INTERCELLULAR AND SYSTEM-LEVEL ASPECTS OF THE METABOLIC INTERACTIONS BETWEEN NEURONS AND GLIA

Quand on parle de l'acide lactique (aussi connu sous le nom de lactate) une des premières choses qui vient à l'esprit, c'est son implication en cas d'intense activité musculaire. Sa production pendant une activité physique prolongée est associée avec la sensation de fatigue. Il n'est donc pas étonnant que cette molécule ait été longtemps considérée comme un résidu du métabolisme, possiblement toxique et donc à éliminer. En fait, il a été découvert que le lactate joue un rôle prépondérant dans le métabolisme grâce à son fort potentiel énergétique. Le cerveau, en particulier les neurones qui le composent, est un organe très gourmand en énergie. Récemment, il a été démontré que les astrocytes, cellules du cerveau faisant partie de la famille des cellules gliales, utilisent le glucose pour produire du lactate comme source d'énergie et le distribue aux neurones de manière adaptée à leur activité. Cette découverte a renouvelé l'intérêt scientifique pour le lactate. Aujourd'hui, plusieurs études ont démontré l'implication du lactate dans d'autres fonctions de la physiologie cérébrale. Dans le cadre de notre étude, nous nous sommes intéressés au rapport entre neurones et astrocytes avec une attention particulière pour le rôle du lactate. Nous avons découvert que le lactate possède la capacité de modifier la communication entre les neurones. Nous avons aussi décrypté le mécanisme grâce auquel le lactate agit, qui est basé sur un récepteur présent à la surface des neurones. Cette étude montre une fonction jusque-là insoupçonnée du lactate qui a un fort impact sur la compréhension de la relation entre neurones et astrocytes. - Relatively to its volume, the brain uses a large amount of glucose as energy source. Furthermore, a tight link exists between the level of synaptic activity and the consumption of energy equivalents. Astrocytes have been shown to play a central role in the regulation of this so-called neurometabolic coupling. They are thought to deliver the metabolic substrate lactate to neurons in register to glutamatergic activity. The astrocytic uptake of glutamate, released in the synaptic cleft, is the trigger signal that activates an intracellular cascade of events that leads to the production and release of lactate from astrocytes. The main goal of this thesis work was to obtain detailed information on the metabolic and functional interplay between neurons and astrocytes, in particular on the influence of lactate besides its metabolic effects. To gain access to both spatial and temporal aspects of these dynamic interactions, we used optical microscopy associated with specific fluorescent indicators, as well as electrophysiology. In the first part of this thesis, we show that lactate decreases spontaneous neuronal, activity in a concentration-dependent manner and independently of its metabolism. We further identified a receptor-mediated pathway underlying this modulatory action of lactate. This finding constituted a novel mechanism for the modulation of neuronal transmission by lactate. In the second part, we have undergone a characterization of a new pharmacological tool, a high affinity glutamate transporter inhibitor. The finality of this study was to investigate the detailed pharmacological properties of the compound to optimize its use as a suppressor of glutamate signal from neuron to astrocytes. In conclusion, both studies have implications not only for the understanding of the metabolic cooperation between neurons and astrocytes, but also in the context of the glial modulation of neuronal activity. - Par rapport à son volume, le cerveau utilise une quantité massive de glucose comme source d'énergie. De plus, la consommation d'équivalents énergétiques est étroitement liée au niveau d'activité synaptique. Il a été montré que dans ce couplage neurométabolique, un rôle central est joué par les astrocytes. Ces cellules fournissent le lactate, un substrat métabolique, aux neurones de manière adaptée à leur activité glutamatergique. Plus précisément, le glutamate libéré dans la fente synaptique par les neurones, est récupéré par les astrocytes et déclenche ainsi une cascade d'événements intracellulaires qui conduit à la production et libération de lactate. Les travaux de cette thèse ont visé à étudier la relation métabolique et fonctionnelle entre neurones et astrocytes, avec une attention particulière pour des rôles que pourrait avoir le lactate au-delà de sa fonction métabolique. Pour étudier les aspects spatio-temporels de ces interactions dynamiques, nous avons utilisé à la fois la microscopie optique associée à des indicateurs fluorescents spécifiques, ainsi que l'électrophysiologie. Dans la première partie de cette thèse, nous montrons que le lactate diminue l'activité neuronale spontanée de façon concentration-dépendante et indépendamment de son métabolisme. Nous avons identifié l'implication d'un récepteur neuronal au lactate qui sous-tend ce mécanisme de régulation. La découverte de cette signalisation via le lactate constitue un mode d'interaction supplémentaire et nouveau entre neurones et astrocytes. Dans la deuxième partie, nous avons caractérisé un outil pharmacologique, un inhibiteur des transporteurs du glutamate à haute affinité. Le but de cette étude était d'obtenir un agent pharmacologique capable d'interrompre spécifiquement le signal médié par le glutamate entre neurones et astrocytes pouvant permettre de mieux comprendre leur relation. En conclusion, ces études ont une implication non seulement pour la compréhension de la coopération entre neurones et astrocytes mais aussi dans le contexte de la modulation de l'activité neuronale par les cellules gliales.

