From diabetes to heart disease : studies on dyslipidemia-induced B-cell dysfunction, immunomodulation in heart transplantation, and cardiac stem cell therapy

Diabetes is a growing epidemic with devastating human, social and economic impact. It is associated with significant changes in plasma concentrations of lipoproteins. We tested the hypothesis that lipoproteins modulate the function and survival of insulin-secreting cells. We first detected the presence of several receptors that participate in the binding and processing of plasma lipoproteins and confirmed the internalization of fluorescent LDL and HDL particles in insulin-secreting β-cells. Purified human VLDL and LDL particles reduced insulin mRNA levels and β-cell proliferation, and induced a dose-dependent increase in the rate of apoptosis. In mice lacking the LDL receptor, islets showed a dramatic decrease in LDL uptake and were partially resistant to apoptosis caused by LDL. VLDL-induced apoptosis of β-cells involved caspase-3 cleavage and reduction in levels of the c-Jun N-terminal (JNK) Interacting Protein-1 (IB1/JIP-1). In contrast, the pro-apoptotic signaling of lipoproteins was antagonized by HDL particles or by a small peptide inhibitor of JNK. The protective effects of HDL were mediated, in part, by inhibition of caspase-3 cleavage and activation of the protein kinase Akt/PKB. Heart disease is a major cause of morbidity and mortality among patients with diabetes. When heart failure is refractory to medical therapy and cannot be improved by electrical resynchronization, percutaneous angioplasty or coronary graft bypass surgery, heart transplantation remains a "last resort" therapy. Nevertheless, it is limited by the side effects of immunosuppressive drugs and chronic rejection. Localized expression of immunomodulatory genes in the donor organ can create a state of immune privilege within the graft, and was performed in rodent hearts by infecting cells with an adenovirus encoding indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), the rate-limiting enzyme in the catabolism of tryptophane. Other strategies are based on genetic manipulation of dendritic cells (DCs) with immunosuppressive genes and in vitro exposure of DCs to agents that prevent their maturation by inflammatory cytokines. Finally, we used 5-bromo-2'-deoxyuridine, which is incorporated into DNA and diluted with cell division, to identify long-term label retaining cells in the adult rodent heart. The majority of these cells were positive for the stem cell antigen-1 (Sca-1) and negative for the endothelial precursor marker CD31. They formed cardiospheres in vitro and showed differentiation potential into mesenchymal cell lineages. When cultured in cardiomyogenic differentiation medium, they expressed cardiac-specific genes. Taken together, these data provide evidence of slow-cycling stem cells in the rodent heart. Chronic shortage of donor organs opens the way to cardiac stem cell therapy in humans, although the long way from animal experimentation to routine therapy in patients may still take several years. - Du diabète de type 2 à la maladie coronarienne : trois études sur les dysfonctions de la cellule sécrétrice d'insuline induites par les dyslipidémies, l'immunomodulation dans la transplantation cardiaque, et la thérapie par des cellules souches myocardiques. Le diabète de type 2 a pris les dimensions d'une épidémie, avec des conséquences sociales et économiques dont nous n'avons pas encore pris toute la mesure. La maladie s'accompagne souvent d'une dyslipidémie caractérisée par une hypertriglycéridémie, des taux abaissés de cholestérol HDL, et des concentrations de cholestérol LDL à la limite supérieure de ce qui est considéré comme acceptable. L'hypothèse à la base de cette étude est qu'une modification des taux plasmatiques de lipoprotéines pourrait avoir une influence directe sur la cellule β sécrétrice d'insuline en modifiant sa fonction, sa durée de vie et son taux de régénération. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence, sur la cellule β, la présence de plusieurs récepteurs impliqués dans la captation des lipoprotéines. Nous avons confirmé la fonctionnalité de ces récepteurs en suivant l'internalisation de LDL et de HDL marqués. En présence de VLDL ou de LDL humains, nous avons observé une diminution de la transcription du gène de l'insuline, une prolifération cellulaire réduite, et une augmentation de l'apoptose, toutes fonctions de la dose et du temps d'exposition. L'apoptose induite par les VLDL passe par une activation de la caspase-3 et une réduction du taux de la protéine IB1/JIP-1 (Islet Brain1/JNK Interacting Protein 1), dont une mutation est associée à une forme monogénique de diabète de type 2. Par opposition, les HDL, ainsi que des peptides inhibiteurs de JNK, sont capables de contrer la cascade pro-apoptotique déclenchée, respectivement, par les LDL et les VLDL. Ces effets protecteurs comprennent l'inhibition du clivage de la caspase-3 et l'activation de la protéine kinase Akt/PKB. En conclusion, les lipoprotéines sont des éléments clés de la survie de la cellule β, et pourraient contribuer au dysfonctionnement observé dans le pancréas endocrine au cours du développement du diabète. La maladie cardiaque, et plus particulièrement la maladie coronarienne, est une cause majeure de morbidité et de mortalité chez les patients atteints de diabète. Plusieurs stratégies sont utilisées quotidiennement pour pallier les atteintes cardiaques: traitements médicamenteux, électromécaniques par resynchronisation électrique, ou communément appelés « interventionnels » lorsqu'ils font appel à l'angioplastie percutanée. La revascularisation du myocarde par des pontages coronariens donne également de très bons résultats dans certaines situations. Il existe toutefois des cas où plus aucune de ces approches n'est suffisante. La transplantation cardiaque est alors la thérapie de choix pour un nombre restreint de patients. La thérapie génique, en permettant l'expression locale de gènes immunomodulateurs dans l'organe greffé, permet de diminuer les réactions de rejet inhérentes à toute transplantation (à l'exception de celles réalisées entre deux jumeaux homozygotes). Nous avons appliqué chez des rongeurs cette stratégie en infectant le coeur greffé avec un adénovirus codant pour l'enzyme indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO), une enzyme clé dans le catabolisme du tryptophane. Nous avons procédé de manière identique in vitro en surexprimant IDO dans les cellules dendritiques, dont le rôle est de présenter les antigènes aux lymphocytes Τ du receveur. Des expériences similaires ont été réalisées en traitant les cellules dendritiques avec des substances capables de prévenir, en partie du moins, leur maturation par des agents pro-inflammatoires. Finalement, nous avons exploré une stratégie utilisée couramment en hématologie, mais qui n'en est encore qu'à ses débuts au niveau cardiaque : la thérapie par des cellules souches. En traitant des rongeurs avec un marqueur qui s'incorpore dans l'ADN nucléaire, le 5-bromo- 2'-deoxyuridine, nous avons identifié une population cellulaire se divisant rarement, positive en grande partie pour l'antigène embryonnaire Sca-1 et négative pour le marqueur endothélial CD31. En culture, ces cellules forment des cardiosphères et sont capables de se différencier dans les principaux types tissulaires mésenchymateux. Dans un milieu de differentiation adéquat, ces cellules expriment des gènes cardiomyocytaires. En résumé, ces données confirment la présence chez le rongeur d'une population résidente de précurseurs myocardiques. En addenda, on trouvera deux publications relatives à la cellule β productrice d'insuline. Le premier article démontre le rôle essentiel joué par la complexine dans l'insulino-sécrétion, tandis que le second souligne l'importance de la protéine IB1/JIP-1 dans la protection contre l'apoptose de la cellule β induite par certaines cytokines.

