Phylogenetic relationships of Apodemus Kaup, 1829 (Rodentia: Muridae) species in the Eastern Mediterranean inferred from mitochondrial DNA, with emphasis on iranian species

Wood mice of the genus Apodemus are widely distributed in Eurasia, with the Eastern Mediterranean being considered as a hotspot. Indeed, numerous species have been documented in Iran, including A. witherbyi, A. hyrcanicus, A. uralensis, A. avicennicus, A. hermonensis, and A. arianus. In this study, 129 specimens were collected from different Iranian localities and two specimens from Afghanistan. The animals were identified taxonomically and their phylogenetic relationships were investigated using cytochrome b mitochondrial DNA sequences. Five species of the genus Apodemus were identified in Iran, including A. hyrcanicus, A. witherbyi, A. cf. ponticus, A. uralensis, and A. mystacinus, beside, A. pallipes from Afghanistan. This study found no evidence of A. flavicollis or A. sylvaticus in Iran, despite their occurrence in Turkey, shedding doubt on the status of A. flavicollis in Iran, Asia Minor, and the Levant. Phylogenetic analyses imply that A. witherbyi has priority over A. avicennicus, A. hermonensis, and A. iconicus. Estimation of the divergence time for these taxa suggests a separation at around 7.2 Ma for the subgenera Karstomys (including A. mystacinus and A. epimelas) and Sylvaemus (including A. flavicollis, A. sylvaticus, A. uralensis, A. pallipes, A. hyrcanicus, A. witherbyi, and A. cf. ponticus). Within the subgenus Karstomys, the divergence times for A. mystacinus and A. epimelas were between 3.0 and 6.1 Ma, and divergence times within the subgenus Sylvaemus were between 5.2 and 6.9 Ma for A. witherbyi and other species in this subgenus. It is postulated that vicariance events including the uplifting of the Zagros Mountains and Anatolian Plateau in the middle Miocene and climate oscillations during the Messinian Salinity Crisis besides formation of the Hyrcanian tertiary forests during the Neogene probably played substantial roles in the radiation and distribution of the genus Apodemus in the Eastern Mediterranean.

Bilateral deep brain stimulation : the placement of the second electrode is not necessarily less accurate than that of the first one

Introduction La stimulation cérébrale profonde est reconnue comme étant un traitement efficace des pathologies du mouvement. Nous avons récemment modifié notre technique chirurgicale, en limitant le nombre de pénétrations intracérébrales à trois par hémisphère. Objectif Le premier objectif de cette étude est d'évaluer la précision de l'électrode implantée des deux côtés de la chirurgie, depuis l'implémentation de cette technique chirurgicale. Le deuxième objectif est d'étudier si l'emplacement de l'électrode implantée était amélioré grâce à l'électrophysiologie. Matériel et méthode Il s'agit d'une étude rétrospective reprenant les protocoles opératoires et imageries à résonnance magnétique (IRM) cérébrales de 30 patients ayant subi une stimulation cérébrale profonde bilatérale. Pour l'électrophysiologie, nous avons utilisé trois canules parallèles du « Ben Gun », centrées sur la cible planifiée grâce à l'IRM. Les IRM pré- et post-opératoires ont été fusionnées. La distance entre la cible planifiée et le centre de l'artéfact de l'électrode implantée a été mesurée. Résultats Il n'y a pas eu de différence significative concernant la précision du ciblage des deux côtés (hémisphères) de la chirurgie. Il y a eu plus d'ajustements peropératoires du deuxième côté de la chirurgie, basé sur l'électrophysiologie, ce qui a permis d'approcher de manière significative la cible planifiée grâce à l'IRM, sur l'axe médio- latéral. Conclusion Il y a plus d'ajustements nécessaires de la position de la deuxième électrode, possiblement en lien avec le « brain shift ». Nous suggérons de ce fait d'utiliser une trajectoire d'électrode centrale accompagnée par de l'électrophysiologie, associé à une évaluation clinique. En cas de résultat clinique sub-optimal, nous proposons d'effectuer une exploration multidirectionnelle.

Fast oscillatory activity in the anterior cingulate cortex: dopaminergic modulation and effect of perineuronal net loss.

