Advanced MRI unravels the nature of tissue alterations in early multiple sclerosis.

INTRODUCTION: In patients with multiple sclerosis (MS), conventional magnetic resonance imaging (MRI) provides only limited insights into the nature of brain damage with modest clinic-radiological correlation. In this study, we applied recent advances in MRI techniques to study brain microstructural alterations in early relapsing-remitting MS (RRMS) patients with minor deficits. Further, we investigated the potential use of advanced MRI to predict functional performances in these patients. METHODS: Brain relaxometry (T1, T2, T2*) and magnetization transfer MRI were performed at 3T in 36 RRMS patients and 18 healthy controls (HC). Multicontrast analysis was used to assess for microstructural alterations in normal-appearing (NA) tissue and lesions. A generalized linear model was computed to predict clinical performance in patients using multicontrast MRI data, conventional MRI measures as well as demographic and behavioral data as covariates. RESULTS: Quantitative T2 and T2* relaxometry were significantly increased in temporal normal-appearing white matter (NAWM) of patients compared to HC, indicating subtle microedema (P = 0.03 and 0.004). Furthermore, significant T1 and magnetization transfer ratio (MTR) variations in lesions (mean T1 z-score: 4.42 and mean MTR z-score: -4.09) suggested substantial tissue loss. Combinations of multicontrast and conventional MRI data significantly predicted cognitive fatigue (P = 0.01, Adj-R (2) = 0.4), attention (P = 0.0005, Adj-R (2) = 0.6), and disability (P = 0.03, Adj-R (2) = 0.4). CONCLUSION: Advanced MRI techniques at 3T, unraveled the nature of brain tissue damage in early MS and substantially improved clinical-radiological correlations in patients with minor deficits, as compared to conventional measures of disease.

The zinc transporter SLC39A13/ZIP13 is required for connective tissue development; its involvement in BMP/TGF-beta signaling pathways.

BACKGROUND: Zinc (Zn) is an essential trace element and it is abundant in connective tissues, however biological roles of Zn and its transporters in those tissues and cells remain unknown. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Here we report that mice deficient in Zn transporter Slc39a13/Zip13 show changes in bone, teeth and connective tissue reminiscent of the clinical spectrum of human Ehlers-Danlos syndrome (EDS). The Slc39a13 knockout (Slc39a13-KO) mice show defects in the maturation of osteoblasts, chondrocytes, odontoblasts, and fibroblasts. In the corresponding tissues and cells, impairment in bone morphogenic protein (BMP) and TGF-beta signaling were observed. Homozygosity for a SLC39A13 loss of function mutation was detected in sibs affected by a unique variant of EDS that recapitulates the phenotype observed in Slc39a13-KO mice. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Hence, our results reveal a crucial role of SLC39A13/ZIP13 in connective tissue development at least in part due to its involvement in the BMP/TGF-beta signaling pathways. The Slc39a13-KO mouse represents a novel animal model linking zinc metabolism, BMP/TGF-beta signaling and connective tissue dysfunction.

Effect of dark chocolate on renal tissue oxygenation as measured by BOLD-MRI in healthy volunteers.

Background: Cocoa is rich in flavonoids, has anti-oxidative properties and increases the bioavailability of nitric oxide (NO). Adequate renal tissue oxygenation is crucial for the maintenance of renal function. The goal of this study was to investigate the effect of cocoa-rich dark chocolate (DC) on renal tissue oxygenation in humans, as compared to flavonoid-poor white chocolate (WC). Methods: Ten healthy volunteers with preserved kidney function (mean age ± SD 35 ± 12 years, 70% women, BMI 21 ± 3 kg/m2) underwent blood oxygenation level-dependent magnetic resonance imaging (BOLD-MRI) before and 2 hours after the ingestion of 1 g/kg of DC (70% cocoa). Renal tissue oxygenation was determined by the measurement of R2* maps on 4 coronal slices covering both kidneys. The mean R2* (= 1/T2*) values in the medulla and cortex were calculated, a low R2* indicating high tissue oxygenation. Eight participants also underwent BOLD-MRI at least 1 week later, before and 2 hours after the intake of 1 g/kg WC. Results: The mean medullary R2* was lower after DC intake compared to baseline (28.2 ± 1.3 s-1 vs. 29.6 ± 1.3 s-1, p = 0.04), whereas cortical and medullary R2* values did not change after WC intake. The change in medullary R2* correlated with the level of circulating (epi)catechines, metabolites of flavonoids (r = 0.74, p = 0.037), and was independent of plasma renin activity. Conclusion: This study suggests for the first time an increase of renal medullary oxygenation after intake of dark chocolate. Whether this is linked to flavonoid-induced changes in renal perfusion or oxygen consumption, and whether cocoa has potentially renoprotective properties, merits further study.