Enhanced heat shock protein 70 expression alters proteasomal degradation of IkappaB kinase in experimental acute respiratory distress syndrome.

OBJECTIVES: Acute respiratory distress syndrome is a common and highly lethal inflammatory lung syndrome. We previously have shown that an adenoviral vector expressing the heat shock protein (Hsp)70 (AdHSP) protects against experimental sepsis-induced acute respiratory distress syndrome in part by limiting neutrophil accumulation in the lung. Neutrophil accumulation and activation is modulated, in part, by the nuclear factor-kappaB (NF-kappaB) signal transduction pathway. NF-kappaB activation requires dissociation/degradation of a bound inhibitor, IkappaBalpha. IkappaBalpha degradation requires phosphorylation by IkappaB kinase, ubiquitination by the SCFbeta-TrCP (Skp1/Cullin1/Fbox beta-transducing repeat-containing protein) ubiquitin ligase, and degradation by the 26S proteasome. We tested the hypothesis that Hsp70 attenuates NF-kappaB activation at multiple points in the IkappaBalpha degradative pathway. DESIGN: Laboratory investigation. SETTING: University medical center research laboratory. SUBJECTS: Adolescent (200 g) Sprague-Dawley rats and murine lung epithelial-12 cells in culture. INTERVENTIONS: Lung injury was induced in rats via cecal ligation and double puncture. Thereafter, animals were treated with intratracheal injection of 1) phosphate buffer saline, 2) AdHSP, or 3) an adenovirus expressing green fluorescent protein. Murine lung epithelial-12 cells were stimulated with tumor necrosis factor-alpha and transfected. NF-kappaB was examined using molecular biological tools. MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: Intratracheal administration of AdHSP to rats with cecal ligation and double puncture limited nuclear translocation of NF-kappaB and attenuated phosphorylation of IkappaBalpha. AdHSP treatment reduced, but did not eliminate, phosphorylation of the beta-subunit of IkappaB kinase. In vitro kinase activity assays and gel filtration chromatography revealed that treatment of sepsis-induced lung injury with AdHSP induced fragmentation of the IkappaB kinase signalosome. This stabilized intermediary complexes containing IkappaB kinase components, IkappaBalpha, and NF-kappaB. Cellular studies indicate that although ubiquitination of IkappaBalpha was maintained, proteasomal degradation was impaired by an indirect mechanism. CONCLUSIONS: Treatment of sepsis-induced lung injury with AdHSP limits NF-kappaB activation. This results from stabilization of intermediary NF-kappaB/IkappaBalpha/IkappaB kinase complexes in a way that impairs proteasomal degradation of IkappaBalpha. This novel mechanism by which Hsp70 attenuates an intracellular process may be of therapeutic value.