Neuroprotection in cerebral ischemia : an effect of c-Jun N-terminal kinase inhibition on the inflammatory response

RESUMESuite à un accident vasculaire cérébral (AVC) ischémique, les cellules gliales ducerveau deviennent activées, de nombreuses cellules inflammatoires pénètrent dans letissu lésé et sécrètent une grande variété de cytokines et chémokines. Aujourd'hui, ilexiste des interrogations sur les effets bénéfiques ou délétères de cette inflammation surla taille de la lésion et le pronostic neurologique.Ce projet vise à évaluer l'effet d'un peptide neuroprotecteur, D-JNKI1, inhibiteur de lavoie pro-apoptotique de signalisation intracellulaire c-Jun N-terminal kinase (JNK), surl'inflammation post-ischémique.Nous montrons d'abord que la microglie est largement activée dans toute la région lésée48 h après l'induction d'une ischémie chez la souris. Cependant, malgré l'inhibition dela mort neuronale par D-JNKI1 évaluée à 48 h, nous n'observons de modification ni del'activation de la microglie, ni de son nombre. Ensuite, nous montrons que le cerveaupeut être protégé même s'il y a une augmentation massive de la sécrétion de médiateursinflammatoires dans la circulation systémique très tôt après induction d'un AVCischémique. De plus, nous notons que la sécrétion de molécules inflammatoires dans lecerveau n'est pas différente entre les animaux traités par D-JNKI1 ou une solutionsaline, bien que nous ayons obtenu une neuroprotection significative chez les animauxtraités.En conclusion, nous montrons que l'inhibition de la voie de JNK par D-JNKI1n'influence pas directement l'inflammation post-ischémique. Ceci suggère quel'inhibition de l'inflammation n'est pas forcément nécessaire pour obtenir en hautdegré de neuroprotection du parenchyme lésé après ischémie cérébrale, et que lesmécanismes inflammatoires déclenchés lors d'une ischémie cérébrale ne sont pasforcément délétères pour la récupération du tissu endommagé.SUMMARYAfter cerebral ischemia, glial cells become activated and numerous inflammatory cellsinfiltrate the site of the lesion, secreting a large variety of cytokines and chemokines. Itis controversial whether this brain inflammation is detrimental or beneficial and how itinfluences lesion size and neurological outcome.This project was aimed at critically evaluating whether the neuroprotective peptide DJNKI,an inhibitor of the pro-apopotic c-Jun N-terminal kinase (JNK) pathway,modulates post-ischemic inflammation in animal models of stroke. Specifically, it wasasked whether JNK inhibition prevents microglial activation and the release ofinflammatory mediators.In the first part of this study, we showed that microglia was activated throughout thelesion 48 h after experimental stroke. However, the activation and accumulation ofmicroglia was not reduced by D-JNKI1, despite a significant reduction of the lesionsize. In the second part of this project, we demonstrated that neuroprotection measuredat 48 h occurs even though inflammatory mediators are released in the plasma veryearly after the onset of cerebral ischemia. Furthermore, we found that secretion ofinflammatory mediators in the brain was not different in groups treated with D-JNKI1or not, despite a significant reduction of the lesion size in the treated group.Altogether, we show that inhibition of the JNK pathway using D-JNKI1 does notinfluence directly post-stroke inflammation. Inhibition of inflammation is therefore notnecessarily required for neuroprotection after cerebral ischemia. Thus, post-strokeinflammation might not be detrimental for the tissue recovery.

Involvement of PPARβ/δ in mesenchymal-epidermal interactions during skin wound healing

