Genes for normal sleep and sleep disorders.

Sleep and wakefulness are complex behaviors that are influenced by many genetic and environmental factors, which are beginning to be discovered. The contribution of genetic components to sleep disorders is also increasingly recognized as important. Point mutations in the prion protein, period 2, and the prepro-hypocretin/orexin gene have been found as the cause of a few sleep disorders but the possibility that other gene defects may contribute to the pathophysiology of major sleep disorders is worth in-depth investigations. However, single gene disorders are rare and most common disorders are complex in terms of their genetic susceptibility, environmental effects, gene-gene, and gene-environment interactions. We review here the current progress in the genetics of normal and pathological sleep.

Parámetros metabólicos y capacidad de respuesta al ejercicio en una población con síndrome de apnea-hipopnea del sueño (SAHS)

Se analiza el comportamiento metabólico y la capacidad de respuesta al esfuerzo de pacientes con SAHS según el grado de severidad. Para ello se introdujeron de forma consecutiva 32 pacientes con diagnóstico de SAHS. La población fue dividida según el IAH. Se estudiaron variables antropométricas, bioquímicas. La capacidad de respuesta al esfuerzo se realizó mediante ergoespirometría. Concluyendo que los pacientes con SAHS presentan alteraciones en la prueba de esfuerzo cardiopulmonar, reflejado en un menor consumo de oxígeno que se asocia de forma independiente con la edad, el tabaquismo y el IMC. No se han encontrado diferencias en variables metabólicas.

La ventilation non invasive dans l'insuffisance respiratoire aiguë : de la broncho-pneumonie chronique obstructive au syndrome de détresse respiratoire aiguë

RESUME : L'application d'une ventilation non-invasive (VNI) à pression positive chez des patients avec une insuffisance respiratoire aiguë hypoxémique non liée à une broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO), reste controversée malgré les résultats encourageants apparus dans de récentes études. Ce travail de thèse est composé d'une introduction qui comprend un historique de la VNI et une revue de ces applications principales dans l'insuffisance respiratoire aiguë avec, en particulier, une analyse des études cliniques principales concernant son utilisation dans l'exacerbation de la BPCO, dans l'asthme aigu sévère, dans les syndromes restrictifs et dans l'insuffisance respiratoire aiguë hypoxémique. La première partie aborde également les aspects pratiques de l'utilisation de la VNI, avec une description de l'équipement et des techniques utilisées. Ce travail de thèse a ensuite pour but d'analyser dans une étude personnelle l'application d'une VNI à pression positive chez des patients avec une insuffisance respiratoire aiguë hypoxémique non liée à une BPCO. Il s'agit d'une étude prospective et observationnelle, dans laquelle nous avons voulu analyser l'efficacité de la VNI chez un groupe de patients sélectionnés et coopérants, stables du point de vue hémodynamique, présentant un syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) primaire (atteinte pulmonaire directe). Les échanges gazeux, le taux d'intubation, la mortalité et la durée de séjour dans l'unité de soins intensifs ont été enregistrés. Dans notre travail, la VNI a été appliquée de manière prospective à 12 patients, stables du point de vue hémodynamique, présentant les critères diagnostiques pour un SDRA primaire (SDRAP) et une indication pour une ventilation mécanique classique. Leur évolution a été comparée avec celle d'un groupe contrôle de 12 patients avec SDRAP. et précédemment traités dans la même unité de soins intensifs, ayant des caractéristiques similaires à l'admission : âge, score SAPS II, rapport Pa02/Fi02 et valeurs de pH . Un échec de la VNI fut observé chez 4 patients (33%), tous bactériémiques et nécessitant une intubation endotrachéale. Un facteur prédictif négatif. Les patients traités avec succès ont présenté un temps cumulatif de ventilation (p=0.001) et une durée de séjour aux soins intensifs (p=0.004) inférieure à ceux du groupe contrôle. Pendant la première période d'observation de la ventilation, l'oxygénation après 60 minutes s'est améliorée de manière plus importante dans le groupe VNI par rapport au groupe contrôle (PaO2/FiO2 : 146 +/- 52 mmHg vs. 109 +/- 34 mmHg ; p=0.05). Le taux de mortalité globale aux soins intensifs ne fut pas différent entre le groupe VNI et le groupe de patients intubés. Le taux de complications graves fut plus élevé chez les patients du groupe contrôle. Nos résultats suggèrent que chez des patients stables et coopérants, avec une pneumonie étendue, sans bactériémie à l'admission et remplissant les critères diagnostiques d'un SDRAp, la VNI représente une alternative valable à l'intubation endotrachéale.

Circadian clock genes and sleep homeostasis.

