perturbations of the balance between food intake and energy expenditure, other factors must nevertheless be considered. Recent insight suggests that an altered composition and diversity of gut microbiota could play an important role in the development of metabolic disorders. This review discusses research aimed at understanding the role of gut microbiota in the pathogenesis of obesity and type 2 diabetes mellitus (TDM2). The establishment of gut microbiota is dependent on the type of birth. With effect from this point, gut microbiota remain quite stable, although changes take place between birth and adulthood due to external influences, such as diet, disease and environment. Understand these changes is important to predict diseases and develop therapies. A new theory suggests that gut microbiota contribute to the regulation of energy homeostasis, provoking the development of an impairment in energy homeostasis and causing metabolic diseases, such as insulin resistance or TDM2. The metabolic endotoxemia, modifications in the secretion of incretins and butyrate production might explain the influence of the microbiota in these diseases.

Metabolomic profiles of hepatocellular carcinoma in a European prospective cohort.

BACKGROUND Hepatocellular carcinoma (HCC), the most prevalent form of liver cancer, is difficult to diagnose and has limited treatment options with a low survival rate. Aside from a few key risk factors, such as hepatitis, high alcohol consumption, smoking, obesity, and diabetes, there is incomplete etiologic understanding of the disease and little progress in identification of early risk biomarkers. METHODS To address these aspects, an untargeted nuclear magnetic resonance metabolomic approach was applied to pre-diagnostic serum samples obtained from first incident, primary HCC cases (n = 114) and matched controls (n = 222) identified from amongst the participants of a large European prospective cohort. RESULTS A metabolic pattern associated with HCC risk comprised of perturbations in fatty acid oxidation and amino acid, lipid, and carbohydrate metabolism was observed. Sixteen metabolites of either endogenous or exogenous origin were found to be significantly associated with HCC risk. The influence of hepatitis infection and potential liver damage was assessed, and further analyses were made to distinguish patterns of early or later diagnosis. CONCLUSION Our results show clear metabolic alterations from early stages of HCC development with application for better etiologic understanding, prevention, and early detection of this increasingly common cancer.

The Molecular Basis for Antimicrobial Activity of Pore-Forming Cyclic Peptides

The mechanism of action of antimicrobial peptides is, to our knowledge, still poorly understood. To probe the biophysical characteristics that confer activity, we present here a molecular-dynamics and biophysical study of a cyclic antimicrobial peptide and its inactive linear analog. In the simulations, the cyclic peptide caused large perturbations in the bilayer and cooperatively opened a disordered toroidal pore, 1–2 nm in diameter. Electrophysiology measurements confirm discrete poration events of comparable size. We also show that lysine residues aligning parallel to each other in the cyclic but not linear peptide are crucial for function. By employing dual-color fluorescence burst analysis, we show that both peptides are able to fuse/aggregate liposomes but only the cyclic peptide is able to porate them. The results provide detailed insight on the molecular basis of activity of cyclic antimicrobial peptides

Application of low temperature thermochronology to understanding cooling and exhumation in the Central Swiss Alps

