Mechanical properties of rat cardiac skinned fibers are altered by chronic growth hormone hypersecretion.

Chronic growth hormone (GH) hypersecretion in rats leads to increased isometric force without affecting the unloaded shortening velocity of isolated cardiac papillary muscles, despite a marked isomyosin shift toward V3. To determine if alterations occurred at the level of the contractile proteins in rats bearing a GH-secreting tumor (GH rats), we examined the mechanical properties of skinned fibers to eliminate the early steps of the excitation-contraction coupling mechanism. We found that maximal active tension and stiffness at saturating calcium concentrations (pCa 4.5) were markedly higher in GH rats than in control rats (tension, 52.9 +/- 5.2 versus 38.1 +/- 4.6 mN.mm-2, p < 0.05; stiffness, 1,105 +/- 120 versus 685 +/- 88 mN.mm-2.microns-1, p < 0.01), whereas values at low calcium concentrations (pCa 9) were unchanged. In addition, the calcium sensitivity of the contractile proteins was slightly but significantly higher in GH rats than in control rats (delta pCa 0.04, p < 0.001). The crossbridge cycling rate, reflected by the response to quick length changes, was lower in GH rats than in control rats (62.0 +/- 2.6 versus 77.4 +/- 6.6 sec-1, p < 0.05), in good agreement with a decrease in the proportion of alpha-myosin heavy chains in the corresponding papillary muscles (45.5 +/- 2.0% versus 94.6 +/- 2.4%, p < 0.001). The changes in myosin heavy chain protein phenotype were paralleled by similar changes of the corresponding mRNAs, indicating that the latter occurred mainly at a pretranslational level. These results demonstrate that during chronic GH hypersecretion in rats, alterations at the myofibrillar level contribute to the increase in myocardial contractility observed in intact muscle.

MOLECULAR REORGANIZATION FOLLOWING SENSORY STIMULATION IN THE ADULT MOUSE BARREL CORTEX

Sensory information is an important factor in shaping neuronal circuits during development and adulthood. In the barrel cortex of adult rodents, cells from layer IV are able to adapt their functional state to an increased flow of sensory information from the mystacial whisker follicles. Previous studies in our group have shown that whisker stimulation induces the formation of inhibitory synapses in the corresponding barrel (Knott et al., 2002) and decreases neuronal responses toward the deflection of the stimulated whisker (Quairiaux et al., 2007). Together these observations have turned the barrel cortex into a model to study homeostatic plasticity. At the cellular level, neuronal activity triggers intracellular signaling cascades leading to a transcriptional response. To further characterize the molecular pathways involved in the synaptic changes after whisker stimulation in the adult mouse, a previous doctoral student in our group performed a microarray analysis on laser-dissected barrels in sections through layer IV. This study identified the regulation (up and down) of a series of genes in the stimulated barrels (thesis of Johnston-Wenger, 2010). We here focused on ten genes that presented the highest fold change according to the microarray analysis. Out of these genes, 7 are known as neuronal activity-dependent genes (Tnncl, Nptx2, Sorcs3, Ptgs2, Nr4a2, Npas4 and Adcyapl) whereas three have so far not been related to neuronal plasticity (Scn7a, Pcdhl5 and Cede3). The study aimed at confirming the results of the microarray analysis and localizing molecular modifications in the stimulated barrel column at the cellular level. In situ hybridization for Pcdhl5 after different periods of whisker stimulation (3, 6, 9, 15, 24 hrs) allowed us to confirm that the 1.25 fold change used for the microarray analysis is an appropriate threshold for considering a regulation significant after sensory-stimulation. Moreover, we confirmed with in situ hybridization a significant upregulation of the genes of interest in the stimulated barrels. In situ hybridization and immunohistochemistry allowed us to observe the distribution of the genes of interest and the corresponding protein products at the cellular level. Three observations were made: 1) alterations of the expression was restricted to the stimulated barrels for all genes tested; 2) within a barrel column not all cells responded to whisker stimulation with an altered gene expression; 3) in the stimulated barrels, two different patterns of mRNA and protein expression can be distinguished. We hypothesize that this segregation of the activity-induced gene expression reflects the segregation of the two principal thalamocortical pathways conveying the sensory information to the barrel cortex. Moreover, only neurons reaching the critical threshold will modify their gene expression program resulting in structural as well as physiological modifications that prevent the subsequent propagation of the excess of excitation to the postsynaptic targets. The activity-induced gene expression is therefore adapted in a cell-type-specific manner to induce a homeostatic response to the entire neuronal network involved in the integration of the sensory information. This to our knowledge the first study showing the distinct, but complementary contribution of the two thalamocortical pathways in experience-dependent plasticity in the adult mouse barrel cortex. -- L'information sensorielle nous permet de continuellement façonner nos circuits neuronaux autant durant le développement qu'à l'âge adulte. Chez le rongeur l'information sensorielle perçue par les vibrisses est intégrée au niveau du cortex somatosensoriel primaire (appelé en anglais « barrel cortex ») dont les cellules de la couche IV sont capables d'adapter leur état fonctionnel en réponse à une augmentation d'activité neuronale. Ce modèle expérimental a permis à notre groupe de recherche d'observer des changements rapides du circuit neuronal en fonction de l'activité sensorielle. En effet, la stimulation continue d'une vibrisse d'une souris adulte pendant 24 heures induit non seulement un remaniement synaptique (Knott et al., 2002), mais également des changements physiologiques au niveau des neurones du tonneau correspondant (Quairiaux et al., 2007). Ces observations nous permettent d'affirmer que le « barrel cortex » est un modèle approprié pour y étudier la plasticité synaptique. Au niveau cellulaire, l'activité neuronale déclenche des cascades de signalisation intracellulaire résultant en une réponse transcriptionnelle. Afin de caractériser les voies moléculaires impliquées dans la plasticité synaptique, une puce à ARN nous a permis de comparer l'expression de gènes entre un tonneau correspondant à une vibrisse stimulée et un tonneau d'une vibrisse non-stimulée (Nathalie). Cette analyse a révélé un certain nombre de gènes régulés de manière positive ou négative par l'augmentation de l'activité neuronale. Nous nous sommes concentrés sur 10 gènes dont l'expression est fortement régulée. L'expression de sept d'entre eux a déjà été démontrée comme dépendante de l'activité neuronale (Tnncl, Nptx2, Sorcs3, Ptgs2, Nr4a2, Npas4 otAdcyapl) alors que l'expression des trois autres (Scn7a, Pcdhl5 et Cedei) n'a pour le moment pas encore été liée à la plasticité neuronale. Le but de cette thèse est de confirmer les résultats de la puce à ARN et de déterminer dans quel type cellulaire ces gènes sont exprimés. L'hybridation in situ pour le gène Pcdhl5, après différentes périodes de stimulation des vibrisses (3, 6, 9, 15 et 24 heures), nous a permis de confirmer que le seuil de 1.25x utilisé dans l'analyse de la puce à ARN est approprié pour considérer qu'un gène est régulé de manière significative par la stimulation sensorielle. Nous avons également pu confirmer à l'aide de cette technique que la stimulation sensorielle augmente significativement l'expression de ces dix gènes. L'expression de ces gènes au niveau cellulaire a été observée à l'aide des techniques d'hybridation in situ et d'immunohistochimie. Trois observations ont été faites : 1) la régulation de ces gènes est restreinte aux tonneaux correspondants aux vibrisses stimulées ; 2) au niveau d'une colonne corticale correspondant aux vibrisses stimulées, seules certaines cellules présentent une altération de leur expression génique ; 3) au niveau des tonneaux stimulés, deux profils d'expression d'ARNm et de protéines sont observés. Notre hypothèse est que cette distribution pourrait correspondre à la terminaison ségrégée des deux voies thalamocortical qui amènent l'information sensorielle dans le cortex cérébral. De plus, seul les neurones atteignant le seuil critique d'activation modifient leur expression génique en réponse à la stimulation sensorielle. Ces changements d'expression géniques vont permettre à la cellule de modifier ses propriétés structurales et physiologiques de manière a prevenir la propagation d'un excès d'activité neuronale au niveau de ses cibles postsynaptics. L'activité neuronale agit donc spécifiquement sur certains types cellulaires de maniere a induire une réponse homéostatique au niveau du réseau neuronal impliqué dans l'integration de l'information sensorielle. Nos travaux démontrent pour une première fois que les deux voies sensorielles contribuent d'une manière distincte et complémentaire à la plasticité corticale induite par un changement de l'activité sensorielle chez la souris adulte.

