Transmission of West Nile virus in the Niagara Region among a population at risk for exposure

Background. West Nile Virus (WNV), a mosquito-borne flavivirus, is one of an increasing number of infectious diseases that have been emerging or re-emerging in the last two decades. Since the arrival ofWNV to Canada to present date, the Niagara Region has only reported 30 clinical cases, a small number compared to the hundreds reported in other regions of similar conditions. Moreover, the last reported human case in Niagara was in 2006. As it has been demonstrated that the majority of WNV infections are asymptomatic, the question remains whether the lack of clinical cases in Niagara truly reflects the lack of transmission to humans or if infections are still occurring but are mostly asymptomatic. Objectives. The general objective of this study was to establish whether or not active WNV transmission could be detected in a human population residing in Niagara for the 2007 transmission season. To fullfil this objective, a cross-sectional seroprevalence study was designed to investigate for the presence of anti-WNV antibodies in a sample of Mexican migrant agricultural workers employed in farms registered with the Seasonal Agricultural Workers Program (SAWP). Due to the Mexican origin of the study participants, three specific research objectives were proposed: a) determine the seroprevalence ofanti-WNV antibodies as well as anti-Dengue virus antibodies (a closely related virus prevalent in Mexico and likely to confound WNV serology); b) analyze risk factors associated with WNV and Dengue virus seropositivity; and c) assess the awareness of study participants about WNV infection as well as their understanding of the mode of transmission and clinical importance of the infection. Methodology: After obtaining ethics clearance from Brock University, farms were visited and workers invited to participate. Due to time constraints, only a small number of farms were enrolled with a resulting convenience and non-randomized study sample. Workers' demographic and epidemiological data were collected using a standardized questionnaire and blood samples were drawn to determine serum anti-WNV and anti- Dengue antibodies with a commercial ELISA. All positive samples were sent to the National Microbiology Laboratory in Winnipeg, Manitoba for confirmation with the Plaque Reduction Neutralization Test (PRNT). Data was analyzed with Stata 10.0. Antibody determinations were reported as seroprevalence proportions for both WNV and Dengue. Logistic regression was used to analyze risk factors that may be associated with seropositivity and awareness was reported as a proportion of the number of individuals possessing awareness over the total number of participants. Results and Discussion. In total 92 participants working in 5 farms completed the study. Using the commercial ELISA, seropositivity was as follows: 2.2% for WNV IgM, 20.7% for WNV IgG, and 17.1 % for Dengue IgG. Possible cross-reactivity was demonstrated in 15/20 (75.0%) samples that were positive for both WNV IgG and Dengue IgG. Confirmatory testing with the PRNT demonstrated that none of the WNV ELISA positive samples had antibodies to WNV but 13 samples tested positive for anti-Dengue antibodies (14.1 % Dengue sereoprevalence). The findings showed that the ELISA performance was very poor for assessing anti-WNV antibodies in individuals previously exposed to Dengue virus. However, the ELISA had better sensitivity and specificity for assessing anti-Dengue antibodies. Whereas statistical analysis could not be done for WNV seropositivity, as all samples were PRNT negative, logistic regression demonstrated several risk factors for Dengue exposure_ The first year coming to Canada appeared to be significantly associated with increased exposure to Dengue while lower socio-economic housing and the presence of a water basin in the yard in Mexico appeared to be significantly associated with a decreased exposure to Dengue_ These seemingly contradictory results illustrate that in mobile populations such as migrant workers, risk factors for exposure to Dengue are not easily identified and more research is needed. Assessing the awareness of WNV and its clinical importance showed that only 23% of participants had some knowledge of WNV, of which 76% knew that the infection was mosquito-borne and 47% recognized fever as a symptom. The identified lack of understanding and awareness was not surprising since WNV is not a visible disease in Mexico. Since WNV persists in an enzootic cycle in Niagara and the occurrence of future outbreaks is unpredictable, the agricultural workers remain at risk for transmission. Therefore it important they receive sufficient health education regarding WNV before leaving Mexico and during their stay in Canada. Conclusions. Human transmission of WNV could not be proven among the study participants even when due to their occupation they are at high risk for mosquito bites. The limitations of the study sample do not permit generalizable conclusions, however, the study findings are consistent with the absence of clinical cases in the Niagara Region, so it is likely that human transmission is indeed neglible or absent. As evidenced by our WNV serology results, PRNT must be utilized as a confirmatory test since false positivity occurs frequently. This is especially true when previous exposure to Dengue virus is likely.

