Identification of protein expression signatures in gastric carcinomas using clustering analysis

Background and Aim: The identification of gastric carcinomas (GC) has traditionally been based on histomorphology. Recently, DNA microarrays have successfully been used to identify tumors through clustering of the expression profiles. Random forest clustering is widely used for tissue microarrays and other immunohistochemical data, because it handles highly-skewed tumor marker expressions well, and weighs the contribution of each marker according to its relatedness with other tumor markers. In the present study, we e identified biologically- and clinically-meaningful groups of GC by hierarchical clustering analysis of immunohistochemical protein expression. Methods: We selected 28 proteins (p16, p27, p21, cyclin D1, cyclin A, cyclin B1, pRb, p53, c-met, c-erbB-2, vascular endothelial growth factor, transforming growth factor [TGF]-beta I, TGF-beta II, MutS homolog-2, bcl-2, bax, bak, bcl-x, adenomatous polyposis coli, clathrin, E-cadherin, beta-catenin, mucin (MUC) 1, MUC2, MUC5AC, MUC6, matrix metalloproteinase [ MMP]-2, and MMP-9) to be investigated by immunohistochemistry in 482 GC. The analyses of the data were done using a random forest-clustering method. Results: Proteins related to cell cycle, growth factor, cell motility, cell adhesion, apoptosis, and matrix remodeling were highly expressed in GC. We identified protein expressions associated with poor survival in diffuse-type GC. Conclusions: Based on the expression analysis of 28 proteins, we identified two groups of GC that could not be explained by any clinicopathological variables, and a subgroup of long-surviving diffuse-type GC patients with a distinct molecular profile. These results provide not only a new molecular basis for understanding the biological properties of GC, but also better prediction of survival than the classic pathological grouping.

Targeting phosphoinositide 3-kinase signalling in lung cancer

Lung cancer is the leading cause of cancer-related mortality worldwide and more than 1 million people annually die in consequence of lung cancer. Although an improvement in lung cancer treatment could be achieved, especially in the last decade, the development of additional therapeutic strategies is urgently required in order to provide improved survival benefit for patients. Lung cancer formation is caused by genetic modifications commonly caused by tobacco smoking. Numerous studies have demonstrated the role of extracellular growth factors in lung cancer cell proliferation, metastasis, and chemoresistance. Mutations and amplifications in molecules related to receptor tyrosine signalling, such as EGFR, ErbB2, c-Met, c-Kit, VEGFR, PI3K, and PTEN are only some of the alterations known to contribute to the development of lung cancer. The phosphoinositide 3-kinase (PI3K) pathway, fundamental for cell development, growth, and survival, is known to be frequently altered in neoplasia, including carcinomas of the lung. Based on the high frequency of alterations, which include mutations and amplifications, leading to over-activation of certain upstream/downstream mediators, targeting components of the PI3K signalling pathway is considered to be a promising therapeutic approach in cancer treatment. In this article we will summarize the current knowledge about the involvement of PI3K signalling in lung cancer and discuss the development of targeted therapies involving PI3K pathway inhibitors.

Increased expression of putative cancer stem cell markers in the bone marrow of prostate cancer patients is associated with bone metastasis progression.

BACKGROUND The number of cells positive for the α-6 and α-2 integrin subunits and the c-Met receptor in primary tumors and bone biopsies from prostate cancer patients has been correlated with metastasis and disease progression. The objective of this study was to quantify disseminated tumour cells present in bone marrow in prostate cancer patients using specific markers and determine their correlation with metastasis and survival. METHODS Patients were included at different stage of prostate cancer disease, from localised to metastatic castration-resistant prostate cancer. Healthy men were used as a control group. Bone marrow samples were collected and nucleated cells separated. These were stained for CD45, α-2, α-6 integrin subunits and c-Met and samples were processed for analysis and quantification of CD45-/α2+/α6+/c-met + cells using flow cytometry. Clinical and pathological parameters were assessed and survival measured. Statistical analyses were made of associations between disease specific parameters, bone marrow flow cytometry data, prostate-specific antigen (PSA) progression free survival and bone metastases progression free survival. RESULTS For all markers, the presence of more than 0.1% positive cells in bone marrow aspirates was significantly associated with the risk of biochemical progression, the risk of developing metastasis and death from prostate cancer. CONCLUSIONS Quantification of cells carrying putative stem cell markers in bone marrow is a potential indicator of disease progression. Functional studies on isolated cells are needed to show more specifically their property for metastatic spread in prostate cancer.