Circadian and sleep-homeostatic processes both contribute to sleep timing and sleep structure. Elimination of circadian rhythms through lesions of the suprachiasmatic nuclei (SCN), the master circadian pacemaker, leads to fragmentation of wakefulness and sleep but does not eliminate the homeostatic response to sleep loss as indexed by the increase in EEG delta power. In humans, EEG delta power declines during sleep episodes nearly independently of circadian phase. Such observations have contributed to the prevailing notion that circadian and homeostatic processes are separate but recent data imply that this segregation may not extend to the molecular level. Here we summarize the criteria and evidence for a role for clock genes in sleep homeostasis. Studies in mice with targeted disruption for core circadian clock genes have revealed alterations in circadian rhythmicity as well as changes in sleep duration, sleep structure and EEG delta power. Clock-gene expression in brain areas outside the SCN, in particular the cerebral cortex, depends to a large extent on prior sleep-wake history. Evidence for effects of clock genes on sleep homeostasis has also been obtained in Drosophila and humans, pointing to a phylogenetically preserved pathway. These findings suggest that, while within the SCN clock genes are utilized to set internal time-of-day, in the forebrain the same feedback circuitry may be utilized to track time spent awake and asleep. The mechanisms by which clock-gene expression is coupled to the sleep-wake distribution could be through cellular energy charge whereby clock genes act as energy sensors. The data underscore the interrelationships between energy metabolism, circadian rhythmicity, and sleep regulation.

Hypoxia and vasculature in models of lung cancer: implications for targeted therapeutics

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Stanford University School of Medicine. Division of Radiation Oncology, Estats Units, entre 2010 i 2012. Durant els dos anys de beca postdoctoral he estat treballant en dos projectes diferents. En primer lloc, i com a continuació d'estudis previs del grup, volíem estudiar la causa de les diferències en nivells d'hipòxia que havíem observat en models de càncer de pulmó. La nostra hipòtesi es basava en el fet que aquestes diferències es devien a la funcionalitat de la vasculatura. Vam utilitzar dos models preclínics: un en què els tumors es formaven espontàniament als pulmons i l'altre on nosaltres injectàvem les cèl•lules de manera subcutània. Vam utilitzar tècniques com la ressonància magnètica dinàmica amb agent de contrast (DCE-MRI) i l'assaig de perfusió amb el Hoeschst 33342 i ambdues van demostrar que la funcionalitat de la vasculatura dels tumors espontanis era molt més elevada comparada amb la dels tumors subcutanis. D'aquest estudi, en podem concloure que les diferències en els nivells d'hipòxia en els diferents models tumorals de càncer de pulmó podrien ser deguts a la variació en la formació i funcionalitat de la vasculatura. Per tant, la selecció de models preclínics és essencial, tant pels estudi d'hipòxia i angiogènesi, com per a teràpies adreçades a aquests fenòmens. L'altre projecte que he estat desenvolupant es basa en l'estudi de la radioteràpia i els seus possibles efectes a l’hora de potenciar l'autoregeneració del tumor a partir de les cèl•lules tumorals circulants (CTC). Aquest efecte s'ha descrit en alguns models tumorals preclínics. Per tal de dur a terme els nostres estudis, vam utilitzar una línia tumoral de càncer de mama de ratolí, marcada permanentment amb el gen de Photinus pyralis o sense marcar i vam fer estudis in vitro i in vivo. Ambdós estudis han demostrat que la radiació tumoral promou la invasió cel•lular i l'autoregeneració del tumor per CTC. Aquest descobriment s'ha de considerar dins d'un context de radioteràpia clínica per tal d'aconseguir el millor tractament en pacients amb nivells de CTC elevats.

Effectiveness of intermittent preventive treatment with sulfadoxine-pyrimethamine during pregnancy on placental malaria, maternal anaemia and birthweight in areas with high and low malaria transmission intensity in Tanzania.

OBJECTIVE: To assess the effectiveness of IPTp in two areas with different malaria transmission intensities. METHODS: Prospective observational study recruiting pregnant women in two health facilities in areas with high and low malaria transmission intensities. A structured questionnaire was used for interview. Maternal clinic cards and medical logs were assessed to determine drug intake. Placental parasitaemia was screened using both light microscopy and real-time quantitative PCR. RESULTS: Of 350 pregnant women were recruited and screened for placental parasitaemia, 175 from each area. Prevalence of placental parasitaemia was 16.6% (CI 11.4-22.9) in the high transmission area and 2.3% (CI 0.6-5.7) in the low transmission area. Being primigravida and residing in a high transmission area were significant risk factors for placental malaria (OR 2.4; CI 1.1-5.0; P = 0.025) and (OR 9.4; CI 3.2-27.7; P < 0.001), respectively. IPTp was associated with a lower risk of placental malaria (OR 0.3; CI 0.1-1.0; P = 0.044); the effect was more pronounced in the high transmission area (OR 0.2; CI 0.06-0.7; P = 0.015) than in the low transmission area (OR 0.4; CI 0.04-4.5; P = 0.478). IPTp use was not associated with reduced risk of maternal anaemia or low birthweight, regardless of transmission intensity. The number needed to treat (NNT) was four (CI 2-6) women in the high transmission area and 33 (20-50) in the low transmission area to prevent one case of placental malaria. CONCLUSION: IPTp may have an effect on lowering the risk of placental malaria in areas of high transmission, but this effect did not translate into a benefit on risks of maternal anaemia or low birthweight. The NNT needs to be considered, and weighted against that of other protective measures, eventually targeting areas which are above a certain threshold of malaria transmission to maximise the benefit.