The role of dentritic cells in leishmania infection : use of novel DC lines for the development of monoclonal antibodies

Les cellules dendritiques (DCs) sont des cellules multifonctionnelles qui font le lien entre le sytème immunitaire inné et adaptatif chez les mammifères. Il existe plusieurs sous-types de DCs basés sur leurs fonctions et l'endroit où elles se situent dans le corps. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le rôle de ces cellules face à une infection parasitaire. La Leishmania est un parasite causant une maladie appelée Leishmaniose, maladie endémique de l'Afrique, de l'Asie et de certaines régions de l'Amérique du Sud. Certaines espèces causent des lésions cutanées, alors que d'autres causent des lésions dans les muqueuses ou dans les organes internes. Le système immunitaire répond en générant une réponse inflammatoire qui élimine l'infection. Lors d'une réponse non-inflammatoire (de type cytokines, chemokines), cela va amener à une persistance du parasite sur le long terme. Les DC s'activant en présence du parasite dans la peau, vont le transporter vers un ganglion. A cet endroit, se trouvent différents sous-types de DC qui ont la particularité de présenter l'antigène (spécifique à la Leishmaniose) aux lymphocytes T, ce qui va alors amener à une réponse immunitaire puissante contre le parasite. Nous avons comparé différentes espèces de Leishmaniose dans leur façon d'activer les DC et différents modèles de souris ont été utilisé dans ce but-là. Les souris du type C57BL/6 sont connues pour être résistantes à L. major et sensibles à L. mexicana, alors qu'au contraire, les souris Balb/c sont connues pour être sensibles à ces deux espèces. En utilisant des parasites fluorescents transgéniques, nous avons comparé ces deux espèces de parasites (L. major et L. mexicana) en recherchant quelles cellules elles sont capables d'infecter in-vivo dans un modèle murin. Le rôle général des DC dans une infection à L. major a déjà été décrit. Dans notre étude, nous avons étudié le besoin en DC CD8a+ dans les ganglions afin d'engendrer une réponse face à une infection à L. major. Les souris qui n'ont pas ce sous-type de DC sont beaucoup plus sensibles à l'infection : elles ont des marqueurs inflammatoires plus bas et des lésions plus grandes. Nous avons également remarqué que les DC CD8a+ jouent un rôle crucial dans une phase plus avancée de l'infection. Dans notre laboratoire, nous avons la chance d'avoir une source illimitée de DCs de sous-type CD8a+ provenant d'une souris génétiquement modifiée par nos soin. Grâce à cela, nous avons utilisé ces cellules CD8a+ pour immuniser des rats afin de produire des anticorps monoclonaux ayant des propriétés spécifiques comme l'identification de protéines uniques présentes à la surface des DC et qui ensuite, modulent une réponse immunitaire in-vivo. Nous sommes actuellement en phase de caractérisation de plus de 750 hybridomes générés dans notre laboratoire. - Les cellules dendritiques (DCs) constituent le lien entre le système inné et adaptatif de la réponse immunitaire, car elles sont capables de présenter l'antigène, de donner la co- stimulation et de relâcher des cytokines et chimokines. Au cours de cette thèse, nous avons exploré différentes familles de DC lors d'infections parasitaires, telles que la Leishmaniose, parasite intracellulaire qui infecte les mammifères. La plupart des lésions cutanées résistantes sont caractérisées par une réponse pro-inflammatoire générée par l'IL-12. A l'inverse, pour la forme non résistante, la réponse est générée par l'IL-4 et l'IL-10, dans les modèles murins vulnérables. L'infection avec Lmajor a été caractérisée chez la souris C57BL/6 (Thl) et chez la souris Balb/c (Th2). Chez la souris C57BL/6 la lésion guérit, alors que chez la souris Balb/c, la lésion est au contraire non-cicatrisante. Nous avons comparé l'activation causée dans l'ensemble des DC par différentes espéces de Leishmania, et plus spécifiquement dans les DC CD8a+ présentes dans les ganglions lymphatiques et leur rôle dans la vulnérabilité à L. major. Ces cellules sont spécialisées dans la présentation croisée d'antigènes exogènes par le CMH-I et le haut taux de production d'IL-12 après activation. En utilisant des DC dérivées de moelle osseuse, nous avons constaté que L. guyanensis V+ (transportant un retrovirus) était le plus efficace pour l'activation des DC in-vitro comparé à L. major, L. mexicana et L. guyanensis (V-). Toutefois, in-vivo, les souris infectées avec L. major ont vu la taille de leur ganglions lymphatiques drainants augmentée, 3-6 semaines après l'infection dans les deux espèces de souris (les C57BL/6 résistantes et les Balb/c sensibles). En utilisant un parasite fluorescent transgénique, nous avons trouvé que les souris C57BL/6 sensibles à Lmexicana ont un nombre plus important de cellules Β infectées et un plus petit nombre de DC dérivées des monocytes inflammatoires, comparé au souris infectées avec L. major. Les conséquences de ces observations sont encore à l'étude. Des souris déficientes en CD8ct+DC et CD103+ sont plus sensibles à L. major que les souris WT: leurs lésions sont plus grandes et la charge parasitaire est plus importante. Nous avons généré une chimère de moelles osseuse CD11-DTR et Batf3-/- en mélangeant les moelles de ces deux souris, afin de déterminer le temps après infection où le manque de DC's CD8a+ contribue le plus à l'augmentation de la vulnérabilité chez la souris KO. Ces souris produisent plus d'IgG1 et IgE, font une réponse Th2 plus forte et Thl moins forte. Nous avons constaté que les souris déficientes en DC CD8a+ au début de la réponse immunitaire adaptive (trois semaines après injection) maintiennent un haut taux de lésions de grande taille, semblable à celui des souris chez qui les cellules ont été déplétées avant l'injection. Cela indique que les DC CD8a+ sont nécessaires pour l'efficacité de l'immunité dans la phase chronique de l'infection à L. major. Parallèlement à cela, nous avons aussi commencé une génération d'anticorps monoclonaux dirigés contre les DC CD8a+ activés en utilisant des souches établies dans notre laboratoire. En partant d'une librairie de 763 hybridomes, nous avons identifié plusieurs clones dignes d'intérêt avec une capacité fonctionnelle à moduler la prolifération et la sécrétion de cytokines des cellules T, ainsi que les molécules de co-stimulation présentes à la surface des DC activées elle-même. - Dendritic cells (DCs) are the bridge between the innate and the adaptive arms of the immune systems. They are professional antigen presentation cells and have important cytokine/chemokine release functions. In this dissertation we have focussed on the study of the different subsets of DCs in parasitic infection immunity. Leishmania are intra-cellular parasites of many different species that infect mammals. Most cutaneous lesions that are self- healing are characterized with a pro-inflammatory response with IL-12 while high levels of cytokines such as IL-4 and IL-10 characterized in susceptible mouse models. In mice L. major infection has been well characterized in C57BL/6 mice (Thl) that form healing lesions while Balb/c mice (Th2) form non-healing lesions. This thesis is focussed on comparing DC activation at large by different strains of Leishmania and more specifically, dLN resident CD8a+ DCs and their role in L. major susceptibility. This subset is specialized in cross- presentation of exogenous antigens in the MHC-I pathway and produce high levels of EL-12. Using bone marrow derived DCs we found that L. guyanensis V+ (carrying a retro-virus) was the most efficient at activating DCs in-vitro. In-vivo however L. major infected mice had the largest dLNs 3-6 weeks after infection in both genetically resistant C57BL/6 and susceptible Balb/c mice. Using transgenic fluorescent parasites, we found that C57BL/6 mice which are susceptible to L. mexicana had more number of infected Β cells and fewer number of infected inflammatory monocyte derived DCs in contrast to L. major infection. Using mice deficient in CD8a+ DCs, we found that these mice were more susceptible to L. major than their WT counterparts. They made larger lesions, had higher parasite burdens, higher levels of Th2 indicating immunolgloblins as measured by higher serie IgE levels and lower CD4+ IFNy+ cells. A mixed bone marrow chimera system of CDllc-DTR and Batf3~'~ was generated to determine the time point at which the lack of CD8a+ DCs most contributes to the increased susceptibility in KO mice. We found that mice depleted of CD8a+ DCs at the advent of the adaptive response (3 weeks after infection) maintained the significantly higher lesion size similar to mice whose cells were depleted from the onset of infection. This indicates that CD8a+ DCs are required for effective immunity in the chronic phase of L. major infection. We also began the generation of a valuable tool of monoclonal antibodies against activated CD8a+ DCs using our in-house DC line. From a library of 763 hybridomas we have identified several interesting clones with a functional ability to modulate Τ cell proliferation and cytokine secretion as well as down-modulating co-stimulatory molecules on activated DC cells themselves.