Selective three-dimensional visualization of the coronary arterial lumen using arterial spin tagging.

Conventional coronary magnetic resonance angiography (MRA) techniques display the coronary blood-pool along with the surrounding structures, including the myocardium, the ventricular and atrial blood-pool, and the great vessels. This representation of the coronary lumen is not directly analogous to the information provided by x-ray coronary angiography, in which the coronary lumen displayed by iodinated contrast agent is seen. Analogous "luminographic" data may be obtained using MR arterial spin tagging (projection coronary MRA) techniques. Such an approach was implemented using a 2D selective "pencil" excitation for aortic spin tagging in concert with a 3D interleaved segmented spiral imaging sequence with free-breathing, and real-time navigator technology. This technique allows for selective 3D visualization of the coronary lumen blood-pool, while signal from the surrounding structures is suppressed.

mitoKATP channel activation in the postanoxic developing heart protects E-C coupling via NO-, ROS-, and PKC-dependent pathways.

Whereas previous studies have shown that opening of the mitochondrial ATP-sensitive K(+) (mitoK(ATP)) channel protects the adult heart against ischemia-reperfusion injury, it remains to be established whether this mechanism also operates in the developing heart. Isolated spontaneously beating hearts from 4-day-old chick embryos were subjected to 30 min of anoxia followed by 60 min of reoxygenation. The chrono-, dromo-, and inotropic disturbances, as well as alterations of the electromechanical delay (EMD), reflecting excitation-contraction (E-C) coupling, were investigated. Production of reactive oxygen species (ROS) in the ventricle was determined using the intracellular fluorescent probe 2',7'-dichlorofluorescin (DCFH). Effects of the specific mitoK(ATP) channel opener diazoxide (Diazo, 50 microM) or the blocker 5-hydroxydecanoate (5-HD, 500 microM), the nitric oxide synthase (NOS) inhibitor N(G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME, 50 microM), the antioxidant N-(2-mercaptopropionyl)glycine (MPG, 1 mM), and the PKC inhibitor chelerythrine (Chel, 5 microM) on oxidative stress and postanoxic functional recovery were determined. Under normoxia, the baseline parameters were not altered by any of these pharmacological agents, alone or in combination. During the first 20 min of postanoxic reoxygenation, Diazo doubled the peak of ROS production and, interestingly, accelerated recovery of ventricular EMD and the PR interval. Diazo-induced ROS production was suppressed by 5-HD, MPG, or L-NAME, but not by Chel. Protection of ventricular EMD by Diazo was abolished by 5-HD, MPG, L-NAME, or Chel, whereas protection of the PR interval was abolished by L-NAME exclusively. Thus pharmacological opening of the mitoK(ATP) channel selectively improves postanoxic recovery of cell-to-cell communication and ventricular E-C coupling. Although the NO-, ROS-, and PKC-dependent pathways also seem to be involved in this cardioprotection, their interrelation in the developing heart can differ markedly from that in the adult myocardium.

