Dynamics of visual receptive fields in the macaque frontal eye field.

Neuronal receptive fields (RFs) provide the foundation for understanding systems-level sensory processing. In early visual areas, investigators have mapped RFs in detail using stochastic stimuli and sophisticated analytical approaches. Much less is known about RFs in prefrontal cortex. Visual stimuli used for mapping RFs in prefrontal cortex tend to cover a small range of spatial and temporal parameters, making it difficult to understand their role in visual processing. To address these shortcomings, we implemented a generalized linear model to measure the RFs of neurons in the macaque frontal eye field (FEF) in response to sparse, full-field stimuli. Our high-resolution, probabilistic approach tracked the evolution of RFs during passive fixation, and we validated our results against conventional measures. We found that FEF neurons exhibited a surprising level of sensitivity to stimuli presented as briefly as 10 ms or to multiple dots presented simultaneously, suggesting that FEF visual responses are more precise than previously appreciated. FEF RF spatial structures were largely maintained over time and between stimulus conditions. Our results demonstrate that the application of probabilistic RF mapping to FEF and similar association areas is an important tool for clarifying the neuronal mechanisms of cognition.

Bilinear-biquadratic spin-1 chain undergoing quadratic Zeeman effect

The Heisenberg model for spin-1 bosons in one dimension presents many different quantum phases, including the famous topological Haldane phase. Here we study the robustness of such phases in front of a SU(2) symmetry-breaking field as well as the emergence of unique phases. Previous studies have analyzed the effect of such uniaxial anisotropy in some restricted relevant points of the phase diagram. Here we extend those studies and present the complete phase diagram of the spin-1 chain with uniaxial anisotropy. To this aim, we employ the density-matrix renormalization group together with analytical approaches. The complete phase diagram can be realized using ultracold spinor gases in the Mott insulator regime under a quadratic Zeeman effect.

Direct Quantification of Inorganic Polyphosphate in Microbial Cells Using 4 '-6-Diamidino-2-Phenylindole (DAPI)

Inorganic polyphosphate (polyP) is increasingly being recognized as an important phosphorus sink within the environment, playing a central role in phosphorus exchange and phosphogenesis. Yet despite the significant advances made in polyP research there is a lack of rapid and efficient analytical approaches for the quantification of polyP accumulation in microbial cultures and environmental samples. A major drawback is the need to extract polyP from cells prior to analysis. Due to extraction inefficiencies this can lead to an underestimation of both intracellular polyP levels and its environmental pool size: we observed 23-58% loss of polyP using standard solutions and current protocols. Here we report a direct fluorescence based DAPI assay system which removes the requirement for prior polyP extraction before quantification. This increased the efficiency of polyP detection by 28-55% in microbial cultures suggesting quantitative measurement of the intracellular polyP pool. It provides a direct polyP assay which combines quantification capability with technical simplicity. This is an important step forward in our ability to explore the role of polyP in cellular biology and biogeochemical nutrient cycling.

Mass spectrometry-based metabolomics applied to the chemical safety of food

Mass spectrometry (MS)-based metabolomics is emerging as an important field of research in many scientific areas, including chemical safety of food. A particular strength of this approach is its potential to reveal some physiological effects induced by complex mixtures of chemicals present at trace concentrations. The limitations of other analytical approaches currently employed to detect low-dose and mixture effects of chemicals make detection very problematic. Besides this basic technical challenge, numerous analytical choices have to be made at each step of a metabolomics study, and each step can have a direct impact on the final results obtained and their interpretation (i.e. sample preparation, sample introduction, ionization, signal acquisition, data processing, and data analysis). As the application of metabolomics to chemical analysis of food is still in its infancy, no consensus has yet been reached on defining many of these important parameters. In this context, the aim of the present study is to review all these aspects of MS-based approaches to metabolomics, and to give a comprehensive, critical overview of the current state of the art, possible pitfalls, and future challenges and trends linked to this emerging field. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Genetics of Diabetic Nephropathy: a Long Road of Discovery

The global prevalence of diabetic nephropathy is rising in parallel with the increasing incidence of diabetes in most countries. Unfortunately, up to 40 % of persons diagnosed with diabetes may develop kidney complications. Diabetic nephropathy is associated with substantially increased risks of cardiovascular disease and premature mortality. An inherited susceptibility to diabetic nephropathy exists, and progress is being made unravelling the genetic basis for nephropathy thanks to international research collaborations, shared biological resources and new analytical approaches. Multiple epidemiological studies have highlighted the clinical heterogeneity of nephropathy and the need for better phenotyping to help define important subgroups for analysis and increase the power of genetic studies. Collaborative genome-wide association studies for nephropathy have reported unique genes, highlighted novel biological pathways and suggested new disease mechanisms, but progress towards clinically relevant risk prediction models for diabetic nephropathy has been slow. This review summarises the current status, recent developments and ongoing challenges elucidating the genetics of diabetic nephropathy.