Light-induced retinal degeneration correlates with changes in iron metabolism gene expression, ferritin level, and aging.

PURPOSE: Retinal degeneration is associated with iron accumulation in several rodent models in which iron-regulating proteins are impaired. Oxidative stress is catalyzed by unbound iron. METHODS: The role of the heavy chain of ferritin, which sequesters iron, in regulating the thickness of the photoreceptor nuclear layer in the 4- and 16-month-old wild-type H ferritin (HFt(+/+)) and heterozygous H ferritin (HFt(+/-)) mice was investigated, before and 12 days after exposure to 13,000-lux light for 24 hours. The regulation of gene expression of the various proteins involved in iron homeostasis, such as transferrin, transferrin receptor, hephaestin, ferroportin, iron regulatory proteins 1 and 2, hepcidin, ceruloplasmin, and heme-oxygenase 1, was analyzed by quantitative (q)RT-PCR during exposure (2, 12, and 24 hours) and 24 hours after 1 day of exposure in the 4-month-old HFt(+/+) and HFt(+/-) mouse retinas. RESULTS: Retinal degeneration in the 4-month-old HFt(+/-) mice was more extensive than in the HFt(+/+) mice. Yet, it was more extensive in both of the 16-month-old mouse groups, revealing the combined effect of age and excessive light. Injury caused by excessive light modified the temporal gene expression of iron-regulating proteins similarly in the HFt(+/-) and HFt(+/+) mice. CONCLUSIONS: Loss of one allele of H ferritin appears to increase light-induced degeneration. This study highlighted that oxidative stress related to light-induced injury is associated with major changes in gene expression of iron metabolism proteins.

Localization of the cannabinoid CB1 receptor and the 2-AG synthesizing (DAGLα) and degrading (MAGL, FAAH) enzymes in cells expressing the Ca(2+)-binding proteins calbindin, calretinin, and parvalbumin in the adult rat hippocampus.

The retrograde suppression of the synaptic transmission by the endocannabinoid sn-2-arachidonoylglycerol (2-AG) is mediated by the cannabinoid CB1 receptors and requires the elevation of intracellular Ca(2+) and the activation of specific 2-AG synthesizing (i.e., DAGLα) enzymes. However, the anatomical organization of the neuronal substrates that express 2-AG/CB1 signaling system-related molecules associated with selective Ca(2+)-binding proteins (CaBPs) is still unknown. For this purpose, we used double-label immunofluorescence and confocal laser scanning microscopy for the characterization of the expression of the 2-AG/CB1 signaling system (CB1 receptor, DAGLα, MAGL, and FAAH) and the CaBPs calbindin D28k, calretinin, and parvalbumin in the rat hippocampus. CB1, DAGLα, and MAGL labeling was mainly localized in fibers and neuropil, which were differentially organized depending on the hippocampal CaBPs-expressing cells. CB(+) 1 fiber terminals localized in all hippocampal principal cell layers were tightly attached to calbindin(+) cells (granular and pyramidal neurons), and calretinin(+) and parvalbumin(+) interneurons. DAGLα neuropil labeling was selectively found surrounding calbindin(+) principal cells in the dentate gyrus and CA1, and in the calretinin(+) and parvalbumin(+) interneurons in the pyramidal cell layers of the CA1/3 fields. MAGL(+) terminals were only observed around CA1 calbindin(+) pyramidal cells, CA1/3 calretinin(+) interneurons and CA3 parvalbumin(+) interneurons localized in the pyramidal cell layers. Interestingly, calbindin(+) pyramidal cells expressed FAAH specifically in the CA1 field. The identification of anatomically related-neuronal substrates that expressed 2-AG/CB1 signaling system and selective CaBPs should be considered when analyzing the cannabinoid signaling associated with hippocampal functions.