Dopamine release in the prefrontal cortex plays a critical role in cognitive function such as working memory, attention and planning. Dopamine exerts complex modulation on excitability of pyramidal neurons and interneurons, and regulates excitatory and inhibitory synaptic transmission. Because of the complexity of this modulation, it is difficult to fully comprehend the effect of dopamine on neuronal network activity. In this study, we investigated the effect of dopamine on local high-frequency oscillatory neuronal activity (in β band) in slices of the mouse anterior cingulate cortex (ACC). We found that dopamine enhanced the power of these oscillations induced by kainate and carbachol, but did not affect their peak frequency. Activation of D2R and in a lesser degree D1R increased the oscillation power, while activation of D4R had no effect. These high-frequency oscillations in the ACC relied on both phasic inhibitory and excitatory transmission and functional gap junctions. Thus, dopamine released in the ACC promotes high-frequency synchronized local cortical activity which is known to favor information transfer, fast selection and binding of distributed neuronal responses. Finally, the power of these oscillations was significantly enhanced after degradation of the perineuronal nets (PNNs) enwrapping most parvalbumin interneurons. This study provides new insights for a better understanding of the abnormal prefrontal gamma activity in schizophrenia (SZ) patients who display prefrontal anomalies of both the dopaminergic system and the PNNs.

Circadian and feeding rhythms differentially affect rhythmic mRNA transcription and translation in mouse liver.

Diurnal oscillations of gene expression are a hallmark of rhythmic physiology across most living organisms. Such oscillations are controlled by the interplay between the circadian clock and feeding rhythms. Although rhythmic mRNA accumulation has been extensively studied, comparatively less is known about their transcription and translation. Here, we quantified simultaneously temporal transcription, accumulation, and translation of mouse liver mRNAs under physiological light-dark conditions and ad libitum or night-restricted feeding in WT and brain and muscle Arnt-like 1 (Bmal1)-deficient animals. We found that rhythmic transcription predominantly drives rhythmic mRNA accumulation and translation for a majority of genes. Comparison of wild-type and Bmal1 KO mice shows that circadian clock and feeding rhythms have broad impact on rhythmic gene expression, Bmal1 deletion affecting surprisingly both transcriptional and posttranscriptional levels. Translation efficiency is differentially regulated during the diurnal cycle for genes with 5'-Terminal Oligo Pyrimidine tract (5'-TOP) sequences and for genes involved in mitochondrial activity, many harboring a Translation Initiator of Short 5'-UTR (TISU) motif. The increased translation efficiency of 5'-TOP and TISU genes is mainly driven by feeding rhythms but Bmal1 deletion also affects amplitude and phase of translation, including TISU genes. Together this study emphasizes the complex interconnections between circadian and feeding rhythms at several steps ultimately determining rhythmic gene expression and translation.

Creatine deficiency syndomes : a new model of partial GAMT deficiency affecting brain cell development