ReAlM - a system to manipulate relations

Given a heterogeneous relation algebra R, it is well known that the algebra of matrices with coefficient from R is relation algebra with relational sums that is not necessarily finite. When a relational product exists or the point axiom is given, we can represent the relation algebra by concrete binary relations between sets, which means the algebra may be seen as an algebra of Boolean matrices. However, it is not possible to represent every relation algebra. It is well known that the smallest relation algebra that is not representable has only 16 elements. Such an algebra can not be put in a Boolean matrix form.[15] In [15, 16] it was shown that every relation algebra R with relational sums and sub-objects is equivalent to an algebra of matrices over a suitable basis. This basis is given by the integral objects of R, and is, compared to R, much smaller. Aim of my thesis is to develop a system called ReAlM - Relation Algebra Manipulator - that is capable of visualizing computations in arbitrary relation algebras using the matrix approach.

Behavioural and neural correlates of emotion recognition as a function of psychopathic personality traits

Psychopathy is associated with well-known characteristics such as a lack of empathy and impulsive behaviour, but it has also been associated with impaired recognition of emotional facial expressions. The use of event-related potentials (ERPs) to examine this phenomenon could shed light on the specific time course and neural activation associated with emotion recognition processes as they relate to psychopathic traits. In the current study we examined the PI , N170, and vertex positive potential (VPP) ERP components and behavioural performance with respect to scores on the Self-Report Psychopathy (SRP-III) questionnaire. Thirty undergraduates completed two tasks, the first of which required the recognition and categorization of affective face stimuli under varying presentation conditions. Happy, angry or fearful faces were presented under with attention directed to the mouth, nose or eye region and varied stimulus exposure duration (30, 75, or 150 ms). We found that behavioural performance to be unrelated to psychopathic personality traits in all conditions, but there was a trend for the Nl70 to peak later in response to fearful and happy facial expressions for individuals high in psychopathic traits. However, the amplitude of the VPP was significantly negatively associated with psychopathic traits, but only in response to stimuli presented under a nose-level fixation. Finally, psychopathic traits were found to be associated with longer N170 latencies in response to stimuli presented under the 30 ms exposure duration. In the second task, participants were required to inhibit processing of irrelevant affective and scrambled face distractors while categorizing unrelated word stimuli as living or nonliving. Psychopathic traits were hypothesized to be positively associated with behavioural performance, as it was proposed that individuals high in psychopathic traits would be less likely to automatically attend to task-irrelevant affective distractors, facilitating word categorization. Thus, decreased interference would be reflected in smaller N170 components, indicating less neural activity associated with processing of distractor faces. We found that overall performance decreased in the presence of angry and fearful distractor faces as psychopathic traits increased. In addition, the amplitude of the N170 decreased and the latency increased in response to affective distractor faces for individuals with higher levels of psychopathic traits. Although we failed to find the predicted behavioural deficit in emotion recognition in Task 1 and facilitation effect in Task 2, the findings of increased N170 and VPP latencies in response to emotional faces are consistent wi th the proposition that abnormal emotion recognition processes may in fact be inherent to psychopathy as a continuous personality trait.

Competing demands for a complex system : photosystem II repair, photoprotection and quantum yield

Photosynthesis in general is a key biological process on Earth and Photo system II (PSII) is an important component of this process. PSII is the only enzyme capable of oxidizing water and is largely responsible for the primordial build-up and present maintenance of the oxygen in the atmosphere. This thesis endeavoured to understand the link between structure and function in PSII with special focus on primary photochemistry, repair/photodamage and spectral characteristics. The deletion of the PsbU subunit ofPSII in cyanobacteria caused a decoupling of the Phycobilisomes (PBS) from PSII, likely as a result of increased rates of PSII photodamage with the PBS decoupling acting as a measure to protect PSII from further damage. Isolated fractions of spinach thylakoid membranes were utilized to characterize the heterogeneity present in the various compartments of the thylakoid membrane. It was found that the pooled PSIILHCII pigment populations were connected in the grana stack and there was also a progressive decrease in the reaction rates of primary photochemistry and antennae size of PSII as the sample origin moved from grana to stroma. The results were consistent with PSII complexes becoming damaged in the grana and being sent to the stroma for repair. The dramatic quenching of variable fluorescence and overall fluorescent yield of PSII in desiccated lichens was also studied in order to investigate the mechanism by which the quenching operated. It was determined that the source of the quenching was a novel long wavelength emitting external quencher. Point mutations to amino acids acting as ligands to chromophores of interest in PSII were utilized in cyanobacteria to determine the role of specific chromophores in energy transfer and primary photochemistry. These results indicated that the Hl14 ligated chlorophyll acts as the 'trap' chlorophyll in CP47 at low temperature and that the Q130E mutation imparts considerable changes to PSII electron transfer kinetics, essentially protecting the complex via increased non-radiative charge Photosynthesis in general is a key biological process on Earth and Photo system II (PSII) is an important component of this process. PSII is the only enzyme capable of oxidizing water and is largely responsible for the primordial build-up and present maintenance of the oxygen in the atmosphere. This thesis endeavoured to understand the link between structure and function in PSII with special focus on primary photochemistry, repair/photodamage and spectral characteristics. The deletion of the PsbU subunit ofPSII in cyanobacteria caused a decoupling of the Phycobilisomes (PBS) from PSII, likely as a result of increased rates of PSII photodamage with the PBS decoupling acting as a measure to protect PSII from further damage. Isolated fractions of spinach thylakoid membranes were utilized to characterize the heterogeneity present in the various compartments of the thylakoid membrane. It was found that the pooled PSIILHCII pigment populations were connected in the grana stack and there was also a progressive decrease in the reaction rates of primary photochemistry and antennae size of PSII as the sample origin moved from grana to stroma. The results were consistent with PSII complexes becoming damaged in the grana and being sent to the stroma for repair. The dramatic quenching of variable fluorescence and overall fluorescent yield of PSII in desiccated lichens was also studied in order to investigate the mechanism by which the quenching operated. It was determined that the source of the quenching was a novel long wavelength emitting external quencher. Point mutations to amino acids acting as ligands to chromophores of interest in PSII were utilized in cyanobacteria to determine the role of specific chromophores in energy transfer and primary photochemistry. These results indicated that the Hl14 ligated chlorophyll acts as the 'trap' chlorophyll in CP47 at low temperature and that the Q130E mutation imparts considerable changes to PSII electron transfer kinetics, essentially protecting the complex via increased non-radiative charge.