STAT3 links IL-22 signaling in intestinal epithelial cells to mucosal wound healing.

Signal transducer and activator of transcription (STAT) 3 is a pleiotropic transcription factor with important functions in cytokine signaling in a variety of tissues. However, the role of STAT3 in the intestinal epithelium is not well understood. We demonstrate that development of colonic inflammation is associated with the induction of STAT3 activity in intestinal epithelial cells (IECs). Studies in genetically engineered mice showed that epithelial STAT3 activation in dextran sodium sulfate colitis is dependent on interleukin (IL)-22 rather than IL-6. IL-22 was secreted by colonic CD11c(+) cells in response to Toll-like receptor stimulation. Conditional knockout mice with an IEC-specific deletion of STAT3 activity were highly susceptible to experimental colitis, indicating that epithelial STAT3 regulates gut homeostasis. STAT3(IEC-KO) mice, upon induction of colitis, showed a striking defect of epithelial restitution. Gene chip analysis indicated that STAT3 regulates the cellular stress response, apoptosis, and pathways associated with wound healing in IECs. Consistently, both IL-22 and epithelial STAT3 were found to be important in wound-healing experiments in vivo. In summary, our data suggest that intestinal epithelial STAT3 activation regulates immune homeostasis in the gut by promoting IL-22-dependent mucosal wound healing.

Role of Wnt/β-catenin in intestinal homeostasis

RESUME: La voie de signalisation Wnt est, dérégulée dans approximativement 90% des tumeurs colorectales humaines. La protéine ß-caténine, transducteur central de la voie de signalisation Wnt, peut directement moduler la transcription des gènes en interagissant avec des facteurs de transcription de la famille TCF/LEF. Afin d'étudier le rôle de la voie de signalisation Wnt dans l'homéostasie de l'épithélium intestinal normal, nous avons généré un modèle marin d'ablation inductible du gène de la ß-caténine. Cette ablation dans les souris adultes a provoqué une perte rapide de cellules progénitrices et des structures des cryptes de la muqueuse intestinale, cdincidant avec un blocage de la prolifération et une augmentation de la différentiation entérocytique. Notamment, les ceIIules souches intestinales sont induites à se différentier de façon terminale suite au blocage de la voie de signalisation Wnt, provoquant une perte complète de l'homéostasie intestinale. Le profil transcriptionnel des cryptes isolées par la microdissection au laser a confirmé ces observations et nous a permis d'identifier des gènes potentiellement responsables du maintien des cellules souches intestinales. Nos résultats démontrent donc la nécessité de la voie de signalisation Wnt/ß-catenin pour le maintien de l'épithélium intestinal. Ceci remet en question les efforts ciblant la voie de signalisation aberrante de Wnt en tant que nouvelle stratégie pour le traitement du cancer colorectal. SUMMARY: The Wnt signaling pathway is deregulated in over 90% of human colorectal cancers. ß-Catenin, the central signal transducer of the Wnt pathway, can directly modulate gene expression by interacting with transcription factors of the TCF/LEF-family. In order to investigate the role of Wnt signaling in the homeostasis of normal intestinal epithelium, we use atissue-specific, inducible ß-catenin gene ablation mouse model. Loss of ß-catenin in adult mice resulted in a rapid loss of progenitor cells and crypt structures, coinciding with blocked proliferation and with increased enterocytic differentiation. Importantly, intestinal stem cells were induced to terminally differentiate upon this block of Wnt signaling, resulting in a complete loss of intestinal homeostasis. Transcriptional profiling of mutant crypt RNA isolated by laser capture microdissection confirmed those observations and allowed us to identify genes potentially responsible for the maintenance of intestinal stem cells. Thus, our data show an essential requirement of Wnt/ß-catenin signaling in the maintenance of intestinal epithelium. This challenges attempts to target aberrant Wnt signaling as a new therapeutic strategy to treat colorectal cancer.

Decentralized model reference control of flexible cable-stayed beam structures

A decentralized model reference controller is designed to reduce the magnitude of the transversal vibration of a flexible cable-stayed beam structure induced by a seismic excitation. The controller design is made based on the principle of sliding mode such that a priori knowledge

Molecular characterization of regulatory polymorphisms in the promoter region of the STAT6 gene in a Gabonese population

Parasites remain competent invaders of host immunity. Their invasion strategies have proven to impact immunorelevant genes leading to diversity among gene families. We focussed on signal transducer and activator of transcription (STAT6) factor that plays a fundamental role in signal transduction and activation of transcription. Recent studies have highlighted the role of STAT6 variants in control of infection levels. We identified and investigated regulatory single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the promoter regions of the STAT6 gene in a group of Gabonese individuals exposed to a variety of parasitic infections. Three promoter variants were identified in 40 individual subjects. We further validated these promoter variants for their allelic gene expression using transient transfection assays. One promoter variant, rs3024944 (G/C), revealed an altered expression of the marker gene. The identification of function-altering SNPs in the promoter may facilitate studying parasite susceptibility in association studies.

