Cycle length of spermatogenesis in shrews (mammalia: soricidae) with high and low metabolic rates and different mating systems.

The aim of the present study was to establish and compare the durations of the seminiferous epithelium cycles of the common shrew Sorex araneus, which is characterized by a high metabolic rate and multiple paternity, and the greater white-toothed shrew Crocidura russula, which is characterized by a low metabolic rate and a monogamous mating system. Twelve S. araneus males and fifteen C. russula males were injected intraperitoneally with 5-bromodeoxyuridine, and the testes were collected. For cycle length determinations, we applied the classical method of estimation and linear regression as a new method. With regard to variance, and even with a relatively small sample size, the new method seems to be more precise. In addition, the regression method allows the inference of information for every animal tested, enabling comparisons of different factors with cycle lengths. Our results show that not only increased testis size leads to increased sperm production, but it also reduces the duration of spermatogenesis. The calculated cycle lengths were 8.35 days for S. araneus and 12.12 days for C. russula. The data obtained in the present study provide the basis for future investigations into the effects of metabolic rate and mating systems on the speed of spermatogenesis.

Social evolution: the smell of cheating.

Coercion is a powerful means to enforce altruism and promote social cohesion in animal groups, but it requires the reliable identification of selfish individuals. Experiments in a desert ant provide the first direct proof that a single cuticular hydrocarbon elicits the policing of reproductive workers by other colony members.

Pob1 participates in the Cdc42 regulation of fission yeast actin cytoskeleton.

Rho GTPases regulate the actin cytoskeleton in all eukaryotes. Fission yeast Cdc42 is involved in actin cable assembly and formin For3 regulation. We isolated cdc42-879 as a thermosensitive strain with actin cable and For3 localization defects. In a multicopy suppressor screening, we identified pob1(+) as suppressor of cdc42-879 thermosensitivity. Pob1 overexpression also partially restores actin cables and localization of For3 in the mutant strain. Pob1 interacts with Cdc42 and this GTPase regulates Pob1 localization and/or stability. The C-terminal pleckstrin homology (PH) domain of Pob1 is required for Cdc42 binding. Pob1 also binds to For3 through its N-terminal sterile alpha motif (SAM) domain and contributes to the formin localization at the cell tips. The previously described pob1-664 mutant strain (Mol. Biol. Cell. 10, 2745-2757, 1999), which carries a mutation in the PH domain, as well as pob1 mutant strains in which Pob1 lacks the N-terminal region (pob1DeltaN) or the SAM domain (pob1DeltaSAM), have cytoskeletal defects similar to that of cdc42-879 cells. Expression of constitutively active For3DAD* partially restores actin organization in cdc42-879, pob1-664, pob1DeltaN, and pob1DeltaSAM. Therefore, we propose that Pob1 is required for For3 localization to the tips and facilitates Cdc42-mediated relief of For3 autoinhibition to stimulate actin cable formation.

Ecological and physiological variance in T-cell mediated immune response in Cory's shearwaters

T-cell mediated immune response (CMI) hasbeen widely studied in relation to individual andfitness components in birds. However, few studieshave simultaneously examined individual and socialfactors and habitat-mediated variance in theimmunity of chicks and adults from the samepopulation and in the same breeding season. Weinvestigated ecological and physiological variancein CMI of male and female nestlings and adults in abreeding population of Cory's Shearwaters(Calonectrisdiomedea) in theMediterranean Sea. Explanatory variables includedindividual traits (body condition, carbon andnitrogen stable isotope ratios, plasma totalproteins, triglycerides, uric acid, osmolarity,β-hydroxy-butyrate, erythrocyte meancorpuscular diameter, hematocrit, andhemoglobin) and burrow traits(temperature, isolation, and physicalstructure). During incubation, immune responseof adult males was significantly greater than thatof females. Nestlings exhibited a lower immuneresponse than adults. Ecological and physiologicalfactors affecting immune response differed betweenadults and nestlings. General linear models showedthat immune response in adult males was positivelyassociated with burrow isolation, suggesting thatmales breeding at higher densities suffer immunesystem suppression. In contrast, immune response inchicks was positively associated with bodycondition and plasma triglyceride levels.Therefore, adult immune response appears to beassociated with social stress, whereas a trade-offbetween immune function and fasting capability mayexist for nestlings. Our results, and those fromprevious studies, provide support for anasymmetrical influence of ecological andphysiological factors on the health of differentage and sex groups within a population, and for theimportance of simultaneously considering individualand population characteristics in intraspecificstudies of immune response.