Identification and characterization of retinoic acid-induced morphological and electrophysiological changes in an invertebrate nervous system

The vitamin A metabolite, retinoic acid (RA) is known to play an important role in the development, patterning and regeneration of nervous tissue, both in the embryo and in the adult. Classically, RA is known to mediate the transcription of target genes through the binding and activation ofits nuclear receptors: the retinoic acid receptors (RARs) and retinoid X receptors (RXRs). Recently, mounting evidence from many animal models has implicated a number of RA-mediated effects operating independently of gene transcription, and thus highlights nove~ nongenornic actions of RA. For example, recent work utilizing cultured neurons from the pond snaa Lymnaea stagnalis, has shown that RA can elicit a regenerative response, growth cone turning, independently of "classical" transcriptional activation While this work illustrates a novel regeneration-inducing effect in culture, it is currently -unknown whether RA also induces regeneration in situ. This study has sought to determine RA's regenerative effucts at the morphological and molecular levels by utilizing an in situ approach focusing on a single identified dopaminergic neuron which possesses a known "mapped" morphology within the CNS. These studies show, for the first time in an invertebrate, that RA can increase neurite outgrowth of dopaminergic cells that have undergone a nerve-crush injury. Utilizing Western blot analysis, it was shown that this effect appears to be independent of any changes in whole CNS expression levels of either the RAR or RXR. Additionally, utilizing immunohistochemistry, to examine protein localization, there does not appear to be any obvious changes in the RXR expression level at the crush site. Changes in cell morphology such as neurity extension are known to be modulated by changes in neuronal firing activity. It has been previously shown that exposure to RA over many days can lead to changes in the electrophysiological properties of cultured Lymnaea neurons; however, no studies have investigated whether short-term exposure to RA can elicit electrophysiological changes and/or changes in firing pattern of neurons in Lymnaea or any other species. The studies performed here show, for the first time in any species, that short-tenn treatment with RA can elicit significant changes in the firing properties of both identified dopaminergic neurons and peptidergic neurons. This effect appears to be independent of protein synthesis, activation of protein kinase A or phospholipase C, and calcium influx but is both dose-dependent and isomer-dependent. These studies provide evidence that the RXR, but not RAR, may be involved, and that intracellular calcium concentrations decrease upon RAexposure with a time course, dose-dependency and isomer-dependency that coincide with the RA-induced electrophysiological changes. Taken together, these studies provide important evidence highlighting RA as a multifunctional molecule, inducing morphological, molecular and electrophysiological changes within the CNS, and highlight the many pathways through which RA may operate to elicit its effects.

Enabling and Measuring Complexity in Evolving Designs using Generative Representations for Artificial Architecture

As the complexity of evolutionary design problems grow, so too must the quality of solutions scale to that complexity. In this research, we develop a genetic programming system with individuals encoded as tree-based generative representations to address scalability. This system is capable of multi-objective evaluation using a ranked sum scoring strategy. We examine Hornby's features and measures of modularity, reuse and hierarchy in evolutionary design problems. Experiments are carried out, using the system to generate three-dimensional forms, and analyses of feature characteristics such as modularity, reuse and hierarchy were performed. This work expands on that of Hornby's, by examining a new and more difficult problem domain. The results from these experiments show that individuals encoded with those three features performed best overall. It is also seen, that the measures of complexity conform to the results of Hornby. Moving forward with only this best performing encoding, the system was applied to the generation of three-dimensional external building architecture. One objective considered was passive solar performance, in which the system was challenged with generating forms that optimize exposure to the Sun. The results from these and other experiments satisfied the requirements. The system was shown to scale well to the architectural problems studied.