Are there latitudinal gradients in species turnover?

Aim To examine the effect on the observed relationship betw een spatial turnover and latitude of both the measure of beta diversity used and the method of analysis.

Location The empirical analyses presented herein are for the New World.

Methods We take the spatial distributions of the owls of the New World as an exemplar data set to investigate the patterns of beta diversity across latitudes revealed by different analytical methods. To illustrate the strengths and weaknesses of alternative measures of beta diversity and different analytical approaches, we also use a simple random distribution model, focusing in particular on the influence of richness gradients and landmass geometry.

Results Our simple spatial model of turnover demonstrates that different combinations of analytical approach and measure of beta diversity can give rise to strikingly different relationships between turnover and latitude. The analyses of the bird data for the owls of the New World demonstrate that this observation extends to real data.

Conclusions For the particular assemblage considered, we present strong evidence that species richness declines at higher latitudes, and there is also some evidence that species turnover is greater nearer the equator, despite conceptual and practical difficulties involved in analysing spatial patterns of species turnover. We suggest some ways of overcoming these difficulties.

BOOK: Property Rights and Human Rights in a Global Context

Property as a human rights concern is manifested through its incorporation in international instruments and as a subject of the law through property-related cases considered by international human rights organs. Yet, for the most part, the relationship between property and human rights has been discussed in rather superficial terms, lacking a clear substantive connection or common language. That said, the currents of globalisation have witnessed a new era of interrelation between these two areas of the law, including the emergence of international intellectual property law and the recognition of indigenous claims, which, in fundamental ways, speak to an engagement with human rights law.

This collection starts the conversation between human rights lawyers and property lawyers and explores analytical approaches to the increasing relationship between property and human rights in a global context. The chapters engage with key theoretical and policy debates and range across three main themes: the re-evaluation of the public/private divide in the law; the tensions between the market and social justice in development and the balance between the rights of individuals and those of communities. The chapters adopt a global, comparative perspective and engage in case studies from countries including India, Philippines, Brazil, the United States, the United Kingdom and includes various regions of Africa and Europe.

Road traffic information platform for energy and emissions savings

Apesar das recentes inovações tecnológicas, o setor dos transportes continua a exercer impactes significativos sobre a economia e o ambiente. Com efeito, o sucesso na redução das emissões neste setor tem sido inferior ao desejável. Isto deve-se a diferentes fatores como a dispersão urbana e a existência de diversos obstáculos à penetração no mercado de tecnologias mais limpas. Consequentemente, a estratégia “Europa 2020” evidencia a necessidade de melhorar a eficiência no uso das atuais infraestruturas rodoviárias. Neste contexto, surge como principal objetivo deste trabalho, a melhoria da compreensão de como uma escolha de rota adequada pode contribuir para a redução de emissões sob diferentes circunstâncias espaciais e temporais. Simultaneamente, pretende-se avaliar diferentes estratégias de gestão de tráfego, nomeadamente o seu potencial ao nível do desempenho e da eficiência energética e ambiental. A integração de métodos empíricos e analíticos para avaliação do impacto de diferentes estratégias de otimização de tráfego nas emissões de CO2 e de poluentes locais constitui uma das principais contribuições deste trabalho. Esta tese divide-se em duas componentes principais. A primeira, predominantemente empírica, baseou-se na utilização de veículos equipados com um dispositivo GPS data logger para recolha de dados de dinâmica de circulação necessários ao cálculo de emissões. Foram percorridos aproximadamente 13200 km em várias rotas com escalas e características distintas: área urbana (Aveiro), área metropolitana (Hampton Roads, VA) e um corredor interurbano (Porto-Aveiro). A segunda parte, predominantemente analítica, baseou-se na aplicação de uma plataforma integrada de simulação de tráfego e emissões. Com base nesta plataforma, foram desenvolvidas funções de desempenho associadas a vários segmentos das redes estudadas, que por sua vez foram aplicadas em modelos de alocação de tráfego. Os resultados de ambas as perspetivas demonstraram que o consumo de combustível e emissões podem ser significativamente minimizados através de escolhas apropriadas de rota e sistemas avançados de gestão de tráfego. Empiricamente demonstrou-se que a seleção de uma rota adequada pode contribuir para uma redução significativa de emissões. Foram identificadas reduções potenciais de emissões de CO2 até 25% e de poluentes locais até 60%. Através da aplicação de modelos de tráfego demonstrou-se que é possível reduzir significativamente os custos ambientais relacionados com o tráfego (até 30%), através da alteração da distribuição dos fluxos ao longo de um corredor com quatro rotas alternativas. Contudo, apesar dos resultados positivos relativamente ao potencial para a redução de emissões com base em seleções de rotas adequadas, foram identificadas algumas situações de compromisso e/ou condicionantes que devem ser consideradas em futuros sistemas de eco navegação. Entre essas condicionantes importa salientar que: i) a minimização de diferentes poluentes pode implicar diferentes estratégias de navegação, ii) a minimização da emissão de poluentes, frequentemente envolve a escolha de rotas urbanas (em áreas densamente povoadas), iii) para níveis mais elevados de penetração de dispositivos de eco-navegação, os impactos ambientais em todo o sistema podem ser maiores do que se os condutores fossem orientados por dispositivos tradicionais focados na minimização do tempo de viagem. Com este trabalho demonstrou-se que as estratégias de gestão de tráfego com o intuito da minimização das emissões de CO2 são compatíveis com a minimização do tempo de viagem. Por outro lado, a minimização de poluentes locais pode levar a um aumento considerável do tempo de viagem. No entanto, dada a tendência de redução nos fatores de emissão dos poluentes locais, é expectável que estes objetivos contraditórios tendam a ser minimizados a médio prazo. Afigura-se um elevado potencial de aplicação da metodologia desenvolvida, seja através da utilização de dispositivos móveis, sistemas de comunicação entre infraestruturas e veículos e outros sistemas avançados de gestão de tráfego.