THESIS ABSTRACT : Low-temperature thermochronology relies on application of radioisotopic systems whose closure temperatures are below temperatures at which the dated phases are formed. In that sense, the results are interpreted as "cooling ages" in contrast to "formation ages". Owing to the low closure-temperatures, it is possible to reconstruct exhumation and cooling paths of rocks during their residence at shallow levels of the crust, i.e. within first ~10 km of depth. Processes occurring at these shallow depths such as final exhumation, faulting and relief formation are fundamental for evolution of the mountain belts. This thesis aims at reconstructing the tectono-thermal history of the Aar massif in the Central Swiss Alps by means of zircon (U-Th)/He, apatite (U-Th)/He and apatite fission track thermochronology. The strategy involved acquisition of a large number of samples from a wide range of elevations in the deeply incised Lötschen valley and a nearby NEAT tunnel. This unique location allowed to precisely constrain timing, amount and mechanisms of exhumation of the main orographic feature of the Central Alps, evaluate the role of topography on the thermochronological record and test the impact of hydrothermal activity. Samples were collected from altitudes ranging between 650 and 3930 m and were grouped into five vertical profiles on the surface and one horizontal in the tunnel. Where possible, all three radiometric systems were applied to each sample. Zircon (U-Th)/He ages range from 5.1 to 9.4 Ma and are generally positively correlated with altitude. Age-elevation plots reveal a distinct break in slope, which translates into exhumation rate increasing from ~0.4 to ~3 km/Ma at 6 Ma. This acceleration is independently confirmed by increased cooling rates on the order of 100°C/Ma constrained on the basis of age differences between the zircon (U-Th)/He and the remaining systems. Apatite fission track data also plot on a steep age-elevation curve indicating rapid exhumation until the end of the Miocene. The 6 Ma event is interpreted as reflecting tectonically driven uplift of the Aar massif. The late Miocene timing implies that the increase of precipitation in the Pliocene did not trigger rapid exhumation in the Aar massif. The Messinian salinity crisis in the Mediterranean could not directly intensify erosion of the Aar but associated erosional output from the entire Alps may have tapered the orogenic wedge and caused reactivation of thrusting in the Aar massif. The high exhumation rates in the Messinian were followed by a decrease to ~1.3 km/Ma as evidenced by ~8 km of exhumation during last 6 Ma. The slowing of exhumation is also apparent from apatite (U-Th)1He age-elevation data in the northern part of the Lötschen valley where they plot on a ~0.5km/Ma line and range from 2.4 to 6.4 Ma However, from the apatite (U-Th)/He and fission track data from the NEAT tunnel, there is an indication of a perturbation of the record. The apatite ages are youngest under the axis of the valley, in contrast to an expected pattern where they would be youngest in the deepest sections of the tunnel due to heat advection into ridges. The valley however, developed in relatively soft schists while the ridges are built of solid granitoids. In line with hydrological observations from the tunnel, we suggest that the relatively permeable rocks under the valley floor, served as conduits of geothermal fluids that caused reheating leading to partial Helium loss and fission track annealing in apatites. In consequence, apatite ages from the lowermost samples are too young and the calculated exhumation rates may underestimate true values. This study demonstrated that high-density sampling is indispensable to provide meaningful thermochronological data in the Alpine setting. The multi-system approach allows verifying plausibility of the data and highlighting sources of perturbation. RÉSUMÉ DE THÈSE : La thermochronologie de basse température dépend de l'utilisation de systèmes radiométriques dont la température de fermeture est nettement inférieure à la température de cristallisation du minéral. Les résultats obtenus sont par conséquent interprétés comme des âges de refroidissement qui diffèrent des âges de formation obtenus par le biais d'autres systèmes de datation. Grâce aux températures de refroidissement basses, il est aisé de reconstruire les chemins de refroidissement et d'exhumation des roches lors de leur résidence dans la croute superficielle (jusqu'à 10 km). Les processus qui entrent en jeu à ces faibles profondeurs tels que l'exhumation finale, la fracturation et le faillage ainsi que la formation du relief sont fondamentaux dans l'évolution des chaînes de montagne. Ces dernières années, il est devenu clair que l'enregistrement thermochronologique dans les orogènes peut être influencé par le relief et réinitialisé par l'advection de la chaleur liée à la circulation de fluides géothermaux après le refroidissement initial. L'objectif de cette thèse est de reconstruire l'histoire tectono-thermique du massif de l'Aar dans les Alpes suisses Centrales à l'aide de trois thermochronomètres; (U-Th)/He sur zircon, (U-Th)/He sur apatite et les traces de fission sur apatite. Afin d'atteindre cet objectif, nous avons récolté un grand nombre d'échantillons provenant de différentes altitudes dans la vallée fortement incisée de Lötschental ainsi que du tunnel de NEAT. Cette stratégie d'échantillonnage nous a permis de contraindre de manière précise la chronologie, les quantités et les mécanismes d'exhumation de cette zone des Alpes Centrales, d'évaluer le rôle de la topographie sur l'enregistrement thermochronologique et de tester l'impact de l'hydrothermalisme sur les géochronomètres. Les échantillons ont été prélevés à des altitudes comprises entre 650 et 3930m selon 5 profils verticaux en surface et un dans le tunnel. Quand cela à été possible, les trois systèmes radiométriques ont été appliqués aux échantillons. Les âges (U-Th)\He obtenus sur zircons sont compris entre 5.l et 9.4 Ma et sont corrélés de manière positive avec l'altitude. Les graphiques représentant l'âge et l'élévation montrent une nette rupture de la pente qui traduisent un accroissement de la vitesse d'exhumation de 0.4 à 3 km\Ma il y a 6 Ma. Cette accélération de l'exhumation est confirmée par les vitesses de refroidissement de l'ordre de 100°C\Ma obtenus à partir des différents âges sur zircons et à partir des autres systèmes géochronologiques. Les données obtenues par traces de fission sur apatite nous indiquent également une exhumation rapide