Monoclonal antibodies identify a CEA crossreacting antigen of 95 kD (NCA-95) distinct in antigenicity and tissue distribution from the previously described NCA of 55 kD.

During the selection of monoclonal antibodies (MAb) raised against purified carcinoembryonic antigen (CEA), two MAbs were identified which immunoprecipitated a glycoprotein of 95 kD present both in perchloric acid extracts of normal lung and on the surface of normal granulocytes. This antigen was distinct from the previously reported normal glycoprotein crossreacting with CEA (NCA) which had a molecular weight of 55 kD. The difference between the smaller and the larger crossreacting antigens termed NCA-55 and NCA-95, respectively, was demonstrated by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis, by elution from Sephadex-G200 and by selective binding to a series of anti-CEA MAb. Out of six MAb which all bound CEA purified from colon carcinoma, three did not react with these two crossreacting antigens, one bound only NCA-95, one reacted only with NCA-55 and one reacted with both NCA-55 and NCA-95. Immunoadsorbent purified preparations of 125I labelled NCA-95 and NCA-55 were found useful for the screening of new anti-CEA MAb. In addition, when tested on frozen sections of colon carcinoma, normal spleen, normal lung and pancreas, each type of MAb gave a clearly different pattern of reactivity. The three anti-CEA MAb which did not bind any of the crossreacting antigens stained only the colon carcinoma cells; the MAb binding to either one of the two types of NCA gave a similar pattern of reactivity both on colon carcinoma cells and on granulocytes. However, on normal lung and pancreas, the MAb binding NCA-55 stained granulocytes as well as bronchiolar and alveolar epithelial cells in lung and inter- and intra-lobular duct epithelial cells in pancreas, whereas the MAb binding only NCA-95 stained only the granulocytes. Thus, the newly identified NCA-95 appears to differ from NCA-55 not only in terms of molecular size and antigenicity but also by the fact that in normal lung and pancreas it is found in granulocytes but not in epithelial cells.

Comparative assessement of intimal hyperplasia development after 14 days in two different experimental settings : tissue culture versus ex vivo continuous perfusion of human saphenous vein