Reflections of professional practice: using electronic discourse analysis networks (EDANs) to examine embedded business emails

Emails have become a central genre in business communication, reflecting both how people communicate and how they go about their professional practices. This chapter examines embedded business emails as reflections of the professional practices of the regulatory and policy department of a multinational based in London, UK. It argues that the nature of online communication in international organisations, with its high levels of intertextuality and interdiscursivity, requires multidimensional analytical approaches that are capable of capturing its complexity and dynamics. To this end, the chapter introduces electronic discourse analysis networks (EDANs) as one example of such approaches. It begins with a brief review of the literature that has informed the study reported on here before it discusses EDANs as its analytical framework. Using a group of embedded emails and a number of networked data sets, the chapter shows how EDANs can be used to further our understanding of professional online communication.

In vivo enzymatic activity of acetylCoA synthetase in skeletal muscle revealed by 13C turnover from hyperpolarized [1-13C]acetate to [1-13C]acetylcarnitine

BACKGROUND: Acetate metabolism in skeletal muscle is regulated by acetylCoA synthetase (ACS). The main function of ACS is to provide cells with acetylCoA, a key molecule for numerous metabolic pathways including fatty acid and cholesterol synthesis and the Krebs cycle. METHODS: Hyperpolarized [1-(13)C]acetate prepared via dissolution dynamic nuclear polarization was injected intravenously at different concentrations into rats. The (13)C magnetic resonance signals of [1-(13)C]acetate and [1-(13)C]acetylcarnitine were recorded in vivo for 1min. The kinetic rate constants related to the transformation of acetate into acetylcarnitine were deduced from the 3s time resolution measurements using two approaches, either mathematical modeling or relative metabolite ratios. RESULTS: Although separated by two biochemical transformations, a kinetic analysis of the (13)C label flow from [1-(13)C]acetate to [1-(13)C]acetylcarnitine led to a unique determination of the activity of ACS. The in vivo Michaelis constants for ACS were KM=0.35±0.13mM and Vmax=0.199±0.031μmol/g/min. CONCLUSIONS: The conversion rates from hyperpolarized acetate into acetylcarnitine were quantified in vivo and, although separated by two enzymatic reactions, these rates uniquely defined the activity of ACS. The conversion rates associated with ACS were obtained using two analytical approaches, both methods yielding similar results. GENERAL SIGNIFICANCE: This study demonstrates the feasibility of directly measuring ACS activity in vivo and, since the activity of ACS can be affected by various pathological states such as cancer or diabetes, the proposed method could be used to non-invasively probe metabolic signatures of ACS in diseased tissue.