Interchange of callosal and association projections in the developing visual cortex.

Neurons projecting transitorily into the corpus callosum from area 17 of the cat were retrogradely labeled by the fluorescent tracer Fast Blue (FB) injected into contralateral areas 17 and 18 on postnatal days 1-5. During the second postnatal month these neurons were still labeled by the early injection, although they had eliminated their callosal axon. At this time, 15-20% of these neurons could be retrogradely relabeled by injections of Diamidino Yellow (DY) into ipsilateral areas 17 and 18, but few or none by similar injections in the other areas that receive from area 17 (19, 21a, PMLS, 20a, 20b, DLS). Similarly, area 17 neurons projecting transitorily to contralateral area PMLS during the first postnatal week could be relabeled by DY injections in ipsilateral areas 17 and 18 but not in PMLS. Already around birth, many transitorily callosal neurons in area 17 send bifurcating axons both to contralateral areas 17 and 18 and ipsilateral area 18. It is probable that during postnatal development some of these neurons selectively eliminate their callosal axon collaterals and maintain the projection to ipsilateral area 18. In fact, some transitorily callosal neurons in area 17 can be double-labeled by simultaneous perinatal injections of FB in contralateral areas 17 and 18 and of a new long-lasting retrograde tracer, rhodamine-conjugated latex microspheres, in ipsilateral area 18. The same neurons can then be relabeled by reinjecting ipsilateral area 18 with DY during the second postnatal month. This finding, however, does not exclude the possibility that some transitorily callosal neurons send an axon to ipsilateral area 18 after eliminating their callosal axon. In conclusion, area 17 neurons that project transitorily through the corpus callosum later participate, probably permanently, in ipsilateral corticocortical projections but selectively to areas 17-18. The mechanism responsible for this selectivity is unknown, but it may be related to the differential radial distribution (i.e., to birth date) of area 17 neurons engaged in the various corticocortical projections. The problems raised by the use of long-lasting retrograde fluorescent tracers in neurodevelopmental studies and by the quantification of results of double- and triple-labeling paradigms are also discussed.

Implementation of zonal control algorithms in adaptive optical systems with sparse control matrices

Miralls deformables més i més grans, amb cada cop més actuadors estan sent utilitzats actualment en aplicacions d'òptica adaptativa. El control dels miralls amb centenars d'actuadors és un tema de gran interès, ja que les tècniques de control clàssiques basades en la seudoinversa de la matriu de control del sistema es tornen massa lentes quan es tracta de matrius de dimensions tan grans. En aquesta tesi doctoral es proposa un mètode per l'acceleració i la paral.lelitzacó dels algoritmes de control d'aquests miralls, a través de l'aplicació d'una tècnica de control basada en la reducció a zero del components més petits de la matriu de control (sparsification), seguida de l'optimització de l'ordenació dels accionadors de comandament atenent d'acord a la forma de la matriu, i finalment de la seva posterior divisió en petits blocs tridiagonals. Aquests blocs són molt més petits i més fàcils de fer servir en els càlculs, el que permet velocitats de càlcul molt superiors per l'eliminació dels components nuls en la matriu de control. A més, aquest enfocament permet la paral.lelització del càlcul, donant una com0onent de velocitat addicional al sistema. Fins i tot sense paral. lelització, s'ha obtingut un augment de gairebé un 40% de la velocitat de convergència dels miralls amb només 37 actuadors, mitjançant la tècnica proposada. Per validar això, s'ha implementat un muntatge experimental nou complet , que inclou un modulador de fase programable per a la generació de turbulència mitjançant pantalles de fase, i s'ha desenvolupat un model complert del bucle de control per investigar el rendiment de l'algorisme proposat. Els resultats, tant en la simulació com experimentalment, mostren l'equivalència total en els valors de desviació després de la compensació dels diferents tipus d'aberracions per als diferents algoritmes utilitzats, encara que el mètode proposat aquí permet una càrrega computacional molt menor. El procediment s'espera que sigui molt exitós quan s'aplica a miralls molt grans.

Dialogues of root-colonizing biocontrol pseudomonads

Among biocontrol agents that are able to suppress root diseases caused by fungal pathogens, root-colonizing fluorescent pseudomonads have received particular attention because many strains of these bacteria trigger systemic resistance in host plants and produce antifungal compounds and exoenzymes. In general, the expression of these plant-beneficial traits is regulated by autoinduction mechanisms and may occur on roots when the pseudomonads form microcolonies. Three major classes of antibiotic compounds reviewed here in detail (2,4-diacetylphloroglucinol, pyoluteorin and various phenazine compounds) are all produced under cell population density-dependent autoinduction control acting at transcriptional and post-transcriptional levels. This regulation can either be reinforced or attenuated by a variety of chemical signals emanating from the pseudomonads themselves, other microorganisms or root exudates. Signals stimulating biocontrol factor expression via the Gac/Rsm signal transduction pathway in the biocontrol strain Pseudomonas fluorescens CHA0 are synthesized by many different plant-associated bacteria, warranting a more detailed investigation in the future.