Intermittent atrial tachycardia promotes repolarization alternans and conduction slowing during rapid rates, and increases susceptibility to atrial fibrillation in a free-behaving sheep model.

INTRODUCTION: Paroxysmal atrial fibrillation (AF) may be triggered by intermittent atrial tachycardia, and ultimately lead to persistent AF. However, the mechanisms by which intermittent atrial tachycardia promotes sustained AF are not well understood. METHODS AND RESULTS: Eight sheep were chronically implanted with 2 pacemakers for the recording of broadband right atrial unipolar electrograms, and for the delivery of electrophysiological stimulation protocols and intermittent right atrial tachycardia. Right atrial kinetics of activation recovery interval (ARI) as a surrogate for action potential duration, of conduction time and velocity, and of repolarization alternans were analyzed at incremental pacing rates during the remodeling process induced by weeks of intermittent atrial tachycardia until the development of sustained AF. Intermittent atrial tachycardia decreased ARI and blunted its rate adaptation, facilitated atrial capture, and slowed conduction at high rates, and increased susceptibility to pacing-induced AF. In spite of blunted ARI rate adaptation, right atrial repolarization alternans was maintained during remodeling, and further increased in magnitude just before rapid pacing-induced AF. CONCLUSION: This study suggests that weeks of intermittent right atrial tachycardia result in a gradual electrical remodeling favorable for wavebreaks and reentry that may facilitate fibrillation.