Résumé de l'article : L'hyperplasie intimale est un processus de remodelage vasculaire ubiquitaire après une lésion, pouvant menacer la perméabilité de tout type de reconstruction vasculaire. Les mécanismes physiopathologiques impliqués dans le développement de l'hyperplasie intimale ne sont que partiellement élucidés. Il est par conséquent nécessaire d'effectuer des recherches complémentaires afin d'en améliorer la compréhension et ainsi permettre l'élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques médicamenteuses. La culture de veines en milieu statique permet le développement de l'hyperplasie intimale. Ce modèle maintient la viabilité tissulaire, comme décrit précédemment dans d'autres études, mais empêche l'analyse des paramètres hémodynamiques. La mise au point d'un modèle de perfusion in vitro permettant la perfusion de segments vasculaires représente une approche expérimentale intégrant les différents facteurs hémodynamiques. Le système de perfusion (Ex Vivo Vein Support System) que nous avons élaboré conserve l'intégrité pariétale ainsi que les propriétés vasomotrices des veines pour une durée de 14 jours. Cette étude démontre que les deux modèles permettent le développement de l'hyperplasie intimale. Toutefois, les propriétés vasomotrices ainsi que l'influence des paramètres hémodynamiques ne peuvent être analysées que par l'utilisation du système de perfusion. Ce dernier a permis de perfuser des vaisseaux humains sans contamination bactérienne tout en maintenant l'intégrité cellulaire. Ce modèle de perfusion se rapproche plus des conditions hémodynamiques rencontrées in vivo que le modèle statique. Abstract : Background. Intimal hyperplasia (IH) is a vascular remodeling process which often leads to failure of arterial bypass or hemodialysis access. Experimental and clinical work have provided insight in IH development; however, further studies under precise con-trolled conditions are required to improve therapeutic strategies to inhibit IH development. Ex vivo perfusion of human vessel segments under standardized hemodynamic conditions may provide an adequate experimental approach for this purpose. Therefore, chronically perfused venous segments were studied and compared to traditional static culture procedures with regard to functional and histomorphologic characteristics as well as gene expression. Materials and methods. Static vein culture allowing high tissue viability was performed as previously described. Ex vivo vein support system (EVVSS) was performed using a vein support system consisting of an incubator with a perfusion chamber and a pump. EVVSS allows vessel perfusion under continuous flow while maintaining controlled hemodynamic conditions. Each human saphenous vein was divided in two parts, one cultured in a Pyrex dish and the other part perfused in EVVSS for 14 days. Testing of vasomotion, histomorphometry, expression of CD 31, Factor VIII, MIB 1, α-actin, and PAI-1 were determined before and after 14 days of either experimental conditions. Results, Human venous segments cultured under traditional or perfused conditions exhibited similar IH after 14 days as shown by histomorphometry. Smooth-muscle cell ( SMC) was preserved after chronic perfusion. Although integrity of both endothelial and smooth-muscle cells appears to be maintained in both culture conditions as confirmed by CD31, factor VIII and α-actin expression, a few smooth-muscle cells in the media stained positive for factor VIII. Cell-proliferation marker MIB-1 was also detected in the two settings and PAI-1 mRNA expression and activity increased significantly after 14 days of culture and perfusion. Conclusion. This study demonstrates the feasibility to chronically perfuse human vessels under sterile conditions with preservation of cellular integrity and vascular contractility. To gain insights into the mechanisms leading to IH, it will now be possible to study vascular remodeling not only under static conditions but also in hemodynamic environment mimicking as closely as possible the flow conditions encountered in reconstructive vascular surgery.

Configurations de proches et adaptation dans le parcours de vie d'individus en situation de vulnérabilité

L'importance des proches et le rôle primordial des relations familiales pour l'adaptation et l'ajustement psychologique des individus sont largement reconnus. Cependant, peu d'études ont considéré que, dans la modernité avancée, les réseaux de proches ou familiaux sont diversifiés, caractérisés par des interdépendances complexes. La littérature sur les relations interpersonnelles et l'adaptation a négligé cette diversité et omis que les interdépendances structurales, de soutien mais aussi de conflit, pouvaient s'avérer importantes à considérer en regard de l'adaptation et de l'ajustement psychologique des individus. La présente thèse apporte des éléments de compréhension sur le lien entre les configurations de proches et l'adaptation individuelle dans le parcours de vie, en se centrant sur des individus en situation de vulnérabilité, que ce soit parce qu'ils font l'expérience d'une transition importante de leur parcours, ou en raison d'un manque de ressources psychologiques, cognitives et/ou sociales. Des résultats empiriques éclairent quatre grands axes de questionnement portant sur les ressources et le stress présents dans les interdépendances au sein des configurations familiales et de proches, sur leur association avec l'ajustement psychologique des individus, sur leur évolution au cours du temps, ainsi que sur la façon dont ces interdépendances sont façonnées par les trajectoires de vie. Les résultats mettent en évidence une diversité de configurations familiales ou de proches, qui donne lieu à des degrés inégaux de ressources, significativement associées à l'ajustement psychologique. Cependant, les interdépendances au sein des configurations ne constituent que rarement des ressources ou un facteur protecteur pour les individus en situation de vulnérabilité mais, au contraire, elles génèrent du stress supplémentaire. L'exploration longitudinale met en évidence une importante instabilité dans les configurations familiales et de proches des individus en situation de vulnérabilité qui compromet leur adaptation et leur ajustement psychologique.