Alternative strategies for deciphering the genetic architecture of childhood Pre-B acute lymphoblastic leukemia

La leucémie lymphoblastique aigüe (LLA) est une maladie génétique complexe. Malgré que cette maladie hématologique soit le cancer pédiatrique le plus fréquent, ses causes demeurent inconnues. Des études antérieures ont démontrées que le risque à la LLA chez l’enfant pourrait être influencé par des gènes agissant dans le métabolisme des xénobiotiques, dans le maintient de l’intégrité génomique et dans la réponse au stress oxydatif, ainsi que par des facteurs environnementaux. Au cours de mes études doctorales, j’ai tenté de disséquer davantage les bases génétiques de la LLA de l’enfant en postulant que la susceptibilité à cette maladie serait modulée, au moins en partie, par des variants génétiques agissant dans deux voies biologiques fondamentales : le point de contrôle G1/S du cycle cellulaire et la réparation des cassures double-brin de l’ADN. En utilisant une approche unique reposant sur l’analyse d’une cohorte cas-contrôles jumelée à une cohorte de trios enfants-parents, j’ai effectué une étude d’association de type gènes/voies biologiques candidats. Ainsi, j’ai évaluer le rôle de variants provenant de la séquence promotrice de 12 gènes du cycle cellulaire et de 7 gènes de la voie de réparation de l’ADN, dans la susceptibilité à la LLA. De tels polymorphismes dans la région promotrice (pSNPs) pourraient perturber la liaison de facteurs de transcription et mener à des différences dans les niveaux d’expression des gènes pouvant influencer le risque à la maladie. En combinant différentes méthodes analytiques, j’ai évalué le rôle de différents mécanismes génétiques dans le développement de la LLA chez l’enfant. J’ai tout d’abord étudié les associations avec gènes/variants indépendants, et des essaies fonctionnels ont été effectués afin d’évaluer l’impact des pSNPs sur la liaison de facteurs de transcription et l’activité promotrice allèle-spécifique. Ces analyses ont mené à quatre publications. Il est peu probable que ces gènes de susceptibilité agissent seuls; j’ai donc utilisé une approche intégrative afin d’explorer la possibilité que plusieurs variants d’une même voie biologique ou de voies connexes puissent moduler le risque de la maladie; ces travaux ont été soumis pour publication. En outre, le développement précoce de la LLA, voir même in utero, suggère que les parents, et plus particulièrement la mère, pourraient jouer un rôle important dans le développement de cette maladie chez l’enfant. Dans une étude par simulations, j’ai évalué la performance des méthodes d’analyse existantes de détecter des effets fœto-maternels sous un design hybride trios/cas-contrôles. J’ai également investigué l’impact des effets génétiques agissant via la mère sur la susceptibilité à la LLA. Cette étude, récemment publiée, fût la première à démontrer que le risque de la leucémie chez l’enfant peut être modulé par le génotype de sa mère. En conclusions, mes études doctorales ont permis d’identifier des nouveaux gènes de susceptibilité pour la LLA pédiatrique et de mettre en évidence le rôle du cycle cellulaire et de la voie de la réparation de l’ADN dans la leucémogenèse. À terme, ces travaux permettront de mieux comprendre les bases génétiques de la LLA, et conduiront au développement d’outils cliniques qui amélioreront la détection, le diagnostique et le traitement de la leucémie chez l’enfant.

Les déterminants de l’intégration pédagogique des Technologies de l’Information et de la Communication (TIC) par les enseignants à l’Université de Ouagadougou (Burkina Faso)