jusqu'à la fin du Miocène. Nous interprétons cet évènement à 6 Ma comme étant lié à l'uplift tectonique du massif de l'Aar. Le fait que cet évènement soit tardi-miocène implique qu'une augmentation des précipitations au Pliocène n'a pas engendré cette exhumation rapide du massif de l'Aar. La crise Messinienne de la mer méditerranée n'a pas pu avoir une incidence directe sur l'érosion du massif de l'Aar mais l'érosion associée à ce phénomène à pu réduire le coin orogénique alpin et causer la réactivation des chevauchements du massif de l'Aar. L'exhumation rapide Miocène a été suivie pas une diminution des taux d'exhumation lors des derniers 6 Ma (jusqu'à 1.3 km\Ma). Cependant, les âges (U-Th)\He sur apatite ainsi que les traces de fission sur apatite des échantillons du tunnel enregistrent une perturbation de l'enregistrement décrit ci-dessus. Les âges obtenus sur les apatites sont sensiblement plus jeunes sous l'axe de la vallée en comparaison du profil d'âges attendus. En effet, on attendrait des âges plus jeunes sous les parties les plus profondes du tunnel à cause de l'advection de la chaleur dans les flancs de la vallée. La vallée est creusée dans des schistes alors que les flancs de celle-ci sont constitués de granitoïdes plus durs. En accord avec les observations hydrologiques du tunnel, nous suggérons que la perméabilité élevée des roches sous l'axe de la vallée à permi l'infiltration de fluides géothermaux qui a généré un réchauffement des roches. Ce réchauffement aurait donc induit une perte d'Hélium et un recuit des traces de fission dans les apatites. Ceci résulterait en un rajeunissement des âges apatite et en une sous-estimation des vitesses d'exhumation sous l'axe de la vallée. Cette étude à servi à démontrer la nécessité d'un échantillonnage fin et précis afin d'apporter des données thermochronologiques de qualité dans le contexte alpin. Cette approche multi-système nous a permi de contrôler la pertinence des données acquises ainsi que d'identifier les sources possibles d'erreurs lors d'études thermochronologiques. RÉSUMÉ LARGE PUBLIC Lors d'une orogenèse, les roches subissent un cycle comprenant une subduction, de la déformation, du métamorphisme et, finalement, un retour à la surface (ou exhumation). L'exhumation résulte de la déformation au sein de la zone de collision, menant à un raccourcissement et un apaissessement de l'édifice rocheux, qui se traduit par une remontée des roches, création d'une topographie et érosion. Puisque l'érosion agit comme un racloir sur la partie supérieure de l'édifice, des tentatives de corrélation entre les épisodes d'exhumation rapide et les périodes d'érosion intensive, dues aux changements climatiques, ont été effectuées. La connaissance de la chronologie et du lieu précis est d'une importance capitale pour une quelconque reconstruction de l'évolution d'une chaîne de montagne. Ces critères sont donnés par un retraçage des changements de la température de la roche en fonction du temps, nous donnant le taux de refroidissement. L'instant auquel les roches ont refroidit, passant une certaine température, est contraint par l'application de techniques de datation par radiométrie. Ces méthodes reposent sur la désintégration des isotopes radiogéniques, tels que l'uranium et le potassium, tous deux abondants dans les roches de la croûte terrestre. Les produits de cette désintégration ne sont pas retenus dans les minéraux hôtes jusqu'au moment du refroidissement de la roche sous une température appelée 'de fermeture' , spécifique à chaque système de datation. Par exemple, la désintégration radioactive des atomes d'uranium et de thorium produit des atomes d'hélium qui s'échappent d'un cristal de zircon à des températures supérieures à 200°C. En mesurant la teneur en uranium-parent, l'hélium accumulé et en connaissant le taux de désintégration, il est possible de calculer à quel moment la roche échantillonnée est passée sous la température de 200°C. Si le gradient géothermal est connu, les températures de fermeture peuvent être converties en profondeurs actuelles (p. ex. 200°C ≈ 7km), et le taux de refroidissement en taux d'exhumation. De plus, en datant par système radiométrique des échantillons espacés verticalement, il est possible de contraindre directement le taux d'exhumation de la section échantillonnée en observant les différences d'âges entre des échantillons voisins. Dans les Alpes suisses, le massif de l'Aar forme une structure orographique majeure. Avec des altitudes supérieures à 4000m et un relief spectaculaire de plus de 2000m, le massif domine la partie centrale de la chaîne de montagne. Les roches aujourd'hui exposées à la surface ont été enfouies à plus de 10 km de profond il y a 20 Ma, mais la topographie actuelle du massif de l'Aar semble surtout s'être développée par un soulèvement actif depuis quelques millions d'années, c'est-à-dire depuis le Néogène supérieur. Cette période comprend un changement climatique soudain ayant touché l'Europe il y a environ 5 Ma et qui a occasionné de fortes précipitations, entraînant certainement une augmentation de l'érosion et accélérant l'exhumation des Alpes. Dans cette étude, nous avons employé le système de datation (U-TH)/He sur zircon, dont la température de fermeture de 200°C est suffisamment basse pour caractériser l'exhumation du Néogène sup. /Pliocène. Les échantillons proviennent du Lötschental et du tunnel ferroviaire le plus profond du monde (NEAT) situé dans la partie ouest du massif de l'Aar. Considérés dans l'ensemble, ces échantillons se répartissent sur un dénivelé de 3000m et des âges de 5.1 à 9.4 Ma. Les échantillons d'altitude supérieure (et donc plus vieux) documentent un taux d'exhumation de 0.4 km/Ma jusqu'à il y a 6 Ma, alors que les échantillons situés les plus bas ont des âges similaires allant de 6 à 5.4 Ma, donnant un taux jusqu'à 3km /Ma. Ces données montrent une accélération dramatique de l'exhumation du massif de l'Aar il y a 6 Ma. L'exhumation miocène sup. du massif prédate donc le changement climatique Pliocène. Cependant, lors de la crise de salinité d'il y a 6-5.3 Ma (Messinien), le niveau de la mer Méditerranée est descendu de 3km. Un tel abaissement de la surface d'érosion peut avoir accéléré l'exhumation des Alpes, mais le bassin sud alpin était trop loin du massif de l'Aar pour influencer son érosion. Nous arrivons à la conclusion que la datation (U-Th)/He permet de contraindre précisément la chronologie et l'exhumation du massif de l'Aar. Concernant la dualité tectonique-érosion, nous suggérons que, dans le cas du massif de l'Aar, la tectonique prédomine.