SUMMARY : Skin wound repair is a complex and highly coordinated process, where a variety of cell types unite to regenerate the damaged tissue. Several works have elucidated cellular and molecular mechanisms, in which mesenchymal-epidermal interactions play an essential role for the regulation of skin homeostasis and repair. Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPARs) are ligand-activated transcription factors that belong to the nuclear receptor superfamily. Three related isotypes (PPARα, PPARß/δ and PPARγ) have been found, which exhibit distinct tissue distribution and specific physiological functions. PPARß/δ was identified as a crucial player of skin homeostasis. In the mouse skin, PPARß/δ has been described to control proliferation-differentiation state, adhesion and migration, and survival of the keratinocytes during healing. PPARß/δ has been implicated as well in the development of the hair follicles, in which mesenchymal-secreted hepatocyte growth factor (HGF) is involved. These data suggest that the biological activity of PPARß/δ is modulated by mesenchymal-epidermal interactions and that, in turn, PPARß/δ also modulates some of these signals. The aim of the present work was to elucidate the nature of the signals exchanged between the epidermis and dermis compartments, and more particularly those which are under the control of PPARß/δ. In the first part of the study, we showed that PPARß/8 in dermal fibroblasts down-regulates the mitotic activity of keratinocytes by inhibiting the IL-1 signalling pathway via the production of secreted IL-1 receptor antagonist (sIL-1Ra), a natural antagonist of this signalling. The regulation of IL-1 signalling by PPARß/δ is required for anon-pathological skin wound repair. These findings provide evidence for a novel homeostatic control of keratinocyte proliferation and differentiation mediated by the regulation of IL-1 signalling via dermal PPARß/δ fibroblasts. Proteolysis of the extracellular matrix (ECM) is a key process involved in wound repair and modifications in its activity are often associated with an alteration óf the wound closure. This process implies specific proteinases, as matrix metalloproteinases (MMPs), which are finely modulated by IL-1 signalling. In line with the first results, the second part of the work showed that MMP8 and MMP13, which are two important collagenases involved in mouse skin wound repair, are regulated by PPARß/δ. Their expression is indirectly down-regulated by dermal PPARß/δ, via the production of sIL-1Ra, resulting in the inhibition of IL-1 signalling, known to regulate the expression of numerous MMPs. We suggest that, in absence of PPARß/δ, the positive regulation of these two collagenases could participate to the delay of skin wound healing, which has been observed in mice deleted for PPARßlS. The potential therapeutic role of PPARß/b could be as well extending to inflammatory and hyperproliferative skin diseases involving IL-1 signalling, such as psoriasis or skin cancers. Quite interestingly, MMP1 (analogue of mouse MMP13) plays an essential role in human photoaging, suggesting that PPARß/δ could as well be an attractive target for photoprotection. RESUME : La cicatrisation est un processus complexe et extrêmement organisé, impliquant un grand nombre de cellules qui s'unissent pour régénérer le tissu endommagé. De nombreux travaux nous ont éclairés sur les mécanismes cellulaires et moléculaires, dans lesquels les interactions épidermo-mésenchymateuses détiennent un rôle capital à la fois dans la régulation de l'homéostasie et dans la réparation de la peau. PPAR (Peroxisome proliferatar-activated receptor), qui appartient à la superfamille des récepteurs nucléaires, se définit comme un facteur de transcription activé par des ligands très spécifiques. Trois isotypes (PPARa, PPARß/δ et PPARy) ont été décrits et sont caractérisés par une distribution tissulaire et des fonctions physiologiques clairement définies. PPARß/δ a été identifié comme étant un important acteur dans l'homéostasie de la peau. Chez la souris, il a été décrit comme contrôlant l'état de prolifération et de différenciation, le processus d'adhésion et de migration, ainsi que la survie des kératinocytes au cours de la cicatrisation. PPARßIS a également été défini comme contrôlant le développement des follicules pileux, impliquant la sécrétion par le mésenchyme du facteur de croissance HGF. Ces données suggèrent que l'activité biologique de PPARß/δ est modulée par des interactions épidermo-mésenchymateuses, et qu'en retour, il possède la capacité de moduler certains de ces signaux. L`objectif de ce travail a été d'élucider la nature des signaux échangés entre les compartiments épidermique et dermique, et plus particulièrement ceux qui sont sous le contrôle de PPARß/δ. Dans la première partie de l'étude, nous avons montré que les fibroblastes exprimant PPARß/δ réduisent l'activité mitotique des kératinocytes en inhibant la voie de signalisation IL-1, via la production de sIL-1Ra (secreted IL-1 receptor antagonist), défini comme un antagoniste naturel de cette voie de signalisation. La régulation de cette dernière par PPARß/δ est donc nécessaire pour une cicatrisation de type non pathologique. Ces résultats offrent donc une nouvelle preuve du contrôle de l'homéostasie et de l'état de prolifération/différenciation des kératinocytes par les fibroblastes exprimant PPARß/δ, en régulant la voie de signalisation IL-1. Le mécanisme de dégradation de la matrice extracellulaire (MEC) est une étape essentielle lors du processus de cicatrisation. Ainsi des modifications de cette activité protéolytïque sont souvent associées à une altération de la fermeture de la plaie. Ce processus implique des protéinases, comme les MMPs, qui sont finement modulés par la voie de signalisation IL-1. En accord avec les premiers résultats, la seconde partie des nos travaux a montré que les collagénases MMP8 et MMP13, connues pour être d'importantes molécules impliquées lors de la réparation tissulaire chez la souris, sont modulées par l'activité de PPARß/δ. Leurs expressions sont indirectement régulées par PPARß/δ, via la production. de sIL-1 Ra, entraînant ainsi l'inhibition de la voie de signalisation IL-1, décrite pour réguler l'expression de nombreuses MMPs, Nous suggérons donc qu'en absence de PPARß/δ, la régulation de ces deux collagénases pourrait être impliquée dans le retard de cicatrisation, observé chez les souris déficientes pour PPARß/δ. L'activité biologique de PPARß/δ pourrait être ainsi étendue à des maladies hyperproliferatives et inflammatoires de la peau, impliquant la voie de signalisation IL-1, comme le psoriasis ou certains cancers de la peau, et ce à des fins thérapeutiques. Il est aussi intéressant de relever que chez l'homme, MMP1 (présenté comme l'analogue de MMP13 de la souris} joue un rôle primordial dans le photo-vieillissement, nous suggérons donc que PPARß/δ pourrait ainsi être une cible attrayante concernant la photoprotection.

Extended truncated Tweedie-Poisson model

It has been argued that by truncating the sample space of the negative binomial and of the inverse Gaussian-Poisson mixture models at zero, one is allowed to extend the parameter space of the model. Here that is proved to be the case for the more general three parameter Tweedie-Poisson mixture model. It is also proved that the distributions in the extended part of the parameter space are not the zero truncation of mixed poisson distributions and that, other than for the negative binomial, they are not mixtures of zero truncated Poisson distributions either. By extending the parameter space one can improve the fit when the frequency of one is larger and the right tail is heavier than is allowed by the unextended model. Considering the extended model also allows one to use the basic maximum likelihood based inference tools when parameter estimates fall in the extended part of the parameter space, and hence when the m.l.e. does not exist under the unextended model. This extended truncated Tweedie-Poisson model is proved to be useful in the analysis of words and species frequency count data.

Diet diversity and the risk of laryngeal cancer: a case-control study from Italy and Switzerland.

Diet diversity (defined as the number of different foods consumed) has been considered an indicator of a healthy diet, and favorably related to the risk of several digestive tract cancers. We analyzed the relation between diet diversity and the risk of laryngeal cancer using data from a case-control study carried out between 1992 and 2000 in Italy and Switzerland. The subjects of the study were 527 patients with histologically confirmed incident cancers of the larynx and 1297 patients admitted for acute, non-neoplastic diseases, unrelated to tobacco or alcohol consumption. Total diversity was computed as the number of different foods (overall and within four food groups, i.e., vegetables, fruit, meat, and cereals) consumed at least once per week. A significant inverse association was observed for vegetable diversity (OR=0.41, 95% CI: 0.28-0.59, for the highest versus the lowest quartile) and fruit diversity (OR=0.40, 95% CI: 0.27-0.59). Conversely, a direct association was found for meat diversity (OR=1.67, 95% CI: 1.11-2.50), while no meaningful association was found for total diet and cereal diversity. The results were consistent across strata of age, alcohol drinking and tobacco smoking. This study suggests that a diet not only rich but also varied in fruit and vegetables is related to a decreased risk of laryngeal cancer risk.