Positional bias of general and tissue-specific regulatory motifs in mouse gene promoters

Background: The arrangement of regulatory motifs in gene promoters, or promoterarchitecture, is the result of mutation and selection processes that have operated over manymillions of years. In mammals, tissue-specific transcriptional regulation is related to the presence ofspecific protein-interacting DNA motifs in gene promoters. However, little is known about therelative location and spacing of these motifs. To fill this gap, we have performed a systematic searchfor motifs that show significant bias at specific promoter locations in a large collection ofhousekeeping and tissue-specific genes.Results: We observe that promoters driving housekeeping gene expression are enriched inparticular motifs with strong positional bias, such as YY1, which are of little relevance in promotersdriving tissue-specific expression. We also identify a large number of motifs that show positionalbias in genes expressed in a highly tissue-specific manner. They include well-known tissue-specificmotifs, such as HNF1 and HNF4 motifs in liver, kidney and small intestine, or RFX motifs in testis,as well as many potentially novel regulatory motifs. Based on this analysis, we provide predictionsfor 559 tissue-specific motifs in mouse gene promoters.Conclusion: The study shows that motif positional bias is an important feature of mammalianproximal promoters and that it affects both general and tissue-specific motifs. Motif positionalconstraints define very distinct promoter architectures depending on breadth of expression andtype of tissue.

Le scaphandre et le papillon et l'adaptation filmique du "je" littéraire: l'oeil qui écrit

Lorsque le cinéaste Julian Schnabel propose, dix ans après la sortie du livre "Le scaphandre et le papillon" de Jean-Dominique Bauby (1997), une "adaptation" de cette autobiographie, il prend pour sujet sa création même, en plaçant au premier plan les éléments qui, dans le péritexte, thématisaient les conditions de l'écriture. Bauby a en effet écrit cette autobiographie alors qu'il souffrait de locked-in syndrome, étant entièrement paralysé à l'exception de son oeil gauche. C'est avec l'oeil qu'il écrivait, dictant chaque lettre d'un battement de cils tandis qu'une assistante récitait à voix haute un code alphabétique. L'acte d'écriture devenait ainsi une performance audiovisuelle, saisissable cinématographiquement. Or, cet article montre comment Schnabel complexifie ce dispositif en faisant "plonger" le spectateur dans l'univers intérieur de Bauby à l'aide de procédés filmiques (caméra subjective, voix over à la première personne, flashbacks, visions) qui permettent de transposer toute la poésie et la force du texte. Narrant au "je" la vie, la pensée et les sens qui vibrent derrière les battements d'"aile" de cet oeil-papillon, cette autobiographie traduit de fait un univers visionnaire que Bauby lui-même appelle son "cinéma personnel". Schnabel actualise cette métaphore avec son film qui repousse les limites de la focalisation interne et met en abyme les pouvoirs du cinéma.

Deoxyribonucleic acid content as an indicator of progression of squamous cell carcinogenesis in the esophagus: comparative analysis on imprint-cytospin and tissue section preparation.

BACKGROUND: The purpose of this study was to explore the potential use of image analysis on tissue sections preparation as a predictive marker of early malignant changes during squamous cell (SC) carcinogenesis in the esophagus. Results of DNA ploidy quantification on formalin-fixed, paraffin-embedded tissue using two different techniques were compared: imprint-cytospin and 6 microm thick tissue sections preparation. METHODS: This retrospective study included 26 surgical specimens of squamous cell carcinoma (SCC) from patients who underwent surgery alone at the Department of Surgery in CHUV Hospital in Lausanne between January 1993 and December 2000. We analyzed 53 samples of healthy tissue, 43 tumors and 7 lymph node metastases. RESULTS: Diploid DNA histogram patterns were observed in all histologically healthy tissues, either distant or proximal to the lesion. Aneuploidy was observed in 34 (79%) of 43 carcinomas, namely 24 (75%) of 32 early squamous cell carcinomas and 10 (91%) of 11 advanced carcinomas. DNA content was similar in the different tumor stages, whether patients presented with single or multiple synchronous tumors. All lymph node metastases had similar DNA content as their primary tumor. CONCLUSIONS: Early malignant changes in the esophagus are associated with alteration in DNA content, and aneuploidy tends to correlate with progression of invasive SCC. A very good correlation between imprint-cytospin and tissue section analysis was observed. Although each method used here showed advantages and disadvantages; tissue sections preparation provided useful information on aberrant cell-cycle regulation and helped select the optimal treatment for the individual patient along with consideration of other clinical parameters.