A distinct element involved in the lipopolysaccharide activation of the tumor necrosis factor -alpha promoter in a promonocytic cell line, THP-1

TNF-α is a pleiotropic cytokine involved in normal homeostasis and plays a key role in defending the host from infection and malignancy. However when deregulated, TNF-α can lead to various disease states. Therefore, understanding the mechanisms by which TNF-α is regulated may aid in its control. In spite of the knowledge gained regarding the transcriptional regulation of TNF-α further characterization of specific TNF-α promoter elements remains to be elucidated. In particular, the T&barbelow;NF-α A&barbelow;P-1/C&barbelow;RE-like (TAC) element of the TNF-α promoter has been shown to be important in the regulation of TNF-α in lymphocytes. Activating transcription factor-2 (ATF-2) and c-Jun were shown to bind to and transactivate the TAC element However, the role of TAC and transcription factors ATF-2 and c-Jun in the regulation of TNF-α in monocytes is not as well characterized. Lipopolysaccharide (LPS), a potent activator of TNF-α in monocytes, provides a good model to study the involvement of TAC in TNF-α regulation. On the other hand, all-tram retinoic acid (ATRA), a physiological monocyte-differentiation agent, is unable to induce TNF-α protein release. ^ To delineate the functional role of TAC, we transfected the wildtype or the TAC deleted TNF-α promoter-CAT construct into THP-1 promonocytic cells before stimulating them with LPS. CAT activity was induced 17-fold with the wildtype TNF-α promoter, whereas the CAT activity was uninducible when the TAC deletion mutant was used. This daft suggests that TAC is vital for LPS to activate the TNF-α promoter. Electrophoretic mobility shift assays using the TAC element as a probe showed a unique pattern for LPS-activated cells: the disappearance of the upper band of a doublet seen in untreated and ATRA treated cells. Supershift analysis identified c-Jun and ATF-2 as components of the LPS-stimulated binding complex. Transient transfection studies using dominant negative mutants of JNK, c-Jun, or ATF-2 suggest that these proteins we important for LPS to activate the TNF-α promoter. Furthermore, an increase in phosphorylated or activated c-Jun was bound to the TAC element in LPS-stimulated cells. Increased c-Jun activation was correlated with increased activity of Jun N-terminal kinase (JNK), a known upstream stimulator of c-Jun and ATF-2, in LPS-stimulated monocytes. On the other hand, ATRA did not induce TNF-α protein release nor changes in the phosphorylation of c-Jun or JNK activity, suggesting that pathways leading to ATRA differentiation of monocytic cells are independent of TNF-α activation. Together, the induction of TNF-α gene expression seems to require JNK activation, and activated c-Jun binding to the TAC element of the TNF-α promoter in THP-1 promonocytic cells. ^

Thiazolidinediones and insulin resistance: Peroxisome proliferatoractivated receptor γ activation stimulates expression of the CAP gene

c-Cbl-associated protein (CAP) is a signaling protein that interacts with both c-Cbl and the insulin receptor that may be involved in the specific insulin-stimulated tyrosine phosphorylation of c-Cbl. The restricted expression of CAP in cells metabolically sensitive to insulin suggests an important potential role in insulin action. The expression of CAP mRNA and proteins are increased in 3T3-L1 adipocytes by the insulin sensitizing thiazolidinedione drugs, which are activators of the peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ). The stimulation of CAP expression by PPARγ activators results from increased transcription. This increased expression of CAP was accompanied by a potentiation of insulin-stimulated c-Cbl tyrosine phosphorylation. Administration of the thiazolidinedione troglitazone to Zucker (fa/fa) rats markedly increased the expression of the major CAP isoform in adipose tissue. This effect was sustained for up to 12 weeks of treatment and accompanied the ability of troglitazone to prevent the onset of diabetes and its complications. Thus, CAP is the first PPARγ-sensitive gene identified that participates in insulin signaling and may play a role in thiazolidinedione-induced insulin sensitization.

Morphogenetic Effects of Neuregulin (Neu Differentiation Factor) in Cultured Epithelial Cells

Neuregulin, or neu differentiation factor, induces cell proliferation or differentiation through interaction with members of the ErbB family of receptor tyrosine kinases. We report that neuregulin can also induce profound morphogenic responses in cultured epithelial cells of different origins. These effects include scattering of small epithelial islands and rearrangement of larger cell islands into ordered ring-shaped arrays with internal lumens. The ring-forming cells are interconnected by cadherin- and β-catenin-containing adherens junctions. In confluent cultures, neuregulin treatment induces formation of circular lumenlike gaps in the monolayer. Both cell scattering and ring formation are accompanied by a marked increase in cell motility that is independent of hepatocyte growth factor/scatter factor and its receptor (c-Met). Affinity-labeling experiments implied that a combination of ErbB-2 with ErbB-3 mediates the morphogenic signal of neuregulin in gastric cells. Indeed, a similar morphogenic effect could be reconstituted in nonresponsive cells by coexpression of ErbB-2 and -3. We conclude that a heterodimer between the kinase-defective neuregulin receptor, ErbB-3, and the coreceptor, ErbB-2, mediates the morphogenetic action of neuregulin.