Robust synchronization of coupled circadian and cell cycle oscillators in single mammalian cells.

Circadian cycles and cell cycles are two fundamental periodic processes with a period in the range of 1 day. Consequently, coupling between such cycles can lead to synchronization. Here, we estimated the mutual interactions between the two oscillators by time-lapse imaging of single mammalian NIH3T3 fibroblasts during several days. The analysis of thousands of circadian cycles in dividing cells clearly indicated that both oscillators tick in a 1:1 mode-locked state, with cell divisions occurring tightly 5 h before the peak in circadian Rev-Erbα-YFP reporter expression. In principle, such synchrony may be caused by either unidirectional or bidirectional coupling. While gating of cell division by the circadian cycle has been most studied, our data combined with stochastic modeling unambiguously show that the reverse coupling is predominant in NIH3T3 cells. Moreover, temperature, genetic, and pharmacological perturbations showed that the two interacting cellular oscillators adopt a synchronized state that is highly robust over a wide range of parameters. These findings have implications for circadian function in proliferative tissues, including epidermis, immune cells, and cancer.

Traitement nutritionnel du grand brûlé [Nutritional therapy in major burns]

Résumé Les brûlures graves (> 20 % surface corporelle [SC]) entraînent un stress oxydatif intense, des perturbations métaboliques et une réponse inflammatoire caractérisées par leur intensité et par leur durée, sans comparaison avec celles observées dans les autres pathologies. La modulation de ces réponses est devenue un objectif thérapeutique. Le brûlé nécessite des apports élevés en énergie (35-50 kcal/kg par jour), en glucides et en protéines (1,5-2,5 g/kg par jour) et faibles en lipides (idéalement moins de 20 % de l'apport calorique). La supplémentation en glutamine contribue à normaliser la réponse immunitaire et accélère la cicatrisation. La voie entérale (gastrique ou postpylorique) est la voie de choix et doit être utilisée dès le jour de l'accident. Les déficits aigus et précoces de micronutriments sont causés par des pertes exudatives par la peau lésée : la substitution est bénéfique sur le plan biologique et clinique. Les doses nécessaires sont de l'ordre de cinq à dix fois celles utilisées dans d'autres indications de nutrition parentérale pendant sept à 30 jours selon la SC brûlée. L'insuline qui favorise l'anabolisme et le propranolol qui réduit le catabolisme font partie de l'arsenal thérapeutique standard. Le suivi nutritionnel (poids et préalbumine hebdomadaire) est essentiel pour vérifier la réponse au support nutritionnel.

RECHERCHE TRANSLATIONNELLE EN NEUROSCIENCES PSYCHIATRIQUES: DE L'ANIMAL MODELE DE SCHIZOPHRENIE A LA DETECTION D'UNE DESORIENTATION SPATIALE, PRATIQUE OU SYMBOLIQUE CHEZ DES PATIENTS

