Cell-Cell interaction in erythropoiesis: role of human monocytes

Erythroid burst forming units (BFU-E) are proliferative cells present in peripheral blood and bone marrow which may be precursors of the erythroid colony forming cell found in the bone marrow. To examine the possible role of monocyte-macrophages in the modulation of erythropoiesis, the effect of monocytes on peripheral blood BFU-E proliferation in response to erythropoietin was investigated in the plasma clot culture system. Peripheral blood mononuclear cells from normal human donors were separated into four fractions. Fraction-I cells were obtained from the interface of Ficoll-Hypaque gradients (20-30% monocytes; 60-80% lymphocytes); fraction-II cells were fraction-I cells that were nonadherent to plastic (2-10% monocytes; 90-98% lymphocytes); fraction-III cells were obtained by incubation of fraction-II cells with carbonyl iron followed by Ficoll-Hypaque centrifugation (>99% lymphocytes); and fraction-IV cells represented the adherent population of fraction-II cells released from the plastic by lidocaine (>95% monocytes). When cells from these fractions were cultured in the presence of erythropoietin, the number of BFU-E-derived colonies was inversely proportional to the number of monocytes present (r = ¿0.96, P < 0.001). The suppressive effect of monocytes on BFU-E proliferation was confirmed by admixing autologous purified monocytes (fraction-IV cells) with fraction-III cells. Monocyte concentrations of ¿20% completely suppressed BFU-E activity. Reduction in the number of plated BFU-E by monocyte dilution could not account for these findings: a 15% reduction in the number of fraction-III cells plated resulted in only a 15% reduction in colony formation. These results indicate that monocyte-macrophages may play a significant role in the regulation of erythropoiesis and be involved in the pathogenesis of the hypoproliferative anemias associated with infection and certain neoplasia in which increased monocyte activity and monopoiesis also occur.

Linking brain structure and activation in the temporoparietal junction to explain the neurobiology of human altruism

Human altruism shaped our evolutionary history and pervades social and political life. There are, however, enormous individual differences in altruism. Some people are almost completely selfish, while others display strong altruism, and the factors behind this heterogeneity are only poorly understood. We examine the neuroanatomical basis of these differences with voxel-based morphometry and show that gray matter (GM) volume in the right temporoparietal junction (TPJ) is strongly associated with both individuals' altruism and the individual-specific conditions under which this brain region is recruited during altruistic decision making. Thus, individual differences in GM volume in TPJ not only translate into individual differences in the general propensity to behave altruistically, but they also create a link between brain structure and brain function by indicating the conditions under which individuals are likely to recruit this region when they face a conflict between altruistic and selfish acts.

Enhancing actions of peptides derived from the γ-chain of fetal human hemoglobin on the immunostimulant activities of monophosphoryl lipid A.

Hemoglobin and its structures have been described since the 1990s to enhance a variety of biological activities of endotoxins (LPS) in a dose-dependent manner. To investigate the interaction processes in more detail, the system was extended by studying the interactions of newly designed peptides from the γ-chain of human hemoglobin with the adjuvant monophosphoryl lipid A (MPLA), a partial structure of lipid A lacking its 1-phosphate. It was found that some selected Hbg peptides, in particular two synthetic substructures designated Hbg32 and Hbg35, considerably increased the bioactivity of MPLA, which alone was only a weak activator of immune cells. These findings hold true for human mononuclar cells, monocytes and T lymphocytes. To understand the mechanisms of action in more detail, biophysical techniques were applied. These showed a peptide-induced change of the MPLA aggregate structure from multilamellar into a non-lamellar, probably inverted, cubic structure. Concomitantly, the peptides incorporated into the tightly packed MPLA aggregates into smaller units down to monomers. The fragmentation of the aggregates was an endothermic process, differing from a complex formation but rather typical for a catalytic reaction.