Inducible gene and shRNA expression in resident hematopoietic stem cells in vivo.

Hematopoietic stem cells (HSC) are probably the best understood somatic stem cells and often serve as a paradigm for other stem cells. Nevertheless, most current techniques to genetically manipulate them in vivo are either constitutive and/or induced in settings of hematopoietic stress such as after irradiation. Here, we present a conditional expression system that allows for externally controllable transgenesis and knockdown in resident HSCs, based on a lentiviral vector containing a tet-O sequence and a transgenic mouse line expressing a doxycyclin-regulated tTR-KRAB repressor protein. HSCs harvested from tTR-KRAB mice are transduced with the lentiviral vector containing a cDNA (i.e., Green Fluorescent Protein (GFP)) and/or shRNA (i.e., p53) of interest and then transplanted into lethally irradiated recipients. While the vector is effectively repressed by tTR-KRAB during homing and engraftment, robust GFP/shp53 expression is induced on doxycyclin treatment in HSCs and their progeny. Doxycylin-controllable transcription is maintained on serial transplantation, indicating that repopulating HSCs are stably modified by this approach. In summary, this easy to implement conditional system provides inducible and reversible overexpression or knock down of genes in resident HSCs in vivo using a drug devoid of toxic or activating effects.

Excision of the Staphylococcal Cassette Chromosome mec (SCCmec) and its crucial role in the horizontal transfer of methicillin resistance in staphylococci.