Les syndromes de déficiences cérébrales en créatine (CCDS) sont dus à des mutations dans les gènes GATM et G AMT (codant pour les enzymes AGAT et G AMT de la voie de synthèse de créatine) ainsi que SLC6A8 (transporteur de créatine), et génèrent une absence ou une très forte baisse de créatine (Cr) dans le cerveau, mesurée par spectroscopic de résonance magnétique. Les patients CCDS développent des handicaps neurologiques sévères. Les patients AGAT et GAMT peuvent être traités avec des doses importantes de Cr, mais gardent dans la plupart des cas des séquelles neurologiques irréversibles. Aucun traitement efficace n'existe à ce jour pour la déficience en SLC6A8. Bien que de nombreux modèles aient été développés pour comprendre la Cr cérébrale en conditions physiologiques, les pathomécanismes des CCDS ne sont pas encore compris. Des souris transgéniques pour les gènes Gatm, Gamt et Slc6a8 ont été générées, mais elles ne miment que partiellement la pathologie humaine. Parmi les CCDS, la déficience en GAMT est la plus sévère, en raison de l'accumulation cérébrale de l'intermédiaire guanidinoacétate (GAA). Alors que la toxicité cérébrale du GAA a été étudiée par exposition directe au GAA d'animaux adultes sains, les mécanismes de la toxicité du GAA en condition de déficience en GAMT dans le cerveau en développement sont encore inconnus. Le but de ce projet était donc de développer un modèle de déficience en GAMT dans des cultures 3D primaires de cellules nerveuses de rat en agrégats par knock-down du gène GAMT, en utilisant un virus adéno-associé (AAV) induisant le mécanisme d'interférence à l'ARN (RNAi). Le virus scAAV2, à la multiplicité d'infection de 1000, s'est révélé le plus efficace pour transduire tous les types de cellules nerveuses des cultures (neurones, astrocytes, oligodendrocytes), et générer un knock-down maximal de la protéine GAMT de 85% (jour in vitro 18). Cette déficience partielle en GAMT s'est révélée insuffisante pour générer une déficience en Cr, mais a causé l'accumulation attendue de GAA, à des doses comparables aux niveaux observés dans le LCR des patients GAMT. Le GAA a induit une croissance axonale anarchique accompagnée d'une baisse de l'apoptose naturelle, suivis par une induction tardive de mort cellulaire non-apoptotique. Le co-traitement par la Cr a prévenu tous les effets toxiques du GAA. Ce travail montre que l'accumulation de GAA en absence de déficience en Cr est suffisante pour affecter le développement du tissu nerveux, et suggère que des formes de déficiences en GAMT supplémentaires, ne présentant pas de déficiences en Cr, pourraient être découvertes par mesure du GAA, en particulier à travers les programmes récemment proposés de dépistage néonatal de la déficience en GAMT. -- Cerebral creatine deficiency syndromes (CCDS) are caused by mutations in the genes GATM and GAMT (respectively coding for the two enzymes of the creatine synthetic pathway, AGAT and GAMT) as well as SLC6A8 (creatine transporter), and lead to the absence or very strong decrease of creatine (Cr) in the brain when measured by magnetic resonance spectroscopy. Affected patients show severe neurological impairments. While AGAT and GAMT deficient patients can be treated with high dosages of Cr, most remain with irreversible brain sequelae. No treatment has been successful so far for SLC6A8 deficiency. While many models have helped understanding the cerebral Cr pathways in physiological conditions, the pathomechanisms underlying CCDS are yet to be elucidated. Transgenic mice carrying mutations in the Gatm, Gamt and Slc6a8 genes have been developed, but only partially mimic the human pathology. Among CCDS, GAMT deficiency is the most severe, due to the CNS accumulation of the guanidinoacetate (GAA) intermediate. While brain toxicity of GAA has been explored through direct GAA exposure of adult healthy animals, the mechanisms underlying GAA toxicity in GAMT deficiency conditions on the developing CNS are yet unknown. The aim of this project was thus to develop and characterize a GAMT deficiency model in developing brain cells by gene knockdown, by adeno-associated virus (AAV)-driven RNA interference (RNAi) in rat 3D organotypic primary brain cell cultures in aggregates. scAAV2 with a multiplicity of infection of 1000 was shown as the most efficient serotype, was able to transduce all brain cell types (neurons, astrocytes, oligodendrocytes) and to induce a maximal GAMT protein knockdown of 85% (day in vitro 18). Metabolite analysis showed that partial GAMT knockdown was insufficient to induce Cr deficiency but generated the awaited GAA accumulation at concentrations comparable to the levels observed in cerebrospinal fluid of GAMT-deficient patients. Accumulated GAA induced axonal hypersprouting paralleled with inhibition of natural apoptosis, followed by a later induction in non-apoptotic cell death. Cr supplementation led to the prevention of all GAA-induced toxic effects. This work shows that GAA accumulation without Cr deficiency is sufficient to affect CNS development, and suggests that additional partial GAMT deficiencies, which may not show the classical brain Cr deficiency, may be discovered through GAA measurement including by recently proposed neonatal screening programs for GAMT deficiency.

Ribosome profiling reveals the rhythmic liver translatome and circadian clock regulation by upstream open reading frames.

Mammalian gene expression displays widespread circadian oscillations. Rhythmic transcription underlies the core clock mechanism, but it cannot explain numerous observations made at the level of protein rhythmicity. We have used ribosome profiling in mouse liver to measure the translation of mRNAs into protein around the clock and at high temporal and nucleotide resolution. We discovered, transcriptome-wide, extensive rhythms in ribosome occupancy and identified a core set of approximately 150 mRNAs subject to particularly robust daily changes in translation efficiency. Cycling proteins produced from nonoscillating transcripts revealed thus-far-unknown rhythmic regulation associated with specific pathways (notably in iron metabolism, through the rhythmic translation of transcripts containing iron responsive elements), and indicated feedback to the rhythmic transcriptome through novel rhythmic transcription factors. Moreover, estimates of relative levels of core clock protein biosynthesis that we deduced from the data explained known features of the circadian clock better than did mRNA expression alone. Finally, we identified uORF translation as a novel regulatory mechanism within the clock circuitry. Consistent with the occurrence of translated uORFs in several core clock transcripts, loss-of-function of Denr, a known regulator of reinitiation after uORF usage and of ribosome recycling, led to circadian period shortening in cells. In summary, our data offer a framework for understanding the dynamics of translational regulation, circadian gene expression, and metabolic control in a solid mammalian organ.