Modulating the electronic structure of amino acids: interaction of model lewis acids with anthranilic acid

On the basis of theoretical B3LYP calculations, Yáñez and co-workers (J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 2293) illustrated that beryllium ions are capable of significantly modulating (changing) the electronic structures of imidazole. In this computational organic chemistry study, the interaction of this β-amino acid and five model Lewis acids (BeF1+, Be2+, AlF2(1+), AlF2+, and Al3+) were investigated. Several aspects were addressed: natural bond orbitals, including second order perturbation analysis of intra-molecular charge delocalization and the natural population analysis atomic charges; molecular geometries; selected infrared stretching frequencies (C-N, C-O, and N-H), and selected ¹H-NMR chemical shifts. The data illustrate that this interaction can weaken the H-O bond and goes beyond strengthening the intra-molecular hydrogen bond (N...H-O) to cause a spontaneous transfer of the proton to the nitrogen atom in five cases generating zwitterion structures. Many new features are observed. Most importantly, the zwitterion structures include a stabilizing hydrogen bond (N-H...O) that varies in relative strength according to the Lewis acid. These findings explain the experimental observations of α-amino acids (for example: J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3577) and are the first reported fundamental electronic structure characterization of β-amino acids in zwitterion form.

Glycosaminoglycans affect the interaction of human plasma kallikrein with plasminogen, factor XII and inhibitors

Human plasma kallikrein, a serine proteinase, plays a key role in intrinsic blood clotting, in the kallikrein-kinin system, and in fibrinolysis. The proteolytic enzymes involved in these processes are usually controlled by specific inhibitors and may be influenced by several factors including glycosaminoglycans, as recently demonstrated by our group. The aim of the present study was to investigate the effect of glycosaminoglycans (30 to 250 µg/ml) on kallikrein activity on plasminogen and factor XII and on the inhibition of kallikrein by the plasma proteins C1-inhibitor and antithrombin. Almost all available glycosaminoglycans (heparin, heparan sulfate, bovine and tuna dermatan sulfate, chondroitin 4- and 6-sulfates) reduced (1.2 to 3.0 times) the catalytic efficiency of kallikrein (in a nanomolar range) on the hydrolysis of plasminogen (0.3 to 1.8 µM) and increased (1.9 to 7.7 times) the enzyme efficiency in factor XII (0.1 to 10 µM) activation. On the other hand, heparin, heparan sulfate, and bovine and tuna dermatan sulfate improved (1.2 to 3.4 times) kallikrein inhibition by antithrombin (1.4 µM), while chondroitin 4- and 6-sulfates reduced it (1.3 times). Heparin and heparan sulfate increased (1.4 times) the enzyme inhibition by the C1-inhibitor (150 nM).

Griscelli syndrome-type 2 in twin siblings: case report and update on RAB27A human mutations and gene structure

Griscelli syndrome (GS) is a rare autosomal recessive disorder caused by mutation in the MYO5A (GS1, Elejalde), RAB27A (GS2) or MLPH (GS3) genes. Typical features of all three subtypes of this disease include pigmentary dilution of the hair and skin and silvery-gray hair. Whereas the GS3 phenotype is restricted to the pigmentation dysfunction, GS1 patients also show primary neurological impairment and GS2 patients have severe immunological deficiencies that lead to recurrent infections and hemophagocytic syndrome. We report here the diagnosis of GS2 in 3-year-old twin siblings, with silvery-gray hair, immunodeficiency, hepatosplenomegaly and secondary severe neurological symptoms that culminated in multiple organ failure and death. Light microscopy examination of the hair showed large, irregular clumps of pigments characteristic of GS. A homozygous nonsense mutation, C-T transition (c.550C>T), in the coding region of the RAB27A gene, which leads to a premature stop codon and prediction of a truncated protein (R184X), was found. In patient mononuclear cells, RAB27A mRNA levels were the same as in cells from the parents, but no protein was detected. In addition to the case report, we also present an updated summary on the exon/intron organization of the human RAB27A gene, a literature review of GS2 cases, and a complete list of the human mutations currently reported in this gene. Finally, we propose a flow chart to guide the early diagnosis of the GS subtypes and Chédiak-Higashi syndrome.