Methoxypyrazine removal in grape juice: Development of a removal system using odorant and pheromone binding proteins coupled with bentonite fining

Multicoloured Asian Lady Beetles (MALB) and 7-spot Lady Beetles that infect vineyards can secrete alkyl-methoxypyrazines when they are processed with the grapes, resulting in wines containing a taint. The main methoxypyrazine associated with this taint is 3-isopropyl-2-methoxypyrazine (IPMP). The wines are described as having aroma and flavours of peanut butter, peanut shells, asparagus and earthy which collectively, have become known as “ladybug taint”. To date, there are no known fining agents used commercially added to juice or wine that are effective in removing this taint. The goal of this project was to use previously identified proteins with an ability to bind to methoxypyrazines at low pH, and subsequently develop a binding assay to test the ability of these proteins to bind to and remove methoxypyrazines from grape juice. The piglet odorant binding protein (plOBP) and mouse major urinary protein (mMUP) were identified, cloned and expressed in the Pichia pastoris expression system. Protein expression was induced using methanol and the proteins were subsequently purified from the induction media using anion exchange chromatography. The purified proteins were freeze-dried and rehydrated prior to use in the methoxypyrazine removal assay. The expression and purification system resulted in yields of approximately 78% of purified plOBP and 62% of purified mMUP from expression to rehydration. Purified protein values were 87 mg of purified plOPB per litre of induction media and 19 mg of purified mMUP per litre of induction medium. In order to test the ability of the protein to bind to the MPs, an MP removal assay was developed. In the assay, the purified protein is incubated with either IPMP or 3-isobutyl-2-methoxypyrazine (IBMP) for two hours in either buffer or grape juice. Bentonite is then used to capture the protein-MP complex and the bentonite-protein-MP complex is then removed from solution by filtration. Residual MP is measured in solution following the MP removal assay and compared to that in the starting solution by Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC/MS). GC/MS results indicated that the mMUP was capable of removing IBMP and IPMP from 300 ng/L in buffer pH 4.0, buffer pH 3.5 and Riesling Juice pH 3.5 down to the limit of quantification of the instrument, which is 6ng/L and 2ng/L for IBMP and IPMP, respectively. The results for the plOBP showed that although it could remove some IBMP, it was only approximately 50-70 ng/L more than bentonite treatment followed by filtration, resulting in approximately 100 ng/L of the MPs being left in solution. pIOBP was not able to remove IPMP in buffer pH 3.5 using this system above that removed by bentonite alone. As well, the pIOBP was not able to remove any additional MPs from Chardonnay juice pH 3.5 above that already removed by the bentonite and filtration alone. The mouse MUP was shown to be a better candidate protein for removal of MPs from juice using this system.

The Role of Experience in the Organization and Refinement of Face Space

Adults code faces in reference to category-specific norms that represent the different face categories encountered in the environment (e.g., race, age). Reliance on such norm-based coding appears to aid recognition, but few studies have examined the development of separable prototypes and the way in which experience influences the refinement of the coding dimensions associated with different face categories. The present dissertation was thus designed to investigate the organization and refinement of face space and the role of experience in shaping sensitivity to its underlying dimensions. In Study 1, I demonstrated that face space is organized with regard to norms that reflect face categories that are both visually and socially distinct. These results provide an indication of the types of category-specific prototypes that can conceivably exist in face space. Study 2 was designed to investigate whether children rely on category-specific prototypes and the extent to which experience facilitates the development of separable norms. I demonstrated that unlike adults and older children, 5-year-olds rely on a relatively undifferentiated face space, even for categories with which they receive ample experience. These results suggest that the dimensions of face space undergo significant refinement throughout childhood; 5 years of experience with a face category is not sufficient to facilitate the development of separable norms. In Studies 3 through 5, I examined how early and continuous exposure to young adult faces may optimize the face processing system for the dimensions of young relative to older adult faces. In Study 3, I found evidence for a young adult bias in attentional allocation among young and older adults. However, whereas young adults showed an own-age recognition advantage, older adults exhibited comparable recognition for young and older faces. These results suggest that despite the significant experience that older adults have with older faces, the early and continuous exposure they received with young faces continues to influence their recognition, perhaps because face space is optimized for young faces. In Studies 4 and 5, I examined whether sensitivity to deviations from the norm is superior for young relative to older adult faces. I used normality/attractiveness judgments as a measure of this sensitivity; to examine whether biases were specific to norm-based coding, I asked participants to discriminate between the same faces. Both young and older adults were more accurate when tested with young relative to older faces—but only when judging normality. Like adults, 3- and 7-year-olds were more accurate in judging the attractiveness of young faces; however, unlike adults, this bias extended to the discrimination task. Thus by 3 years of age children are more sensitive to differences among young relative to older faces, suggesting that young children's perceptual system is more finely tuned for young than older adult faces. Collectively, the results of this dissertation help elucidate the development of category-specific norms and clarify the role of experience in shaping sensitivity to the dimensions of face space.