Visualització dinàmica d'un procés metabòlic amb finalitats docents

La incorporació del Moodle com a eina de docència, i l’augment de hores no presencials a les diverses assignatures fa que calgui incorporar les noves tecnologies perquè els alumnes disposin de més material docent al seu abast. Però l’acumulació de material fa que només sigui útil aquell material que es guanyi a l’alumne. En aquest sentit, creiem que les animacions i les eines interactives poden ser materials atractius pels alumnes. En aquest projecte hem creat una eina d’animació interactiva perquè l’estudiant de Bioquímica practiqui i aprengui una de les rutes metabòliques principals: la glucòlisi. Aquesta eina consta d’una pantalla separada en 3 zones: 1) una zona lateral que inclou la ruta metabòlica completa, i en la que l’alumne pot prémer sobre cada un dels passos que estructuren la ruta (finestra del metabolisme); 2) una zona inferior que presenta la reacció individual de la ruta metabòlica, en la que s’observa l’estructura química de les molècules i informació de l’enzim implicat en la reacció (finestra de l’enzim); i 3) una zona central en la que a través d’una animació amb Macromedia Flash MX, l’alumne observa el mecanisme químic de la reacció (finestra del mecanisme químic). Les tres zones són interactives i en prémer sobre elles donen informació, respectivament sobre la ruta completa, l’enzim de cada pas en particular i el mecanisme d’acció. A més, la finestra del mecanisme químic permet aturar en qualsevol moment la animació, tornar enrere i veure els intermediaris. Durant el segon semestre del curs 2006-2007 hem avaluat l’eina amb alumnes de Bioquímica de la Llicenciatura de Química, incorporant-la als dossier electrònics. Creiem que hem assolit els objectius que es proposaven: aprendre una ruta metabòlica, de manera divertida; aprendre el mecanisme de cada un dels passos de la ruta i aprendre l’estructura química dels metabòlits intermediaris de la ruta.

Exhaled nitric oxide in high-altitude pulmonary edema: role in the regulation of pulmonary vascular tone and evidence for a role against inflammation.

High-altitude pulmonary edema (HAPE) is a life-threatening condition occurring in predisposed subjects at altitudes above 2,500 m. It is not clear whether, in addition to hemodynamic factors and defective alveolar fluid clearance, inflammation plays a pathogenic role in HAPE. We therefore made serial measurements of exhaled pulmonary nitric oxide (NO), a marker of airway inflammation, in 28 HAPE-prone and 24 control subjects during high-altitude exposure (4,559 m). To examine the relationship between pulmonary NO synthesis and pulmonary vascular tone, we also measured systolic pulmonary artery pressure (Ppa). In the 13 subjects who developed HAPE, exhaled NO did not show any tendency to increase during the development of lung edema. Throughout the entire sojourn at high altitude, pulmonary exhaled NO was roughly 30% lower in HAPE-prone than in control subjects, and there existed an inverse relationship between Ppa and exhaled NO (r = -0.51, p < 0.001). These findings suggest that HAPE is not preceded by airway inflammation. Reduced exhaled NO may be related to altered pulmonary NO synthesis and/or transport and clearance, and the data in our study could be consistent with the novel concept that in HAPE-prone subjects, a defect in pulmonary epithelial NO synthesis may contribute to exaggerated hypoxic pulmonary vasoconstriction and in turn to pulmonary edema.

Animació de les rutes glucolítica i gluconeogènica : una eina no presencial per a aprendre de manera amena

La incorporació del Moodle com a eina de docència, i l’augment de hores no presencials a les diverses assignatures fa que calgui incorporar les noves tecnologies perquè els alumnes disposin de més material docent al seu abast. Però l’acumulació de material fa que només sigui útil aquell material que es guanyi a l’alumne. En aquest sentit, creiem que les animacions i les eines interactives poden ser materials atractius pels alumnes. En aquest projecte hem creat una eina d’animació interactiva perquè l’estudiant de Bioquímica practiqui i aprengui dues rutes principals del metabolisme de hidrats de carboni: la glucòlisi i la gluconeogènesi. Aquesta eina consta d’una pantalla separada en 3 zones: 1) una zona lateral que inclou la ruta metabòlica completa, i en la que l’alumne pot prémer sobre cada un dels passos que estructuren la ruta (finestra del metabolisme); 2) una zona inferior que presenta la reacció individual de la ruta metabòlica, en la que s’observa l’estructura química de les molècules i informació de l’enzim implicat en la reacció (finestra de l’enzim); i 3) una zona central en la que a través d’una animació amb Macromedia Flash MX, l’alumne observa el mecanisme químic de la reacció (finestra del mecanisme químic). Les tres zones són interactives i en prémer sobre elles donen informació, respectivament sobre la ruta completa, l’enzim de cada pas en particular i el mecanisme d’acció. A més, la finestra del mecanisme químic permet aturar en qualsevol moment la animació, tornar enrere i veure els intermediaris. Durant el segon semestre del curs 2007-2008 hem avaluat l’eina amb alumnes de Bioquímica de la Llicenciatura de Química, incorporant-la als dossier electrònics i al Moodle. Creiem que hem assolit els objectius que es proposaven: que l’alumne aprengui les dues rutes metabòliques, de manera divertida; el mecanisme de cada un dels passos de les rutes i l’estructura química dels metabòlits intermediaris de les rutes.