Staphylococcus aureus est un pathogène humain majeur ayant développé des résistances contre la quasi totalité des antibiotiques disponibles, incluant la très importante famille des β- lactamines. La résistance à cette classe d'antibiotiques est conférée par la « Staphylococcal Cassette Chromosome mec » (SCCmec), qui est un élément génétique mobile capable de s'insérer dans le chromosome bactérien et capable d'être transféré horizontalement chez d'autres staphylocoques. Le mécanisme moléculaire impliqué dans ce transfert horizontal demeure largement inconnu. L'une des premières étapes du transfert est l'excision du SCC mec du chromosome bactérien. Cette excision est promue par des enzymes codées par l'élément SCCmec lui- même et appelées de ce fait « Cassette Chromosome Recombinases » (Ccr). L'un des buts de ce travail de thèse a été de comprendre la régulation de l'expression des gènes codant pour les Ccr recombinases. En utilisant des outils moléculaires originaux, nous avons été en mesure de démontrer en premier lieu que les Ccr recombinases étaient exprimées de façon « bistable », c'est à dire qu'uniquement quelques pourcents de cellules dans une population exprimaient ces gènes à un temps donné. Dans un deuxième temps, nous avons également démontré que l'expression de ces gènes était régulée par des facteurs étrangers au SCC mec. L'expression bistable des recombinases est un concept important. Effectivement, cela permet à la majorité des cellules d'une population de conserver l'élément SCC mec, alors que seulement une petite fraction le perd afin de le rendre disponible pour un transfert. Ainsi, alors que l'élément SCC mec continue de se propager avec la multiplication des bactéries Staphylococcus aureus résistant à la méticilline (SARM), il peut être simultanément transmis à des souches susceptibles (Staphylococcus aureus susceptible à la méticilline, SASM), entraînant l'apparition de nouveaux SARM. De façon très intéressante, le fait que cette bistabilité est contrôlée par les bactéries, et non le SCCmec lui-même, montre que la décision de transférer ou non la cassette SCC mec appartient à la bactérie. En conséquence, il doit exister dans la nature des souches qui sont plus ou moins aptes à effectuer ce transfert. En nous appuyant sur ces observations, nous avons montré que l'excision du SCC mec était effectivement régulée de façon très étroite au cours de la division cellulaire, et ne se passait que pendant un temps limité au début de la croissance. Ce résultat est compatible avec une régulation génétique commandée par la densité cellulaire, qui pourrait être dépendante de la production de signaux extracellulaires, du type que l'on rencontre dans le quorum sensing. Les signaux hypothétiques entraînant l'excision du SCC mec restent inconnus à l'heure actuelle. La connaissance de ces signaux pourrait se révéler très importante afin de développer des stratégies pour interférer avec la dissémination de la résistance au β-lactamines. Deux sujets additionnels ont été logiquement investigués au vu de ces premiers résultats. Premièrement, si certaines souches de SARM sont plus ou moins aptes à déclencher l'excision du SCC mec, de même certaines souches de SASM devraient être plus ou moins aptes à acquérir cet élément. Deuxièmement, afin d'étudier ces mécanismes de transfert au niveau épidémiologique, il nous a été nécessaire de développer des outils nous permettant d'explorer le phénomène à une plus large échelle. Concernant le premier point, il a été postulé que certains SASM seraient réfractaires à l'intégration génomique d'un SCC mec en raison de polymorphismes particuliers à proximité du site d'insertion chromosomique (attB). En étudiant plus de 40 isolais de S. aureus, provenant de porteurs sains, nous avons confirmé ce polymorphisme dans l'environnement à'attB. De plus, nous avons pu montrer que ces régions polymorphiques ont évolué parallèlement à des groupes phylogénétiques bien connus. Ainsi, si des telles régions réfractaires à l'intégration de SCC mec existent, celles-ci devraient ségréger dans des complexes clonaux bien définis qui devraient être facilement identifiables au niveau épidémiologique. Concernant le second point, nous avons été capables de construire un système rapporteur de l'excision du SCCmec, en utilisant un plasmide à faible copie. Ce système consistait en un promoteur fort et un gène codant pour une protéine verte fluorescente (GFP) sous le contrôle d'un promoteur fort séparés à l'aide d'un élément SCC artificiel portant trois terminateurs de transcription. Ainsi, la fluorescence ne s'exprime que si l'élément SCC est excisé du plasmide. Ce système a été testé avec succès dans plusieurs types de staphylocoques, et est actuellement évalué dans d'autres souches et conditions stimulant ou inhibant l'excision. De manière générale, cette dissertation représente parcours scientifique à travers plusieurs aspects d'un problème de santé publique majeur en rapport avec la résistance bactérienne aux antibiotiques. Ce travail s'attaque à des problèmes fondamentaux concernant le transfert horizontal de l'élément SCC mec. De plus, il s'intéresse à des aspects plus généraux de cet élément génétique mobile qui pourraient se révéler très importants en terme de mouvement de gènes au sein des staphylocoques, voir d'autres bactéries gram-positives. Finalement ce travail de thèse met en place le fondamentaux requis pour des recherches futures visant à interférer avec le transfert horizontal de la résistance aux β-lactamines. - Staphylococcus aureus is a major human pathogen. Moreover, S. aureus have developed resistance to almost all available antibiotics, including the important family of β-lactam molecules. Intrinsic resistance to β-lactams is conferred by the Staphylococcal Cassette Chromosome mec (SCCmec), which is a mobile genomic island that inserts into the staphylococcal chromosome and can be horizontally transferred into other staphylococci. However, little is known about the molecular mechanisms involved in this horizontal transfer into naïve strains. One of the first steps in SCC mec horizontal transfer is its excision from the chromosome. Excision is mediated by recombinase enzymes that are encoded by SCC mec itself, and named accordingly Ccr recombinases - for Cassette Chromosome recombinases. One goal of this thesis was to understand the regulation these recombinase genes. By using original molecular tools we could demonstrate first that the Ccr recombinases were expressed in a "bistable" manner, i.e. in only few percentages of the bacterial cells at a given time, and second that they were regulated by determinants that were not encoded on the SCC mec element, but elsewhere on the staphylococcal genome. "Bistable" expression Ccr recombinases is an important concept. It allows SCC mec to be excised and thus available for horizontal transfer, while ensuring that only some cells, but not the whole population, loose their valuable SCC mec genes. Thus, while the SCC mec element expands with the multiplication of the MRSA colony, it can simultaneously be transmitted into methicillin-susceptible S. aureus (MSSA), which convert into new MRSA. Most interestingly, the fact that bistability was regulated by the cells, rather than by SCC mec, indicates that it was the choice of the bacteria to trigger or not SCC mec transfer. As a consequence, there must be, in nature, staphylococcal strains that are more or less prone to sustain SCC mec transfer. Following these seminal observations we found that excision was indeed tightly regulated during bacterial division, and occurred only during a limited period of time at the beginning of bacterial growth. This is compatible with cell-density mediated gene regulation, and may depend on the production of extracellular signal molecules that transmit appropriate orders to neighboring cells, such as in quorum sensing. The potential signal triggering SCCmec excision is as yet unknown. However, it could be critical in promoting the horizontal transfer of methicillin resistance, or for the possible development of means to interfere with it. Two additional hypothesis were logically investigated in the view of these first results. First, if some strains of MRSA might be more prone than others to promote SCC mec excision, then some strains of MS SA might be more or less prone to acquire the element as well. Second, to investigate these multiple mechanisms at an epidemiological level, one would need to develop tools amenable to explore S. aureus strains at a larger scale. Regarding the first issue, it was postulated by others that some MSSA might be refractory to SCC mec integration because they had peculiar DNA polymorphisms in the vicinity of the site-specific chromosomal entry point {attB) of SCC mec. By studying >40 S. aureus isolates from healthy carriers, we confirmed the polymorphism of the attB environment. Moreover, we could show that these polymorphic regions co-evolved with well-known phylogenic clonal clusters. Therefore, if SCCwec-refractory attB environments exist, then they would segregate in well- defined S. aureus clonal clusters that would be easy to identify at the epidemiological level. Regarding the second issue, we were able to construct a new excision reporter system in a low copy number S. aureus plasmid. The reporter system consists in a strong promoter driving a green fluorescent protein {gfp) gene, separated by an artificial SCC-like element carrying three transcriptional terminators. Thus, fluorescence is not expressed unless the SCC-like element is excised. The system has been successfully tested in several aureus and non- aureus staphylococci, and is now being applied to more strains and various excision- triggering or inhibiting conditions. Altogether the dissertation is a scientific journey through various aspects of a salient medical problem with regard to antibiotic resistance and public health threat. The research work tackles fundamental issues about the mechanisms of horizontal transfer of the SCC mec element. Moreover, it also addresses more general features of this mobile element, which could be of larger importance with regard to gene trafficking in staphylococci, and maybe other gram-positive bacteria. Finally, the dissertation sets the fundamentals for future work and possible new ways to interfere with the horizontal transfer of methicillin resistance.