EARLY LIFE EXPOSURE TO GENISTEIN AND DAIDZEIN DISRUPTS STRUCTURAL DEVELOPMENT OF REPRODUCTIVE ORGANS IN FEMALE MICE

In mice, exposure to isoflavones (ISO), abundant in soy infant formula, during the first 5 d of life alters structural and functional development of reproductive organs. Effects of longer exposures are unknown. The study objective was to evaluate whether exposure to a combination of daidzein and genistein in the first 10 compared to 5 d of life results in greater adverse effects on ovarian and uterine structure in adult mice. Thirteen litters of 8–12 pups were cross-fostered and randomized to corn oil or ISO (2 mg daidzein + 5 mg genistein/kg body weight/d) for the first 5 or 10 d of life. The 10-d protocol mimicked the period when infants are fed soy protein formula (SPF) but avoids the time when suckling pups can consume the mother’s diet. Body and organ weights and histology of ovaries and uteri were analyzed. There were no differences in the ovary or uterus weight, number of ovarian follicles, number of multiple oocyte follicles, or percent of ovarian cysts with 5 or 10 d of ISO intervention compared to respective controls. The 10-d ISO group had higher body weights from 6 d to 4 mo. of age and a higher percent of hyperplasia in the oviduct than the respective control. Lower numbers of ovarian corpus lutea and a higher incidence of abnormal changes were reported in the uteri of both ISO groups compared to their respective controls. Five- and 10-d exposure to ISO had similar long-lasting adverse effects on the structures of ovaries and uterus in adult mice. Only the 10-d ISO exposure resulted in greater body weight gain at adulthood.

Cell-selective modulation of the neuromuscular system in Drosophila

The capacity for all living cells to sense and interact with their environment is a necessity for life. In highly evolved, eukaryotic species, like humans, signalling mechanisms are necessary to regulate the function and survival of all cells in the organism. Synchronizing systemic signalling systems at the cellular, organ and whole-organism level is a formidable task, and for most species requires a large number of signalling molecules and their receptors. One of the major types of signalling molecules used throughout the animal kingdom are modulatory substances (e.x. hormones and peptides). Modulators can act as chemical transmitters, facilitating communication at chemical synapses. There are hundreds of circulating modulators within the mammalian system, but the reason for so many remains a mystery. Recent work with the fruit fly, Drosophila melanogaster demonstrated the capacity for peptides to modulate synaptic transmission in a neuron-specific manner, suggesting that peptides are not simply redundant, but rather may have highly specific roles. Thus, the diversity of peptides may reflect cell-specific functions. The main objective of my doctoral thesis was to examine the extent to which neuromodulator substances and their receptors modulate synaptic transmission at a cell-specific level using D. melanogaster. Using three different modulatory substances, i) octopamine - a biogenic amine released from motor neuron terminals, ii) DPKQDFMRFa - a neuropeptide secreted into circulation, and iii) Proctolin - a pentapeptide released both from motor neuron terminals and into circulation, I was able to investigate not only the capacity of these various substances to work in a cell-selective manner, but also examine the different mechanisms of action and how modulatory substances work in concert to execute systemic functionality . The results support the idea that modulatory substances act in a circuit-selective manner in the central nervous system and in the periphery in order to coordinate and synchronize physiologically and behaviourally relevant outputs. The findings contribute as to why the nervous system encodes so many modulatory substances.

Effets de l’alcoolisme fœtal sur le développement du corps genouillé latéral du singe

L’exposition du fœtus à l’éthanol est reconnue comme étant la principale cause de maladies évitables lors du développement. Une forte exposition à l’alcool durant la gestation peut occasionner des dysmorphies cranio-faciales et des retards mentaux, ainsi que des troubles d’apprentissages et du comportement. Le développement du système visuel est également perturbé chez une grande majorité d’enfants qui ont été exposés à l’alcool. Lorsque les doses prises sont élevées, le système visuel peut présenter une panoplie de symptômes comme une augmentation de la tortuosité des vaisseaux rétiniens, de la myopie, de l’hypermétropie, du strabisme et une hypoplasie du nerf optique. Cependant, très peu d’études se sont penchées sur les effets de plus faibles doses sur le développement du système visuel du primate. Le singe est un excellent modèle pour étudier le système visuel car il possède plusieurs similitudes avec l’humain tant au niveau développemental qu’au niveau structurel. De plus, le singe utilisé, le Chlrocebus aethiops sabeus, possède l’avantage que des individus de cette espèce ont une consommation naturelle et volontaire à l’alcool. Une étude (Clarren et al., 1990) a suggéré qu’une faible exposition à l’alcool du fœtus du primate non humain occasionnait une diminution du nombre de cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs). Étant donné que le corps genouillé latéral dorsal (CGLd) reçoit la plupart de ses intrants de la rétine, il est raisonnable d’assumer que les couches rétino-récipientes du CGLd devraient être aussi affectées. Nous avons alors émis l’hypothèse que le CGLd devrait également subir une diminution du nombre de neurones. Pour la première fois, nous avons utilisé une méthode stéréologique pour quantifier le nombre de cellules dans les couches parvo- (P) et magnocellulaires (M) du CGLd. Contrairement à notre hypothèse de départ, nous n’avons pas observé de diminution dans le nombre global de neurones dans le CGLd des animaux exposés à l’alcool par rapport à des sujets contrôles, ni une diminution de son volume. Nous avons toutefois observé une diminution de la taille du corps cellulaire seulement dans la population M du CGLd. Ces résultats suggèrent que le système visuel est affecté par une faible exposition à l’alcool durant son développement qui devrait se traduire sur le comportement par des déficits dans les fonctions de la voie M.