Improvement in coronary circulatory function in morbidly obese individuals after gastric bypass-induced weight loss: relation to alterations in endocannabinoids and adipocytokines.

AIMS: To investigate the effect of surgical gastric bypass-induced weight loss and related alterations in endocannabinoids (ECs) and adipocytokine plasma levels on coronary circulatory dysfunction in morbidly obese (MOB) individuals. METHODS AND RESULTS: Myocardial blood flow (MBF) responses to cold pressor test (CPT) from rest (ΔMBF) and during pharmacologically induced hyperaemia were measured with &supl;³N-ammonia PET/CT in 18 MOB individuals with a body mass index (BMI) > 40 kg/m² at baseline and after a median follow-up period of 22 months. Gastric bypass intervention decreased BMI from a median of 44.8 (inter-quartile range: 43.3, 48.2) to 30.8 (27.3, 34.7) kg/m² (P < 0.0001). This decrease in BMI was accompanied by a marked improvement in endothelium-related ΔMBF to CPT and hyperaemic MBFs, respectively [0.34 (0.18, 0.41) from 0.03 (-0.08, 0.15) mL/g/min, P = 0.002; and 2.51 (2.17, 2.64) from 1.53 (1.39, 2.18) mL/g/min, P < 0.001]. There was an inverse correlation between decreases in plasma concentrations of the EC anandamide and improvement in ΔMBF to CPT (r = -0.59, P = 0.009), while increases in adiponectin plasma levels correlated positively with hyperaemic MBFs (r = 0.60, P = 0.050). Conversely, decreases in leptin plasma concentrations were not observed to correlate with the improvement in coronary circulatory function (r = 0.22, P = 0.400, and r = -0.31, P = 0.250). CONCLUSIONS: Gastric bypass-related reduction of BMI in MOB individuals beneficially affects coronary circulatory dysfunction. The dysbalance between ECs and adipocytokines appears to be an important determinant of coronary circulatory function in obesity.

White matter maturation reshapes structural connectivity in the late developing human brain.

From toddler to late teenager, the macroscopic pattern of axonal projections in the human brain remains largely unchanged while undergoing dramatic functional modifications that lead to network refinement. These functional modifications are mediated by increasing myelination and changes in axonal diameter and synaptic density, as well as changes in neurochemical mediators. Here we explore the contribution of white matter maturation to the development of connectivity between ages 2 and 18 y using high b-value diffusion MRI tractography and connectivity analysis. We measured changes in connection efficacy as the inverse of the average diffusivity along a fiber tract. We observed significant refinement in specific metrics of network topology, including a significant increase in node strength and efficiency along with a decrease in clustering. Major structural modules and hubs were in place by 2 y of age, and they continued to strengthen their profile during subsequent development. Recording resting-state functional MRI from a subset of subjects, we confirmed a positive correlation between structural and functional connectivity, and in addition observed that this relationship strengthened with age. Continuously increasing integration and decreasing segregation of structural connectivity with age suggests that network refinement mediated by white matter maturation promotes increased global efficiency. In addition, the strengthening of the correlation between structural and functional connectivity with age suggests that white matter connectivity in combination with other factors, such as differential modulation of axonal diameter and myelin thickness, that are partially captured by inverse average diffusivity, play an increasingly important role in creating brain-wide coherence and synchrony.

Quantitative ultrasound of the heel and fracture risk assessment: an updated meta-analysis.

Meta-analysis of prospective studies shows that quantitative ultrasound of the heel using validated devices predicts risk of different types of fracture with similar performance across different devices and in elderly men and women. These predictions are independent of the risk estimates from hip DXA measures.Introduction Clinical utilisation of heel quantitative ultrasound (QUS) depends on its power to predict clinical fractures. This is particularly important in settings that have no access to DXA-derived bone density measurements. We aimed to assess the predictive power of heel QUS for fractures using a meta-analysis approach.Methods We conducted an inverse variance random effects meta-analysis of prospective studies with heel QUS measures at baseline and fracture outcomes in their follow-up. Relative risks (RR) per standard deviation (SD) of different QUS parameters (broadband ultrasound attenuation [BUA], speed of sound [SOS], stiffness index [SI], and quantitative ultrasound index [QUI]) for various fracture outcomes (hip, vertebral, any clinical, any osteoporotic and major osteoporotic fractures) were reported based on study questions.Results Twenty-one studies including 55,164 women and 13,742 men were included in the meta-analysis with a total follow-up of 279,124 person-years. All four QUS parameters were associated with risk of different fracture. For instance, RR of hip fracture for 1 SD decrease of BUA was 1.69 (95% CI 1.43-2.00), SOS was 1.96 (95% CI 1.64-2.34), SI was 2.26 (95%CI 1.71-2.99) and QUI was 1.99 (95% CI 1.49-2.67). There was marked heterogeneity among studies on hip and any clinical fractures but no evidence of publication bias amongst them. Validated devices from different manufacturers predicted fracture risks with similar performance (meta-regression p values > 0.05 for difference of devices). QUS measures predicted fracture with a similar performance in men and women. Meta-analysis of studies with QUS measures adjusted for hip BMD showed a significant and independent association with fracture risk (RR/SD for BUA = 1.34 [95%CI 1.22-1.49]).Conclusions This study confirms that heel QUS, using validated devices, predicts risk of different fracture outcomes in elderly men and women. Further research is needed for more widespread utilisation of the heel QUS in clinical settings across the world.