THE ROLE OF SPINDLES FOR SLEEP: MANIPULATING OSCILLATORY ACTIVITY IN THE THALAMOCORTICAL NETWORK

Modern urban lifestyle encourages the prolongation of wakefulness, leaving less and less time for sleep. Although the exact functions of sleep remain one of the biggest mysteries in neuroscience, the society is well aware of the negative consequences of sleep loss on human physical and mental health and performance. Enhancing sleep's recuperative functions might allow shortening sleep duration while preserving the beneficial effects of sleep. During sleep, brain activity oscillates across a continuum of frequencies. Individual oscillations have been suggested to underlie distinct functions for sleep and cognition. Gaining control about individual oscillations might allow boosting their specific functions. Sleep spindles are 11 - 15 Hz oscillations characteristic for light non-rapid-eye-movement sleep (NREMS) and have been proposed to play a role in memory consolidation and sleep protection against environmental stimuli. The reticular thalamic nucleus (nRt) has been identified as the major pacemaker of spindles. Intrinsic oscillatory burst discharge in nRt neurons, arising from the interplay of low-threshold (T-type) Ca2+ channels (T channels) and small conductance type 2 (SK2) K+ channels (SK2 channels), underlies this pacemaking function. In the present work we investigated the impact of altered nRt bursting on spindle generation during sleep by studying mutant mice for SK2 channels and for CaV3.3 channels, a subtype of T channels. Using in vitro electrophysiology I showed that nRt bursting was abolished in CaV3.3 knock out (CaV3.3 KO) mice. In contrast, in SK2 channel over-expressing (SK2-OE) nRt cells, intrinsic repetitive bursting was prolonged. Compared to wildtype (WT) littermates, altered nRt burst discharge lead to weakened thalamic network oscillations in vitro in CaV3.3 KO mice, while oscillatory activity was prolonged in SK2-OE mice. Sleep electroencephalographic recordings in CaV3.3 KO and SK2-OE mice revealed that reduced or potentiated nRt bursting respectively weakened or prolonged sleep spindle activity at the NREMS - REMS transition. Furthermore, SK2-OE mice showed more consolidated NREMS and increased arousal thresholds, two correlates of good sleep quality. This thesis work suggests that CaV3.3 and SK2 channels may be targeted in order to modulate sleep spindle activity. Furthermore, it proposes a novel function for spindles in NREMS consolidation. Finally, it provides evidence that sleep quality may be improved by promoting spindle activity, thereby supporting the hypothesis that sleep quality can be enhanced by modulating oscillatory activity in the brain. Le style de vie moderne favorise la prolongation de l'éveil, laissant de moins en moins de temps pour le sommeil. Même si le rôle exact du sommeil reste un des plus grands mystères des neurosciences, la société est bien consciente des conséquences négatives que provoque un manque de sommeil, à la fois sur le plan de la santé physique et mentale ainsi qu'au niveau des performances cognitives. Augmenter les fonctions récupératrices du sommeil pourrait permettre de raccourcir la durée du sommeil tout en en conservant les effets bénéfiques. Durant le sommeil, on observe des oscillations à travers un continuum de fréquences. Il a été proposé que chaque oscillation pourrait être à l'origine de fonctions spécifiques pour le sommeil et la cognition. Pouvoir de contrôler les oscillations individuelles permettrait d'augmenter leurs fonctions respectives. Les fuseaux sont des oscillations de 11 à 15 Hz caractéristiques du sommeil à ondes lentes léger et il a été suggéré qu'elles jouent un rôle majeur pour la consolidation de la mémoire ainsi que dans la protection du sommeil contre les stimuli environnementaux. Le nucleus réticulaire du thalamus (nRt) a été identifié en tant que générateur de rythme des fuseaux. Les bouffées oscillatoires intrinsèques des neurones du nRt, provenant de l'interaction de canaux calciques à bas seuil de type T (canaux T) et de canaux potassiques à faible conductance de type 2 (canaux SK2), sont à l'origine de la fonction de générateur de rythme. Dans ce travail, j'ai étudié l'impact de la modulation de bouffées de nRT sur la génération des fuseaux pendant le sommeil en investiguant des souris génétiquement modifiées pour les canaux SK2 et les canaux CaV3.3, un sous-type de canaux T. En utilisant l'électrophysiologie in vitro j'ai démontré que les bouffées du nRT étaient abolies dans les souris knock-out du type CaV3.3 (CaV3.3 KO). D'autre part, dans les cellules nRT sur-exprimant les canaux SK2 (SK2-OE), les bouffées oscillatoires intrinsèques étaient prolongées. Par rapport aux souris wild type, les souris CaV3.3 KO ont montré un affaiblissement des oscillations thalamiques en réponse à un changement des bouffées de nRT, alors que l'activité oscillatoire était prolongée dans les souris SK2-OE. Des enregistrements EEG du sommeil dans des souris de type CaV3.3 KO et SK2-OE ont révélé qu'une réduction ou augmentation des bouffées nRT ont respectivement affaibli ou prolongé l'activité des fuseaux durant les transitions du sommeil à ondes lentes au sommeil paradoxal. De plus, les souris SK2-OE ont montré des signes de consolidation du sommeil à ondes lentes et un seuil augmenté pour le réveil, deux mesures qui corrèlent avec une bonne qualité du sommeil. Le travail de cette thèse propose que les canaux CaV3.3 et SK2 pourrait être ciblés pour moduler l'activité des fuseaux. De plus, je propose une fonction nouvelle pour les fuseaux dans la consolidation du sommeil à ondes lentes. Finalement je suggère que la qualité du sommeil peut être améliorée en promouvant l'activité des fuseaux, soutenant ainsi l'idée que la qualité du sommeil peut être améliorée en modulant l'activité oscillatoire dans le cerveau.

Repeated Double-Poling Sprint Training in Hypoxia by Competitive Cross-country Skiers.

PURPOSE: Repeated-sprint training in hypoxia (RSH) was recently shown to improve repeated-sprint ability (RSA) in cycling. This phenomenon is likely to reflect fiber type-dependent, compensatory vasodilation, and therefore, our hypothesis was that RSH is even more beneficial for activities involving upper body muscles, such as double poling during cross-country skiing. METHODS: In a double-blinded fashion, 17 competitive cross-country skiers performed six sessions of repeated sprints (each consisting of four sets of five 10-s sprints, with 20-s intervals of recovery) either in normoxia (RSN, 300 m; FiO2, 20.9%; n = 8) or normobaric hypoxia (RSH, 3000 m; FiO2, 13.8 %; n = 9). Before (pre) and after (post) training, performance was evaluated with an RSA test (10-s all-out sprints-20-s recovery, until peak power output declined by 30%) and a simulated team sprint (team sprint, 3 × 3-min all-out with 3-min rest) on a double-poling ergometer. Triceps brachii oxygenation was measured by near-infrared spectroscopy. RESULTS: From pretraining to posttraining, peak power output in the RSA was increased (P < 0.01) to the same extent (29% ± 13% vs 26% ± 18%, nonsignificant) in RSH and in RSN whereas the number of sprints performed was enhanced in RSH (10.9 ± 5.2 vs 17.1 ± 6.8, P < 0.01) but not in RSN (11.6 ± 5.3 vs 11.7 ± 4.3, nonsignificant). In addition, the amplitude in total hemoglobin variations during sprints throughout RSA rose more in RSH (P < 0.01). Similarly, the average power output during all team sprints improved by 11% ± 9% in RSH and 15% ± 7% in RSN. CONCLUSIONS: Our findings reveal greater improvement in the performance of repeated double-poling sprints, together with larger variations in the perfusion of upper body muscles in RSH compared with those in RSN.