La modélisation, chez l'animal, de maladies psychiatriques telles que la schizophrénie repose sur différentes démarches visant à induire des perturbations cérébrales similaires à celles observées dans la maladie. Nous avons cherché à étudier chez le rat les effets d'une diminution (50%) transitoire en glutathion (GSH) durant le développement (PND 5 à PND 16) à partir de l'implication, chez des adultes, des conséquences de cette perturbation dans des mécanismes fondamentaux de traitement de l'information sensorielle. Cette thèse évalue et documente les déficits de compétences de navigation spatiale dans ce modèle. Nous avons mis en évidence des effets comportementaux à partir de l'identification de différences particulières dans des tâches d'orientation: des difficultés, chez les rats ayant subi un déficit en GSH, à élaborer une représentation globale de l'environnement dans lequel ils se déplacent, difficultés compensées par une attention particulière aux détails visuels le composant. Cette stratégie réactive compensatoire est efficace lorsque les conditions permettent un ajustement continu aux repères visuels environnementaux. Elle ne permet cependant pas des prédictions et des attentes sur ce qui devrait être rencontré et perçu dans une certaine direction, dès qu'une partie des informations visuelles familières disparaît. Il faudrait pour cela une capacité fondée sur une représentation abstraite, à distance des modalités sensorielles qui en ont permis son élaboration. Notre thèse soutient que les déficits, supposés participer à l'émergence de certains symptômes de la maladie, auraient également des conséquences sur l'élaboration de la représentation spatiale nécessaire à des capacités d'orientation effectives et symboliques. - The study of a psychiatric disease such as schizophrenia in an animal model relies on different approaches attempting to replicate brain perturbations similar to those observed in the illness. In the present work, behavioural consequences of a functional deficit in brain connectivity and coordination were assessed in rats with a transitory glutathione (GSH) deficit induced during the postnatal development (PND 5-PND 16) with daily injections of BSO (1- buthionine-(S,R)- sulfoximine). We searched for a theoretical syndrome associating ecologically relevant behavioural adaptive deficits and resulting from the weakening of sensory integration processes. Our results revealed significant and specific deficit of BSO treated rats in spatial orientation tasks designed to test for cognitive mapping abilities. Treated rats behaved as if impaired in the proactive strategies supported by an abstract representation such as a cognitive map. In contrast their performances were preserved whenever the environmental conditions allowed for adaptative reactive strategies, an equivalent of the visual affordances described by Gibson (1958). This supports our thesis that BSO treated rats expressed difficulties in elaborating a global representation of the environment. This deficit was completely - or - partially compensated by the development of an increased attention to the environment's visual details. This compensatory reactive strategy requires a rich environment allowing for continuous adjustment to visual cues. However, such adjustment doesn't allow to predictions and expectancies about what should be met and perceived in a certain direction, when familiar visual spatial cues are missing. Such competencies require orientation based on the use of an abstract spatial representation, independent from the specific sensory modalities that have participated to its elaboration. The impairment of BSO rats such spatial representation could result from a deficit in the integration and organization of perceptual information. Our model leads to the hypothesis that these fundamental deficits might account for certain symptoms of schizophrenia. They would also interfere with in the capacity to elaborate spatial representation necessary for optimal orientation in natural, artificial or symbolic environment.

Human synthetic lethal inference as potential anti-cancer target gene detection

Background: Two genes are called synthetic lethal (SL) if mutation of either alone is not lethal, but mutation of both leads to death or a significant decrease in organism's fitness. The detection of SL gene pairs constitutes a promising alternative for anti-cancer therapy. As cancer cells exhibit a large number of mutations, the identification of these mutated genes' SL partners may provide specific anti-cancer drug candidates, with minor perturbations to the healthy cells. Since existent SL data is mainly restricted to yeast screenings, the road towards human SL candidates is limited to inference methods. Results: In the present work, we use phylogenetic analysis and database manipulation (BioGRID for interactions, Ensembl and NCBI for homology, Gene Ontology for GO attributes) in order to reconstruct the phylogenetically-inferred SL gene network for human. In addition, available data on cancer mutated genes (COSMIC and Cancer Gene Census databases) as well as on existent approved drugs (DrugBank database) supports our selection of cancer-therapy candidates.Conclusions: Our work provides a complementary alternative to the current methods for drug discovering and gene target identification in anti-cancer research. Novel SL screening analysis and the use of highly curated databases would contribute to improve the results of this methodology.

Accumulation of human immunodeficiency virus-specific cytotoxic T lymphocytes away from the predominant site of virus replication during primary infection.

Down-regulation of the initial burst of viremia during primary human immunodeficiency virus (HIV) infection is thought to be mediated predominantly by HIV-specific CD8+ cytotoxic T lymphocytes (CTL). This response is associated with major perturbations in the T cell receptor (TCR) repertoire. To investigate the failure of the cellular immune response to adequately control viral spread and replication and to prevent establishment of HIV infection, changes in the TCR repertoire and in the distribution of virus-specific CTL between blood and lymph node were analyzed in three patients with primary infection. By the combined use of clonotype-specific polymerase chain reaction and analysis of the frequency of in vivo activated HIV-specific CTL, it was shown that HIV-specific CTL clones preferentially accumulated in blood as opposed to lymph node. Accumulation of HIV-specific CTL in blood occurred prior to effective down-regulation of virus replication in both blood and lymph node. These findings should provide new insights into how HIV, and possibly other viruses, elude the immune response of the host during primary infection.