Ecological and physiological variance in T-cell mediated immune response in Cory's shearwaters

T-cell mediated immune response (CMI) hasbeen widely studied in relation to individual andfitness components in birds. However, few studieshave simultaneously examined individual and socialfactors and habitat-mediated variance in theimmunity of chicks and adults from the samepopulation and in the same breeding season. Weinvestigated ecological and physiological variancein CMI of male and female nestlings and adults in abreeding population of Cory's Shearwaters(Calonectrisdiomedea) in theMediterranean Sea. Explanatory variables includedindividual traits (body condition, carbon andnitrogen stable isotope ratios, plasma totalproteins, triglycerides, uric acid, osmolarity,β-hydroxy-butyrate, erythrocyte meancorpuscular diameter, hematocrit, andhemoglobin) and burrow traits(temperature, isolation, and physicalstructure). During incubation, immune responseof adult males was significantly greater than thatof females. Nestlings exhibited a lower immuneresponse than adults. Ecological and physiologicalfactors affecting immune response differed betweenadults and nestlings. General linear models showedthat immune response in adult males was positivelyassociated with burrow isolation, suggesting thatmales breeding at higher densities suffer immunesystem suppression. In contrast, immune response inchicks was positively associated with bodycondition and plasma triglyceride levels.Therefore, adult immune response appears to beassociated with social stress, whereas a trade-offbetween immune function and fasting capability mayexist for nestlings. Our results, and those fromprevious studies, provide support for anasymmetrical influence of ecological andphysiological factors on the health of differentage and sex groups within a population, and for theimportance of simultaneously considering individualand population characteristics in intraspecificstudies of immune response.

The health effects of sea buckthorn berries and oil

Sea buckthorn (Hippophaë) berries are ingredients of the Chinese traditional medicine. In addition to China, they are nowadays cultivated for food in several European countries, Russia, Canada, the USA, and Japan. Sea buckthorn berries are a rich source of flavonoids, mainly flavonol glycosides and proanthocyanidins. Depending on the genetic background, growth conditions, and ripeness of the berries, vitamin C concentrations up to over 1 g/100 ml juice, have been reported. Sea buckthorn berries contain inositols and methyl inositols, components of messenger molecules in humans. Sea buckthorn seed oil is rich in essential aplha-linolenic and linoleic acids, whereas the most abundant fatty acids in the berry oil are palmitoleic, palmitic and oleic acids. Other potentially beneficial lipophilic compounds of sea buckthorn seeds and berries include carotenoids, phytosterols, tocopherols and tocotrienols. The effects of sea buckthorn fractions on inflammation, platelet aggregation, oxidation injuries, the liver, skin and mucosa, among others, have been reported. The aim of the thesis work was to investigate the health effects of sea buckthorn berries and oil in humans. The physiological effects of sea buckthorn berries, berry components, and oil have mostly been studied in vitro and in animal models, leaving a demand for more clinical trials. In the first randomized, placebo-controlled trial of this thesis healthy adults consumed 28 g/day of sea buckthorn berries for three months. The main objective was to investigate the effects on the common cold. In addition, effects on other infections, inflammation and circulating lipid markers associated with cardiovascular disease risk were studied. In the second randomized, placebocontrolled trial participants reporting dry eye symptoms consumed 2 g/day of sea buckthorn oil from the seeds and berries for three months. The effects on symptoms and clinical signs of dry eye were monitored. In addition, the effects on circulating markers of inflammation and liver functions were analyzed. Sea buckthorn berries did not affect the common cold or other infections in healthy adults. However, a decrease in serum C-reactive protein was detected, indicating effects on inflammation. Fasting concentrations of serum flavonols, typical to sea buckthorn berry, increased without affecting the circulating total, HDL, LDL cholesterol, or triacylglycerol concentrations. Tear film hyperosmolarity and activation of inflammation at the ocular surface are among the core mechanisms of dry eye. Combined sea buckthorn berry and seed oil attenuated the rise in tear film osmolarity taking place during the cold season. It also positively affected some of the dry eye symptoms. Based on the tear film fatty acid analysis, the effects were not mediated through direct incorporation of sea buckthorn oil fatty acids to tear film lipids. It is likely that the fatty acids, carotenoids, tocopherols and tocotrienols of sea buckthorn oil affected the inflammation of the ocular surface, lacrimal and/or meibomian glands. The effects on the differentiation of meibomian gland cells are also possible. Sea buckthorn oil did not affect the serum concentrations of inflammation markers or liver enzymes investigated. In conclusion, this thesis work suggests positive effects of sea buckthorn berries and oil on inflammation and dry eye, respectively, in humans.

