The Lithium, Boron and Beryllium content of serpentinized peridotites from ODP Leg 209 (Sites 1272A and 1274A): Implications for lithium and boron budgets of oceanic lithosphere

Despite the key importance of altered oceanic mantle as a repository and carrier of light elements (B, Li, and Be) to depth, its inventory of these elements has hardly been explored and quantified. In order to constrain the systematics and budget of these elements we have studied samples of highly serpentinized (>50%) spinel harzburgite drilled at the Mid-Atlantic Ridge (Fifteen-Twenty Fracture zone, ODP Leg 209, Sites 1272A and 1274A). In-situ analysis by secondary ion mass spectrometry reveals that the B, Li and Be contents of mantle minerals (olivine, orthopyroxene, and clinopyroxene) remain unchanged during serpentinization. B and Li abundances largely correspond to those of unaltered mantle minerals whereas Be is close to the detection limit. The Li contents of clinopyroxene are slightly higher (0.44-2.8 mu g g(-1)) compared to unaltered mantle clinopyroxene, and olivine and clinopyroxene show an inverse Li partitioning compared to literature data. These findings along with textural observations and major element composition obtained from microprobe analysis suggest reaction of the peridotites with a mafic silicate melt before serpentinization. Serpentine minerals are enriched in B (most values between 10 and 100 mu g g(-1)), depleted in Li (most values below I mu g g(-1)) compared to the primary phases, with considerable variation within and between samples. Be is at the detection limit. Analysis of whole rock samples by prompt gamma activation shows that serpentinization tends to increase B (10.4-65.0 mu g g(-1)), H2O and Cl contents and to lower Li contents (0.07-3.37 mu g g(-1)) of peridotites, implying that-contrary to alteration of oceanic crust-B is fractionated from Li and that the B and Li inventory should depend essentially on rock-water ratios. Based on our results and on literature data, we calculate the inventory of B and Li contained in the oceanic lithosphere, and its partitioning between crust and mantle as a function of plate characteristics. We model four cases, an ODP Leg 209-type lithosphere with almost no igneous crust, and a Semail-type lithosphere with a thick igneous crust, both at I and 75 Ma, respectively. The results show that the Li contents of the oceanic lithosphere are highly variable (17-307 kg in a column of I m x I m x thickness of the lithosphere (kg/col)). They are controlled by the primary mantle phases and by altered crust, whereas the B contents (25-904 kg/col) depend entirely on serpentinization. In all cases, large quantities of B reside in the uppermost part of the plate and could hence be easily liberated during slab dehydration. The most prominent input of Li into subduction zones is to be expected from Semail-type lithosphere because most of the Li is stored at shallow levels in the plate. Subducting an ODP Leg 209-type lithosphere would mean only very little Li contribution from the slab. Serpentinized mantle thus plays an important role in B recycling in subduction zones, but it is of lesser importance for Li. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Arvostusten analysointi ympäristöpäätöksenteossa : käänteiset menetelmät

Abstract: Inverse decision analysis methods in enviromental decision-making - inverse methods

Improving telecommunication security level by integrating quantum key distribution in communication protocols

Résumé La cryptographie classique est basée sur des concepts mathématiques dont la sécurité dépend de la complexité du calcul de l'inverse des fonctions. Ce type de chiffrement est à la merci de la puissance de calcul des ordinateurs ainsi que la découverte d'algorithme permettant le calcul des inverses de certaines fonctions mathématiques en un temps «raisonnable ». L'utilisation d'un procédé dont la sécurité est scientifiquement prouvée s'avère donc indispensable surtout les échanges critiques (systèmes bancaires, gouvernements,...). La cryptographie quantique répond à ce besoin. En effet, sa sécurité est basée sur des lois de la physique quantique lui assurant un fonctionnement inconditionnellement sécurisé. Toutefois, l'application et l'intégration de la cryptographie quantique sont un souci pour les développeurs de ce type de solution. Cette thèse justifie la nécessité de l'utilisation de la cryptographie quantique. Elle montre que le coût engendré par le déploiement de cette solution est justifié. Elle propose un mécanisme simple et réalisable d'intégration de la cryptographie quantique dans des protocoles de communication largement utilisés comme les protocoles PPP, IPSec et le protocole 802.1li. Des scénarios d'application illustrent la faisabilité de ces solutions. Une méthodologie d'évaluation, selon les critères communs, des solutions basées sur la cryptographie quantique est également proposée dans ce document. Abstract Classical cryptography is based on mathematical functions. The robustness of a cryptosystem essentially depends on the difficulty of computing the inverse of its one-way function. There is no mathematical proof that establishes whether it is impossible to find the inverse of a given one-way function. Therefore, it is mandatory to use a cryptosystem whose security is scientifically proven (especially for banking, governments, etc.). On the other hand, the security of quantum cryptography can be formally demonstrated. In fact, its security is based on the laws of physics that assure the unconditional security. How is it possible to use and integrate quantum cryptography into existing solutions? This thesis proposes a method to integrate quantum cryptography into existing communication protocols like PPP, IPSec and the 802.l1i protocol. It sketches out some possible scenarios in order to prove the feasibility and to estimate the cost of such scenarios. Directives and checkpoints are given to help in certifying quantum cryptography solutions according to Common Criteria.