The norepinephrine transporter inhibitor reboxetine reduces stimulant effects of MDMA ("ecstasy") in humans.

This study assessed the pharmacodynamic and pharmacokinetic effects of the interaction between the selective norepinephrine (NE) transporter inhibitor reboxetine and 3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA, "ecstasy") in 16 healthy subjects. The study used a double-blind, placebo-controlled crossover design. Reboxetine reduced the effects of MDMA including elevations in plasma levels of NE, increases in blood pressure and heart rate, subjective drug high, stimulation, and emotional excitation. These effects were evident despite an increase in the concentrations of MDMA and its active metabolite 3,4-methylenedioxyamphetamine (MDA) in plasma. The results demonstrate that transporter-mediated NE release has a critical role in the cardiovascular and stimulant-like effects of MDMA in humans.

Physiopathologie du coeur embryonnaire soumis à l'anoxie-réoxygénation: rôle protecteur du NO et des canaux KATP

RESUME Introduction : Dans le coeur adulte, l'ischémie et la reperfusion entraînent des perturbations électriques, mécaniques, biochimiques et structurales qui peuvent causer des dommages réversibles ou irréversibles selon la sévérité de l'ischémie. Malgré les récents progrès en cardiologie et en chirurgie foetales, la connaissance des mécanismes impliqués dans la réponse du myocarde embryonnaire à un stress hypoxique transitoire demeure lacunaire. Le but de ce travail a donc été de caractériser les effets chrono-, dromo- et inotropes de l'anoxie et de la réoxygénation sur un modèle de coeur embryonnaire isolé. D'autre part, les effets du monoxyde d'azote (NO) et de la modulation des canaux KATP mitochondriaux (mito KATP) sur la récupération fonctionnelle postanoxique ont été étudiés. La production myocardique de radicaux d'oxygène (ROS) et l'activité de MAP Kinases (ERK et JNK) impliquées dans la signalisation cellulaire ont également été déterminées. Méthodes : Des coeurs d'embryons de poulet âgés de 4 jours battant spontanément ont été placés dans une chambre de culture puis soumis à une anoxie de 30 min suivie d'une réoxygénation de 60 min. L'activité électrique (ECG), les contractions de l'oreillette, du ventricule et du conotroncus (détectées par photométrie), la production de ROS (mesure de la fluorescence du DCFH) et l'activité kinase de ERK et JNK dans le ventricule ont été déterminées au cours de l'anoxie et de la réoxygénation. Les coeurs ont été traités avec un bloqueur des NO synthases (L-NAME), un donneur de NO (DETA-NONOate), un activateur (diazoxide) ou un inhibiteur (5-HD) des canaux mitoKATP un inhibiteur non-spécifique des PKC (chélérythrine) ou un piégeur de ROS (MPG). Résultats : L'anoxie et la réoxygénation entraînaient des arythmies (essentiellement d'origine auriculaire) semblables à celles observées chez l'adulte, des troubles de la conduction (blocs auriculo-ventriculaires de 1er, 2ème et 3ème degré) et un ralentissement marqué du couplage excitation-contraction (E-C) ventriculaire. En plus de ces arythmies, la réoxygénation déclenchait le phénomène de Wenckelbach, de rares échappements ventriculaires et une sidération myocardique. Aucune fibrillation, conduction rétrograde ou activité ectopique n'ont été observées. Le NO exogène améliorait la récupération postanoxique du couplage E-C ventriculaire alors que L'inhibition des NOS la ralentissait. L'activation des canaux mito KATP augmentait la production mitochondriale de ROS à la réoxygénation et accélérait la récupération de la conduction (intervalle PR) et du couplage E-C ventriculaire. La protection de ce couplage était abolie par le MPG, la chélérythrine ou le L-NAME. Les fonctions électrique et contractile de tous les coeurs récupéraient après 30-40 min de réoxygénation. L'activité de ERK et de JNK n'était pas modifiée par L'anoxie, mais doublait et quadruplait, respectivement, après 30 min de réoxygénation. Seule l'activité de JNK était diminuée (-60%) par l'activation des canaux mitoKATP. Cet effet inhibiteur était partiellement abolit par le 5-HD. Conclusion: Dans le coeur immature, le couplage E-C ventriculaire semble être un paramètre particulièrement sensible aux conditions d'oxygénation. Sa récupération postanoxique est améliorée par l'ouverture des canaux mitoKATP via une signalisation impliquant les ROS Ies PKC et le NO. Une réduction de l'activité de JNK semble également participer à cette protection. Nos résultats suggèrent que les mitochondries jouent un rôle central dans la modulation des voies de signalisation cellulaire, en particulier lorsque les conditions métaboliques deviennent défavorables. Le coeur embryonnaire isolé représente donc un modèle expérimental utile pour mieux comprendre les mécanismes associés à une hypoxie in utero et pour améliorer les stratégies thérapeutiques en cardiologie et chirurgie foetales. ABSTRACT Physiopathology of the anoxic-reoxygenated embryonic heart: Protective role of NO and KATP channel Aim: In the adult heart, the electrical, mechanical, biochemical and structural disturbances induced by ischemia and reperfusion lead to reversible or irreversible damages depending on the severity and duration of ischemia. In spite of recent advances in fetal cardiology and surgery, little is known regarding the cellular mechanisms involved in hypoxia-induced dysfunction in the developing heart. The aim of this study was to precisely characterize the chrono-, dromo- and inotropic disturbances associated with anoxia-reoxygenation in an embryonic heart model. Furthermore, the roles that nitric oxide (NO), reactive oxygen species (ROS), mitochondrial KATP, (mito KATP) channel and MAP Kinases could play in the stressed developing heart have been investigated. Methods: Embryonic chick hearts (4-day-old) were isolated and submitted in vitro to 30 min anoxia followed by 60 min reoxygenation. Electrical (ECG) and contractile activities of atria, ventricle and conotruncus (photometric detection), ROS production (DCFH fluorescence) and ERK and JNK activity were determined in the ventricle throughout anoxia-reoxygenation. Hearts were treated with NO synthase inhibitor (L-NAME), NO donor (DETA-NONOate), mitoKATP channel opener (diazoxide) or blocket (5-HD), PKC inhibitor (chelerythrine) and ROS scavenger (MPG). Results: Anoxia and reoxygenation provoked arrhythxnias (mainly originating from atrial region), troubles of conduction (st, 2nd, and 3rd degree atrio-ventricular blocks) and disturbances of excitation-contraction (E-C) coupling. In addition to these types of arrhythmias, reoxygenation triggered Wenckebach phenomenon and rare ventricular escape beats. No fibrillations, no ventricular ectopic beats and no electromechanical dissociation were observed. Myocardial stunning was observed during the first 30 min of reoxygenation. All hearts fully recovered their electrical and mechanical functions after 30-40 min of reoxygenation. Exogenous NO improved while NOS inhibition delayed E-C coupling recovery. Mito KATP, channel opening increased reoxygenation-induced ROS production and improved E-C coupling and conduction (PR) recovery. MPG, chelerythrine or L-NAME reversed this effect. Reoxygenation increased ERK and JNK activities land 4-fold, respectively, while anoxia had no effect. MitoKATP channel opening abolished the reoxygenation-induced activation of JNK but had no effect on ERK activity. This inhibitory effect was partly reversed by mitoKATP channel blocker but not by MPG. Conclusion: In the developing heart, ventricular E-C coupling was found to be specially sensitive to hypoxia-reoxygenation and its postanoxic recovery was improved by mitoKATP channel activation via a ROS-, PKC- and NO-dependent pathway. JNK inhibition appears to be involved in this protection. Thus, mitochondria can play a pivotal role in the cellular signalling pathways, notably under critical metabolic conditions. The model of isolated embryonic heart appears to be useful to better understand the mechanisms underlying the myocardial dysfunction induced by an in utero hypoxia and to improve therapeutic strategies in fetal cardiology and surgery.