Infrared thermography: A non-invasive window into thermal physiology

Infrared thermography is a non-invasive technique that measures mid to long-wave infrared radiation emanating from all objects and converts this to temperature. As an imaging technique, the value of modern infrared thermography is its ability to produce a digitized image or high speed video rendering a thermal map of the scene in false colour. Since temperature is an important environmental parameter influencing animal physiology and metabolic heat production an energetically expensive process, measuring temperature and energy exchange in animals is critical to understanding physiology, especially under field conditions. As a non-contact approach, infrared thermography provides a non-invasive complement to physiological data gathering. One caveat, however, is that only surface temperatures are measured, which guides much research to those thermal events occurring at the skin and insulating regions of the body. As an imaging technique, infrared thermal imaging is also subject to certain uncertainties that require physical modeling, which is typically done via built-in software approaches. Infrared thermal imaging has enabled different insights into the comparative physiology of phenomena ranging from thermogenesis, peripheral blood flow adjustments, evaporative cooling, and to respiratory physiology. In this review, I provide background and guidelines for the use of thermal imaging, primarily aimed at field physiologists and biologists interested in thermal biology. I also discuss some of the better known approaches and discoveries revealed from using thermal imaging with the objective of encouraging more quantitative assessment.

Mutagénèse semi-aléatoire au site actif de la DHFR humaine : création et caractérisation de variantes hautement résistantes au MTX.

La dihydrofolate réductase humaine (DHFRh) est une enzyme essentielle à la prolifération cellulaire. Elle réduit le dihydrofolate en tétrahydrofolate, un co-facteur impliqué dans la biosynthèse des purines et du thymidylate. La DHFRh est une cible de choix pour des agents de chimiothérapie comme le méthotrexate (MTX), inhibant spécifiquement l’enzyme ce qui mène à un arrêt de la prolifération et ultimement à la mort cellulaire. Le MTX est utilisé pour le traitement de plusieurs maladies prolifératives, incluant le cancer. La grande utilisation du MTX dans le milieu clinique a mené au développement de mécanismes de résistance, qui réduisent l’efficacité de traitement. La présente étude se penche sur l’un des mécanismes de résistance, soit des mutations dans la DHFRh qui réduisent son affinité pour le MTX, dans le but de mieux comprendre les éléments moléculaires requis pour la reconnaissance de l’inhibiteur au site actif de l’enzyme. En parallèle, nous visons à identifier des variantes plus résistantes au MTX pour leur utilisation en tant que marqueurs de sélection en culture cellulaire pour des systèmes particuliers, tel que la culture de cellules hématopoïétiques souches (CHS), qui offrent des possibilités intéressantes dans le domaine de la thérapie cellulaire. Pour étudier le rôle des différentes régions du site actif, et pour vérifier la présence d’une corrélation entre des mutations à ces régions et une augmentation de la résistance au MTX, une stratégie combinatoire a été dévelopée pour la création de plusieurs banques de variantes à des résidus du site actif à proximité du MTX lié. Les banques ont été sélectionnées in vivo dans un système bactérien en utilisant des milieux de croissance contenant des hautes concentrations de MTX. La banque DHFRh 31/34/35 généra un nombre considérable de variantes combinatoires de la DHFRh hautement résistantes au MTX. Les variantes les plus intéressantes ont été testées pour leur potentiel en tant que marqueur de sélection dans plusieurs lignées cellulaires, dont les cellules hématopoïétiques transduites. Une protection complète contre les effets cytotoxiques du MTX a été observée chez ces cellules suite à leur infection avec les variantes combinatoires. Pour mieux comprendre les causes moléculaires reliées à la résistance au MTX, des études de structure tridimensionnelle de variantes liées au MTX ont été entreprises. La résolution de la structure de la double variante F31R/Q35E lié au MTX a révélé que le phénotype de résistance était attribuable à d’importantes différences entre le site actif de la double variante et de l’enzyme native, possiblement dû à un phénomème dynamique. Une compréhension plus générale de la reconnaissance et la résistance aux antifolates a été réalisée en comparant des séquences et des structures de variantes de la DHFR résistants aux antifolates et provenant de différentes espèces. En somme, ces travaux apportent de nouveaux éléments pour la comprehension des intéractions importantes entre une enzyme et un ligand, pouvant aider au développement de nouveaux antifolates plus efficaces pour le traitement de diverses maladies. De plus, ces travaux ont généré de nouveaux gènes de résistance pouvant être utilisés en tant que marqueurs de sélection en biologie cellulaire.