Interaction between human cytomegalovirus UL136 protein and ATP1B1 protein

Interplay between the host and human cytomegalovirus (HCMV) has a pivotal role in the outcome of infection. A region (referred to as UL/b’) present in the Toledo strain of HCMV and low passage clinical isolates contains 19 additional genes, which are absent in the highly passaged laboratory strain AD169. Products of the UL/b’ genes may determine the manifestations of HCMV infection in vivo. However, little is known about the host factors, which interact with UL/b’ proteins. This study was conducted to investigate the function of the HCMV UL136 protein. By yeast two-hybrid screening, the β1 subunit of the host Na+/K+-ATPase (ATP1B1) was identified to be a candidate protein, which interacts with the HCMV UL136 protein. The interaction was further evaluated both in vitro by pull-down assay and in vivo by immunofluorescent co-localization. The results showed that the UL136 protein can interact with ATP1B1 in vitro. Co-localization of UL136-EGFP and ATP1B1-DsRed in cell membranes suggests that ATP1B1 was a partner of the UL136 protein. It can be proposed that the HCMV UL136 protein may have important roles in processes such as cell-to-cell spread, and in maintaining cell osmotic pressure and intracellular ion homeostasis during HCMV infection.

De la consultation des peuples autochtones : structure institutionnelle d'un dialogue appelé à renouveler la notion des droits ancestraux : essai fondé sur la jurisprudence de la Cour suprême du Canada (1984-2004) et la théorie du droit

Le présent mémoire est consacré à l'étude de l'obligation faite à l'État canadien de consulter les autochtones lorsqu'il envisage de prendre des mesures portant atteinte à leurs droits et intérêts. On s'y interroge sur le sens que peut avoir cette obligation, si elle n'inclut pas celle de s'entendre avec les autochtones. Notre étude retrace d'abord l'évolution de l'obligation de consulter dans la jurisprudence de la Cour suprême du Canada, pour se pencher ensuite sur l'élaboration d'un modèle théorique du processus consultatif. En observant la manière dont la jurisprudence relative aux droits ancestraux a donné naissance à l'obligation de consulter, on constate que c'est en s'approchant au plus près de l'idée d'autonomie gouvernementale autochtone - soit en définissant le titre ancestral, droit autochtone à la terre elle-même - que la Cour a senti le besoin de développer la consultation en tant que véritable outil de dialogue entre l'État et les Premières nations. Or, pour assurer la participation réelle des parties au processus de consultation, la Cour a ensuite dû balancer leur rapport de forces, ce qu'elle a fait en admettant le manque de légitimité du pouvoir étatique sur les autochtones. C'est ainsi qu'après avoir donné naissance au processus de consultation, la jurisprudence relative aux droits ancestraux pourrait à son tour être modifiée substantiellement par son entremise. En effet, l'égalité qu'il commande remet en question l'approche culturaliste de la Cour aux droits ancestraux, et pourrait l'amener à refonder ces droits dans le principe plus égalitaire de continuité des ordres juridiques autochtones. Contrairement à l'approche culturaliste actuelle, ce principe fait place à la reconnaissance juridique de l'autonomie gouvernementale autochtone. La logique interne égalitaire du processus de consultation ayant ainsi été exposée, elle fait ensuite l'objet d'une plus ample analyse. On se demande d'abord comment concevoir cette logique sur le plan théorique. Ceci exige d'ancrer la consultation, en tant qu'institution juridique, dans une certaine vision du droit. Nous adoptons ici celle de Lon Fuller, riche de sens pour nos fins. Puis, nous explicitons les principes structurants du processus consultatif. Il appert de cette réflexion que l'effectivité de la consultation dépend de la qualité du dialogue qu'elle engendre entre les parties. Si elle respecte sa morale inhérente, la consultation peut générer une relation morale unique entre les autochtones et l'État canadien. Cette relation de reconnaissance mutuelle est une relation de don.