Prevalence of Helicobacter pylori Infection in a Rural Area of the State of Mato Grosso, Brazil

The prevalence of Helicobacter pylori infection was evaluated by ELISA in 40 children and teenagers and in 164 adults from a rural area of the State of Mato Grosso, Brazil. Antibodies to H. pylori were detected in the serum of 31 (77.5%) children and teenagers and in 139 (84.7%) adults. The prevalence of infection increased with age (c2 for trend, p < 0.01) even though no variations occurred in the region in the present century in terms of living conditions or sanitation, economical development and migratory influx supporting the hypothesis that the infection is also acquired during later life in developing countries. An inverse correlation was observed between the prevalence of infection and annual family income (c2 for trend, p < 0.013). There was no correlation between type of system for sewage disposal and prevalence of infection (p = 0.8). In conclusion, the prevalence of H. pylori infection in Nossa Senhora do Livramento, a rural area from Brazil, is very high and similar to that observed in other developing countries. Furthermore, the increase in the prevalence of infection with age observed in this population seems to be due to both, cohort effect and acquisition of the infection during later life

Roles of canonical Wnt/TCF-1 signaling for hematopoiesis, lymphocyte development and function

Summary : The canonical Wnt signaling pathway plays key roles in the maintenance of self-renewing tissues, like the gut or the skin. In contrast, the role of this pathway in hematopoiesis remains poorly defined. Wnt ligands transmit signals through ß-catenin which activates gene transcription upon its association with Lymphoid Cell Enhancer/T Cell Factor (LEF/TCF). Currently, v-catenin is the only alternative factor known to transduce canonical Wnt signals. The ß-/γ-catenin bindiná domain in TCF-1 is required to partly rescue thymopoiesis and NK cell development in TCF-1-deficient mice. However, T cell development and hematopoiesis w-as normal in mice deficient of ß-catenin, or of γ-catenin. Surprisingly we found that hematopoiesis and thymopoiesis was also normal in the combined absence of ß- and γ-catenin. Reporter assays showed that double-deficient lymphocytes were still able to transduce canonical wnt signals. These data provided evidence that hematopoietic cells can transduce canonical Wnt signals in the combined absence of ß- and γ-catenin. There exist numerous TCF-1 isoforrns including those that harbor the N-terminal ß-/y-catenin binding domain or that contains a C-terminal CRARF domain whose role in vivo has not been previously tested. We found that the CRARF domain influences lymphocyte development in conjunction with the N-treminal ß-/γ-catenin binding. The presence of the two domains directs thymocytes to the CD8+ T cell lineage whereas NK cell development is abolished. Roles of the canonical Wnt/TCF-1 pathway for lymphocyte function have not been defined. We demonstrate that TCF-1 deficient CDBT T cells mount a normal primary response to viral infection but these T cells fail to expand upon restimulation. The failure of CD8+ T cells to respond to IL-2 during primary infection seems to account for this phenotype. Thus, TCF-1 is essential for programming functional CD8+ T cell memory. Collectively, these data provide significant new insights into the role of Wnt/TCF-1 pathway for lymphocyte development and function and suggest a novel mechanism of Wnt signal transuction in hematopoietic cells. Résumé : La voie de signalisation canonique Wnt joue un rôle prépondérant dans le renouvellement de tissus, comme l'intestin ou la peau. Son rôle dans l'hématopoïèse est quant à lui mal défini. Le ligand Wnt transmet le signal via la ß-catenin qui active la transcription de gènes cibles quand il est associé avec Lymphoid Cell Enhancer,~T Cell Factor (LEF/TCF). Actuellement, la γ-catenin est le seul autre facteur connu pouvant se substituer à la fonction de la ß-catenin. Un variant de TCF-1 contenant le domaine liant ß-/,~-catenin est capable de restaurer le développement des lymphocytes T et NK en l'absence de TCF-1. Cependant la thymopoïèse et l'hématopoïèse sont normales dans les souris déficientes pour la ß-catenin ou la γ-catenin. De façon surprenante, nous avons trouvé que l'hématopoïèse et le développement des lymphocytes sont normaux lors de l'absence combinée de ß-/γ-catenin. De plus, la transduction des signaux de la voie de signalisation Wnt est maintenue dans des lymphocytes déficients pour ß-/γ-catenin. Ces résultats démontrent que les cellules hématopoïétiques peuvent transmettre les signaux de la voie canonique Wnt lors de l'absence combinée de la ß et la γ -catenin. Il existe de nombreuses isofonnes de TCF-1, y compris certaines qui comprennent un domaine qui lie ß-/γ-catenin du côté N-terminus ou qui contiennent un domaine CRARF du côté C-terminus. Nous montrons ici que le domaine CRARF influence le développement des lymphocytes en conjonction avec le domaine liant ß-/γ-catenin. La présence des deux domaines dirige les thymocytes vers la lignée de cellules T CD8, alors que le développement des cellules NK est aboli. Au-delà de sa fonction sur le développement des lymphocytes, le rôle de la soie de signalisation canonique Wnt/TCF-1 lors d'une infection n'a pas été défini. Nous avons montré que les cellules T CD8, déficientes pour TCF-1, développent une réponse primaire normale à une infection virale, mais qu'elles ne s'accumulent pas après restimulation. L'incapacité des cellules TCD8 à répondre à l'IL-2 durant la réponse primaire peut expliquer ce phénotype. Ainsi; TCF-1 est essentiel pour la programmation de cellules T CD8 mémoires fonctionnelles. L'ensemble de ces résultats fournit de nouveaux aperçus du rôle de la voie de signalisation Wnt/TCF-1 pour le développement et la fonction des lymphocytes et suggèrent un nouveau mécanisme de transduction du signal Wnt dans les cellules hématopoïétiques.