Cellular and molecular mechanisms underlying the effects of sleep loss on hippocampal synaptic plasticity

SUMMARY : The function of sleep for the organism is one of the most persistent and perplexing questions in biology. Current findings lead to the conclusion that sleep is primarily for the brain. In particular, a role for sleep in cognitive aspects of brain function is supported by behavioral evidence both in humans and animals. However, in spite of remarkable advancement in the understanding of the mechanisms underlying sleep generation and regulation, it has been proven difficult to determine the neurobiological mechanisms underlying the beneficial effect of sleep, and the detrimental impact of sleep loss, on learning and memory processes. In my thesis, I present results that lead to several critical steps forward in the link between sleep and cognitive function. My major result is the molecular identification and physiological analysis of a protein, the NR2A subunit of NMDA receptor (NMDAR), that confers sensitivity to sleep loss to the hippocampus, a brain structure classically involved in mnemonic processes. Specifically, I used a novel behavioral approach to achieve sleep deprivation in adult C57BL6/J mice, yet minimizing the impact of secondary factors associated with the procedure,.such as stress. By using in vitro electrophysiological analysis, I show, for the first time, that sleep loss dramatically affects bidirectional plasticity at CA3 to CA1 synapses in the hippocampus, a well established cellular model of learning and memory. 4-6 hours of sleep loss elevate the modification threshold for bidirectional synaptic plasticity (MT), thereby promoting long-term depression of CA3 to CA 1 synaptic strength after stimulation in the theta frequency range (5 Hz), and rendering long-term potentiation induction.more difficult. Remarkably, 3 hours of recovery sleep, after the deprivation, reset the MT at control values, thus re-establishing the normal proneness of synapses to undergo long-term plastic changes. At the molecular level, these functional changes are paralleled by a change in the NMDAR subunit composition. In particular, the expression of the NR2A subunit protein of NMDAR at CA3 to CA1 synapses is selectively and rapidly increased by sleep deprivation, whereas recovery sleep reset NR2A synaptic content to control levels. By using an array of genetic, pharmacological and computational approaches, I demonstrate here an obligatory role for NR2A-containing NMDARs in conveying the effect of sleep loss on CA3 to CAl MT. Moreover, I show that a genetic deletion of the NR2A subunit fully preserves hippocampal plasticity from the impact of sleep loss, whereas it does not alter sleepwake behavior and homeostatic response to sleep deprivation. As to the mechanism underlying the effects of the NR2A subunit on hippocampal synaptic plasticity, I show that the increased NR2A expression after sleep loss distinctly affects the contribution of synaptic and more slowly recruited NMDAR pools activated during plasticity-induction protocols. This study represents a major step forward in understanding the mechanistic basis underlying sleep's role for the brain. By showing that sleep and sleep loss affect neuronal plasticity by regulating the expression and function of a synaptic neurotransmitter receptor, I propose that an important aspect of sleep function could consist in maintaining and regulating protein redistribution and ion channel trafficking at central synapses. These findings provide a novel starting point for investigations into the connections between sleep and learning, and they may open novel ways for pharmacological control over hippocampal .function during periods of sleep restriction. RÉSUMÉ DU PROJET La fonction du sommeil pour l'organisme est une des questions les plus persistantes et difficiles dans la biologie. Les découvertes actuelles mènent à la conclusion que le sommeil est essentiel pour le cerveau. En particulier, le rôle du sommeil dans les aspects cognitifs est soutenu par des études comportementales tant chez les humains que chez les animaux. Cependant, malgré l'avancement remarquable dans la compréhension des mécanismes sous-tendant la génération et la régulation du sommeil, les mécanismes neurobiologiques qui pourraient expliquer l'effet favorable du sommeil sur l'apprentissage et la mémoire ne sont pas encore clairs. Dans ma thèse, je présente des résultats qui aident à clarifier le lien entre le sommeil et la fonction cognitive. Mon résultat le plus significatif est l'identification moléculaire et l'analyse physiologique d'une protéine, la sous-unité NR2A du récepteur NMDA, qui rend l'hippocampe sensible à la perte de sommeil. Dans cette étude, nous avons utilisé une nouvelle approche expérimentale qui nous a permis d'induire une privation de sommeil chez les souris C57BL6/J adultes, en minimisant l'impact de facteurs confondants comme, par exemple, le stress. En utilisant les techniques de l'électrophysiologie in vitro, j'ai démontré, pour la première fois, que la perte de sommeil est responsable d'affecter radicalement la plasticité bidirectionnelle au niveau des synapses CA3-CA1 de l'hippocampe. Cela correspond à un mécanisme cellulaire de l'apprentissage et de la mémoire bien établi. En particulier, 4-6 heures de privation de sommeil élèvent le seuil de modification pour la plasticité synaptique bidirectionnelle (SM). Comme conséquence, la dépression à long terme de la transmission synaptique est induite par la stimulation des fibres afférentes dans la bande de fréquences thêta (5 Hz), alors que la potentialisation à long terme devient plus difficile. D'autre part, 3 heures de sommeil de récupération sont suffisant pour rétablir le SM aux valeurs contrôles. Au niveau moléculaire, les changements de la plasticité synaptiques sont associés à une altération de la composition du récepteur NMDA. En particulier, l'expression synaptique de la protéine NR2A du récepteur NMDA est rapidement augmentée de manière sélective par la privation de sommeil, alors que le sommeil de récupération rétablit l'expression de la protéine au niveau contrôle. En utilisant des approches génétiques, pharmacologiques et computationnelles, j'ai démontré que les récepteurs NMDA qui expriment la sous-unité NR2A sont responsables de l'effet de la privation de sommeil sur le SM. De plus, nous avons prouvé qu'une délétion génétique de la sous-unité NR2A préserve complètement la plasticité synaptique hippocampale de l'impact de la perte de sommeil, alors que cette manipulation ne change pas les mécanismes de régulation homéostatique du sommeil. En ce qui concerne les mécanismes, j'ai .découvert que l'augmentation de l'expression de la sous-unité NR2A au niveau synaptique modifie les propriétés de la réponse du récepteur NMDA aux protocoles de stimulations utilisés pour induire la plasticité. Cette étude représente un pas en avant important dans la compréhension de la base mécaniste sous-tendant le rôle du sommeil pour le cerveau. En montrant que le sommeil et la perte de sommeil affectent la plasticité neuronale en régulant l'expression et la fonction d'un récepteur de la neurotransmission, je propose qu'un aspect important de la fonction du sommeil puisse être finalisé au règlement de la redistribution des protéines et du tracking des récepteurs aux synapses centraux. Ces découvertes fournissent un point de départ pour mieux comprendre les liens entre le sommeil et l'apprentissage, et d'ailleurs, ils peuvent ouvrir des voies pour des traitements pharmacologiques dans le .but de préserver la fonction hippocampale pendant les périodes de restriction de sommeil.