Pattern recognition of sleep in rodents using piezoelectric signals generated by gross body movements.

Current research on sleep using experimental animals is limited by the expense and time-consuming nature of traditional EEG/EMG recordings. We present here an alternative, noninvasive approach utilizing piezoelectric films configured as highly sensitive motion detectors. These film strips attached to the floor of the rodent cage produce an electrical output in direct proportion to the distortion of the material. During sleep, movement associated with breathing is the predominant gross body movement and, thus, output from the piezoelectric transducer provided an accurate respiratory trace during sleep. During wake, respiratory movements are masked by other motor activities. An automatic pattern recognition system was developed to identify periods of sleep and wake using the piezoelectric generated signal. Due to the complex and highly variable waveforms that result from subtle postural adjustments in the animals, traditional signal analysis techniques were not sufficient for accurate classification of sleep versus wake. Therefore, a novel pattern recognition algorithm was developed that successfully distinguished sleep from wake in approximately 95% of all epochs. This algorithm may have general utility for a variety of signals in biomedical and engineering applications. This automated system for monitoring sleep is noninvasive, inexpensive, and may be useful for large-scale sleep studies including genetic approaches towards understanding sleep and sleep disorders, and the rapid screening of the efficacy of sleep or wake promoting drugs.

New human kallikrein 14: enzymatic characterization and inhibitors development.

RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLIC En biologie, si une découverte permet de répondre à quelques questions, en général elle en engendre beaucoup d'autres. C'est ce qui s'est produit récemment dans le monde des kallicréines. De la famille des protéases, protéines ayant la faculté de couper plus ou moins spécifiquement d'autres protéines pour exercer un rôle biologique, la famille des kallicréines humaines n'était composée que de 3 membres lors du siècle dernier. Parmi eux, une kallicréine mondialement utilisée pour détecter le cancer de la prostate, le PSA. En 2000, un chercheur de l'hôpital universitaire Mont Sinaï à Toronto, le Professeur Eleftherios Diamandis, a découvert la présence de 12 nouveaux gènes appartenant à cette famille, situés sur le même chromosome que les 3 premières kallicréines. Cette découverte majeure a placé les spécialistes des kallicréines face à une montagne d'interrogations car les fonctions de ces nouvelles protéases étaient totalement inconnues. La kallicréine humaine 14 (hK14) présente un intérêt particulier, car elle se retrouve associée à différents cancers, notamment les carcinomes ovariens et mammaires. Cette association ne répond cependant pas à la fonction de cette protéase. L'objectif de ce travail de thèse était donc de découvrir, dans un premier temps, la spécificité de cette nouvelle kallicréine, c'est-à-dire le type de coupure qu'elle engendre au niveau des protéines qu'elle cible. Utilisant une technologie de pointe qui exploite la propriété des bactériophages à se répliquer dans les bactéries à l'infini, des dizaines de millions de combinaisons protéiques aléatoires ont été présentées à hK14, qui a pu sélectionner celles qui lui étaient favorables pour la coupure. Cette technique qualitative porte le nom de Phage Display Substrate. Une fois la sélection réalisée, il fallait transférer ces séquences coupées ou substrats dans un système permettant de donner une valeur quantitative à l'efficacité de coupure. Pour cela nous avons développé une technologie qui permet d'évaluer cette efficacité en utilisant des protéines fluorescentes de méduse, modifiées génétiquement, dont l'excitation de la première (CFP : cyan fluorescent protein) par la lumière à une certaine longue d'onde permet le transfert d'énergie à la seconde (YFP : yellow fluorescent protein), via un substrat qui les lie. Pour que ce transfert d'énergie se produise, il faut que les deux protéines fluorescentes soient proches, comme c'est le cas lorsqu'elles sont liées par un substrat. La coupure de ce lien provoque un changement de transfert d'énergie qui est quantifiable en utilisant un spectrofluoromètre. Cette technologie permet donc de suivre la réaction d'hydrolyse (coupure) des protéases. Afin de poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre la fonction biologique d'hK14 ainsi que son éventuelle implication dans le cancer, nous avons développé des inhibiteurs spécifiques d'hK14. Les séquences qui on été le plus efficacement coupées par hK14 ont été utilisées pour transformer deux types d'inhibiteurs classiques, qui circulent dans notre sang, en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Selon les résultats obtenus in vitro, ils pourront être évalués in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. RESUME Les protéases sont des enzymes impliquées dans des processus physiologiques mais aussi parfois pathologiques. La famille des kallicréines tissulaires humaines représente le plus grand groupe de protéases humaines, dont plusieurs pourraient participer au développement de certaines maladies. D'autre part, ces protéases sont apparues comme des marqueurs de pathogénicité potentiels, notamment dans les cas de cancers hormono-dépendants. La kallicréine humaine 14 a été récemment découverte et son implication dans quelques maladies, particulièrement dans le cas de tumeurs, semble probable. En effet, son expression génique est augmentée au niveau des tissus cancéreux de la prostate et du sein et son expression protéique s'est révélée plus élevée dans le sérum de patientes atteintes d'un cancer du sein ou des ovaires. Cependant, comme c'est le cas pour la plupart des kallicréines, sa fonction est encore inconnue. Afin de mieux connaître son rôle biologique et/ou pathologique, nous avons décidé de caractériser son activité enzymatique. Nous avons tout d'abord mis au point un système de substrats entièrement biologique permettant d'étudier in vitro l'activité des protéases. Ce système est basé sur le phénomène de FRET, à savoir le transfert d'énergie de résonance fluorescente qui intervient entre deux molécules fluorescentes voisines si le spectre d'émission de la protéine donneuse chevauche le spectre d'excitation de la protéine receveuse. Nous avons fusionné de manière covalente une protéine fluorescente bleue (CFP) et une jaune (YFP) en les liant avec diverses séquences. Par clivage de la séquence de liaison, une perte du transfert d'énergie peut être mesurée par un spectrofluoromètre. Cette technologie représente un moyen facile de suivre la réaction d'hydrolyse des protéases. Les conditions optimales de production de ces substrats CFP-YFP ont été déterminées, de même que les paramètres pouvant éventuellement influencer le FRET. Ce système possède une grande résistance à la protéolyse non spécifique et est applicable à un grand nombre de protéase. Contrairement aux substrats fluorogéniques, il permet d'étudier les acides aminés se trouvant des deux côtés du site de clivage. Ce système étant entièrement biologique, il est le reflet des interactions protéine-protéine et représente un outil biologique facile, bon marché et rapide pour caractériser les protéases. Dans un premier temps, hK14 a été mise en présence d' une banque de haute diversité de pentapeptides aléatoires présentée à la surface de phages afin d'identifier des substrats spécifiques. Ensuite, le système CFP-YFP a été employé pour trier les peptides sélectionnés afin d'identifier les séquences de substrats les plus sensibles et spécifiques pour hK14. Nous avons montré, qu'en plus de sa prévisible activité de type trypsine, hK14 possède aussi une très surprenante activité de type chymotrypsine. Les séquences les plus sensibles ont été choisies pour cribler la banque de donnée Swissprot, permettant ainsi l'identification de 6 substrats protéiques humains potentiels pour hK14. Trois d'entre eux, la laminine α-5, le collagène IV et la matriline-4, qui sont des composants de la matrice extracellulaire, ont démontré une grande susceptibilité à l'hydrolyse par hK14. De plus, la séparation éléctrophorétique a montré que la dégradation de la laminine α-5 et de la matriline-4 par hK14 devait se produire aux sites identifiés par la technologie du phage display. Pour terminer, nous avons transformé, par mutagenèse dirigée, deux serpines (inhibiteurs de protéases de type sérine) connues, AAT et ACT (alpha anti-trypsine et alpha anti-chymotrypsine), qui inhibent un vaste éventail d'enzymes humaines en inhibiteurs d'hK14 hautement efficaces et spécifiques. Ces inhibiteurs pourront être utilisés d'une part pour poursuivre certaines expériences permettant de mieux comprendre l'implication d'hK14 dans des voies physiologiques ou dans le cancer et d'autre part pour les évaluer in vivo en tant que traitement potentiel contre le cancer. SUMMARY Proteases consist of enzymes involved in physiological events, but also, in case of dysregulation, in pathogenicity. The human tissue kallikrein family represents the largest human protease cluster and includes several members that either could participate in the course of certain diseases or emerged as potential biological markers, especially in hormone dependent cancers. The human kallikrein 14 has been recently discovered and suggested implications in some disorders, particularly in tumors since its gene expression is up-regulated in prostate and breast cancer tissues and its protein expression increased in the serum of patients with breast and ovarian cancers. However, like most kallikreins, its function remains unknown. To better understand hK14 biological and/or pathological role, we decided to characterize its enzymatic activity. First of all, we developped a biological system suitable for in vitro study of protease activity. This system is based on the so-called FRET phenomenon, that is the Fluorescence Resonance Energy Transfer that occurs between two nearby fluorescent proteins if the emission spectrum of the donor overlaps the excitation spectrum of the acceptor. We fused covalently a cyan fluorescent protein (CFP) and a yellow fluorescent protein (YFP) with diverses sequences. Upon cleavage of the linker sequence by protease, the loss of energy transfer can be measured by a spectrofluorometer allowing an easy following of hydrolysis reaction. The optimal conditions to produce in bacterial system these CFP-YFP substrates were determined as well as the parameters that could eventually influence the FRET. This system demonstrated a high degree of resistance to non-specific proteolysis and applicability to various conditions corresponding to a great number of existing proteases. Other avantages are the possibility to study the amino acids located both sides of the cleavage site as well as the interest to work in a full biological system reflecting protein-protein interaction. A phage substrate library with exhaustive diversity was used prior to CFP-substrate-YFP system to isolate specific human kallikrein 14 substrates. After that the CFP-YFP system was used to sort peptides and identify highly sensitive and specific substrate sequences for hK14. We showed that besides its predictable trypsin-like activity, hK14 also possesses a surprising chymotrypsin-like activity. The screening of the Swissprot database was achieved with the most sensitive sequences and allowed the identification of 6 potential human protein substrates for hK14. Three of them, laminin α-5, collagen IV and matrilin-4, which are components of the extracellular matrix were incubated with hK14, by which they were efficiently hydrolyzed. Moreover, electrophoretic separation revealed that degradation of laminin α-5 and matrilin-4 by hK14 generated fragments with identical molecular size than the predicted N-terminal fragments that would result from hK14 specific cleavage, proving the value of phage display substrate to identify potential substrates. Finally, with site-directed mutagenesis, we transformed two well-known serpins (serine protease inhibitors), AAT and ACT (alpha anti-trypsin and alpha anti-chymotrypsin), which inhibit a vast spectrum of human enzymes into highly efficient and specific hK14 inhibitors. These inhibitors will be used to pursue experiments that could help understand hK14 implication in physiological pathways as well as in cancer biology and also to perform their in vivo evalution as potential cancer treatment.