L’objectif général de cette recherche doctorale est l’étude des déterminants de l’intégration pédagogique des technologies de l’information et de la communication (TIC) par les professeurs à l’Université de Ouagadougou (UO). Cela nous a conduit à étudier respectivement les compétences technologiques des professeurs, les facteurs de résistance contraignant l’intégration pédagogique des TIC par ces professeurs, l’acceptation et les usages spécifiques des TIC par les professeurs. Ce travail s’est bâti autour des concepts théoriques sur les usages éducatifs des TIC, les compétences technopédagogiques, les facteurs de résistance, l’acceptation des TIC et l’intégration pédagogique des TIC. Ces concepts se sont inscrits dans les cadres d’analyses des modèles d’intégration des TIC par les professeurs et des modèles d’acceptation et d’utilisation d’une nouvelle technologie. La stratégie d’analyse des données s’est construite autour des approches descriptives et analytiques notamment au moyen de l’utilisation de la psychométrie et/ou de l’économétrie des modèles à variables dépendantes limitées. Utilisant la recherche quantitative, le recrutement de 82 professeurs par avis de consentement à participer, a permis de collecter les données sur la base de questionnaires dont la majeure partie est bâtie autour de questions à échelle de Likert. L’étude des compétences technologiques des professeurs a permis d’une part, de dresser un portrait des usages des TIC par les professeurs. En effet, les usages les plus répandus des TIC dans cette université sont les logiciels de bureautique, les logiciels de messagerie électronique et de navigation dans Internet. Elle a aussi permis de faire un portrait des compétences technologiques des professeurs. Ceux-ci utilisent à la fois plusieurs logiciels et reconnaissent l’importance des TIC pour leurs tâches pédagogiques et de recherche même si leur degré de maîtrise perçue sur certaines des applications télématiques reste à des niveaux très bas. Par rapport à certaines compétences comme celles destinées à exploiter les TIC dans des situations de communication et de collaboration et celles destinée à rechercher et à traiter des informations à l’aide des TIC, les niveaux de maîtrise par les professeurs de ces compétences ont été très élevés. Les professeurs ont eu des niveaux de maîtrise très faibles sur les compétences destinées à créer des situations d’apprentissage à l’aide des TIC et sur celles destinées à développer et à diffuser des ressources d’apprentissage à l’aide des TIC malgré la grande importance que ceux-ci ont accordée à ces compétences avancées essentielles pour une intégration efficace et efficiente des TIC à leurs pratiques pédagogiques. L’étude des facteurs de résistance a permis d’ériger une typologie de ces facteurs. Ces facteurs vont des contraintes matérielles et infrastructurelles à celles liées aux compétences informatiques et à des contraintes liées à la motivation et à l’engagement personnel des professeurs, facteurs pouvant susciter des comportements de refus de la technologie. Ces facteurs sont entre autres, la compatibilité des TIC d’avec les tâches pédagogiques et de recherche des professeurs, l’utilité perçue des TIC pour les activités pédagogiques et de recherche, les facilités d’utilisation des TIC et la motivation ou l’engagement personnel des professeurs aux usages des TIC. Il y a aussi les coûts engendrés par l’accès aux TIC et le manque de soutien et d’assistance technique au plan institutionnel qui se sont révelés enfreindre le développement de ces usages parmi les professeurs. Les estimations des déterminants de l’acceptation et des usages éducatifs des TIC par les professeurs ont montré que c’est surtout « l’intention comportementale » d’aller aux TIC des professeurs, « l’expérience d’Internet » qui affectent positivement les usages éducatifs des TIC. Les « conditions de facilitation » qui représentent non seulement la qualité de l’infrastructure technologique, mais aussi l’existence d’un soutien institutionnel aux usages des TIC, ont affecté négativement ces usages. Des éléments de recommandation issus de ce travail s’orientent vers la formation des professeurs sur des compétences précises identifiées, l’amélioration de la qualité de l’infrastructure technologique existante, la création d’un logithèque, la mise en œuvre d’incitations institutionnelles adéquates telles que l’assistance technique régulière aux professeurs, l’allègement des volumes horaires statutaires des professeurs novateurs, la reconnaissance des efforts déjà réalisés par ces novateurs en matière d’usages éducatifs des TIC dans leur institution.

Reconsidérer les interactions entre l’écoulement, le transport de sédiments en charge de fond et la morphologie en rivière à lit de graviers : approches, échelles et analyses