Supercomplexes multifonctionnels chez les mitochondries, et chez E. coli

Les processus mitochondriaux tels que la réplication et la traduction sont effectués par des complexes multiprotéiques. Par contre, le métabolisme et la voie de maturation des ARN mitochondriaux (p. ex précurseurs des ARNt et des ARNr) sont habituellement traités comme une suite de réactions catalysées par des protéines séparées. L’exécution fidèle et optimale de ces processus mitochondriaux, exige un couplage étroit nécessaire pour la canalisation des intermédiaires métaboliques. Or, les évidences en faveur de l'interconnexion postulée de ces processus cellulaires sont peu nombreuses et proviennent en grande partie des interactions protéine-protéine. Contrairement à la perception classique, nos résultats révèlent l’organisation des fonctions cellulaires telles que la transcription, la traduction, le métabolisme et la régulation en supercomplexes multifonctionnels stables, dans les mitochondries des champignons (ex Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus nidulans et Neurospora crassa), des animaux (ex Bos taurus), des plantes (B. oleracea et Arabidopsis thaliana) et chez les bactéries (ex E. coli) à partir desquelles les mitochondries descendent. La composition de ces supercomplexes chez les champignons et les animaux est comparable à celle de levure, toutefois, chez les plantes et E. coli ils comportent des différences notables (ex, présence des enzymes spécifiques à la voie de biosynthèse des sucres et les léctines chez B. oleracea). Chez la levure, en accord avec les changements dûs à la répression catabolique du glucose, nos résultats révèlent que les supercomplexes sont dynamiques et que leur composition en protéines dépend des stimulis et de la régulation cellulaire. De plus, nous montrons que l’inactivation de la voie de biosynthèse des lipides de type II (FASII) perturbe l’assemblage et/ou la biogenèse du supercomplexe de la RNase P (responsable de la maturation en 5’ des précurseurs des ARNt), ce qui suggère que de multiples effets pléiotropiques peuvent être de nature structurale entre les protéines. Chez la levure et chez E. coli, nos études de la maturation in vitro des précurseurs des ARNt et de la protéomique révèlent l’association de la RNase P avec les enzymes de la maturation d’ARNt en 3’. En effet, la voie de maturation des pré-ARNt et des ARNr, et la dégradation des ARN mitochondriaux semblent êtres associées avec la machinerie de la traduction au sein d’un même supercomplexe multifonctionnel dans la mitochondrie de la levure. Chez E. coli, nous avons caractérisé un supercomplexe similaire qui inclut en plus de la RNase P: la PNPase, le complexe du RNA degradosome, l’ARN polymérase, quatre facteurs de transcription, neuf aminoacyl-tRNA synthétases, onze protéines ribosomiques, des chaperons et certaines protéines métaboliques. Ces résultats supposent l’association physique de la transcription, la voie de maturation et d’aminoacylation des ARNt, la dégradation des ARN. Le nombre de cas où les activités cellulaires sont fonctionnellement et structurellement associées est certainement à la hausse (ex, l’éditosome et le complexe de la glycolyse). En effet, l’organisation en supercomplexe multifonctionnel représente probablement l’unité fonctionnelle dans les cellules et les analyses de ces super-structures peuvent devenir la prochaine cible de la biologie structurale.