Studies on the exaggerated inflammatory response caused by streptococcus suis at systemic and central nervous system levels

Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible.

Étude de Necdin par un modèle de carcinogénèse lié à l’antigène grand T du Virus du polyome

Les virus sont utilisés depuis longtemps dans la recherche sur le cancer et ont grandement contribué à l’avancement des connaissances de même qu’à l’établissement de préceptes importants encore valables aujourd’hui dans le domaine. L’un des défis actuels est de mieux définir les étapes menant à la transition d’une cellule normale à une cellule transformée et c’est sur cette problématique que nous nous sommes penchés. Pour ce faire, nous avons tiré profit de l’utilisation de l’antigène grand-T du virus de polyome (PyLT), un virus capable d’induire des tumeurs chez les rongeurs. Cet oncogène viral à lui seul possède des propriétés intéressantes qui suggèrent que, en plus de l’immortalisation, il peut également contribuer aux événements précoces de la carcinogénèse. Ceci repose principalement sur la capacité de PyLT à induire des tumeurs en souris transgéniques et ce, avec une certaine latence ce qui suggère que des événements supplémentaires sont nécessaires. Ainsi, l’utilisation de PyLT dans un modèle de culture cellulaire permet de disséquer les changements qui lui sont attribuables. Dans un premier temps, l’établissement du profil d'expression génique associé à l'expression de PyLT dans un modèle murin nous a permis de sélectionner un bon nombre de gènes, parmi lesquels figurait Necdin. Nous avons choisi d’étudier Necdin plus en détail puisque peu d’attention était accordée à cette protéine dans le domaine du cancer, malgré que différentes données de la littérature lui suggèrent à la fois des fonctions suppresseurs de tumeur et oncogéniques. Nous avons démontré que, malgré sa fonction proposée de suppresseur de croissance, l’expression de Necdin n’est pas incompatible avec la prolifération dans la lignée cellulaire de souris NIH 3T3 et les cellules primaires humaines (IMR90), bien que l’inhibition de son expression par shARN confère un avantage prolifératif. Nous avons confirmé que Necdin est un gène cible de p53 induit par différents agents génotoxiques, toutefois son expression peut également être régulée de façon p53-indépendante. De plus, Necdin agit négativement sur l’arrêt du cycle cellulaire en réponse à l’activation de p53. Ceci suggère que Necdin est impliqué dans une boucle de régulation négative de la voie de p53 et que l’augmentation anormale de l’expression de Necdin pourrait contribuer à la perturbation la voie du suppresseur de tumeur p53. L’activation de p53 permet l’arrêt transitoire du cycle cellulaire en condition de stress, mais est aussi impliquée dans l’établissement d’un arrêt permanent nommé sénescence. La sénescence est un mécanisme de protection contre l’accumulation de mutations qui peut contribuer à l’initiation du cancer. Vu l’intéressante implication de Necdin dans la régulation de l’activité de p53, nous avons transposé les connaissances acquises du modèle murin à un modèle humain, plus adapté pour l’étude de la sénescence. La caractérisation de l’expression de Necdin dans des fibroblastes primaires humains à différents passages montre que les jeunes cellules en prolifération active expriment Necdin et que son niveau diminue avec l’établissement de la sénescence réplicative. Le même phénomène est observé lors de la sénescence prématurée provoquée par l’expression d’un oncogène et par l’exposition aux radiations ionisantes. De plus, dans des conditions normales de prolifération, la modulation de Necdin par des essais de gain et de perte de fonction n’affecte pas la durée de vie des cellules primaires. Toutefois, en condition de stress génotoxique dû à l’exposition aux irradiations, les cellules surexprimant Necdin présentent une radiorésistance accrue de la même façon que lorsque p53 est inactivé directement. Ce résultat en cellules humaines vient appuyer l’effet observé dans les cellules de souris sur l’impact qu’aura le niveau de Necdin sur la réponse de p53 en condition de stress. Un bref survol a été fait pour aborder de quelle façon nos résultats en culture cellulaire pouvaient se traduire dans des modèles de cancer chez l’humain. Nous avons caractérisé l’expression de Necdin dans deux types différents de cancer. D’abord, dans le cancer de l’ovaire, le niveau élevé de Necdin dans les tumeurs à faible potentiel de malignité (LMP) en comparaison aux cancers agressifs de l’ovaire de type séreux suggère que l’expression de Necdin se limite aux cellules de cancer LMP, qui présente généralement un p53 de type sauvage. Son expression est aussi retrouvée dans deux lignées cellulaires du cancer de l’ovaire non-tumorigéniques en xénogreffe de souris, dont l’une possède un p53 fonctionnel. De plus, la caractérisation de Necdin dans les lignées cellulaires du cancer de la prostate suggère une relation entre son expression et la présence de p53 fonctionnel. Dans le cancer de la prostate, tout comme pour le cancer de l’ovaire, Necdin semble être présent dans les lignées représentant un stade moins avancé de la maladie. L’utilisation de l’oncoprotéine virale PyLT nous a permis de révéler des propriétés intéressantes de Necdin. Nous proposons que dans certains contextes, l’expression constitutive de Necdin pourrait contribuer au cancer en retardant une réponse par p53 appropriée et possiblement en participant à l’augmentation de l’instabilité génomique. La fonction potentiellement oncogénique de Necdin quant à sa relation avec p53 que nous avons révélée requiert davantage d’investigation et les cancers caractérisés ici pourraient constituer de bons modèles à cette fin.