Androgen-repressed phenotype in human prostate cancer

An androgen-repressed human prostate cancer cell line, ARCaP, was established and characterized. This cell line was derived from the ascites fluid of a patient with advanced metastatic disease. In contrast to the behavior of androgen-dependent LNCaP and its androgen-independent C4-2 subline, androgen and estrogen suppress the growth of ARCaP cells in a dose-dependent manner in vivo and in vitro. ARCaP is tumorigenic and highly metastatic. It metastasizes to the lymph node, lung, pancreas, liver, kidney, and bone, and forms ascites fluid in athymic hosts. ARCaP cells express low levels of androgen receptor mRNA and prostate-specific antigen mRNA and protein. Immunohistochemical staining shows that ARCaP cells stain intensely for epidermal growth factor receptor, c-erb B2/neu, and c-erb B3. Staining is negative for chromogranin A and positive for bombesin, serotonin, neuron-specific enolase, and the c-met protooncogene (a hepatic growth factor/scatter factor receptor). ARCaP cells also secrete high levels of gelatinase A and B and some stromelysin, which suggests that this cell line may contain markers representing invasive adenocarcinoma with selective neuronendocrine phenotypes. Along with its repression of growth, androgen is also found to repress the expression of prostate-specific antigen in ARCaP cells as detected by a prostate-specific antigen promoter–β-galactosidase reporter assay. Our results suggest that the androgen-repressed state may be central to prostate cancer progression and that advanced prostate cancer can progress from an androgen-independent to an androgen-repressed state.

Mutation of Residue Threonine-2 of the D2 Polypeptide and Its Effect on Photosystem II Function in Chlamydomonas reinhardtii1

The D2 polypeptide of the photosystem II (PSII) complex in the green alga Chlamydomonas reinhardtii is thought to be reversibly phosphorylated. By analogy to higher plants, the phosphorylation site is likely to be at residue threonine-2 (Thr-2). We have investigated the role of D2 phosphorylation by constructing two mutants in which residue Thr-2 has been replaced by either alanine or serine. Both mutants grew photoautotrophically at wild-type rates, and noninvasive biophysical measurements, including the decay of chlorophyll fluorescence, the peak temperature of thermoluminescence bands, and rates of oxygen evolution, indicate little perturbation to electron transfer through the PSII complex. The susceptibility of mutant PSII to photoinactivation as measured by the light-induced loss of PSII activity in whole cells in the presence of the protein-synthesis inhibitors chloramphenicol or lincomycin was similar to that of wild type. These results indicate that phosphorylation at Thr-2 is not required for PSII function or for protection from photoinactivation. In control experiments the phosphorylation of D2 in wild-type C. reinhardtii was examined by 32P labeling in vivo and in vitro. No evidence for the phosphorylation of D2 in the wild type could be obtained. [14C]Acetate-labeling experiments in the presence of an inhibitor of cytoplasmic protein synthesis also failed to identify phosphorylated (D2.1) and nonphosphorylated (D2.2) forms of D2 upon sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis. Our results suggest that the existence of D2 phosphorylation in C. reinhardtii is still in question.

Regulation of mitogen-activated protein kinases by a calcium/calmodulin-dependent protein kinase cascade.

Membrane depolarization of NG108 cells gives rapid (< 5 min) activation of Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase IV (CaM-KIV), as well as activation of c-Jun N-terminal kinase (JNK). To investigate whether the Ca2+-dependent activation of mitogen-activated protein kinases (ERK, JNK, and p38) might be mediated by the CaM kinase cascade, we have transfected PC12 cells, which lack CaM-KIV, with constitutively active mutants of CaM kinase kinase and/or CaM-KIV (CaM-KKc and CaM-KIVc, respectively). In the absence of depolarization, CaM-KKc transfection had no effect on Elk-dependent transcription of a luciferase reporter gene, whereas CaM-KIVc alone or in combination with CaM-KKc gave 7- to 10-fold and 60- to 80-fold stimulations, respectively, which were blocked by mitogen-activated protein (MAP) kinase phosphatase cotransfection. When epitope-tagged constructs of MAP kinases were co-transfected with CaM-KKc plus CaM-KIVc, the immunoprecipitated MAP kinases were activated 2-fold (ERK-2) and 7- to 10-fold (JNK-1 and p38). The JNK and p38 pathways were further investigated using specific c-Jun or ATF2-dependent transcriptional assays. We found that c-Jun/ATF2-dependent transcriptions were enhanced 7- to 10-fold by CaM-KIVc and 20- to 30-fold by CaM-KKc plus CaM-KIVc. In the case of the Jun-dependent transcription, this effect was not due to direct phosphorylation of c-Jun by activated CaM-KIV, since transcription was blocked by a dominant-negative JNK and by two MAP kinase phosphatases. Mutation of the phosphorylation site (Thr196) in CaM-KIV, which mediates its activation by CaM-KIV kinase, prevented activation of Elk-1, c-Jun, and ATF2 by the CaM kinase cascade. These results establish a new Ca2+-dependent mechanism for regulating MAP kinase pathways and resultant transcription.