Clustering algorithms and shape factor methods to discriminate among small GTPase phenotypes using DIC image analysis.

Naïvement perçu, le processus d’évolution est une succession d’événements de duplication et de mutations graduelles dans le génome qui mènent à des changements dans les fonctions et les interactions du protéome. La famille des hydrolases de guanosine triphosphate (GTPases) similaire à Ras constitue un bon modèle de travail afin de comprendre ce phénomène fondamental, car cette famille de protéines contient un nombre limité d’éléments qui diffèrent en fonctionnalité et en interactions. Globalement, nous désirons comprendre comment les mutations singulières au niveau des GTPases affectent la morphologie des cellules ainsi que leur degré d’impact sur les populations asynchrones. Mon travail de maîtrise vise à classifier de manière significative différents phénotypes de la levure Saccaromyces cerevisiae via l’analyse de plusieurs critères morphologiques de souches exprimant des GTPases mutées et natives. Notre approche à base de microscopie et d’analyses bioinformatique des images DIC (microscopie d’interférence différentielle de contraste) permet de distinguer les phénotypes propres aux cellules natives et aux mutants. L’emploi de cette méthode a permis une détection automatisée et une caractérisation des phénotypes mutants associés à la sur-expression de GTPases constitutivement actives. Les mutants de GTPases constitutivement actifs Cdc42 Q61L, Rho5 Q91H, Ras1 Q68L et Rsr1 G12V ont été analysés avec succès. En effet, l’implémentation de différents algorithmes de partitionnement, permet d’analyser des données qui combinent les mesures morphologiques de population native et mutantes. Nos résultats démontrent que l’algorithme Fuzzy C-Means performe un partitionnement efficace des cellules natives ou mutantes, où les différents types de cellules sont classifiés en fonction de plusieurs facteurs de formes cellulaires obtenus à partir des images DIC. Cette analyse démontre que les mutations Cdc42 Q61L, Rho5 Q91H, Ras1 Q68L et Rsr1 G12V induisent respectivement des phénotypes amorphe, allongé, rond et large qui sont représentés par des vecteurs de facteurs de forme distincts. Ces distinctions sont observées avec différentes proportions (morphologie mutante / morphologie native) dans les populations de mutants. Le développement de nouvelles méthodes automatisées d’analyse morphologique des cellules natives et mutantes s’avère extrêmement utile pour l’étude de la famille des GTPases ainsi que des résidus spécifiques qui dictent leurs fonctions et réseau d’interaction. Nous pouvons maintenant envisager de produire des mutants de GTPases qui inversent leur fonction en ciblant des résidus divergents. La substitution fonctionnelle est ensuite détectée au niveau morphologique grâce à notre nouvelle stratégie quantitative. Ce type d’analyse peut également être transposé à d’autres familles de protéines et contribuer de manière significative au domaine de la biologie évolutive.

Cell lines and animal model in the analysis of pharmacogenomics markers in childhood acute lymphoblastic leukemia