Nonlinear filtering in object and Fourier space in a joint transform optical correlator: comparison and experimental realization

The use of different kinds of nonlinear filtering in a joint transform correlator are studied and compared. The study is divided into two parts, one corresponding to object space and the second to the Fourier domain of the joint power spectrum. In the first part, phase and inverse filters are computed; their inverse Fourier transforms are also computed, thereby becoming the reference in the object space. In the Fourier space, the binarization of the power spectrum is realized and compared with a new procedure for removing the spatial envelope. All cases are simulated and experimentally implemented by a compact joint transform correlator.

Impacts of land leveling on lowland soil physical properties

The practice of land leveling alters the soil surface to create a uniform slope to improve land conditions for the application of all agricultural practices. The aims of this study were to evaluate the impacts of land leveling through the magnitudes, variances and spatial distributions of selected soil physical properties of a lowland area in the State of Rio Grande do Sul, Brazil; the relationships between the magnitude of cuts and/or fills and soil physical properties after the leveling process; and evaluation of the effect of leveling on the spatial distribution of the top of the B horizon in relation to the soil surface. In the 0-0.20 m layer, a 100-point geo-referenced grid covering two taxonomic soil classes was used in assessment of the following soil properties: soil particle density (Pd) and bulk density (Bd); total porosity (Tp), macroporosity (Macro) and microporosity (Micro); available water capacity (AWC); sand, silt, clay, and dispersed clay in water (Disp clay) contents; electrical conductivity (EC); and weighted average diameter of aggregates (WAD). Soil depth to the top of the B horizon was also measured before leveling. The overall effect of leveling on selected soil physical properties was evaluated by paired "t" tests. The effect on the variability of each property was evaluated through the homogeneity of variance test. The thematic maps constructed by kriging or by the inverse of the square of the distances were visually analyzed to evaluate the effect of leveling on the spatial distribution of the properties and of the top of the B horizon in relation to the soil surface. Linear regression models were fitted with the aim of evaluating the relationship between soil properties and the magnitude of cuts and fills. Leveling altered the mean value of several soil properties and the agronomic effect was negative. The mean values of Bd and Disp clay increased and Tp, Macro and Micro, WAD, AWC and EC decreased. Spatial distributions of all soil physical properties changed as a result of leveling and its effect on all soil physical properties occurred in the whole area and not specifically in the cutting or filling areas. In future designs of leveling, we recommend overlaying a cut/fill map on the map of soil depth to the top of the B horizon in order to minimize areas with shallow surface soil after leveling.

In defense of the "tunneling" wave function of the universe

The tunneling approach to the wave function of the Universe has been recently criticized by Bousso and Hawking who claim that it predicts a catastrophic instability of de Sitter space with respect to pair production of black holes. We show that this claim is unfounded. First, we argue that different horizon size regions in de Sitter space cannot be treated as independently created, as they contend. And second, the WKB tunneling wave function is not simply the inverse of the Hartle-Hawking one, except in very special cases. Applied to the related problem of pair production of massive particles, we argue that the tunneling wave function leads to a small constant production rate, and not to a catastrophe as the argument of Bousso and Hawking would suggest.

Pulmonary and systemic vascular dysfunction in young offspring of mothers with preeclampsia.

BACKGROUND: Adverse events in utero may predispose to cardiovascular disease in adulthood. The underlying mechanisms are unknown. During preeclampsia, vasculotoxic factors are released into the maternal circulation by the diseased placenta. We speculated that these factors pass the placental barrier and leave a defect in the circulation of the offspring that predisposes to a pathological response later in life. The hypoxia associated with high-altitude exposure is expected to facilitate the detection of this problem. METHODS AND RESULTS: We assessed pulmonary artery pressure (by Doppler echocardiography) and flow-mediated dilation of the brachial artery in 48 offspring of women with preeclampsia and 90 offspring of women with normal pregnancies born and permanently living at the same high-altitude location (3600 m). Pulmonary artery pressure was roughly 30% higher (mean+/-SD, 32.1+/-5.6 versus 25.3+/-4.7 mm Hg; P<0.001) and flow-mediated dilation was 30% smaller (6.3+/-1.2% versus 8.3+/-1.4%; P<0.0001) in offspring of mothers with preeclampsia than in control subjects. A strong inverse relationship existed between flow-mediated dilation and pulmonary artery pressure (r=-0.61, P<0.001). The vascular dysfunction was related to preeclampsia itself because siblings of offspring of mothers with preeclampsia who were born after a normal pregnancy had normal vascular function. Augmented oxidative stress may represent an underlying mechanism because thiobarbituric acid-reactive substances plasma concentration was increased in offspring of mothers with preeclampsia. CONCLUSIONS: Preeclampsia leaves a persistent defect in the systemic and the pulmonary circulation of the offspring. This defect predisposes to exaggerated hypoxic pulmonary hypertension already during childhood and may contribute to premature cardiovascular disease in the systemic circulation later in life.