The roles of PKCδ and Src kinases in the glucocorticoid induction and the TGF-β superinduction of the mouse mammary tumor virus transcription in B lymphocytes

Résumé : Le virus tumoral de la glande mammaire de la souris (MMTV) est un rétrovirus provoquant le développement de tumeurs dans les glandes mammaires des souris susceptibles femelles. Au cours de son évolution, le virus s'est adapté et s'exprime dans des cellules spécialisées. Les lymphocytes B sont les premières cellules infectées et elles sont essentielles pour la propagation de l'infection aux glandes mammaires. Dans notre étude, le virus MMTV a été utilisé afin d'examiner les voies de signalisation induites par les glucocorticoïdes (dexaméthasone (dex), une hormone stéroïdienne) et le transforming growth factor-f3 (TGF-P, une cytokine), deux molécules impliquées dans l'activation de la transcription à partir du promoteur du MMTV dans les cellules B. Le TGF-P seul n'influence pas l'activité du promoteur du MMTV. Par contre, en synergie avec dex, le TGF-P provoque une super-induction de l'expression du promoteur par rapport à une stimulation par le glucocorticoïde seul. Cette super-induction est régulée par une famille de protéines, les Smads. Ainsi, dans les lymphocytes B, l'utilisation du MMTV a permis de mettre en évidence une nouvelle synergie entre les glueocortieoïdes et le TGF-p. pans ce travail, l'utilisation d'inhibiteurs pharmacologiques et de mutants « dominant-négatifs » nous a pet mis de démontrer qu'une Protéine Kinase C delta (PKC5) active est impliquée dans la transduction du signal lors de la réponse au dex ainsi que celle au TGF-P. Néanmoins, la PKC5 est régulée différemment dans chaque voie spécifique : la voie du TGF-p nécessitait l'activation du PKC5 par diacylglycerol (DAG) et la phosphorylation de tyrosines spécifiques, alors que la voie impliquant les glucocorticoïdes ne le nécessitait pas. Nous avons aussi démontré qu'une tyrosine kinase de la famille Src est responsable de la phosphorylation des tyrosines sur la PKC5. Les essais de kinase in vitro nous ont permis de découvrir que plusieurs Src kinases peuvent phosphoryler la PKC6 dans les cellules B et qu'elles étaient constitutivement actives. Enfin, nous avons montré qu'il existe une interaction protéine - protéine induite par dex, entre le récepteur aux glucocorticoïdes (GR) et la PKC5 dans les cellules B, une association qui n'a pas été démontrée auparavant. Par ailleurs, nous avons analysé les domaines d'interactions entre PKC5 et GR en utilisant les essais de «GST pull-down». Nos résultats montrent que le domaine régulateur de la PKC5 et celui qui interagit avec l'ADN du GR sont impliqués. En résumé, nous avons trouvé que dans une lignée lymphocytaire B, le virus MMTV utilise des mécanismes pour réguler à la fois la transcription et la voie de signalisation qui sont différents de ceux utilisés dans les cellules mammaires épithéliales et les fibroblastes. Nos découvertes pourraient être utilisées comme modèles pour l'étude de gènes cellulaires impliqués dans des processus tels qu'inflammation, immunité ou cancérogénèse. Summary: Mouse Mammary Tumor Virus (MMTV) is a retrovirus that causes tumors in the mammary glands of susceptible female mice and has adapted evolutionarily to be expressed in specialized cells. The B lymphocytes are the first cells to be infected by the MMTV and are essential for the spread of infection to the mammary glands. Here, we used the MMTV as a model system to investigate the signalling cascade induced by giucocorticoids (dexamethasone, "dex", a steroid hormone), and by Transforming Growth Factor-beta (TGF-P, a cytokine) leading to its transcriptional activation in B lymphocytes. By itself, TGF-I3 does not affect the basal activity of the MMTV promoter. However, TGF-13 significantly increases glucocorticoid-induced expression, through its effectors, the Smad factors. Thus, MMTV in B cells demonstrates a novel synergism between glucocorticoids and TGF-16. In this thesis project, we present evidence, based on the use of pharmacological inhibitors and of dominant-negative mutants, that an active Protein Kinase C delta (PKC6) is required as a signal transducer for the dex response and for the TGF-P superinduction as well. The PKC6 is differentially regulated in each specific pathway: whereas the TGF-13 superinduction required PKC6 to be activated by diacylglycerol (DAG) and to be phosphorylated at specific tyrosine residues, the glueocorticoid-induced pathway did not. We also showed that a protein tyrosine kinase of the Src family is responsible for the phosphorylation of tyrosines on PKC6. By performing in vitro kinase assays, we found that several Src kinases of B cells were able to phosphorylate PKC6 and that they were constitutively active. Finally, we demonstrate a dex-dependent functional protein-protein interaction between the glucocorticoid receptor (GR) and PKC6 in B cells, an association that has not been previously described. We further analysed the interacting domains of PKG6 and GR using in vitro GST pull-down assays, whereby the regulatory domain of PKC6 and the extended DNA-binding domain of the GR were involved. In summary, we found that in B-lymphoid cell lines, MMTV uses novel mechanisms of transcriptional control and signal transduction that are different from those at work in mammary epithelial or fibroblastic cells. These findings will be used as model for cellular genes involved in cellular processes such as immune functions, inflammation, or oncogenic transformation that may have a similar pattern of regulation.