Structure quaternaire des récepteurs de chimiokines CXCR4 et CCR2 et interaction avec leurs effecteurs

Thèse réalisée en cotutelle avec l'université Montpellier2 dans le laboratoire de pharmacologie moléculaire de Jean-Philippe Pin à l'institut de génomique fonctionnelle (IGF), Montpellier, France.

Impacts de l’intensification agricole et de la structure du paysage sur les relations tri – trophiques entre un oiseau hôte, des mouches ectoparasites et leur parasitoïdes.

L’intensification des pratiques agricoles a été identifiée comme cause majeure du déclin de la biodiversité. Plusieurs études ont documenté l’impact de la fragmentation du paysage naturel et de l’agriculture intensive sur la diversité des espèces, mais très peu ont quantifié le lien entre la structure du paysage et les interactions trophiques, ainsi que les mécanismes d’adaptation des organismes. J’ai étudié un modèle biologique à trois niveaux trophiques composé d’un oiseau hôte, l’hirondelle bicolore Tachycineta bicolor, de mouches ectoparasites du genre Protocalliphora et de guêpes parasitoïdes du genre Nasonia, au travers d’un gradient d’intensification agricole dans le sud du Québec. Le premier objectif était de déterminer l’abondance des espèces de mouches ectoparasites et de leurs guêpes parasitoïdes qui colonisent les nids d’hirondelles dans la zone d’étude. La prévalence de nids infectés par Protocalliphora spp. était de 70,8% en 2008 et 34,6% en 2009. Le pourcentage de nids comprenant des pupes de Protocalliphora parasitées par Nasonia spp. était de 85,3% en 2008 et 67,2% en 2009. Trois espèces de Protocalliphora ont été observées (P. sialia, P. bennetti et P. metallica) ainsi que deux espèces de Nasonia (N. vitripennis et N. giraulti). Il s’agit d’une première mention de P. bennetti et de N. giraulti dans la province de Québec. Mon deuxième objectif était d’évaluer l’impact de l’intensification agricole et de la structure du paysage sur les relations tri-trophiques entre les organismes à l’étude. Les résultats révèlent que les réponses à la structure du paysage de l’hirondelle, de l’ectoparasite et de l’hyperparasite dépendantent de l’échelle spatiale. L’échelle spatiale fonctionnelle à laquelle les espèces répondent le plus varie selon le paramètre du paysage modélisé. Les analyses démontrent que l’intensification des pratiques agricoles entraîne une diminution des populations d’oiseaux, d’ectoparasites et d’hyperparasites. De plus, les populations de Protocalliphora et de Nasonia sont menacées en paysage intensif puisque la dégradation du paysage associée à l’intensification des pratiques agricoles agit directement sur leurs populations et indirectement sur les populations de leurs hôtes. Mon troisième objectif était de caractériser les mécanismes comportementaux permettant aux guêpes de composer avec la variabilité de la structure du paysage et de la qualité des hôtes. Nos résultats révèlent que les femelles Nasonia ajustent la taille de leur ponte en fonction de la taille de la pupe hôte et de l’incidence d’hyperparasitisme. Le seul facteur ayant une influence déterminante sur le ratio sexuel est la proportion de paysage dédié à l’agriculture intensive. Aucune relation n’a été observée entre la structure du paysage et la taille des filles et des fils produits par les femelles Nasonia fondatrices. Ce phénomène est attribué aux comportements d’ajustement de la taille de la ponte et du ratio sexuel. En ajustant ces derniers, minimisant ainsi la compétition entre les membres de leur progéniture, les femelles fondatrices sont capables de maximiser la relation entre la disponibilité des ressources et la valeur sélective de leur progéniture. En conclusion, ce travail souligne l’importance de considérer le contexte spatial des interactions trophiques, puisqu’elles influencent la biodiversité locale et le fonctionnement de l’écosystème.