L'objectif ultime en géomorphologie fluviale est d'expliquer les formes des cours d'eau et leur évolution temporelle et spatiale. La multiplication des études nous a mené à la réalisation que les systèmes géomorphologiques sont complexes. Les formes observées sont plus que la somme des processus individuels qui les régissent en raison d’interactions et de rétroactions non-linéaires à de multiples échelles spatiales et temporelles. Dans ce contexte, le but général de la thèse est de proposer et de tester de nouvelles avenues de recherche afin de mieux appréhender la complexité des dynamiques fluviales en utilisant des approches méthodologiques et analytiques mettant l’accent sur les interactions entre l’écoulement, le transport de sédiments en charge fond et la morphologie du lit en rivière graveleuse. Cette orientation découle du constat que les paradigmes actuels en géomorphologie fluviale n’arrivent pas à expliquer adéquatement la variabilité naturelle du transport en charge de fond ainsi que des formes du lit qui en résultent. Cinq pistes de réflexion sont développées sous forme d’articles basés sur des études de cas : 1. L'intégration des échelles de variation de l'écoulement permet d’insérer la notion de structures turbulentes dans des pulsations de plus grande échelle et d'améliorer la compréhension de la variabilité du transport de sédiments. 2. La quantification des taux de changement de l’écoulement (accélération /décélération) au cours d’une crue permet d’expliquer la variabilité des flux de transport en charge fond autant que la magnitude de l’écoulement. 3. L’utilisation de techniques de mesures complémentaires révèle une nouvelle dynamique du lit des rivières graveleuses, la dilatation et la contraction du lit suite à une crue. 4. La remise en cause du fait généralement accepté que le transport en charge de fond est corrélé positivement à l'intensité des modifications morphologiques en raison d’un problème associé aux échelles différentes des processus en cause. 5. L’approche systémique des dynamiques fluviales par l’utilisation d’analyses multivariées permet d’appréhender la complexité des dynamiques de rétroactions linéaires et non-linéaires dans l’évolution d’un chenal et d’illustrer l’importance de l’historique récent des changements géomorphologiques en réponse aux crues. Cette thèse se veut une avancée conceptuelle issue d'une profonde réflexion sur les approches classiques que l'on utilise en géomorphologie fluviale depuis plusieurs décennies. Elle est basée sur un jeu de données unique récolté lors du suivi intensif de 21 évènements de crue dans un petit cours d’eau à lit de graviers, le ruisseau Béard (Québec). Le protocole expérimental axé sur la simultanéité des mesures de l’écoulement, de la morphologie du lit et du transport de sédiments en charge de fond a permis de centrer la recherche directement sur les interactions entre les processus plutôt que sur les processus individuels, une approche rarement utilisée en géomorphologie fluviale. Chacun des chapitres illustre un nouveau concept ou une nouvelle approche permettant de résoudre certaines des impasses rencontrées actuellement en géomorphologie fluviale. Ces travaux ont des implications importantes pour la compréhension de la dynamique des lits de rivières et des habitats fluviaux et servent de point de départ pour de nouveaux développements.

Molecular characterization of the contribution of autophagy to antigen presentation using quantitative proteomics