La leucémie aiguë lymphoblastique (LAL) est le cancer pédiatrique le plus fréquent. Elle est la cause principale de mortalité liée au cancer chez les enfants due à un groupe de patient ne répondant pas au traitement. Les patients peuvent aussi souffrir de plusieurs toxicités associées à un traitement intensif de chimiothérapie. Les études en pharmacogénétique de notre groupe ont montré une corrélation tant individuelle que combinée entre les variants génétiques particuliers d’enzymes dépendantes du folate, particulièrement la dihydrofolate réductase (DHFR) ainsi que la thymidylate synthase (TS), principales cibles du méthotrexate (MTX) et le risque élevé de rechute chez les patients atteints de la LAL. En outre, des variations dans le gène ATF5 impliqué dans la régulation de l’asparagine synthetase (ASNS) sont associées à un risque plus élevé de rechute ou à une toxicité ASNase dépendante chez les patients ayant reçu de l’asparaginase d’E.coli (ASNase). Le but principal de mon projet de thèse est de comprendre davantage d’un point de vue fonctionnel, le rôle de variations génétiques dans la réponse thérapeutique chez les patients atteints de la LAL, en se concentrant sur deux composants majeurs du traitement de la LAL soit le MTX ainsi que l’ASNase. Mon objectif spécifique était d’analyser une association trouvée dans des paramètres cliniques par le biais d’essais de prolifération cellulaire de lignées cellulaires lymphoblastoïdes (LCLs, n=93) et d’un modèle murin de xénogreffe de la LAL. Une variation génétique dans le polymorphisme TS (homozygosité de l’allèle de la répétition triple 3R) ainsi que l’haplotype *1b de DHFR (défini par une combinaison particulière d’allèle dérivé de six sites polymorphiques dans le promoteur majeur et mineur de DHFR) et de leurs effets sur la sensibilité au MTX ont été évalués par le biais d’essais de prolifération cellulaire. Des essais in vitro similaires sur la réponse à l’ASNase de E. Coli ont permis d’évaluer l’effet de la variation T1562C de la région 5’UTR de ATF5 ainsi que des haplotypes particuliers du gène ASNS (définis par deux variations génétiques et arbitrairement appelés haplotype *1). Le modèle murin de xénogreffe ont été utilisé pour évaluer l’effet du génotype 3R3R du gène TS. L’analyse de polymorphismes additionnels dans le gène ASNS a révélé une diversification de l’haplotype *1 en 5 sous-types définis par deux polymorphismes (rs10486009 et rs6971012,) et corrélé avec la sensibilité in vitro à l’ASNase et l’un d’eux (rs10486009) semble particulièrement important dans la réduction de la sensibilité in vitro à l’ASNase, pouvant expliquer une sensibilité réduite de l’haplotype *1 dans des paramètres cliniques. Aucune association entre ATF5 T1562C et des essais de prolifération cellulaire en réponse à ASNase de E.Coli n’a été détectée. Nous n’avons pas détecté une association liée au génotype lors d’analyse in vitro de sensibilité au MTX. Par contre, des résultats in vivo issus de modèle murin de xénogreffe ont montré une relation entre le génotype TS 3R/3R et la résistance de manière dose-dépendante au traitement par MTX. Les résultats obtenus ont permis de fournir une explication concernant un haut risque significatif de rechute rencontré chez les patients au génotype TS 3R/3R et suggèrent que ces patients pourraient recevoir une augmentation de leur dose de MTX. À travers ces expériences, nous avons aussi démontré que les modèles murins de xénogreffe peuvent servir comme outil préclinique afin d’explorer l’option d’un traitement individualisé. En conclusion, la connaissance acquise à travers mon projet de thèse a permis de confirmer et/ou d’identifier quelques variants dans la voix d’action du MTX et de l’ASNase qui pourraient faciliter la mise en place de stratégies d’individualisation de la dose, permettant la sélection d’un traitement optimum ou moduler la thérapie basé sur la génétique individuelle.

Aluminium and breast cancer: sources of exposure, tissue measurements and mechanisms of toxicological actions on breast biology

This review examines recent evidence linking exposure to aluminium with the aetiology of breast cancer. The human population is exposed to aluminium throughout daily life including through diet, application of antiperspirants, use of antacids and vaccination. Aluminium has now been measured in a range of human breast structures at higher levels than in blood serum and experimental evidence suggests that the tissue concentrations measured have the potential to adversely influence breast epithelial cells including generation of genomic instability, induction of anchorage-independent proliferation and interference in oestrogen action. The presence of aluminium in the human breast may also alter the breast microenvironment causing disruption to iron metabolism, oxidative damage to cellular components, inflammatory responses and alterations to the motility of cells. The main research need is now to investigate whether the concentrations of aluminium measured in the human breast can lead in vivo to any of the effects observed in cells in vitro and this would be aided by the identification of biomarkers specific for aluminium action.

Chemistry in Eriocaulaceae

Eriocaulaceae is a pantropical family that comprises about 1100 species distributed in 11 genera. The infrafamilial relationships are still unsatisfactorily resolved, because of the tiny flowers and generalized morphology, which makes the taxonomy very difficult. Flavonoid and naphthopyranone profiles have proved to be important in order to contribute to the alignment of genera into the family. We here present a survey of the chemical data of Eriocaulaceae with a discussion about their contribution to the taxonomy of Eriocaulaceae.