Investigating the role of the isomerase Rrd1/PTPA : from yeast to human

Chez Saccharomyces cerevisiae, les souches mutantes pour Rrd1, une protéine qui possède une activité de peptidyl prolyl cis/trans isomérase, montrent une résistance marquée à la rapamycine et sont sensibles au 4-nitroquinoline 1-oxide, un agent causant des dommages à l’ADN. PTPA, l’homologue de Rrd1 chez les mammifères, est reconnu en tant qu’activateur de protéine phosphatase 2A. Notre laboratoire a précédemment démontré que la surexpression de PTPA mène à l’apoptose de façon indépendante des protéines phosphatase 2A. La fonction moléculaire de Rrd1/PTPA était encore largement inconnue au départ de mon projet de doctorat. Mes recherches ont d’abord montré que Rrd1 est associé à la chromatine ainsi qu’à l’ARN polymérase II. L’analyse in vitro et in vivo par dichroïsme circulaire a révélé que Rrd1 est responsable de changements au niveau de la structure du domaine C-terminal de la grande sous-unité de l’ARN polymérase II, Rpb1, en réponse à la rapamycine et au 4-nitroquinoline 1-oxide. Nous avons également démontré que Rrd1 est requis pour modifier l’occupation de l’ARN polymérase II sur des gènes répondant à un traitement à la rapamycine. Finalement, nous avons montré que suite à un traitement avec la rapamycine, Rrd1 médie la dégradation de l’ARN polymérase II et que ce mécanisme est indépendant de l’ubiquitine. La dernière partie de mon projet était d’acquérir une meilleure connaissance de la fonction de PTPA, l’homologue de Rrd1 chez les mammifères. Nos résultats montrent que le «knockdown» de PTPA n’affecte pas la sensibilité des cellules à différentes drogues telles que la rapamycine, le 4-nitroquinoline 1-oxide ou le peroxyde d’hydrogène (H2O2). Nous avons également tenté d’identifier des partenaires protéiques pour PTPA grâce à la méthode TAP, mais nous ne sommes pas parvenus à identifier de partenaires stables. Nous avons démontré que la surexpression de la protéine PTPA catalytiquement inactive n’induisait pas l’apoptose indiquant que l’activité de PTPA est requise pour produire cet effet. Finalement, nous avons tenté d’étudier PTPA dans un modèle de souris. Dans un premier lieu, nous avons déterminé que PTPA était exprimé surtout au niveau des tissus suivants : la moelle osseuse, le thymus et le cerveau. Nous avons également généré avec succès plusieurs souris chimères dans le but de créer une souris «knockout» pour PTPA, mais l’allèle mutante ne s’est pas transférée au niveau des cellules germinales. Mes résultats ainsi que ceux obtenus par mon laboratoire sur la levure suggèrent un rôle général pour Rrd1 au niveau de la régulation des gènes. La question demeure toujours toutefois à savoir si PTPA peut effectuer un rôle similaire chez les mammifères et une vision différente pour déterminer la fonction de cette protéine sera requise pour adresser adéquatement cette question dans le futur.

Computational Structure of Human Language

The central thesis of this report is that human language is NP-complete. That is, the process of comprehending and producing utterances is bounded above by the class NP, and below by NP-hardness. This constructive complexity thesis has two empirical consequences. The first is to predict that a linguistic theory outside NP is unnaturally powerful. The second is to predict that a linguistic theory easier than NP-hard is descriptively inadequate. To prove the lower bound, I show that the following three subproblems of language comprehension are all NP-hard: decide whether a given sound is possible sound of a given language; disambiguate a sequence of words; and compute the antecedents of pronouns. The proofs are based directly on the empirical facts of the language user's knowledge, under an appropriate idealization. Therefore, they are invariant across linguistic theories. (For this reason, no knowledge of linguistic theory is needed to understand the proofs, only knowledge of English.) To illustrate the usefulness of the upper bound, I show that two widely-accepted analyses of the language user's knowledge (of syntactic ellipsis and phonological dependencies) lead to complexity outside of NP (PSPACE-hard and Undecidable, respectively). Next, guided by the complexity proofs, I construct alternate linguisitic analyses that are strictly superior on descriptive grounds, as well as being less complex computationally (in NP). The report also presents a new framework for linguistic theorizing, that resolves important puzzles in generative linguistics, and guides the mathematical investigation of human language.