Pulse wave analysis aortic pressure . distole should also be considered

La rigidité anormalement haute des artères à grande conductance est un marqueur de l'augmentation du risque cardiovasculaire et est typiquement retrouvée chez les patients diabétiques ou hypertendus. Ces vaisseaux deviennent plus rigides avec l'âge, expliquant la haute prévalence d'hypertension systolique chez les personnes âgées. Cette rigidification agit sur la pression sanguine de plusieurs façons. Notamment la fonction windkessel est gênée, menant à l'augmentation de la pression systolique et de la pression puisée, la diminution de la pression diastolique, et ainsi à l'augmentation de la postcharge ventriculaire gauche associée à une probable diminution de la perfusion coronarienne. De plus, la propagation des ondes de pression le long de l'arbre vasculaire est accélérée, de sorte que les ondes réfléchies générées au site de décalage d'impédance atteignent l'aorte ascendante plus tôt par rapport au début de l'éjection ventriculaire, aboutissant à une augmentation de la pression systolique centrale, ce qui n'arriverait pas en présence de vaisseaux moins rigides. Dans ce cas, au contraire, les ondes de pression antérogrades et réfléchies voyages plus lentement, de sorte que les ondes de réflexion tendent à atteindre l'aorte centrale une fois l'éjection terminée, augmentant la pression diastolique et contribuant à la perfusion coronarienne. La tonométrie d'applanation est une méthode non invasive permettant l'évaluation de la forme de l'onde de pression au niveau l'aorte ascendante, basée sur l'enregistrement du pouls périphérique, au niveau radial dans notre étude. Nous pouvons dériver à partir de cette méthode un index d'augmentation systolique (sAIX) qui révèle quel pourcentage de la pression centrale est du aux ondes réfléchies. Plusieurs études ont montré que cet index est corrélé à d'autres mesures de la rigidité artérielle comme la vitesse de l'onde de pouls, qu'il augmente avec l'âge et avec les facteurs de risques cardiovasculaires, et qu'il est capable de préciser le pronostic cardiovasculaire. En revanche, peu d'attention a été portée à l'augmentation de la pression centrale diastolique due aux ondes réfléchies (dAIX). Nous proposons donc de mesurer cet index par un procédé d'analyse développé dans notre laboratoire, et ce dans la même unité que l'index systolique. Etant donné que les modifications de la paroi artérielle modulent d'une part la vitesse de l'onde de pouls (PWV) et d'autre part le temps de voyage aller-retour des ondes de pression réfléchies aux sites de réflexion, toute augmentation de la quantité d'énergie réfléchie atteignant l'aorte pendant la systole devrait être associée à une diminution de l'énergie arrivant au même point pendant la diastole. Notre étude propose de mesurer ces deux index, ainsi que d'étudier la relation de l'index d'augmentation diastolique (dAIX) avec la vitesse de propagation de l'onde de pouls (PWV) et avec le rythme cardiaque (HR), ce dernier étant connu pour influencer l'index d'augmentation systolique (sAIX) . L'influence de la position couchée et assise est aussi étudiée. Les mesures de la PWV et des sAIX et dAIX est réalisée chez 48 hommes et 45 femmes âgées de 18 à 70 ans, classés en 3 groupes d'âges. Les résultats montrent qu'en fonction de l'âge, le genre et la position du corps, il y a une relation inverse entre sAIX et dAIX. Lorsque PWV et HR sont ajoutés comme covariables à un modèle de prédiction comprenant l'âge, le genre et la position du corps comme facteurs principaux, sAIX est directement lié à PWV (p<0.0001) et inversement lié à HR (p<0.0001). Avec la même analyse, dAIX est inversement lié à PWV (p<0.0001) et indépendant du rythme cardiaque (p=0.52). En conclusion, l'index d'augmentation diastolique est lié à la rigidité vasculaire au même degré que l'index d'augmentation systolique, alors qu'il est affranchi de l'effet confondant du rythme cardiaque. La quantification de l'augmentation de la pression aortique diastolique due aux ondes réfléchies pourrait être une partie utile de l'analyse de l'onde de pouls.