Barriers of evidence based policy making in iran's health system

La formation des sociétés fondées sur la connaissance, le progrès de la technologie de communications et un meilleur échange d'informations au niveau mondial permet une meilleure utilisation des connaissances produites lors des décisions prises dans le système de santé. Dans des pays en voie de développement, quelques études sont menées sur des obstacles qui empêchent la prise des décisions fondées sur des preuves (PDFDP) alors que des études similaires dans le monde développé sont vraiment rares. L'Iran est le pays qui a connu la plus forte croissance dans les publications scientifiques au cours de ces dernières années, mais la question qui se pose est la suivante : quels sont les obstacles qui empêchent l'utilisation de ces connaissances de même que celle des données mondiales? Cette étude embrasse trois articles consécutifs. Le but du premier article a été de trouver un modèle pour évaluer l'état de l'utilisation des connaissances dans ces circonstances en Iran à l’aide d'un examen vaste et systématique des sources suivie par une étude qualitative basée sur la méthode de la Grounded Theory. Ensuite au cours du deuxième et troisième article, les obstacles aux décisions fondées sur des preuves en Iran, sont étudiés en interrogeant les directeurs, les décideurs du secteur de la santé et les chercheurs qui travaillent à produire des preuves scientifiques pour la PDFDP en Iran. Après avoir examiné les modèles disponibles existants et la réalisation d'une étude qualitative, le premier article est sorti sous le titre de «Conception d'un modèle d'application des connaissances». Ce premier article sert de cadre pour les deux autres articles qui évaluent les obstacles à «pull» et «push» pour des PDFDP dans le pays. En Iran, en tant que pays en développement, les problèmes se situent dans toutes les étapes du processus de production, de partage et d’utilisation de la preuve dans la prise de décision du système de santé. Les obstacles qui existent à la prise de décision fondée sur des preuves sont divers et cela aux différents niveaux; les solutions multi-dimensionnelles sont nécessaires pour renforcer l'impact de preuves scientifiques sur les prises de décision. Ces solutions devraient entraîner des changements dans la culture et le milieu de la prise de décision afin de valoriser la prise de décisions fondées sur des preuves. Les critères de sélection des gestionnaires et leur nomination inappropriée ainsi que leurs remplaçants rapides et les différences de paiement dans les secteurs public et privé peuvent affaiblir la PDFDP de deux façons : d’une part en influant sur la motivation des décideurs et d'autre part en détruisant la continuité du programme. De même, tandis que la sélection et le remplacement des chercheurs n'est pas comme ceux des gestionnaires, il n'y a aucun critère pour encourager ces deux groupes à soutenir le processus décisionnel fondés sur des preuves dans le secteur de la santé et les changements ultérieurs. La sélection et la promotion des décideurs politiques devraient être basées sur leur performance en matière de la PDFDP et les efforts des universitaires doivent être comptés lors de leurs promotions personnelles et celles du rang de leur institution. Les attitudes et les capacités des décideurs et des chercheurs devraient être encouragés en leur donnant assez de pouvoir et d’habiliter dans les différentes étapes du cycle de décision. Cette étude a révélé que les gestionnaires n'ont pas suffisamment accès à la fois aux preuves nationales et internationales. Réduire l’écart qui sépare les chercheurs des décideurs est une étape cruciale qui doit être réalisée en favorisant la communication réciproque. Cette question est très importante étant donné que l'utilisation des connaissances ne peut être renforcée que par l'étroite collaboration entre les décideurs politiques et le secteur de la recherche. Dans ce but des programmes à long terme doivent être conçus ; la création des réseaux de chercheurs et de décideurs pour le choix du sujet de recherche, le classement des priorités, et le fait de renforcer la confiance réciproque entre les chercheurs et les décideurs politiques semblent être efficace.