L’autophagie est une voie hautement conservée de dégradation lysosomale des constituants cellulaires qui est essentiel à l’homéostasie cellulaire et contribue à l’apprêtement et à la présentation des antigènes. Les rôles relativement récents de l'autophagie dans l'immunité innée et acquise sous-tendent de nouveaux paradigmes immunologiques pouvant faciliter le développement de nouvelles thérapies où la dérégulation de l’autophagie est associée à des maladies auto-immunes. Cependant, l'étude in vivo de la réponse autophagique est difficile en raison du nombre limité de méthodes d'analyse pouvant fournir une définition dynamique des protéines clés impliquées dans cette voie. En conséquence, nous avons développé un programme de recherche en protéomique intégrée afin d’identifier et de quantifier les proteines associées à l'autophagie et de déterminer les mécanismes moléculaires régissant les fonctions de l’autophagosome dans la présentation antigénique en utilisant une approche de biologie des systèmes. Pour étudier comment l'autophagie et la présentation antigénique sont activement régulés dans les macrophages, nous avons d'abord procédé à une étude protéomique à grande échelle sous différentes conditions connues pour stimuler l'autophagie, tels l’activation par les cytokines et l’infection virale. La cytokine tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) est l'une des principales cytokines pro-inflammatoires qui intervient dans les réactions locales et systémiques afin de développer une réponse immune adaptative. La protéomique quantitative d'extraits membranaires de macrophages contrôles et stimulés avec le TNF-alpha a révélé que l'activation des macrophages a entrainé la dégradation de protéines mitochondriales et des changements d’abondance de plusieurs protéines impliquées dans le trafic vésiculaire et la réponse immunitaire. Nous avons constaté que la dégradation des protéines mitochondriales était sous le contrôle de la voie ATG5, et était spécifique au TNF-alpha. En outre, l’utilisation d’un nouveau système de présentation antigènique, nous a permi de constater que l'induction de la mitophagie par le TNF-alpha a entrainée l’apprêtement et la présentation d’antigènes mitochondriaux par des molécules du CMH de classe I, contribuant ainsi la variation du répertoire immunopeptidomique à la surface cellulaire. Ces résultats mettent en évidence un rôle insoupçonné du TNF-alpha dans la mitophagie et permet une meilleure compréhension des mécanismes responsables de la présentation d’auto-antigènes par les molécules du CMH de classe I. Une interaction complexe existe également entre infection virale et l'autophagie. Récemment, notre laboratoire a fourni une première preuve suggérant que la macroautophagie peut contribuer à la présentation de protéines virales par les molécules du CMH de classe I lors de l’infection virale par l'herpès simplex virus de type 1 (HSV-1). Le virus HSV1 fait parti des virus humains les plus complexes et les plus répandues. Bien que la composition des particules virales a été étudiée précédemment, on connaît moins bien l'expression de l'ensemble du protéome viral lors de l’infection des cellules hôtes. Afin de caractériser les changements dynamiques de l’expression des protéines virales lors de l’infection, nous avons analysé par LC-MS/MS le protéome du HSV1 dans les macrophages infectés. Ces analyses nous ont permis d’identifier un total de 67 protéines virales structurales et non structurales (82% du protéome HSV1) en utilisant le spectromètre de masse LTQ-Orbitrap. Nous avons également identifié 90 nouveaux sites de phosphorylation et de dix nouveaux sites d’ubiquitylation sur différentes protéines virales. Suite à l’ubiquitylation, les protéines virales peuvent se localiser au noyau ou participer à des événements de fusion avec la membrane nucléaire, suggérant ainsi que cette modification pourrait influer le trafic vésiculaire des protéines virales. Le traitement avec des inhibiteurs de la réplication de l'ADN induit des changements sur l'abondance et la modification des protéines virales, mettant en évidence l'interdépendance des protéines virales au cours du cycle de vie du virus. Compte tenu de l'importance de la dynamique d'expression, de l’ubiquitylation et la phosphorylation sur la fonction des proteines virales, ces résultats ouvriront la voie vers de nouvelles études sur la biologie des virus de l'herpès. Fait intéressant, l'infection HSV1 dans les macrophages déclenche une nouvelle forme d'autophagie qui diffère remarquablement de la macroautophagie. Ce processus, appelé autophagie associée à l’enveloppe nucléaire (nuclear envelope derived autophagy, NEDA), conduit à la formation de vésicules membranaires contenant 4 couches lipidiques provenant de l'enveloppe nucléaire où on retrouve une grande proportion de certaines protéines virales, telle la glycoprotéine B. Les mécanismes régissant NEDA et leur importance lors de l’infection virale sont encore méconnus. En utilisant un essai de présentation antigénique, nous avons pu montrer que la voie NEDA est indépendante d’ATG5 et participe à l’apprêtement et la présentation d’antigènes viraux par le CMH de classe I. Pour comprendre l'implication de NEDA dans la présentation des antigènes, il est essentiel de caractériser le protéome des autophagosomes isolés à partir de macrophages infectés par HSV1. Aussi, nous avons développé une nouvelle approche de fractionnement basé sur l’isolation de lysosomes chargés de billes de latex, nous permettant ainsi d’obtenir des extraits cellulaires enrichis en autophagosomes. Le transfert des antigènes HSV1 dans les autophagosomes a été determine par protéomique quantitative. Les protéines provenant de l’enveloppe nucléaire ont été préférentiellement transférées dans les autophagosome lors de l'infection des macrophages par le HSV1. Les analyses protéomiques d’autophagosomes impliquant NEDA ou la macroautophagie ont permis de decouvrir des mécanismes jouant un rôle clé dans l’immunodominance de la glycoprotéine B lors de l'infection HSV1. Ces analyses ont également révélées que diverses voies autophagiques peuvent être induites pour favoriser la capture sélective de protéines virales, façonnant de façon dynamique la nature de la réponse immunitaire lors d'une infection. En conclusion, l'application des méthodes de protéomique quantitative a joué un rôle clé dans l'identification et la quantification des protéines ayant des rôles importants dans la régulation de l'autophagie chez les macrophages, et nous a permis d'identifier les changements qui se produisent lors de la formation des autophagosomes lors de maladies inflammatoires ou d’infection virale. En outre, notre approche de biologie des systèmes, qui combine la protéomique quantitative basée sur la spectrométrie de masse avec des essais fonctionnels tels la présentation antigénique, nous a permis d’acquérir de nouvelles connaissances sur les mécanismes moléculaires régissant les fonctions de l'autophagie lors de la présentation antigénique. Une meilleure compréhension de ces mécanismes permettra de réduire les effets nuisibles de l'immunodominance suite à l'infection virale ou lors du développement du cancer en mettant en place une réponse immunitaire appropriée.