Drosophila Ionotropic Receptor 25a mediates circadian clock resetting by temperature.

Circadian clocks are endogenous timers adjusting behaviour and physiology with the solar day. Synchronized circadian clocks improve fitness and are crucial for our physical and mental well-being. Visual and non-visual photoreceptors are responsible for synchronizing circadian clocks to light, but clock-resetting is also achieved by alternating day and night temperatures with only 2-4 °C difference. This temperature sensitivity is remarkable considering that the circadian clock period (~24 h) is largely independent of surrounding ambient temperatures. Here we show that Drosophila Ionotropic Receptor 25a (IR25a) is required for behavioural synchronization to low-amplitude temperature cycles. This channel is expressed in sensory neurons of internal stretch receptors previously implicated in temperature synchronization of the circadian clock. IR25a is required for temperature-synchronized clock protein oscillations in subsets of central clock neurons. Extracellular leg nerve recordings reveal temperature- and IR25a-dependent sensory responses, and IR25a misexpression confers temperature-dependent firing of heterologous neurons. We propose that IR25a is part of an input pathway to the circadian clock that detects small temperature differences. This pathway operates in the absence of known 'hot' and 'cold' sensors in the Drosophila antenna, revealing the existence of novel periphery-to-brain temperature signalling channels.

Active Damping and Energy Recovery in a Hydraulic Boom Controlled by an Electric Drive

The aim of the study is to obtain a mathematical description for an alternative variant of controlling a hydraulic circuit with an electrical drive. The electrical and hydraulic systems are described by basic mathematical equations. The flexibilities of the load and boom is modeled with assumed mode method. The model is achieved and proven with simulations. The controller is constructed and proven to decrease oscillations and improve the dynamic response of the system.

The El Masnou Infralittoral sedimentary environment (Barcelona province, NW Mediterranean Sea): morphology and Holocene seismic stratigraphy

A detailed analysis of the morphology and the Holocene seismic and sequence stratigraphy and architecture of the infralittoral sedimentary environment of the El Masnou coast (Catalonia, NW Mediterranean Sea) was carried out using multibeam bathymetry and GeoPulse seismic data. This environment extends down to 26-30 m water depth, and is defined morphologically by two depositional wedges whose seafloor is affected by erosive furrows, slides, fields of large- and small-scale wavy bedforms, and dredging trenches and pits. Erosive terraces are also identified in the transition domain toward the inner continental shelf. The Holocene stratigraphy of the infralittoral environment is defined by two major seismic sequences (lower and upper), each one formed by internal seismic units. The sequences and units are characterised by downlapping surfaces made up of deposits formed by progradation of coastal lithosomes. The stratigraphy and stratal architecture, displaying a retrogradational arrangement with progradational patterns of minor order, were controlled by different sea-level positions. The stratigraphic division represents the coastal response to the last fourth-order transgressive and highstand conditions, modulated by small-scale sea-level oscillations (≈1-2 m) of fith to sixth order. This study also highlights the advantage of an integrated analysis using acoustic/seismic methods for practical assessment of the anthropogenic effects on infralittoral domains based on the association of marine geological observations.

Diagnostic methods and treatment options for focal cortical dysplasia.