Conséquences fonctionnelles de mutations affectant le récepteur de la vasopressine de type 2 et implications thérapeutiques

Le récepteur de la vasopressine de type 2 (V2R) joue un rôle crucial dans l’homéostasie hydrique. Exprimé principalement au niveau du rein, son activation par l’hormone antidiurétique arginine-vasopressine (AVP) favorise la réabsorption d’eau, participant ainsi à diminuer la diurèse. Plus de 200 mutations dans le gène du V2R ont été associées au diabète néphrogénique insipide congénital (DINc), une maladie causée par une perte de fonction du récepteur. À l’opposé, trois mutations découvertes récemment induisent un gain de fonction du V2R, et sont la cause du syndrome néphrogénique de l’anti-diurèse inappropriée (NSIAD). Les travaux de cette thèse visent à mieux comprendre les bases moléculaires responsables de la perte ou du gain de fonction des récepteurs mutants associés à ces deux maladies. Dans plus de 50% des cas, les mutations faux-sens affectent négativement l’adoption d’une conformation native par le V2R, provoquant la reconnaissance et la rétention intracellulaire des mutants par le système de contrôle de qualité du réticulum endoplasmique. Nos résultats ont démontré que l’interaction entre les récepteurs mutants et le chaperon moléculaire calnexine est dépendante de N-glycosylation et que sa durée varie en fonction de la mutation. De plus, l’importance de cette modification co-traductionnelle et des interactions lectines-sucres dans le processus de maturation d’un mutant donné s’est avérée une caractéristique intrinsèque, puisque l’absence de N-glycosylation n’a pas affecté le mutant Y128S (phénotype léger) tandis que la maturation du mutant W164S (phénotype sévère) a été totalement abolie. Nos résultats suggèrent aussi que l’action des chaperons pharmacologiques (CP), molécules favorisant la maturation des mutants du V2R, peut survenir à différentes étapes au cours du processus de maturation, selon le mutant réchappé. Ces différences entre muta nts suggèrent des processus biosynthétiques ‘personnalisés’ dictés par la nature de la mutation impliquée et pourraient expliquer la différence de sévérité des manifestations cliniques chez les patients porteurs de ces mutations. Bien qu’une récupération de fonction ait été obtenue pour les mutants Y128S et W164S par un traitement au CP, il n’en est pas de même pour toutes les mutations occasionnant un défaut conformationnel. C’est ce que nous avons démontré pour le mutant V88M, affligé de deux défauts, soit une faible efficacité de maturation combinée à une basse affinité pour l’AVP. Dans ce cas, et malgré une augmentation du nombre de récepteurs mutants la surface cellulaire, la diminution de l’affinité apparente du récepteur mutant pour l’AVP a été exacerbée par la présence résiduelle de CP à son site de liaison, rendant impossible l’activation du récepteur aux concentrations physiologiques d’AVP. Les mutants R137C et R137L ont une activité constitutive élevée et mènent au NSIAD tandis que la substitution de cette même arginine par une histidine (R137H) mène au DINc. Ces trois mutants se sont avéré partager plusieurs caractéristiques, dont une efficacité de maturation réduite et une désensibilisation spontanée élevée. La seule différence iden tifiée entre ces mutants est leur niveau d’activité constitutive. Le CP utilisé dans nos études possède aussi la propriété d’agoniste inverse, mais n’a pourtant pas diminué l’activité constitutive des mutants R137C/L, suggérant une conformation active ‘figée’. Seul l’effet chaperon a été observé, entraînant la hausse de récepteurs à la surface cellulaire, qui se traduit par une augmentation de la production de second messager. Nous avons par contre suggéré l’utilisation d’AVP puisqu’il favorise l’endocytose des récepteurs R137/L sans promouvoir leur activation, diminuant ainsi le nombre de récepteurs actifs à la surface cellulaire. Nous avons identifié la première mutation occasionnant un gain de fonction du V2R qui n’implique pas l’arginine 137. Le mutant F229V a une activité constitutive élevée et, contrairement aux R137C et R137L, il n’est pas sujet à une désensibilisation spontanée accrue. L’observation que des agonistes inverses sont aptes à inhiber l’activité constitutive de ce nouveau mutant est une découverte importante puisque l’insuccès obtenu avec les mutations précédentes suggérait que ces molécules n’étaient pas utiles pour le traitement du NSIAD. Considérés globalement, ces travaux illustrent le caractère particulier des formes mutantes du V2R et l’importance de bien cerner les conséquences fonctionnelles des mutations afin d’apporter aux patients atteints de DINc ou NSIAD une thérapie personnalisée, et de développer de nouveaux agents thérapeutiques adaptés aux besoins.