Sleep deprivation effects on circadian clock gene expression in the cerebral cortex parallel electroencephalographic differences among mouse strains.

Sleep deprivation (SD) results in increased electroencephalographic (EEG) delta power during subsequent non-rapid eye movement sleep (NREMS) and is associated with changes in the expression of circadian clock-related genes in the cerebral cortex. The increase of NREMS delta power as a function of previous wake duration varies among inbred mouse strains. We sought to determine whether SD-dependent changes in circadian clock gene expression parallel this strain difference described previously at the EEG level. The effects of enforced wakefulness of incremental durations of up to 6 h on the expression of circadian clock genes (bmal1, clock, cry1, cry2, csnk1epsilon, npas2, per1, and per2) were assessed in AKR/J, C57BL/6J, and DBA/2J mice, three strains that exhibit distinct EEG responses to SD. Cortical expression of clock genes subsequent to SD was proportional to the increase in delta power that occurs in inbred strains: the strain that exhibits the most robust EEG response to SD (AKR/J) exhibited dramatic increases in expression of bmal1, clock, cry2, csnkIepsilon, and npas2, whereas the strain with the least robust response to SD (DBA/2) exhibited either no change or a decrease in expression of these genes and cry1. The effect of SD on circadian clock gene expression was maintained in mice in which both of the cryptochrome genes were genetically inactivated. cry1 and cry2 appear to be redundant in sleep regulation as elimination of either of these genes did not result in a significant deficit in sleep homeostasis. These data demonstrate transcriptional regulatory correlates to previously described strain differences at the EEG level and raise the possibility that genetic differences underlying circadian clock gene expression may drive the EEG differences among these strains.

Autosis is a Na+,K+-ATPase-regulated form of cell death triggered by autophagy-inducing peptides, starvation, and hypoxia-ischemia.

