Hyperacetylation in prostate cancer induces cell cycle aberrations, chromatin reorganization and altered gene expression profiles.

Histone acetylation is a fundamental mechanism in the regulation of local chromatin conformation and gene expression. Research has focused on the impact of altered epigenetic environments on the expression of specific genes and their pathways. However, changes in histone acetylation also have a global impact on the cell. In this study we used digital texture analysis to assess global chromatin patterns following treatment with trichostatin A (TSA) and have observed significant alterations in the condensation and distribution of higher-order chromatin, which were associated with altered gene expression profiles in both immortalised normal PNT1A prostate cell line and androgen-dependent prostate cancer cell line LNCaP. Furthermore, the extent of TSA-induced disruption was both cell cycle and cell line dependent. This was illustrated by the identification of sub-populations of prostate cancer cells expressing high levels of H3K9 acetylation in the G2/M phase of the cell cycle that were absent in normal cell populations. In addition, the analysis of enriched populations of G1 cells showed a global decondensation of chromatin exclusively in normal cells.

Size-balanced community reorganization in response to nutrients and warming

It is widely accepted that global warming will adversely affect ecological communities. As ecosystems are simultaneously exposed to other anthropogenic influences, it is important to address the effects of climate change in the context of many stressors. Nutrient enrichment might offset some of the energy demands that warming can exert on organisms by stimulating growth at the base of the food web. It is important to know whether indirect effects of warming will be as ecologically significant as direct physiological effects. Declining body size is increasingly viewed as a universal response to warming, with the potential to alter trophic interactions. To address these issues, we used an outdoor array of marine mesocosms to examine the impacts of warming, nutrient enrichment and altered top-predator body size on a community comprised of the predator (shore crab Carcinus maenas), various grazing detritivores (amphipods) and algal resources. Warming increased mortality rates of crabs, but had no effect on their moulting rates. Nutrient enrichment and warming had near diametrically opposed effects on the assemblage, confirming that the ecological effects of these two stressors can cancel each other out. This suggests that nutrient-enriched systems might act as an energy refuge to populations of species under metabolic constraints due to warming. While there was a strong difference in assemblages between mesocosms containing crabs compared to mesocosms without crabs, decreasing crab size had no detectable effect on the amphipod or algal assemblages. This suggests that in allometrically balanced communities, the expected long-term effect of warming (declining body size) is not of similar ecological consequence to the direct physiological effects of warming, at least not over the six week duration of the experiment described here. More research is needed to determine the long-term effects of declining body size on the bioenergetic balance of natural communities.

Dynamique cérébrale et réserve cognitive en situation d’attention sélective dans le vieillissement normal et les troubles de la cognition : approche neurofonctionnelle

Réalisée en cotutelle avec l'Unité de Formation à la Recherche Lettres Arts et Sciences Humaines - Université Nice-Sophia Antipolis.

Functional organization of cutaneous reflex pathways during locomotion and reorganization following peripheral nerve and/or spinal cord lesions

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

The effect of lesion size on cortical reorganization in the ipsi and contralesional hemispheres.

Bien que la plasticité ipsilesionnelle suite à un accident vasculo-cérébral (AVC) soit bien établie, la réorganisation du cortex contralésionnel et son effet sur la récupération fonctionnelle restent toujours non élucidés. Les études publiées présentent des points de vue contradictoires sur le rôle du cortex contralésionnel dans la récupération fonctionnelle. La taille de lésion pourrait être le facteur déterminant la réorganisation de ce dernier. Le but principal de cette étude fut donc d’évaluer l’effet des AVC de tailles différentes dans la région caudal forelimb area (CFA) du rat sur la réorganisation physiologique et la récupération comportementale de la main. Suite à une période de récupération spontanée pendant laquelle la performance motrice des deux membres antérieurs fut observée, les cartes motrices bilatérales du CFA et du rostral forelimb area (RFA) furent obtenues. Nous avons trouvé que le volume de lésion était en corrélation avec le niveau de récupération comportementale et l’étendue de la réorganisation des RFA bilatéraux. Aussi, les rats ayant de grandes lésions avaient des plus grandes représentations de la main dans le RFA de l’hémisphère ipsilésionnel et un déficit de fonctionnement plus persistant de la main parétique. Dans l’hémisphère contralésionnel nous avons trouvé que les rats avec des plus grandes représentations de la main dans le RFA avaient des lésions plus grandes et une récupération incomplète de la main parétique. Nos résultats confirment l’effet du volume de lésion sur la réorganisation du cortex contralésionnel et soulignent que le RFA est l’aire motrice la plus influencée dans le cortex contralésionnel.