Alteration in neuromuscular function after a 5 km running time trial

The aim of this study was to characterize the effect of a 5 km running time trial on the neuromuscular properties of the plantar flexors. Eleven well-trained triathletes performed a series of neuromuscular tests before and immediately after the run on a 200 m indoor track. Muscle activation (twitch interpolation) and normalized EMG activity were assessed during maximal voluntary contraction (MVC) of plantar flexors. Maximal soleus H-reflexes and M-waves were evoked at rest (i.e. H (MAX) and M (MAX), respectively) and during MVC (i.e. H (SUP) and M (SUP), respectively). MVC significantly declined (-27%; P < 0.001) after the run, due to decrease in muscle activation (-8%; P < 0.05) and M (MAX)-normalized EMG activity (-13%; P < 0.05). Significant reductions in M-wave amplitudes (M (MAX): -13% and M (SUP): -16%; P < 0.05) as well as H (MAX)/M (MAX) (-37%; P < 0.01) and H (SUP)/M (SUP) (-25%; P < 0.05) ratios occurred with fatigue. Following exercise, the single twitch was characterized by lower peak torque (-16%; P < 0.001) as well as shorter contraction (-19%; P < 0.001) and half-relaxation (-24%; P < 0.001) times. In conclusion, the reduction in plantar flexors strength induced by a 5 km running time trial is caused by peripheral adjustments, which are attributable to a failure of the neuromuscular transmission and excitation-contraction coupling. Fatigue also decreased the magnitude of efferent motor outflow from spinal motor neurons to the plantar flexors and part of this suboptimal neural drive is the result of an inhibition of soleus motoneuron pool reflex excitability.

Optical spectroscopy of the bladder washout fluid to optimize fluorescence cystoscopy with Hexvix®.

Fluorescence cystoscopy enhances detection of early bladder cancer. Water used to inflate the bladder during the procedure rapidly contains urine, which may contain fluorochromes. This frequently degradesfluorescence images. Samples of bladder washout fluid (BWF) or urine were collected (15 subjects). We studiedtheir fluorescence properties and assessed changes induced by pH (4 to 9) and temperature (15°C to 41°C).A typical fluorescence spectrum of BWF features a main peak (excitation/emission: 320∕420 nm, FWHM =50∕100 nm) and a weaker (5% to 20% of main peak intensity), secondary peak (excitation/emission: 455∕525 nm, FWHM = 80∕50 nm). Interpatient fluctuations of fluorescence intensity are observed. Fluorescence intensity decreases when temperature increases (max 30%) or pH values vary (max 25%). Neither approach is compatible with clinical settings. Fluorescence lifetime measurements suggest that 4-pyridoxic acid/riboflavin is the most likely molecule responsible for urine's main/secondary fluorescence peak. Our measurements give an insight into the spectroscopy of the detrimental background fluorescence. This should be included in the optical design of fluorescence cystoscopes. We estimate that restricting the excitation range from 370-430 nm to 395-415 nm would reduce the BWF background by a factor 2.