Hepatocyte growth factor is a coupling factor for osteoclasts and osteoblasts in vitro.

Hepatocyte growth factor (HGF), also known as scatter factor, is a powerful motogen, mitogen, and morphogen produced by cells of mesodermal origin, acting on epithelial and endothelial cells. Its receptor is the tyrosine kinase encoded by the c-MET protooncogene. We show that the HGF receptor is expressed by human primary osteoclasts, by osteoclast-like cell lines, and by osteoblasts. In both cell lineages, HGF stimulation triggers the receptor kinase activity and autophosphorylation. In osteoclasts, HGF receptor activation is followed by increase in intracellular Ca2+ concentration and by activation of the pp60c-Src kinase. HGF induces changes in osteoclast shape and stimulates chemotactic migration and DNA replication. Osteoblasts respond to HGF by entering the cell cycle, as indicated by stimulation of DNA synthesis. Interestingly, osteoclasts were found to synthesize and secrete biologically active HGF. These data strongly suggest the possibility of an autocrine regulation of the osteoclast by HGF and a paracrine regulation of the osteoblast by the HGF produced by the osteoclast.

Basic fibroblast growth factor can mediate the early inductive events in renal development.

The earliest characterized events during induction of tubulogenesis in renal anlage include the condensation or compaction of metanephrogenic mesenchyme with the concurrent upregulation of WT1, the gene encoding the Wilms tumor transcriptional activator/suppressor. We report that basic fibroblast growth factor (FGF2) can mimic the early effects of an inductor tissue by promoting the condensation of mesenchyme and inhibiting the tissue degeneration associated with the absence of an inductor tissue. By in situ hybridization, FGF2 was also found to mediate the transcriptional activation of WT1 and of the hepatocyte growth factor receptor gene, c-met. Although FGF2 can induce these early events of renal tubulogenesis, it cannot promote the epithelial conversion associated with tubule formation in metanephrogenic mesenchyme. For this, an undefined factor(s) from pituitary extract in combination with FGF2 can cause tubule formation in uninduced mesenchyme. These findings support the concept that induction in kidney is a multiphasic process that is mediated by more than a single comprehensive inductive factor and that soluble molecules can mimic these inductive activities in isolated uninduced metanephrogenic mesenchyme.

Selective inhibition of the platelet-derived growth factor signal transduction pathway by a protein-tyrosine kinase inhibitor of the 2-phenylaminopyrimidine class.

The platelet-derived growth factor (PDGF) receptor is a member of the transmembrane growth factor receptor protein family with intrinsic protein-tyrosine kinase activity. We describe a potent protein-tyrosine kinase inhibitor (CGP 53716) that shows selectivity for the PDGF receptor in vitro and in the cell. The compound shows selectivity for inhibition of PDGF-mediated events such as PDGF receptor autophosphorylation, cellular tyrosine phosphorylation, and c-fos mRNA induction in response to PDGF stimulation of intact cells. In contrast, ligand-induced autophosphorylation of the epidermal growth factor (EGF) receptor, insulin receptor, and the insulin-like growth factor I receptor, as well as c-fos mRNA expression induced by EGF, fibroblast growth factor, and phorbol ester, was insensitive to inhibition by CGP 53716. In antiproliferative assays, the compound was approximately 30-fold more potent in inhibiting PDGF-mediated growth of v-sis-transformed BALB/c 3T3 cells relative to inhibition of EGF-dependent BALB/Mk cells, interleukin-3-dependent FDC-P1 cells, and the T24 bladder carcinoma line. When tested in vivo using highly tumorigenic v-sis- and human c-sis-transformed BALB/c 3T3 cells, CGP 53716 showed antitumor activity at well-tolerated doses. In contrast, CGP 53716 did not show antitumor activity against xenografts of the A431 tumor, which overexpresses the EGF receptor. These findings suggest that CGP 53716 may have therapeutic potential for the treatment of diseases involving abnormal cellular proliferation induced by PDGF receptor activation.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

Le rôle de la PI3-kinase dans le phénotype invasif et motile des cellules MSV-MDCK-INV

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.