Our inability to adequately treat many patients with refractory epilepsy caused by focal cortical dysplasia (FCD), surgical inaccessibility and failures are significant clinical drawbacks. The targeting of physiologic features of epileptogenesis in FCD and colocalizing functionality has enhanced completeness of surgical resection, the main determinant of outcome. Electroencephalography (EEG)-functional magnetic resonance imaging (fMRI) and magnetoencephalography are helpful in guiding electrode implantation and surgical treatment, and high-frequency oscillations help defining the extent of the epileptogenic dysplasia. Ultra high-field MRI has a role in understanding the laminar organization of the cortex, and fluorodeoxyglucose-positron emission tomography (FDG-PET) is highly sensitive for detecting FCD in MRI-negative cases. Multimodal imaging is clinically valuable, either by improving the rate of postoperative seizure freedom or by reducing postoperative deficits. However, there is no level 1 evidence that it improves outcomes. Proof for a specific effect of antiepileptic drugs (AEDs) in FCD is lacking. Pathogenic mutations recently described in mammalian target of rapamycin (mTOR) genes in FCD have yielded important insights into novel treatment options with mTOR inhibitors, which might represent an example of personalized treatment of epilepsy based on the known mechanisms of disease. The ketogenic diet (KD) has been demonstrated to be particularly effective in children with epilepsy caused by structural abnormalities, especially FCD. It attenuates epigenetic chromatin modifications, a master regulator for gene expression and functional adaptation of the cell, thereby modifying disease progression. This could imply lasting benefit of dietary manipulation. Neurostimulation techniques have produced variable clinical outcomes in FCD. In widespread dysplasias, vagus nerve stimulation (VNS) has achieved responder rates >50%; however, the efficacy of noninvasive cranial nerve stimulation modalities such as transcutaneous VNS (tVNS) and noninvasive (nVNS) requires further study. Although review of current strategies underscores the serious shortcomings of treatment-resistant cases, initial evidence from novel approaches suggests that future success is possible.

Gli altri noi : Rom e residenti nella Svizzera italiana : etnografia e mediazione

Cette recherche porte sur les roms (vlach) qui séjournent périodiquement en Suisse italienne, en camping-cars ou en caravanes, pratiquant un semi- nomadisme lié à des motivations principalement économiques, mais également familiales et religieuses. Elle poursuit simultanément deux objectifs. Le premier est lié à un souci de médiation culturelle, qui rejoint les réflexions sur la façon de gérer au mieux les conflits entre les diverses composantes du vivre ensemble. Le second vise à approfondir la connaissance des populations roms concernées (lovara, éurara ou kalderasa, de nationalités italienne, française et espagnole). Les deux objectifs sont évidemment reliés, car comprendre les dynamiques conflictuelles exige la connaissance approfondie des acteurs en interaction. Les relations entre résidents tessinois et roms ont évolué dans le temps, avec des oscillations entre le pôle du refus et celui de l'attraction, entre rejet et reconnaissance, méfiance et confiance. Ces variations historiques renvoient à un fondement commun, à une dynamique des oppositions réciproques. L'analyse anthropologique a fait apparaître le rôle ambivalent du conflit dans la production et la reproduction de la relation d'altérité. L'exclusion des roms fournit à certaines tendances politiques locales l'occasion d'apparaître comme les protecteurs des résidents contre les étrangers ; inversement, l'opposition des roms aux gaiés leur permet de resserrer leur communauté et de prévenir l'assimilation. La médiation culturelle peut espérer gérer cette dynamique relationnelle, certainement pas la faire disparaître. Le modèle intégratif traditionnel de l'État- nation se révèle trop étroit pour accueillir la culture rom. Casser la résistance des roms envers le travail salarié et envers la scolarisation obligatoire, entraver leur semi-nomadisme (qui incite aussi leurs rencontres familiales et religieuses), refuser de reconnaître leur organe de justice interne et leur langue, tout cela ne ferait que concourir à leur disparition culturelle. Les roms sont conscients de ces possibilités, raison pour laquelle ils maintiennent une ambivalence relationnelle avec les ga£és, quitte à apparaître comme des « tsiganes indésirables ». Abstract : This research focuses on the Roma people (Vlach) who periodically stay in Italian Switzerland in caravans or camper vans, practising a semi-nomadic lifestyle - a choice based mainly on economic imperatives but also on familial and religious grounds. This study will address two objectives at the same time. The first involves cultural mediation, and considers the best way to manage the existing conflicts between the cultural components of the social environment. The second aims to increase knowledge of the Roma populations under examination - the Italian, French and Spanish Lovara, Éurara or Kalderasa. The two objectives are clearly linked, as a deeper understanding of the people involved is vital if we are to increase understanding of the dynamics of confrontation. The relationships between the residents of the Ticino area and the Roma people have evolved over time, oscillating in varying degrees between rejection and attraction, confrontation and recognition, suspicion and trust. These variations spring from a common base, a dynamic shaped by mutual opposition. The anthropological analysis highlights the ambivalent role of conflict in the production and reproduction of relations of otherness. Excluding the Roma has given some local politicians the opportunity to position themselves as protectors of residents against foreigners. Inversely, the Roma people's opposition to the Gazé strengthens links within their community and prevents assimilation. Cultural mediation may aspire to manage this relational dynamic, but not abolish it. The traditional integrative model of the nation-state has shown itself to be too restrictive to accommodate the Romani culture. Rejecting the Roma's resistance to salaried work and obligatory schooling, obstructing their semi-nomadic lifestyle (one that also involves family and religious assemblies) and refusing to recognise their traditional courts and mother tongue, all that can only contribute to the dilution of their cultural heritage. The Roma are fully aware of these possibilities, which is why they retain a relational ambivalence in their dealings with the Gazé, at the cost of appearing to be "undesirable gypsies".