Adaptation of aerobically growing Pseudomonas aeruginosa to copper starvation.

Restricted bioavailability of copper in certain environments can interfere with cellular respiration because copper is an essential cofactor of most terminal oxidases. The global response of the metabolically versatile bacterium and opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa to copper limitation was assessed under aerobic conditions. Expression of cioAB (encoding an alternative, copper-independent, cyanide-resistant ubiquinol oxidase) was upregulated, whereas numerous iron uptake functions (including the siderophores pyoverdine and pyochelin) were expressed at reduced levels, presumably reflecting a lower demand for iron by respiratory enzymes. Wild-type P. aeruginosa was able to grow aerobically in a defined glucose medium depleted of copper, whereas a cioAB mutant did not grow. Thus, P. aeruginosa relies on the CioAB enzyme to cope with severe copper deprivation. A quadruple cyo cco1 cco2 cox mutant, which was deleted for all known heme-copper terminal oxidases of P. aeruginosa, grew aerobically, albeit more slowly than did the wild type, indicating that the CioAB enzyme is capable of energy conservation. However, the expression of a cioA'-'lacZ fusion was less dependent on the copper status in the quadruple mutant than in the wild type, suggesting that copper availability might affect cioAB expression indirectly, via the function of the heme-copper oxidases.

Validation of tissue modelization and classification techniques in T1-weighted MR brain images

We propose a deep study on tissue modelization andclassification Techniques on T1-weighted MR images. Threeapproaches have been taken into account to perform thisvalidation study. Two of them are based on FiniteGaussian Mixture (FGM) model. The first one consists onlyin pure gaussian distributions (FGM-EM). The second oneuses a different model for partial volume (PV) (FGM-GA).The third one is based on a Hidden Markov Random Field(HMRF) model. All methods have been tested on a DigitalBrain Phantom image considered as the ground truth. Noiseand intensity non-uniformities have been added tosimulate real image conditions. Also the effect of ananisotropic filter is considered. Results demonstratethat methods relying in both intensity and spatialinformation are in general more robust to noise andinhomogeneities. However, in some cases there is nosignificant differences between all presented methods.