Regulation of the NaCI cotransporter by the SGK1-Nedd4-2 pathway

SummaryRegulation of renal Na+ transport is essential for controlling blood pressure, as well as Na+ and K+ homeostasis. Aldosterone stimulates Na+ reabsorption in the aldosterone-sensitive distal nephron (ASDN), via the Na+-CI" cotransporter (NCC) in the distal convoluted tubule (DCT), and the epithelial Na+ channel (ENaC) in the late DCT, connecting tubule and collecting duct. Importantly, aldosterone increases NCC protein expression by an unknown post-translational mechanism. The ubiquitin-protein ligase Nedd4-2 is expressed along the ASDN and regulates ENaC: under aldosterone induction, the serum/glucocorticoid-regulated kinase SGK1 phosphorylates Nedd4-2 on S328, thus preventing the Nedd4-2/ENaC interaction, ubiquitylation and degradation of the channel. Here, we present evidence that Nedd4-2 regulates NCC. In transfected HEK293 cells, Nedd4-2 co-immunoprecipitates with NCC and stimulates NCC ubiquitylation at the cell surface. In Xenopus laevis oocytes, co- expression of NCC with wild-type Nedd4-2, but not its catalytically inactive mutant, strongly decreases NCC activity and surface expression. This inhibition is prevented by SGK1 in a kinase-dependent manner. Moreover, we show that NCC expression is up-regulated in inducible renal tubule-specific Nedd4-2 knockout mice and in mDCT15 cells silenced for Nedd4-2. On the other hand, in inducible renal tubule-specific SGK1 knockout mice, NCC expression is down-regulated.Interestingly, in contrast to ENaC, Nedd4-2-mediated NCC inhibition is independent of a PY motif in NCC. Moreover, whereas single mutations of Nedd4-2 S328 or S222 to alanine do not interfere with SGK1 action, the double mutation enhances Nedd4-2 activity and abolishes SGK1-dependent inhibition. These results indicate that NCC expression and activity is controlled by a regulatory pathway involving SGK1 and Nedd4-2, and provides an explanation for the well-known aldosterone-induced increase in NCC protein expression.RésuméLa régulation du transport de sodium est cruciale dans le maintien de la pression artérielle. L'aldostérone stimule la réabsorption de Na+ dans la partie du néphron sensible à l'aldostérone (ASDN), via le co-transporteur Na+-CI" (NCC) au niveau du tubule contourné distale et via le canal à sodium (Epithelial Na+ Channel ; ENaC) dans la deuxième partie du tubule contourné distale, dans le tube connecteur et le tube collecteur. L'aldostérone augmente l'expression de NCC au niveau protéique par un mécanisme non élucidé. La protéine ubiquitine ligase Nedd4-2 est exprimée tout le long du néphron sensible à l'aldostérone. ENaC est connu pour être régulé par Nedd4-2. Suite à une stimulation par l'aldostérone, la kinase Ser/Thr SGK1 phosphoryle Nedd4-2, ce qui empêche l'interaction entre Nedd4-2 et ENaC. Dans des cellules HEK293 transfectées, nous avons montré que Nedd4-2 interagit avec le co-transporteur NCC et stimule l'ubiquitylation de NCC à la surface. Nous avons montré dans les oocytes de Xenopus laevis que l'expression de NCC avec Nedd4-2 diminue l'activité du co-transporteur. Cette diminution n'est pas observée lorsqu'on exprime NCC avec le mutant inactif de Nedd4-2. Cette inhibition de NCC est contrée par SGK1. L'effet de SGK1 sur NCC dépend de son activité kinase. Nous avons montré dans des souris knock-out pour Nedd4-2, dans le néphron et de manière inductible, que l'expression de NCC est augmentée. Nous avons également montré que la suppression de la protéine Nedd4-2 dans les cellules mDCT15 provoque l'augmentation de NCC. Au contraire dans les souris knock-out pour la kinase SGK1, dans le néphron et de manière inductible, nous observons une diminution de la protéine NCC. Contrairement à ce qui a été montré pour le canal ENaC l'inhibition de NCC par Nedd4-2 est indépendante des motifs PY. De plus, La mutation des sérines 328 ou 222 sur Nedd4-2 en alanine n'interfère pas avec l'action de SGK1 pour prévenir l'inhibition. Par contre, la double mutation, les sérines 222 et 328 mutées en alanine, augmente l'action de Nedd4-2 sur l'activité de NCC et prévient l'effet de SGK1. Ces résultats montrent que l'expression et l'activité de NCC sont contrôlées par une voie de régulation impliquant Nedd4-2-SGK1 et nous fournissent une explication pour l'augmentation de NCC observé après une induction avec l'aldostérone.Résumé large publicOn estime que des millions de personnes seraient hypertendues. L'hypertension artérielle est responsable d'environ 8 millions de décès par ans dans le monde. L'hypertension est responsable de la moitié environs des accidents cardiaques, mais aussi des accidents vasculaires cérébraux. Il est très important de comprendre les mécanismes qui se trouvent derrière cette pathologie.Le co-transporteur NCC joue un grand rôle dans le maintien de la balance sodique. Il a été montré que des perturbations dans l'expression de NCC pouvaient engendrer de l'hypertension.Le co-transporteur NCC est exprimé dans la partie distale du néphron, l'unité fonctionnelle du rein. Plusieurs études ont montrées que NCC était sous le contrôle de l'hormone aldostérone.Le travail de cette thèse consiste à étudier les mécanismes impliqués dans la régulation de NCC. On a ainsi pu montrer que NCC interagit avec la protéine ubiquitine ligase Nedd4-2. La protéine Nedd4-2 diminue l'expression de NCC à la surface cellulaire et aussi son activité Nous avons également montré que la kinase SGK1 pouvait prévenir l'interaction entre Nedd4-2 et NCC par phosphorylation de Nedd4-2. Nous avons montré dans des souris deletée pour Nedd4-2, dans le néphron, que l'expression de NCC est augmentée. Nous avons également montré que la suppression de la protéine Nedd4-2 dans les cellules mDCT15 provoque l'augmentation de NCC. Au contraire, dans les souris deletée pour la kinase SGK1, dans le néphron, nous observons une diminution de la protéine NCC. La connaissance des processus impliqués dans la régulation du co-transporteur NCC pourrait amener au développement de nouveau médicaments pour soigner l'hypertension.