Développement psychomoteur des enfants nés prématurément avec retard de croissance

La grande prématurité, soit une naissance avant 32/40 semaines de gestation, concerne 1% des enfants en Suisse. L'avenir développemental de ces enfants prématurés est influencé pai" des facteurs présents avant la naissance, durant le séjour néonatal, puis par l'environnement. Certains enfants, à terme ou prématurés, naissent avec un poids trop petit pour l'âge gestationnel (Retard de Croissance Intra-utérin, RCIU). Chez les enfants nés à terme, les recherches montrent que cet élément est associé à des troubles du comportement, et notamment une hyperactivité. Chez l'enfant grand prématuré, les résultats sont plus mitigés, certaines études montrent plus de déficiences cognitives, d'autres plus d'hyperactivité, et finalement d'autres aucune séquelle. L'objectif de cette analyse rétrospective était donc d'évaluer l'impact, dans une cohorte d'enfants prématurés nés entre 2000 et 2005, du RCIU sur les scores cognitifs, le risque de déficience motrice, visuelle ou auditive, et le comportement. Durant cette période, 523 patients nés avant 32 semaines de gestation ont été hospitalisés dans notre centre tertiaire, dont 450 ont survécu et 343 (76%) ont été évalués à l'âge de 5 ans. L'évaluation à 5 ans comprenait une anamnèse, un examen neurologique détaillé, une évaluation cognitive au moyen d'un test standardisé, le K-ABC, et un questionnaire de dépistage des troubles du comportement (Strengths and Difficulties Questionnaire). Les analyses de régression ont montré l'absence d'association entre le petit poids de naissance et les score cognitifs, le risque de déficience neuro dé veloppementale (retard mental, paralysie cérébrale, cécité ou surdité), ou l'utilisation de thérapies. Par contre, comme chez les enfants nés à terme, cet élément était significativement associé au comportement hyperactif. Les facteurs néonataux associés au score cognitif dans l'analyse multi variée étaient l'âge gestationnel, le niveau socio-économique et les lésions cérébrales majeures. Le risque de déficience était influencé par l'âge gestationnel, les lésions cérébrales, la consommation de tabac durant la grossesse et l'asphyxie néonatale (pH< 7.0 et encéphalopathie). La présence de lésions cérébrales majeures était associée à l'utilisation de plusieurs thérapies, alors que 1 utilisation d'une seule thérapie était associée à l'âge gestationnel, à la présence d'une entérocolite nécrosante, ou d'une asphyxie néonatale. Conclusion : Dans notre cohorte, le petits poids de naissance chez les enfants grands prématurés n'était associé qu'au comportement hyperactif, et à aucune autre séquelle neurodeveloppementale. Pour mieux définir l'impact du RCIU chez les grands prématurés, des etudes complémentaires, permettant de distinguer les patients avec petit poids constitutionnel de ceux avec retard de croissance, sont nécessaires.

Hepatic circadian clock oscillators and nuclear receptors integrate microbiome-derived signals.

The liver is a key organ of metabolic homeostasis with functions that oscillate in response to food intake. Although liver and gut microbiome crosstalk has been reported, microbiome-mediated effects on peripheral circadian clocks and their output genes are less well known. Here, we report that germ-free (GF) mice display altered daily oscillation of clock gene expression with a concomitant change in the expression of clock output regulators. Mice exposed to microbes typically exhibit characterized activities of nuclear receptors, some of which (PPARα, LXRβ) regulate specific liver gene expression networks, but these activities are profoundly changed in GF mice. These alterations in microbiome-sensitive gene expression patterns are associated with daily alterations in lipid, glucose, and xenobiotic metabolism, protein turnover, and redox balance, as revealed by hepatic metabolome analyses. Moreover, at the systemic level, daily changes in the abundance of biomarkers such as HDL cholesterol, free fatty acids, FGF21, bilirubin, and lactate depend on the microbiome. Altogether, our results indicate that the microbiome is required for integration of liver clock oscillations that tune output activators and their effectors, thereby regulating metabolic gene expression for optimal liver function.