Traitement vocal et vieillissement normal : apports comportementaux et neurofonctionnels

La voix est tout sauf un stimulus auditif ordinaire. Pour cause, elle prend son importance de manière très précoce chez l’Homme lorsque, dans l’environnement amniotique, le fœtus entend pour la toute première fois la voix de sa mère. C’est en quelque sorte par l’intermédiaire de cette voix que les premiers contacts avec le monde extérieur, mais également avec l’Autre, s’effectuent. Le statut particulier de la voix humaine perdure au fil du développement, devenant plus tard le principal médium véhiculant le langage oral, si significatif pour l’Homme. En parallèle, et de manière tout aussi adaptative, elle permet la transmission d’informations non langagières renseignant sur l’identité, l’état émotionnel mais également le statut social de chaque individu. C’est ainsi que simplement en entendant la voix d’une personne inconnue, il est généralement possible d’en extrapoler son âge, son genre, mais également d’avoir une idée assez précise de l’état émotionnel dans lequel elle se trouve. Les capacités permettant d’extraire de la voix les divers éléments informationnels qu’elle contient ne seraient toutefois pas stables au fil du temps. Ainsi, le vieillissement normal semble associé à des difficultés de traitement des informations vocales de nature langagière, mais également non langagière. De nombreuses études se sont intéressées au déclin des capacités de traitement du discours avec l’âge. Beaucoup moins de travaux ont cependant considéré les conséquences du vieillissement sur le domaine paralinguistique et, lorsque des travaux s’y sont attardés, c’est essentiellement la sphère affective qui a été investiguée. En raison de ce peu d’études, mais également de leur focus portant spécifiquement sur la sphère émotionnelle, il est extrêmement ardu de généraliser les résultats obtenus au traitement vocal général. La présente thèse s’est donc intéressée aux capacités de traitement de la voix dans le vieillissement normal. La première étude de cette thèse (Article 1) avait pour objectif d’évaluer l’impact du vieillissement normal sur les capacités comportementales de traitement paralinguistique vocal non émotionnel. Pour ce faire, une batterie informatisée composée de quatre tâches a été élaborée : la batterie d’évaluation de la perception vocale (Batterie EPV; tâches de catégorisation de genre, de discrimination de sources sonores, adaptative de discrimination et de mémorisation). Cette batterie permettait de comparer les performances d’adultes jeunes et âgés lors du traitement de stimuli vocaux et non vocaux, mais également lors du traitement de divers stimuli vocaux. Cette première étude met en évidence, pour trois des quatre tâches comportementales, des performances inférieures chez les adultes âgés et ce, malgré le contrôle statistique des contributions du déclin auditif et cognitif. Pour les aînés, le traitement de stimuli vocaux, en comparaison au traitement de stimuli non vocaux, n’était toutefois pas systématiquement inférieur à celui des jeunes adultes. Sans que les performances ne puissent être prédites par la mesure cognitive utilisée comme covariable (performances au MoCA), il appert que les demandes cognitives inhérentes aux tâches participent à ces différences intergroupes. Le second article de ce travail visait quant à lui à explorer à l’aide de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf), l’influence du vieillissement normal sur les réseaux neuronaux sous-tendant le traitement de l’information vocale, une telle investigation n’ayant jamais été effectuée auparavant. Pour ce faire, une tâche d’écoute passive (permettant le contraste de blocs de sons vocaux et non vocaux) ainsi qu’une tâche adaptative de discrimination ont été utilisées. La tâche adaptative, basée sur une type de protocole psycoacoustique « up-down », assurait l’obtention de niveau de performance équivalent entre les deux groupes, une condition nécessaire pour la comparaison de groupe au niveau neurofonctionnel. La comparaison des adultes jeunes et âgés n’a mis en évidence aucune disparité quant au recrutement des aires répondant préférentiellement à la voix : les aires vocales temporales (AVT). Ce résultat suggère que l’âge n’affecte pas la mobilisation des aires spécialisées dans le traitement de la voix. Néanmoins, à l’extérieur des AVT et chez les aînés, le sous recrutement d’une portion du cortex auditif a été observé, en parallèle au recrutement additionnel de régions pariétale, temporale et frontale (Article 2 – Étude 1). Lors de la réalisation d’une tâche adaptative de discrimination, contrairement à ce qui était attendu, les seuils de discrimination des deux groupes d’âges étaient comparables. Pour effectuer la tâche, les participants âgés ont cependant recruté un réseau neuronal plus étendu que celui des jeunes adultes, et pour les aînés, l’activation additionnelle de régions frontale et temporale sous-tendaient la réalisation de la tâche (Article 2 - Étude 2). Les données comportementales présentées dans cette thèse suggèrent que l’effet délétère que semble avoir le vieillissement normal sur les capacités de traitement paralinguistique vocal affectif est également retrouvé lors du traitement d’informations vocales émotionnellement neutres. En parallèle, la mise en place de phénomènes de plasticité cérébrale est objectivée. Ces derniers ne toucheraient cependant pas les réseaux spécialisés dans le traitement de la voix, qui seraient recrutés de manière comparable par les adultes jeunes et âgés. Néanmoins, la tâche d’écoute passive a mis en évidence la présence, chez les aînés, du recrutement sous-optimal d’une portion du cortex auditif (gyrus temporal transverse). En parallèle, et ce pour les deux tâches, des réseaux neuronaux surnuméraires étaient sollicitées par les adultes âgés, permettant potentiellement d’assurer, chez les ainés, le maintien de performances adéquates.