A long-standing controversy is whether autophagy is a bona fide cause of mammalian cell death. We used a cell-penetrating autophagy-inducing peptide, Tat-Beclin 1, derived from the autophagy protein Beclin 1, to investigate whether high levels of autophagy result in cell death by autophagy. Here we show that Tat-Beclin 1 induces dose-dependent death that is blocked by pharmacological or genetic inhibition of autophagy, but not of apoptosis or necroptosis. This death, termed "autosis," has unique morphological features, including increased autophagosomes/autolysosomes and nuclear convolution at early stages, and focal swelling of the perinuclear space at late stages. We also observed autotic death in cells during stress conditions, including in a subpopulation of nutrient-starved cells in vitro and in hippocampal neurons of neonatal rats subjected to cerebral hypoxia-ischemia in vivo. A chemical screen of ~5,000 known bioactive compounds revealed that cardiac glycosides, antagonists of Na(+),K(+)-ATPase, inhibit autotic cell death in vitro and in vivo. Furthermore, genetic knockdown of the Na(+),K(+)-ATPase α1 subunit blocks peptide and starvation-induced autosis in vitro. Thus, we have identified a unique form of autophagy-dependent cell death, a Food and Drug Administration-approved class of compounds that inhibit such death, and a crucial role for Na(+),K(+)-ATPase in its regulation. These findings have implications for understanding how cells die during certain stress conditions and how such cell death might be prevented.

Obstructive fibrostenotic Crohn's disease.

Crohn's disease is often complicated by gastrointestinal strictures. Postoperative recurrence at the anastomotic site is common and repeated surgical interventions may be necessary. Medical treatment may relieve active inflammation (see chapter on active luminal disease) but fibrous strictures will not respond to this. Mechanical treatment methods consist of endoscopic balloon dilation, stricturoplasty or surgical resection. Fibrostenotic Crohn's disease does not respond to medical therapy and requires endoscopic or surgical treatment.

Effect of hypoxia on cerebral blood flow regulation during rest and exercise : role of cerebral oxygen delivery on performance