Hepatic circadian clock oscillators and nuclear receptors integrate microbiome-derived signals.

The liver is a key organ of metabolic homeostasis with functions that oscillate in response to food intake. Although liver and gut microbiome crosstalk has been reported, microbiome-mediated effects on peripheral circadian clocks and their output genes are less well known. Here, we report that germ-free (GF) mice display altered daily oscillation of clock gene expression with a concomitant change in the expression of clock output regulators. Mice exposed to microbes typically exhibit characterized activities of nuclear receptors, some of which (PPARα, LXRβ) regulate specific liver gene expression networks, but these activities are profoundly changed in GF mice. These alterations in microbiome-sensitive gene expression patterns are associated with daily alterations in lipid, glucose, and xenobiotic metabolism, protein turnover, and redox balance, as revealed by hepatic metabolome analyses. Moreover, at the systemic level, daily changes in the abundance of biomarkers such as HDL cholesterol, free fatty acids, FGF21, bilirubin, and lactate depend on the microbiome. Altogether, our results indicate that the microbiome is required for integration of liver clock oscillations that tune output activators and their effectors, thereby regulating metabolic gene expression for optimal liver function.

Redox dysregulation in schizophrenia : effect on myelination of cortical structures and connectivity

Cette thèse traite du rôle qu'un facteur de risque génétique développé chez les patients souffrant de schizophrénie, à savoir un déficit de la synthèse du glutathion, peut jouer dans les anomalies de la connectivité cérébrale trouvées chez ces patients. L'essentiel du travail a été consacré à évaluer la structure de la substance blanche dans l'ensemble du cerveau chez un modèle animal par une méthode similaire à celle utilisée en recherche clinique avec l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cette approche de translation inverse chez la souris knock-out de glutamate-cystéine ligase modulateur sous-unité (Gclm KO), avait l'objectif d'étudier l'effet des défenses redox déficientes sur le développement des connexions cérébrales, tout en excluant celui des facteurs non liés au génotype. Après avoir établi le protocole de recherche, l'influence d'une manipulation environnementale a également été étudiée. Pour effectuer une analyse statistique fiable des données d'IRM obtenues, nous .avons d'abord créé un atlas du cerveau de la souris afin de l'utiliser comme modèle pour une segmentation précise des différentes régions du cerveau sur les images IRM obtenues in vivo. Les données provenant de chaque région d'intérêt ont ensuite été étudiées séparément. La qualité de cette méthode a été évaluée dans une expérience de simulation pour déduire la puissance statistique réalisable dans chaque région en fonction du nombre d'animaux utilisés. Ces outils d'analyse nous ont permis d'évaluer l'intégrité de la substance blanche dans le cerveau des souris durant le développement grâce à une expérience longitudinale, en utilisant l'imagerie du tenseur de diffusion (DTI). Nous avons ainsi observé des anomalies dans les paramètres dérivés du tenseur (diffusivité et anisotropie) dans la Commissure Antérieure et le Fimbria/Fornix des souris Gclm KO, par rapport aux animaux contrôles. Ces résultats suggèrent une substance blanche endommagée dans ces régions. Dans une expérience électrophysiologique, Pascal Steullet a montré que ces anomalies ont des conséquences fonctionnelles caractérisées par une réduction de la vitesse de conduction dans les fibres nerveuses. Ces données renforcent les conclusions des analyses d'imagerie. Le mécanisme par lequel une dérégulation redox affecte la structure de la substance blanche reste encore à définir, car une analyse immunohistochimique des protéines constituantes de la couche de myéline des fibres concernées n'a pas donné de résultats concluants. Nous avons également constaté un élargissement des ventricules dans les jeunes souris Gclm KO, mais pas chez les adultes et des anomalies neurochimiques déjà connues chez ces animaux (Duarte et al. 2011), à savoir une réduction du Glutathion et une augmentation de l'acide N-acétylaspartique, de l'Alanine et du ratio Glutamine/Glutamate. Nous avons ensuite testé l'effet d'un stress environnemental supplémentaire, l'élevage en isolement social, sur le phénotype. Ce stress n'a eu aucun effet sur la structure de la substance blanche évaluée par DTI, mais a réduit la concentration de myo-Inositol et augmenté le ratio de Glutamine/Glutamate dans le cortex frontal. Nous avons aussi reproduit dans ce groupe indépendant d'animaux les effets du génotype sur