Towards robust network based complex systems : from evolutionary cellular automata to biological models

Abstract Sitting between your past and your future doesn't mean you are in the present. Dakota Skye Complex systems science is an interdisciplinary field grouping under the same umbrella dynamical phenomena from social, natural or mathematical sciences. The emergence of a higher order organization or behavior, transcending that expected of the linear addition of the parts, is a key factor shared by all these systems. Most complex systems can be modeled as networks that represent the interactions amongst the system's components. In addition to the actual nature of the part's interactions, the intrinsic topological structure of underlying network is believed to play a crucial role in the remarkable emergent behaviors exhibited by the systems. Moreover, the topology is also a key a factor to explain the extraordinary flexibility and resilience to perturbations when applied to transmission and diffusion phenomena. In this work, we study the effect of different network structures on the performance and on the fault tolerance of systems in two different contexts. In the first part, we study cellular automata, which are a simple paradigm for distributed computation. Cellular automata are made of basic Boolean computational units, the cells; relying on simple rules and information from- the surrounding cells to perform a global task. The limited visibility of the cells can be modeled as a network, where interactions amongst cells are governed by an underlying structure, usually a regular one. In order to increase the performance of cellular automata, we chose to change its topology. We applied computational principles inspired by Darwinian evolution, called evolutionary algorithms, to alter the system's topological structure starting from either a regular or a random one. The outcome is remarkable, as the resulting topologies find themselves sharing properties of both regular and random network, and display similitudes Watts-Strogtz's small-world network found in social systems. Moreover, the performance and tolerance to probabilistic faults of our small-world like cellular automata surpasses that of regular ones. In the second part, we use the context of biological genetic regulatory networks and, in particular, Kauffman's random Boolean networks model. In some ways, this model is close to cellular automata, although is not expected to perform any task. Instead, it simulates the time-evolution of genetic regulation within living organisms under strict conditions. The original model, though very attractive by it's simplicity, suffered from important shortcomings unveiled by the recent advances in genetics and biology. We propose to use these new discoveries to improve the original model. Firstly, we have used artificial topologies believed to be closer to that of gene regulatory networks. We have also studied actual biological organisms, and used parts of their genetic regulatory networks in our models. Secondly, we have addressed the improbable full synchronicity of the event taking place on. Boolean networks and proposed a more biologically plausible cascading scheme. Finally, we tackled the actual Boolean functions of the model, i.e. the specifics of how genes activate according to the activity of upstream genes, and presented a new update function that takes into account the actual promoting and repressing effects of one gene on another. Our improved models demonstrate the expected, biologically sound, behavior of previous GRN model, yet with superior resistance to perturbations. We believe they are one step closer to the biological reality.

Chemistry, isotope values (δD, δ18O, δ34S(SO4)) and temperatures of the water inflows in two Gotthard tunnels, Swiss Alps

Water inflows in the Gotthard Highway Tunnel and in the Gotthard Exploration Tunnel are meteoric waters infiltrating at different elevations, on both sides of an important orographic divide. Limited interaction of meteoric waters with gneissic rocks produces Ca-HCO3 and Na-Ca-HCO3 waters, whereas prolonged interaction of meteoric waters with the same rocks generates Na-HCO3 to Na-SO4 waters. Waters circulating in Triassic carbonate-evaporite rocks have a Ca-SO4 composition. Calcium-Na-SO4 waters are also present. They can be produced through interaction of either Na-HCO3 waters with anhydrite or Ca-SO4 waters with a local gneissic rock, as suggested by reaction path modeling. An analogous simulation indicates that Na-HCO3 waters are generated through interaction of Ca-HCO3 waters with a local gneissic rock. The two main SO4-sources present in the Alps are leaching of upper Triassic sulfate minerals and oxidative dissolution of sulfide minerals of crystalline rocks. Values of delta S-34(SO4) < <similar to>+ 9 parts per thousand, are due to oxidative dissolution of sulfide minerals, whereas delta S-34(SO4) > similar to+ 9 parts per thousand are controlled either by bacterial SO4 reduction or leaching of upper Triassic sulfate minerals. Most waters have temperatures similar to the expected values for a geothermal gradient of 22 degreesC/km and are close to thermal equilibrium with rocks. However relatively large, descending flows of cold waters and ascending flows of warm waters are present in both tunnels and determine substantial cooling and heating, respectively, of the interacting rocks. The most import upflow zone of warm, Na-rich waters is below Guspisbach, in the Gotthard Highway Tunnel, at 6.2-9.0 km from the southern portal. These warm waters have equilibrium temperatures of 65-75 degreesC and therefore constitute an important low-enthalpy geothermal resource. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Do orthopaedic shoes improve local dynamic stability of gait? An observational study in patients with chronic foot and ankle injuries.