Recombinant " Physcomitrella patens " as a sensitive tool to study heat sensing and heat-shock signal transduction in plants

SUMMARY When exposed to heat stress, plants display a particular set of cellular and molecular responses, such as chaperones expression, which are highly conserved in all organisms. In chapter 1, I studied the ability of heat shock genes to become transiently and abundantly induced under various temperature regimes. To this aim, I designed a highly sensitive heat-shock dependent conditional gene expression system in the moss Physcomitrella patens, using the soybean heatinducible promoter (hsp17.3B). Heat-induced expression of various reporter genes was over three orders of magnitude, in tight correlation with the intensity and duration of the heat treatments. By performing repeated heating/cooling cycles, a massive accumulation of recombinant proteins was obtained. Interestingly, the hsp17.3B promoter was also activated by specific organic chemicals. Thus, in chapter 2, I took advantage of the extreme sensitivity of this promoter to small temperature variations to further address the role of various natural and organic chemicals and develop a plant based-bioassay that can serve as an early warning indicator of toxicity by pollutants and heavy metals. A screen of several organic pollutants from textile and paper industry showed that chlorophenols as well as sulfonated anthraquinones elicited a heat shock like response at noninducing temperatures. Their effects were synergistically amplified by mild elevated temperatures. In contrast to standard methods of pollutant detection, this plant-based biosensor allowed to monitor early stress-responses, in correlation with long-term toxic effect, and to attribute effective toxicity thresholds for pollutants, in a context of varying environmental cues. In chapter 3, I deepened the study of the primary mechanism by which plants sense mild temperature variations and trigger a cellular signal leading to the heat shock response. In addition to the above described heat-inducible reporter line, I generated a P. patens transgenic line to measure, in vivo, variations of cytosolic calcium during heat treatment, and another line to monitor the role of protein unfolding in heat-shock sensing and signalling. The heat shock signalling pathway was found to be triggered by the plasma membrane, where temperature up shift specifically induced the transient opening of a putative high afimity calcium channel. The calcium influx triggered a signalling cascade leading to the activation of the heat shock genes, independently on the presence of misfolded proteins in the cytoplasm. These results strongly suggest that changes in the fluidity of the plasma membrane are the primary trigger of the heatshocksignalling pathway in plants. The present thesis contributes to the understanding of the basic mechanism by which plants perceive and respond to heat and chemical stresses. This may contribute to developing appropriate better strategies to enhance plant productivity under the increasingly stressful environment of global warming. RÉSUME Les plantes exposées à des températures élevées déclenchent rapidement des réponses cellulaires qui conduisent à l'induction de gènes codant pour les heat shock proteins (HSPs). En fonction de la durée d'exposition et de la vitesse à laquelle la température augmente, les HSPs sont fortement et transitoirement induites. Dans le premier chapitre, cette caractéristique aété utilisée pour développer un système inductible d'expression de gènes dans la mousse Physcomitrella patens. En utilisant plusieurs gènes rapporteurs, j'ai montré que le promoteur du gène hsp17.3B du Soja est activé d'une manière. homogène dans tous les tissus de la mousse proportionnellement à l'intensité du heat shock physiologique appliqué. Un très fort taux de protéines recombinantes peut ainsi être produit en réalisant plusieurs cycles induction/recovery. De plus, ce promoteur peut également être activé par des composés organiques, tels que les composés anti-inflammatoires, ce qui constitue une bonne alternative à l'induction par la chaleur. Les HSPs sont induites pour remédier aux dommages cellulaires qui surviennent. Étant donné que le promoteur hsp17.3B est très sensible à des petites augmentations de température ainsi qu'à des composés chimiques, j'ai utilisé les lignées développées dans le chapitre 1 pour identifier des polluants qui déclenchent une réaction de défense impliquant les HSPs. Après un criblage de plusieurs composés, les chlorophénols et les antraquinones sulfonés ont été identifiés comme étant activateurs du promoteur de stress. La détection de leurs effets a été réalisée seulement après quelques heures d'exposition et corrèle parfaitement avec les effets toxiques détectés après de longues périodes d'exposition. Les produits identifiés montrent aussi un effet synergique avec la température, ce qui fait du biosensor développé dans ce chapitre un bon outil pour révéler les effets réels des polluants dans un environnement où les stress chimiques sont combinés aux stress abiotiques. Le troisième chapitre est consacré à l'étude des mécanismes précoces qui permettent aux plantes de percevoir la chaleur et ainsi de déclencher une cascade de signalisation spécifique qui aboutit à l'induction des gènes HSPs. J'ai généré deux nouvelles lignées afin de mesurer en temps réel les changements de concentrations du calcium cytosolique ainsi que l'état de dénaturation des protéines au cours du heat shock. Quand la fluidité de la membrane augmente après élévation de la température, elle semble induire l'ouverture d'un canal qui permet de faire entrer le calcium dans les cellules. Ce dernier initie une cascade de signalisation qui finit par activer la transcription des gènes HSPs indépendamment de la dénaturation de protéines cytoplasmiques. Les résultats présentés dans ce chapitre montrent que la perception de la chaleur se fait essentiellement au niveau de la membrane plasmique qui joue un rôle majeur dans la régulation des gènes HSPs. L'élucidation des mécanismes par lesquels les plantes perçoivent les signaux environnementaux est d'une grande utilité pour le développement de nouvelles stratégies afin d'améliorer la productivité des plantes soumises à des conditions extrêmes. La présente thèse contribue à décortiquer la voie de signalisation impliquée dans la réponse à la chaleur.