le profil neurochimique, sur la taille des ventricules et aussi sur les paramètres dérivés du tenseur de diffusion dans le Fimbria/Fornix, mais pas dans la Commissure Antérieure. Nos résultats montrent qu'une dérégulation redox d'origine génétique perturbe la structure et la fonction de la substance blanche dans des régions spécifiques, causant ainsi l'élargissement des ventricules. Ces phénotypes rassemblent certaines caractéristiques neuro-anatomiques de la schizophrénie, mais les mécanismes qui en sont responsables demeurent encore inconnus. L'isolement social n'a pas d'effet sur la structure de la substance blanche évaluée par DTI, alors qu'il est prouvé qu'il affecte la maturation des oligodendrocytes. La neurochimie corticale et en particulier le rapport Glutamine/Glutamate a été affecté par le dérèglement redox ainsi que par l'isolement social. En conséquence, ce ratio représente un indice prometteur dans la recherche sur l'interaction du stress environnemental avec le déséquilibre redox dans le domaine de la schizophrénie. -- The present doctoral thesis is concerned with the role that a genetic risk factor for the development of schizophrenia, namely a deficit in Glutathione synthesis, may play in the anomalies of brain connectivity found in patients. Most of the effort was devoted to perform a whole-brain assessment of white matter structure in the Glutamate-Cysteine ligase modulatory knockout mouse model (Gclm KO) using Magnetic Resonance Imaging (MRI) techniques similar to those used in state-of-the-art clinical research. Such reverse translational approach taking brain imaging from the bedside to the bench aimed to investigate the role that deficient redox defenses may play in the development of brain connections while excluding all influencing factors beside the genotype. After establishing the protocol, the influence of further environmental manipulations was also studied. Analysis of MRI images acquired in vivo was one of the main challenges of the project. Our strategy consisted in creating an atlas of the mouse brain to use as segmentation guide and then analyze the data from each region of interest separately. The quality of the method was assessed in a simulation experiment by calculating the statistical power achievable in each brain region at different sample sizes. This analysis tool enabled us to assess white matter integrity in the mouse brain along development in a longitudinal experiment using Diffusion Tensor Imaging (DTI). We discovered anomalies in diffusivity parameters derived from the tensor in the Anterior Commissure and Fimbria/Fornix of Gclm KO mice when compared to wild-type animals, which suggest that the structure of these tracts is compromised in the KO mice. In an elegant electrophysiological experiment, Pascal Steullet has provided evidence that these anomalies have functional consequences in form of reduced conduction velocity in the concerned tracts, thus supporting the DTI findings. The mechanism by which redox dysregulation affects WM structure remains unknown, for the immunohistochemical analysis of myelin constituent proteins in the concerned tracts produced inconclusive results. Our experiments also detected an enlargement of the lateral ventricles in young but not adult Gclm KO mice and confirmed neurochemical anomalies already known to affect this animals (Duarte et al. 2011), namely a reduction in Glutathione and an increase in Glutamine/Glutamate ratio, N-acetylaspartate and Alanine. Using the same methods, we tested the effect of an additional environmental stress on the observed phenotype: rearing in social isolation had no effect on white matter structure as assessed by DTI, but it reduced the concentration of myo-Inositol and increased the Glutamine/Glutamate ratio in the frontal cortex. We could also replicate in this separate group of animals the effects of genotype on the frontal neurochemical profile, ventricular size and diffusivity parameters in the Fimbria/Fornix but not in the Anterior Commissure. Our data show that a redox dysregulation of genetic origin may disrupt white matter structure and function in specific tracts and cause a ventricular enlargement, phenotypes that resemble some neuroanatomical features of schizophrenia. The mechanism responsible remains however unknown. We have also demonstrated that environmental stress in form of social isolation does not affect white matter structure as assessed by DTI even though it is known to affect oligodendrocyte maturation. Cortical neurochemistry, and specifically the Glutamine to Glutamate balance was affected both by redox dysregulation and social isolation, and is thus a good target for further research on the interaction of redox imbalance and environmental stress in schizophrenia.