MOLECULAR MECHANISMS OF A ROOT SYSTEM TO SOIL ADAPTATION

Contrairement aux animaux, les plantes sont des organismes sessiles qui ne possèdent pas de mécanismes de fuite quand les conditions environnementales ne sont plus optimales. Les plantes sont physiquement ancrées à l'endroit où elles ont germées et aux conditions environnementales qui parfois peuvent être extrêmes. Les possibilités d'acclimatation de différentes espèces, parfois même de groupes de plantes au sein d'une même espèce, peuvent varier mais repose sur une adaptation génétique de la plante. L'adaptation est un long processus qui repose sur l'apparition spontanée de mutations génétiques, leur mise à l'épreuve face aux conditions environnementales, et dans le cas où la mutation a un impact positif sur la survie dans cet habitat particulier, elle sera maintenue dans une population donnée de plantes. De telles populations, appelées écotypes, sont le matériel de départ pour la découverte de gènes qui induisent un bénéfice pour la plante dans un environnement donné. La plante la plus étudiée en biologie moléculaire est Arabidopsis thaliana, l'arabette des prés. Dans une étude précédente, les racines d'écotypes naturels d'Arabidopsis ont été comparées et un écotype, Uk-1, avait le système racinaire le plus particulier. Cet écotype possède des racines beaucoup plus courtes et plus ramifiées que tous les autres écotypes. Des analyses plus poussées ont montré qu'une seule mutation dans un gène était la cause de ce phénotype, le gène BREVIS RADIX (BRX), mot latin signifiant 'racine courte'. Bien que l'on connaisse le gène BRX, on connaît finalement peu de choses sur son importance adaptative. Dans cette étude, nous avons montré que la mutation dans le gène BRX rend la plante plus résistante aux sols acides. Dans l'optique de mieux comprendre cette valeur adaptative du mutant brx, nous avons analysé dans quels tissus le gène BRX jouait un rôle important. Nous avons pu mettre en évidence que BRX est important pour le développement du protophloème. Le protophloème est un élément du système vasculaire de la plante. En général, les plantes supérieures possèdent deux systèmes de transport à longue distance. L'un d'eux, appelé xylème, transporte l'eau et les nutriments absorbés du sol par les racines vers les feuilles. Les feuilles sont le siège du processus de photosynthèse au cours duquel sont produits des sucres qui devront être distribués partout dans les autres parties de la plante. Le tissu cellulaire chargé de livrer les produits de la photosynthèse, ainsi que les régulateurs de croissance, est le phloème. Ce dernier regroupe le métaphloème et le protophloème. Le protophloème est essentiel pour la livraison des sucres synthétisés ainsi que des signaux de croissance aux pointes des racines, centres organogéniques responsables de la production de nouvelles cellules durant la phase de croissance de la racine. La structure du protophloème peut être décrite comme des tubes continus, vides et résistants, faits de cellules spécialisées qui permettent un transport efficace et rapide. Nous avons montré que dans les mutants brx ces canaux de transports sont discontinus car certaines cellules n'ont pas terminé leur cycle de différenciation. Ces cellules obstruent le conduit ce qui fait que les sucres et les signaux de croissance, comme l'auxine, ne peuvent plus être transportés aux méristèmes. En conséquence, la prolifération de l'activité des méristèmes est compromise, ce qui explique les racines courtes. Au lieu d'être délivré aux méristèmes, l'auxine se concentre en amont des méristèmes où cela provoque l'apparition de nouvelles racines branchées et, très probablement, l'activation des pompes à protons. Sur des sols acides, la concentration en ion H+ est très élevée. Ces ions entrent dans les cellules de la racine par diffusion et perturbent notablement la croissance des racines et de la plante en général. Si les cellules de la racine possédaient des pompes à protons hyperactives, elles seraient capable d'évacuer le surplus d'ions H+ en dehors de la cellule, ce qui leur assurerait de meilleures chances de survie sur sols acides. De fait, le mutant brx est capable d'acidifier le milieu de culture dans lequel il est cultivé plus efficacement que la plante sauvage. Ce mutant est également capable de donner plus de progéniture sur ce type de milieu de croissance que les plantes sauvages. Finalement, nous avons trouvé d'autres mutants brx en milieu naturel poussant sur sols acides, ce qui suggère fortement que la mutation du gène BRX est une des causes de l'adaptation aux sols acides. -- Plants as sessile organisms have developed different mechanisms to cope with the complex environmental conditions in which they live. Adaptation is the process through which traits evolve by natural selection to functionally improve in a given environmental context. An adaptation to the environment is characterized by the genetic changes in the entire populations that have been fixed by natural selection over many generations. BREVIS RADIX (BRX) gene was found through natural Arabidopsis accessions screen and was characterized as a root growth regulator since loss-of-function mutants exhibit arrested post-embryonic primary root growth in addition to a more branched root system. Although brx loss-of-function causes a complete alteration in root architecture, BRX activity is only required in the root vasculature, in particular in protophloem cell file. Protophloem is a part of the phloem transport network and is responsible for delivery of photo-assimilates and growth regulators, coming from the shoot through mature phloem component - metaphloem, to the all plant primary meristems. In order to perform its function, protophloem is the first cell file to differentiate within the root meristem. During this process, protophloem cells undergo a partial programmed cell death, during which they build a thicker cell wall, degrade nucleus and tonoplast while plasma membrane stays functional. Interestingly, protophloem cells enter elongation process only after differentiation into sieve elements is completed. Here we show that brx mutants fail to differentiate protophloem cell file properly, a phenotype that can be distinguished by a presence of a "gap" cells, non-differentiated cells between two flanking differentiated cells. Discontinuity of protophloem differentiation in brx mutants is considered to be a consequence of local hyperactivity of CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3) signaling module. Interestingly, a CLE45 activity, most probably at the level of receptor binding, can be modulated by apoplastic pH. Altogether, our results imply that the activity of proton pumps, expressed in non-differentiated cells of protophloem, must be maintained under certain threshold, otherwise CLE45-BAM3 signaling pathway will be stimulated and in turn protophloem will not differentiate. Based on vacuolar morphology, a premature