BACKGROUND: Complex foot and ankle fractures, such as calcaneum fractures or Lisfranc dislocations, are often associated with a poor outcome, especially in terms of gait capacity. Indeed, degenerative changes often lead to chronic pain and chronic functional limitations. Prescription footwear represents an important therapeutic tool during the rehabilitation process. Local Dynamic Stability (LDS) is the ability of locomotor system to maintain continuous walking by accommodating small perturbations that occur naturally during walking. Because it reflects the degree of control over the gait, LDS has been advocated as a relevant indicator for evaluating different conditions and pathologies. The aim of this study was to analyze changes in LDS induced by orthopaedic shoes in patients with persistent foot and ankle injuries. We hypothesised that footwear adaptation might help patients to improve gait control, which could lead to higher LDS: METHODS: Twenty-five middle-aged inpatients (5 females, 20 males) participated in the study. They were treated for chronic post-traumatic disabilities following ankle and/or foot fractures in a Swiss rehabilitation clinic. During their stay, included inpatients received orthopaedic shoes with custom-made orthoses (insoles). They performed two 30s walking trials with standard shoes and two 30s trials with orthopaedic shoes. A triaxial motion sensor recorded 3D accelerations at the lower back level. LDS was assessed by computing divergence exponents in the acceleration signals (maximal Lyapunov exponents). Pain was evaluated with Visual Analogue Scale (VAS). LDS and pain differences between the trials with standard shoes and the trials with orthopaedic shoes were assessed. RESULTS: Orthopaedic shoes significantly improved LDS in the three axes (medio-lateral: 10% relative change, paired t-test p < 0.001; vertical: 9%, p = 0.03; antero-posterior: 7%, p = 0.04). A significant decrease in pain level (VAS score -29%) was observed. CONCLUSIONS: Footwear adaptation led to pain relief and to improved foot & ankle proprioception. It is likely that that enhancement allows patients to better control foot placement. As a result, higher dynamic stability has been observed. LDS seems therefore a valuable index that could be used in early evaluation of footwear outcome in clinical settings.

Late Early Triassic climate change: Insights from carbonate carbon isotopes, sedimentary evolution and ammonoid paleobiogeography

The late Early Triassic sedimentary-facies evolution and carbonate carbon-isotope marine record (delta(13)C(carb)) of ammonoid-rich, outer platform settings show striking similarities between the South ChinaBlock (SCB) and the widely distant Northern Indian Margin (NIM). The studied sections are located within the Triassic Tethys Himalayan belt (Losar section, Himachal Pradesh, India) and the Nanpanjiang Basin in the South China Block (Jinya section, Guangxi Province), respectively. Carbon isotopes from the studied sections confirm the previously observed carbon cycle perturbations at a time of major paleoceanographic changes in the wake of the end-Permian biotic crisis. This study documents the coincidence between a sharp increase in the carbon isotope composition and the worldwide ammonoid evolutionary turnover (extinction followed by a radiation) occurring around the Smithian-Spathian boundary. Based on recent modeling studies on ammonoid paleobiogeography and taxonomic diversity, we demonstrate that the late Early Triassic (Smithian and Spathian) was a time of a major climate change. More precisely, the end Smithian climate can be characterized by a warm and equable climate underlined by a flat, pole-to-equator, sea surface temperature (SST) gradient, while the steep Spathian SST gradient suggests latitudinally differentiated climatic conditions. Moreover, sedimentary evidence suggests a transition from a humid and hot climate during the Smithian to a dryer climate from the Spathian onwards. By analogy with comparable carbon isotope perturbations in the Late Devonian, Jurassic and Cretaceous we propose that high atmospheric CO(2) levels could have been responsible for the observed carbon cycle disturbance at the Smithian-Spathian boundary. We suggest that the end Smithian ammonoid extinction has been essentially caused by a warm and equable climate related to an increased CO(2) flux possibly originating from a short eruptive event of the Siberian igneous province. This increase in atmospheric CO(2) concentrations could have additionally reduced the marine calcium carbonate oversaturation and weakened the calcification potential of marine organisms, including ammonoids, in late Smithian oceans. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Interferon-gamma impacts at multiple points during the progression of autoimmune diabetes.

The role of interferon-gamma in autoimmune diabetes was assessed by breeding a null mutation of the interferon-gamma receptor alpha chain into the nonobese diabetic mouse strain, as well as into a simplified T cell receptor transgenic model of diabetes. In contrast to a previous report on abrogation of the interferon-gamma gene, mutation of the gene encoding its receptor led to drastic effects on disease in both mouse lines. Nonobese diabetic mice showed a marked inhibition of insulitis-both the kinetics and penetrance-and no signs of diabetes; the transgenic model exhibited near-normal insulitis, but this never evolved into diabetes, either spontaneously or after experimental provocation. This failure could not be explained by perturbations in the ratio of T helper cell phenotypes; rather, it reflected a defect in antigen-presenting cells or in the islet beta cell targets.