Nouvelles stratégies pour l’analyse des cyanotoxines par spectrométrie de masse

Les cyanobactéries ont une place très importante dans les écosystèmes aquatiques et un nombre important d’espèces considéré comme nuisible de par leur production de métabolites toxiques. Ces cyanotoxines possèdent des propriétés très variées et ont souvent été associées à des épisodes d’empoisonnement. L’augmentation des épisodes d’efflorescence d’origine cyanobactériennes et le potentiel qu’ils augmentent avec les changements climatiques a renchéri l’intérêt de l’étude des cyanobactéries et de leurs toxines. Considérant la complexité chimique des cyanotoxines, le développement de méthodes de détection simples, sensibles et rapides est toujours considéré comme étant un défi analytique. Considérant ces défis, le développement de nouvelles approches analytiques pour la détection de cyanotoxines dans l’eau et les poissons ayant été contaminés par des efflorescences cyanobactériennes nuisibles a été proposé. Une première approche consiste en l’utilisation d’une extraction sur phase solide en ligne couplée à une chromatographie liquide et à une détection en spectrométrie de masse en tandem (SPE-LC-MS/MS) permettant l’analyse de six analogues de microcystines (MC), de l’anatoxine (ANA-a) et de la cylindrospermopsine (CYN). La méthode permet une analyse simple et rapide et ainsi que la séparation chromatographique d’ANA-a et de son interférence isobare, la phénylalanine. Les limites de détection obtenues se trouvaient entre 0,01 et 0,02 μg L-1 et des concentrations retrouvées dans des eaux de lacs du Québec se trouvaient entre 0,024 et 36 μg L-1. Une deuxième méthode a permis l’analyse du b-N-méthylamino-L-alanine (BMAA), d’ANA-a, de CYN et de la saxitoxine (STX) dans les eaux de lac contaminés. L’analyse de deux isomères de conformation du BMAA a été effectuée afin d’améliorer la sélectivité de la détection. L’utilisation d’une SPE manuelle permet la purification et préconcentration des échantillons et une dérivatisation à base de chlorure de dansyle permet une chromatographie simplifiée. L’analyse effectuée par LC couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) et des limites de détections ont été obtenues entre 0,007 et 0,01 µg L-1. Des échantillons réels ont été analysés avec des concentrations entre 0,01 et 0,3 µg L-1 permettant ainsi la confirmation de la présence du BMAA dans les efflorescences de cyanobactéries au Québec. Un deuxième volet du projet consiste en l’utilisation d’une technologie d’introduction d’échantillon permettant des analyses ultra-rapides (< 15 secondes/échantillons) sans étape chromatographique, la désorption thermique à diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI) et à la spectrométrie de masse (MS). Un premier projet consiste en l’analyse des MC totales par l’intermédiaire d’une oxydation de Lemieux permettant un bris de la molécule et obtenant une fraction commune aux multiples congénères existants des MC. Cette fraction, le MMPB, est analysée, après une extraction liquide-liquide, par LDTD-APCI-MS/MS. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et des concentrations entre 1 et 425 µg L-1 ont été trouvées dans des échantillons d’eau de lac contaminés du Québec. De plus, une analyse en parallèle avec des étalons pour divers congénères des MC a permis de suggérer la possible présence de congénères ou d’isomères non détectés. Un deuxième projet consiste en l’analyse directe d’ANA-a par LDTD-APCI-HRMS pour résoudre son interférence isobare, la phénylalanine, grâce à la détection à haute résolution. La LDTD n’offre pas de séparation chromatographique et l’utilisation de la HRMS permet de distinguer les signaux d’ANA-a de ceux de la phénylalanine. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et la méthode a été appliquée sur des échantillons réels d’eau avec un échantillon positif en ANA-a avec une concentration de 0,21 µg L-1. Finalement, à l’aide de la LDTD-APCI-HRMS, l’analyse des MC totales a été adaptée pour la chair de poisson afin de déterminer la fraction libre et liée des MC et comparer les résultats avec des analyses conventionnelles. L’utilisation d’une digestion par hydroxyde de sodium précédant l’oxydation de Lemieux suivi d’une purification par SPE a permis d’obtenir une limite de détection de 2,7 µg kg-1. Des échantillons de poissons contaminés ont été analysés, on a retrouvé des concentrations en MC totales de 2,9 et 13,2 µg kg-1 comparativement aux analyses usuelles qui avaient démontré un seul échantillon positif à 2 µg kg-1, indiquant la possible présence de MC non détectés en utilisant les méthodes conventionnelles.