Dépistage du cancer pulmonaire par scanner thoracique [Computed tomography screening for lung cancer].

Lung cancer screening has been the focus of intense interest since the publication in 2011 of the NLST trial (National Lung Screening Trial) showing a mortality reduction in smokers undergoing 3-year screening by chest computed tomography. Although these data appear promising, many issues remain to be resolved, such as high rate of false positive cases, risk of overdiagnosis, optimal intervals between screens, duration of the screening process, feasibility, and cost. Structured screening programs appear crucial to guarantee patient information, technical quality, and multidisciplinary management. Despite these uncertainties, several guidelines already state that screening should be performed in patients at risk, whereas investigators stress that more data are needed. How should the primary care physician deal with individual patients requests? This review provides some clues on this complex issue.

Serum albumin promotes ATP-binding cassette transporter-dependent sterol uptake in yeast.

Sterol uptake in fungi is a multistep process that involves interaction between external sterols and the cell wall, incorporation of sterol molecules into the plasma membrane, and subsequent integration into intracellular membranes for turnover. ATP-binding cassette (ABC) transporters have been implicated in sterol uptake, but key features of their activity remain to be elucidated. Here, we apply fluorescent cholesterol (NBD-cholesterol) to monitor sterol uptake under anaerobic and aerobic conditions in two fungal species, Candida glabrata (Cg) and Saccharomyces cerevisiae (Sc). We found that in both fungal species, ABC transporter-dependent uptake of cholesterol under anaerobic conditions and in mutants lacking HEM1 gene is promoted in the presence of the serum protein albumin that is able to bind the sterol molecule. Furthermore, the C. glabrata ABC transporter CgAus1p expressed in S. cerevisiae requires the presence of serum or albumin for efficient cholesterol uptake. These results suggest that albumin can serve as sterol donor in ABC transporter-dependent sterol uptake, a process potentially important for growth of C. glabrata inside infected humans.

Desarrollo y gestión del videojuego The Condemned

The Condemned es un juego de lucha en dos dimensiones desarrollado en Flash CS4 y ActionScript 3. El juego consta de cuatro pantallas, en cada una de ellas el jugador se enfrenta a un enemigo controlado por el ordenador a través de una inteligencia artificial. En la creación de este videojuego se ha pasado por todas las fases de desarrollo: diseño gráfico de personajes y escenarios, programación y control de errores.

Overcoming the heterologous bias: an in vivo functional analysis of multidrug efflux transporter, CgCdr1p in matched pair clinical isolates of Candida glabrata.

We have taken advantage of the natural milieu of matched pair of azole sensitive (AS) and azole resistant (AR) clinical isolates of Candida glabrata for expressing its major ABC multidrug transporter, CgCdr1p for structure and functional analysis. This was accomplished by tagging a green fluorescent protein (GFP) downstream of ORF of CgCDR1 and integrating the resultant fusion protein at its native chromosomal locus in AS and AR backgrounds. The characterization confirmed that in comparison to AS isolate, CgCdr1p-GFP was over-expressed in AR isolates due to its hyperactive native promoter and the GFP tag did not affect its functionality in either construct. We observed that in addition to Rhodamine 6 G (R6G) and Fluconazole (FLC), a recently identified fluorescent substrate of multidrug transporters Nile Red (NR) could also be expelled by CgCdr1p. Competition assays with these substrates revealed the presence of overlapping multiple drug binding sites in CgCdr1p. Point mutations employing site directed mutagenesis confirmed that the role played by unique amino acid residues critical to ATP catalysis and localization of ABC drug transporter proteins are well conserved in C. glabrata as in other yeasts. This study demonstrates a first in vivo novel system where over-expression of GFP tagged MDR transporter protein can be driven by its own hyperactive promoter of AR isolates. Taken together, this in vivo system can be exploited for the structure and functional analysis of CgCdr1p and similar proteins wherein the artefactual concerns encountered in using heterologous systems are totally excluded.

Glucose and lactate are equally effective in energizing activity-dependent synaptic vesicle turnover in purified cortical neurons.

This study examines the role of glucose and lactate as energy substrates to sustain synaptic vesicle cycling. Synaptic vesicle turnover was assessed in a quantitative manner by fluorescence microscopy in primary cultures of mouse cortical neurons. An electrode-equipped perfusion chamber was used to stimulate cells both by electrical field and potassium depolarization during image acquisition. An image analysis procedure was elaborated to select in an unbiased manner synaptic boutons loaded with the fluorescent dye N-(3-triethylammoniumpropyl)-4-(4-(dibutylamino)styryl)pyridinium dibromide (FM1-43). Whereas a minority of the sites fully released their dye content following electrical stimulation, others needed subsequent K(+) depolarization to achieve full release. This functional heterogeneity was not significantly altered by the nature of metabolic substrates. Repetitive stimulation sequences of FM1-43 uptake and release were then performed in the absence of any metabolic substrate and showed that the number of active sites dramatically decreased after the first cycle of loading/unloading. The presence of 1 mM glucose or lactate was sufficient to sustain synaptic vesicle cycling under these conditions. Moreover, both substrates were equivalent for recovery of function after a phase of decreased metabolic substrate availability. Thus, lactate appears to be equivalent to glucose for sustaining synaptic vesicle turnover in cultured cortical neurons during activity.