Contribution of NFI-C to TGF-β1 signalling and tissue regeneration

Summary : Platelet Derived Growth Factor (PDGF) and Transforming Growth Factor-ß (TGF-ß) are two crucial growth factors in tissue repair and regeneration. They control migration and proliferation of macrophages and fibroblasts, as well as myofibroblast differentiation and synthesis of the new connective tissue. The transcription factor Nuclear Factor I-C (NFI-C) has been implicated in the TGF-ß pathway and regulation of extracellular matrix proteins in vitro. This suggests a possible implication of NFI-C in tissue repair. In this study, our purpose was to identify the NFI-C target genes in TGF-ß1 pathway activation and define the relationship between these two factors in cutaneous wound healing process. High-throughput genomic analysis in wild-type and NFI-C knock-out embryonic fibroblasts indicated that NFI-C acts as a repressor of the expression of genes which transcriptional activity is enhanced by TGF-ß. Interestingly, we found an over representation of genes involved in connective tissue inflammation and repair. In accordance with the genomic analysis, NFI-C-/- mice showed an improvement of skin healing during the inflammatory stage. Analysis of this new phenotype indicated that the expression of PDGFA and PDGF-Ra genes were increased in the wounds of NFI-C-/- mice resulting in early recruitment of macrophages and fibroblasts in the granulation tissue. In correlation with the stimulation effect of TGF-ß on myofibroblast differentiation we found an increased differentiation of these cells in null mice, providing a rationale for rapid wound closure. Thus, in the absence of NFI-C, both TGF-ß and PDGF pathways may be activated, leading to enhanced healing process. Therefore, the inhibition of NFI-C expression could constitute a suitable therapy for healing improvement. In addition, we identified a delay of hair follicle cycle initiation in NFI-C-/- mice. This prompted us to investigate the role of NFI-C in skin appendage. The transition from a quiescent to a proliferative phase requires a perfect timing of signalling modulation, leading to stem cell activation. As a consequence of cycle initiation delay in null mice, the activation of signalling involved in cell proliferation was also retarded. Interestingly, at the crucial moment of cell fate determination, we identified a decrease of CD34 gene in mutant mice. Since CD34 protein is involved in migration of multipotent cells, we suggest that NFI-C may be involved in stem cell mobilisation required for hair follicle renewal. Further investigations of the role of NFI-C in progenitor cell activation will lead to a better understanding of tissue regeneration and raise the possibility of treating alopecia with NFI-C-targeting treatment. In summary, this study demonstrates new regenerative functions of NFI-C in adult mice, which regulates skin repair and hair follicle renewal. Résumé : PDGF et TGF-ß sont des facteurs important du mécanisme de défense immunitaire. Ils influencent la prolifération et migration des macrophages et des fibroblastes, ainsi que la différenciation des myofibroblastes et la formation du nouveau tissu conjonctif. Le facteur de transcription NFI-C a été impliqué dans la voie de signalisation de TGF-ß et dans 1a régulation de l'expression des protéines de la matrice extracellulaire in vitro. Ces études antérieures laissent supposer que NFI-C serait un facteur important du remodelage tissulaire. Cependant le rôle de NFI-C dans un tissu comme la peau n'a pas encore été étudié. Dans ce travail, le but a été de d'identifier la relation qu'il existe entre I~1FI-C et TGF-ßl à un niveau transcriptionnel et dans le processus de cicatrisation cutanée in vivo. Ainsi, une analyse génétique à grande échelle, a permis d'indiquer que NFI-C agit comme un répresseur sur l'expression des gènes dont l'activité transcriptionnelle est activée par TGF-ß. De plus nous avons identifié un groupe de gènes qui controlent le développement et l'inflammation du tissue conjonctif. En relation avec ce résultat, l'absence de NFI-C dans la peau induit une cicatrisation plus rapide pendant la phase inflammatoire. Durant cette période, nous avons montré que les expressions de PDGFA et PDGFRa seraient plus élevées en absence de NFI-C. En conséquence, l'activation de la voie de PDGF induit une infiltration plus importante des macrophages et fibroblastes dans le tissue granuleux des souris mutantes. De plus, en corrélation avec le rôle de TGF-ßl dans la différenciation des myofibroblasts, nous avons observé une différenciation plus importante de ces cellules chez les animaux knock-out, ce qui peut expliquer une contraction plus rapide de la plaie. De plus, nous avons découvert que NFI-C est impliqué dans l'initiation du cycle folliculaire. La caractérisation de ce nouveau phénotype a montré un ralentissement de la transition telogène-anagène des souris NFI-C-/-. Or, un événement clé de cette transition est la modulation de plusieurs signaux moléculaires aboutissant à' l'activation des cellules souches. En corrélation avec le decalage du cycle, l'activation de ces signaux est également décalée dans les souris NFI-C-/-. Ainsi, au commencement de l'anagène, la prolifération des keratinocytes,NFI-C-/- est retardée et corrèle avec une diminution de l'expression de CD34, une protéine responsable de la détermination du migration des cellules multipotentes. Ainsi, NFI-C semble être impliqué dans la mobilisation des cellules souches qui sont nécessaires au renouvellement folliculaire. En résumé, NFI-C est impliqué dans la régulation des signaux moléculaires nécessaires à la réparation tissulaire et son inhibition pourrait constituer un traitement de la cicatrisation. L'analyse de son rôle dans l'activation des cellules souches permettrait de mieux comprendre le renouvellement tissulaire et, à long terme, d'améliorer les techniques de greffe des cellules souches épithéliales ou consituter une cible pour le traitement de l'alopecie.