Nature of crossmodal plasticity in the blind brain and interplay with sight restoration

Thèse réalisée en cotutelle avec l'Université catholique de Louvain.

Support for global climate reorganization during the "Medieval Climate Anomaly"

Widely distributed proxy records indicate that the Medieval Climate Anomaly (MCA; *900–1350 AD) was characterized by coherent shifts in large-scale Northern Hemisphere atmospheric circulation patterns. Although cooler sea surface temperatures in the central and eastern equatorial Pacific can explain some aspects of medieval circulation changes, they are not sufficient to account for other notable features, including widespread aridity through the Eurasian sub-tropics, stronger winter westerlies across the North Atlantic and Western Europe, and shifts in monsoon rainfall patterns across Africa and South Asia. We present results from a full-physics coupled climate model showing that a slight warming of the tropical Indian and western Pacific Oceans relative to the other tropical ocean basins can induce a broad range of the medieval circulation and climate changes indicated by proxy data, including many of those not explained by a cooler tropical Pacific alone. Important aspects of the results resemble those from previous simulations examining the climatic response to the rapid Indian Ocean warming during the late twentieth century, and to results from climate warming simulations—especially in indicating an expansion of the Northern Hemisphere Hadley circulation. Notably, the pattern of tropical Indo-Pacific sea surface temperature (SST) change responsible for producing the proxy-model similarity in our results agrees well with MCA-LIA SST differences obtained in a recent proxy-based climate field reconstruction. Though much remains unclear, our results indicate that the MCA was characterized by an enhanced zonal Indo-Pacific SST gradient with resulting changes in Northern Hemisphere tropical and extra-tropical circulation patterns and hydroclimate regimes, linkages that may explain the coherent regional climate shifts indicated by proxy records from across the planet. The findings provide new perspectives on the nature and possible causes of the MCA—a remarkable, yet incompletely understood episode of Late Holocene climatic change.

Evidence for global climate reorganization during medieval times

A synthesis of global climate model results and inferences from proxy records suggests an increased sea surface temperature gradient between the tropical Indian and Pacific Oceans during medieval times.

Quantitative single-molecule localization microscopy combined with rule-based modeling reveals ligand-induced TNF-R1 reorganization toward higher-order oligomers

We report on the assembly of tumor necrosis factor receptor 1 (TNF-R1) prior to ligand activation and its ligand-induced reorganization at the cell membrane. We apply single-molecule localization microscopy to obtain quantitative information on receptor cluster sizes and copy numbers. Our data suggest a dimeric pre-assembly of TNF-R1, as well as receptor reorganization toward higher oligomeric states with stable populations comprising three to six TNF-R1. Our experimental results directly serve as input parameters for computational modeling of the ligand-receptor interaction. Simulations corroborate the experimental finding of higher-order oligomeric states. This work is a first demonstration how quantitative, super-resolution and advanced microscopy can be used for systems biology approaches at the single-molecule and single-cell level.

HETEROCHROMATIN AND KARYOTYPE REORGANIZATION IN FISH OF THE FAMILY ANOSTOMIDAE (CHARACIFORMES)

Mitotic chromosomes of four fish species of the family Anostomidae, belonging to the genera Leporinus, Leporellus, and Schizodon, were studied. With 2n = 54 meta- and submetacentric chromosomes, this family appears to be characterized by marked karyotypic stability. Although perceptible differences exist, mainly in the amount of constitutive heterochromatin present in the chromosomes of these species, these differences do not affect the structure and/or size of these chromosomes. Chromatin substitutions and/or modifications may have led, in one direction, to an increase in heterochromatin in some species and, in the opposite direction, to heterochromatin reduction in others. Whether these changes are accompanied by changes in the amount of euchromatin in the chromosomes is an open question. The nucleolar organizer regions, which may be located on different chromosomes in the various species, may also be indicators of reorganization of these karyotypes.