Adequate supply of oxygen to the brain is critical for maintaining normal brain function. Severe hypoxia, such as that experienced during high altitude ascent, presents a unique challenge to brain oxygen (O2) supply. During high-intensity exercise, hyperventilation-induced hypocapnia leads to cerebral vasoconstriction, followed by reductions in cerebral blood flow (CBF), oxygen delivery (DO2), and tissue oxygenation. This reduced O2 supply to the brain could potentially account for the reduced performance typically observed during exercise in severe hypoxic conditions. The aims of this thesis were to document the effect of acute and chronic exposure to hypoxia on CBF control, and to determine the role of cerebral DO2 and tissue oxygenation in limiting performance during exercise in severe hypoxia. We assessed CBF, arterial O2 content (CaO2), haemoglobin concentration ([Hb]), partial pressure of arterial O2 (PaO2), cerebrovascular CO2 reactivity, ventilatory response to CO2, cerebral autoregulation (CA), and estimated cerebral DO2 (CBF ⨉ CaO2) at sea level (SL), upon ascent to 5,260 m (ALT1), and following 16 days of acclimatisation to 5,260 m (ALT16). We found an increase in CBF despite an elevated cerebrovascular CO2 reactivity at ALT1, which coincided with a reduced CA. Meanwhile, PaO2 was greatly decreased despite increased ventilatory drive at ALT1, resulting in a concomitant decrease in CaO2. At ALT16, CBF decreased towards SL values, while cerebrovascular CO2 reactivity and ventilatory drive were further elevated. Acclimatisation increased PaO2, [Hb], and therefore CaO2 at ALT16, but these changes did not improve CA compared to ALT1. No differences were observed in cerebral DO2 across SL, ALT1, and ALT16. Our findings demonstrate that cerebral DO2 is maintained during both acute and chronic exposure to 5,260 m, due to the reciprocal changes in CBF and CaO2. We measured middle cerebral artery velocity (MCAv: index of CBF), cerebral DO2, ventilation (VE), and performance during incremental cycling to exhaustion and 15km time trial cycling in both normoxia and severe hypoxia (11% O2, normobaric), with and without added CO2 to the inspirate (CO2 breathing). We found MCAv was higher during exercise in severe hypoxia compared in normoxia, while cerebral tissue oxygenation and DO2 were reduced. CO2 breathing was effective in preventing the development of hyperventilation-induced hypocapnia during intense exercise in both normoxia and hypoxia. As a result, we were able to increase both MCAv and cerebral DO2 during exercise in hypoxia with our CO2 breathing setup. However, we concomitantly increased VE and PaO2 (and presumably respiratory work) due to the increased hypercapnic stimuli with CO2 breathing, which subsequently contributed to the cerebral DO2 increase during hypoxic exercise. While we effectively restored cerebral DO2 during exercise in hypoxia to normoxic values with CO2 breathing, we did not observe any improvement in cerebral tissue oxygenation or exercise performance. Accordingly, our findings do not support the role of reduced cerebral DO2 in limiting exercise performance in severe hypoxia. -- Un apport adéquat en oxygène au niveau du cerveau est primordial pour le maintien des fonctions cérébrales normales. L'hypoxie sévère, telle qu'expérimentée au cours d'ascensions en haute altitude, présente un défi unique pour l'apport cérébral en oxygène (O2). Lors d'exercices à haute intensité, l'hypocapnie induite par l'hyperventilation entraîne une vasoconstriction cérébrale suivie par une réduction du flux sanguin cérébral (CBF), de l'apport en oxygène (DO2), ainsi que de l'oxygénation tissulaire. Cette réduction de l'apport en O2 au cerveau pourrait potentiellement être responsable de la diminution de performance observée au cours d'exercices en condition d'hypoxie sévère. Les buts de cette thèse étaient de documenter l'effet de l'exposition aiguë et chronique à l'hypoxie sur le contrôle du CBF, ainsi que de déterminer le rôle du DO2 cérébral et de l'oxygénation tissulaire comme facteurs limitant la performance lors d'exercices en hypoxie sévère. Nous avons mesuré CBF, le contenu artériel en oxygène (CaO2), la concentration en hémoglobine ([Hb]), la pression partielle artérielle en O2 (PaO2), la réactivité cérébrovasculaire au CO2, la réponse ventilatoire au CO2, et l'autorégulation cérébrale sanguine (CA), et estimé DO2 cérébral (CBF x CaO2), au niveau de la mer (SL), au premier jour à 5.260 m (ALT1) et après seize jours d'acclimatation à 5.260 m (ALT16). Nous avons trouvé des augmentations du CBF et de la réactivité cérébrovasculaire au CO2 après une ascension à 5.260 m. Ces augmentations coïncidaient avec une réduction de l'autorégulation cérébrale. Simultanément, la PaO2 était grandement réduite, malgré l'augmentation de la ventilation (VE), résultant en une diminution de la CaO2. Après seize jours d'acclimatation à 5.260 m, le CBF revenait autour des valeurs observées au niveau de la mer, alors que la réactivité cérébrovasculaire au CO2 et la VE augmentaient par rapport à ALT1. L'acclimatation augmentait la PaO2, la concentration en hémoglobine, et donc la CaO2, mais n'améliorait pas l'autorégulation cérébrale, comparé à ALT1. Aucune différence n'était observée au niveau du DO2 cérébral entre SL, ALT1 et ALT16. Nos résultats montrent que le DO2 cérébral est maintenu constant lors d'expositions aiguë et chronique à 5.260m, ce qui s'explique par la réciprocité des variations du CBF et de la CaO2. Nous avons mesuré la vitesse d'écoulement du sang dans l'artère cérébrale moyenne (MCAv : un indice du CBF), le DO2 cérébral, la VE et la performance lors d'exercice incrémentaux jusqu'à épuisement sur cycloergomètre, ainsi que des contre-la-montres de 15 km en normoxie et en hypoxie sévère (11% O2, normobarique) ; avec ajout ou non de CO2 dans le mélange gazeux inspiré. Nous avons trouvé que MCAv était plus haute pendant l'exercice hypoxique, comparé à la normoxie alors que le DO2 cérébral était réduit. L'ajout de CO2 dans le gaz inspiré était efficace pour prévenir l'hypocapnie induite par l'hyperventilation, qui se développe à l'exercice intense, à la fois en normoxie et en hypoxie. Nous avons pu augmenter MCAv et le DO2 cérébral pendant l'exercice hypoxique, grâce à l'ajout de CO2. Cependant, nous avons augmenté la VE et la PaO2 (et probablement le travail respiratoire) à cause de l'augmentation du stimulus hypercapnique. Alors que nous avons, grâce à l'ajout de CO2, efficacement restauré le DO2 cérébral au cours de l'exercice en hypoxie à des valeurs obtenues en normoxie, nous n'avons observé aucune amélioration dans l'oxygénation du tissu cérébral ou de la performance. En conséquence, nos résultats ne soutiennent pas le rôle d'un DO2 cérébral réduit comme facteur limitant de la performance en hypoxie sévère.

Placental vascular obstructive lesions: risk factor for developing necrotizing enterocolitis.

Necrotizing enterocolitis (NEC) is a severe neonatal disease affecting particularly preterm infants. Its exact pathogenesis still remains unknown. In this study, we have compared the prevalence of vascular obstructive lesions in placentae of premature newborns which developed NEC and of a control group. We further compared separately the findings of placentae of infants of less than 30 weeks of gestation, the age group in which NEC occurs most frequently. We found signs of fetal vascular obstructive lesions in 65% of the placentae of preterm patients developing NEC, compared to only 17% of the placentae of preterm patients in the control group. In the age groups below 30 weeks of gestation, 58.5% of placentae of later NEC patients presented such lesions compared to 24.5% in the control group. The significant difference between NEC and control group suggests a strong association between fetal vascular obstructive lesions and NEC. Therefore, we propose that fetal vascular obstructive lesions might be considered as a risk factor for the development of NEC in premature infants.