cell wall acidification in brx mutants stochastically prevents the protophloem differentiation. Only after protophloem differentiates, proton pumps can be activated in order to acidify apoplast and to support enucleated protophloem multifold elongation driven by surrounding cells growth. Finally, the protophloem differentiation failure would result in an auxin "traffic jam" in the upper parts of the root, created from the phloem-transported auxin that cannot be efficiently delivered to the meristem. Physiologically, auxin "leakage" from the plant vasculature network could have various consequences, since auxin is involved in the regulation of almost every aspect of plant growth and development. Thus, given that auxin stimulates lateral roots initiation and growth, this scenario explains more branched brx root system. Nevertheless, auxin is considered to activate plasma membrane proton pumps. Along with this, it has been shown that brx mutants acidify media much more than the wild type plants do, a trait that was proposed as an adaptive feature of naturally occurring brx null alleles in Arabidopsis populations found on acidic soils. Additionally, in our study we found that most of accessions originally collected from acidic sampling sites exhibit hypersensitivity to CLE45 treatment. This implies that adaptation of plants to acidic soil involves a positive selection pressure against upstream negative regulators of CLE45-BAM3 signaling, such as BRX. Perspective analysis of these accessions would provide more profound understanding of molecular mechanisms underlying plant adaptation to acidic soils. All these results are suggesting that targeting of the factors that affect protophloem differentiation is a good strategy of natural selection to change the root architecture and to develop an adaptation to a certain environment. -- Les plantes comme organismes sessiles ont développé différents mécanismes pour s'adapter aux conditions environnementales complexes dans lesquelles elles vivent. L'adaptation est le processus par lequel des traits vont évoluer via la sélection naturelle vers une amélioration fonctionnelle dans un contexte environnemental donné. Une adaptation à l'environnement est caractérisée par des changements génétiques dans des populations entières qui ont été fixés par la sélection naturelle sur plusieurs générations. Le gène BREVIS RADIX (BRX) a été identifié dans le crible d'une collection d'accessions naturelles d'Arabidopsis et a été caractérisé comme un régulateur de la croissance racinaire étant donné que le mutant perte-de-fonction montre une croissance racinaire primaire arrêtée au stade post-embryonnaire et présente de plus un système racinaire plus ramifié que la plante sauvage. Bien que le mutant perte-de-fonction brx cause une altération complète de l'architecture racinaire, l'activité de BRX n'est requise que dans la vascularisation racinaire, en particulier au niveau du protophloème. Le protophloème est un composant du réseau de transport du phloème et est responsable du transit des dérivés de la photosynthèse ainsi que des régulateurs de croissances, venant de la partie aérienne par le phloème mature (métaphloème) vers tous les méristèmes primaires de la plante. Pour pouvoir réaliser sa fonction, le protophloème est la première file de cellules à se différencier à l'intérieur du méristème de la racine. Pendant ce processus, les cellules du protophloème subissent une mort cellulaire programmée partielle durant laquelle elles épaississent leur paroi cellulaire, dégradent le noyau et le tonoplaste tandis que la membrane plasmique demeure fonctionnelle. De manière intéressante, les cellules du protophloème entament le processus d'allongement seulement après que la différenciation en tubes criblés soit complète. Ce travail montre que le mutant brx est incapable de mener à bien la différenciation de la file de cellules du protophloème, phénotype qui peut être visualisé par la présence de cellules 'trous', de cellules non différenciées entourées de deux cellules différenciées. La discontinuité de la différenciation du phloème dans le mutant brx est considérée comme la conséquence de l'hyperactivité localisée du module de signalisation CLA VA TA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3). De manière intéressante, l'activité de CLE45, très probablement au niveau de la liaison avec le récepteur, peut être modulé par le pH apoplastique. Pris ensemble, nos résultats impliquent que l'activité des pompes à protons, actives dans les cellules non différenciées du protophloème, doit être maintenue en dessous d'un certain seuil autrement la cascade de signalisation CLE45-BAM3 serait stimulée, en conséquence de quoi le protophloème ne pourrait se différencier. D'après la morphologie vacuolaire, une acidification prématurée de la paroi cellulaire dans le mutant brx empêche la différenciation du protophloème de manière stochastique. Une fois que le protophloème se différencie, les pompes à protons peuvent alors être activées afin d'acidifier l'apoplaste et ainsi faciliter l'allongement des cellules énuclées du protophloème, entraînées par la croissance des cellules environnantes. Finalement, la différenciation défectueuse du protophloème produit une accumulation d'auxine dans la partie supérieure de la racine car le phloème ne peut plus acheminer efficacement l'auxine au méristème. Physiologiquement, la 'fuite' d'auxine à partir du réseau vasculaire de la plante peut avoir des conséquences variées puisque l'auxine est impliquée dans la régulation de la majorité des aspects de la croissance et développement de la plante. Etant donné que l'auxine stimule l'initiation et développement des racines latérales, ce scénario pourrait expliquer le système racinaire plus ramifié du mutant brx. En plus, l'auxine est considérée comme un activateur des pompes à protons. Par ailleurs, nous avons montré que les mutants brx ont la capacité d'acidifier le milieu plus efficacement que les plantes sauvages, une caractéristique des populations sauvages <¥Arabidopsis poussant sur des sols acides et contenant les allèles délétés brx. De plus, dans nos résultats nous avons mis en évidence que la plupart des accessions collectées originellement sur des sites acidophiles montre une hypersensibilité au traitement par CLE45. Ceci implique que l'adaptation des plantes aux sols acides repose sur la pression de sélection positive à rencontre des régulateurs négatifs de CLE45- BAM3, situés en amont de la cascade, tel le produit du gène BRX. Les analyses de ces accessions pourraient aboutir à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires responsables de l'adaptation des plantes aux sols acides. Tous nos résultats suggèrent que le ciblage des facteurs affectant la différenciation du protophloème serait une stratégie gagnante dans la sélection naturelle pour changer l'architecture de la racine et ainsi s'adapter efficacement à un nouvel environnement.

The handaxe and the microscope: individual and social learning in a multidimensional model of adaptation

When individuals learn by trial-and-error, they perform randomly chosen actions and then reinforce those actions that led to a high payoff. However, individuals do not always have to physically perform an action in order to evaluate its consequences. Rather, they may be able to mentally simulate actions and their consequences without actually performing them. Such fictitious learners can select actions with high payoffs without making long chains of trial-and-error learning. Here, we analyze the evolution of an n-dimensional cultural trait (or artifact) by learning, in a payoff landscape with a single optimum. We derive the stochastic learning dynamics of the distance to the optimum in trait space when choice between alternative artifacts follows the standard logit choice rule. We show that for both trial-and-error and fictitious learners, the learning dynamics stabilize at an approximate distance of root n/(2 lambda(e)) away from the optimum, where lambda(e) is an effective learning performance parameter depending on the learning rule under scrutiny. Individual learners are thus unlikely to reach the optimum when traits are complex (n large), and so face a barrier to further improvement of the artifact. We show, however, that this barrier can be significantly reduced in a large population of learners performing payoff-biased social learning, in which case lambda(e) becomes proportional to population size. Overall, our results illustrate the effects of errors in learning, levels of cognition, and population size for the evolution of complex cultural traits. (C) 2013 Elsevier Inc. All rights reserved.