Circulating carotenoids and risk of breast cancer: pooled analysis of eight prospective studies.

Background Carotenoids, micronutrients in fruits and vegetables, may reduce breast cancer risk. Most, but not all, past studies of circulating carotenoids and breast cancer have found an inverse association with at least one carotenoid, although the specific carotenoid has varied across studies. Methods We conducted a pooled analysis of eight cohort studies comprising more than 80% of the world's published prospective data on plasma or serum carotenoids and breast cancer, including 3055 case subjects and 3956 matched control subjects. To account for laboratory differences and examine population differences across studies, we recalibrated participant carotenoid levels to a common standard by reassaying 20 plasma or serum samples from each cohort together at the same laboratory. Using conditional logistic regression, adjusting for several breast cancer risk factors, we calculated relative risks (RRs) and 95% confidence intervals (CIs) using quintiles defined among the control subjects from all studies. All P values are two-sided. Results Statistically significant inverse associations with breast cancer were observed for α-carotene (top vs bottom quintile RR = 0.87, 95% CI = 0.71 to 1.05, Ptrend = .04), β-carotene (RR = 0.83, 95% CI = 0.70 to 0.98, Ptrend = .02), lutein+zeaxanthin (RR = 0.84, 95% CI = 0.70 to 1.01, Ptrend = .05), lycopene (RR = 0.78, 95% CI = 0.62 to 0.99, Ptrend = .02), and total carotenoids (RR = 0.81, 95% CI = 0.68 to 0.96, Ptrend = .01). β-Cryptoxanthin was not statistically significantly associated with risk. Tests for heterogeneity across studies were not statistically significant. For several carotenoids, associations appeared stronger for estrogen receptor negative (ER(-)) than for ER(+) tumors (eg, β-carotene: ER(-): top vs bottom quintile RR = 0.52, 95% CI = 0.36 to 0.77, Ptrend = .001; ER(+): RR = 0.83, 95% CI = 0.66 to 1.04, Ptrend = .06; Pheterogeneity = .01). Conclusions This comprehensive prospective analysis suggests women with higher circulating levels of α-carotene, β-carotene, lutein+zeaxanthin, lycopene, and total carotenoids may be at reduced risk of breast cancer.

Anisotropic fluid with SU(2) type structure in general relativity: A model of localized matter

A model of anisotropic fluid with three perfect fluid components in interaction is studied. Each fluid component obeys the stiff matter equation of state and is irrotational. The interaction is chosen to reproduce an integrable system of equations similar to the one associated to self-dual SU(2) gauge fields. An extension of the BelinskyZakharov version of the inverse scattering transform is presented and used to find soliton solutions to the coupled Einstein equations. A particular class of solutions that can be interpreted as lumps of matter propagating in empty space-time is examined.

Estimation of the correlation structure of crustal velocity heterogeneity from seismic reflection data

Numerous sources of evidence point to the fact that heterogeneity within the Earth's deep crystalline crust is complex and hence may be best described through stochastic rather than deterministic approaches. As seismic reflection imaging arguably offers the best means of sampling deep crustal rocks in situ, much interest has been expressed in using such data to characterize the stochastic nature of crustal heterogeneity. Previous work on this problem has shown that the spatial statistics of seismic reflection data are indeed related to those of the underlying heterogeneous seismic velocity distribution. As of yet, however, the nature of this relationship has remained elusive due to the fact that most of the work was either strictly empirical or based on incorrect methodological approaches. Here, we introduce a conceptual model, based on the assumption of weak scattering, that allows us to quantitatively link the second-order statistics of a 2-D seismic velocity distribution with those of the corresponding processed and depth-migrated seismic reflection image. We then perform a sensitivity study in order to investigate what information regarding the stochastic model parameters describing crustal velocity heterogeneity might potentially be recovered from the statistics of a seismic reflection image using this model. Finally, we present a Monte Carlo inversion strategy to estimate these parameters and we show examples of its application at two different source frequencies and using two different sets of prior information. Our results indicate that the inverse problem is inherently non-unique and that many different combinations of the vertical and lateral correlation lengths describing the velocity heterogeneity can yield seismic images with the same 2-D autocorrelation structure. The ratio of all of these possible combinations of vertical and lateral correlation lengths, however, remains roughly constant which indicates that, without additional prior information, the aspect ratio is the only parameter describing the stochastic seismic velocity structure that can be reliably recovered.

Differences in glucose transporter gene expression between rat pancreatic alpha- and beta-cells are correlated to differences in glucose transport but not in glucose utilization.

Glucose exerts inverse effects upon the secretory function of islet alpha- and beta-cells, suppressing glucagon release and increasing insulin release. This diverse action may result from differences in glucose transport and metabolism between the two cell types. The present study compares glucose transport in rat alpha- and beta-cells. beta-Cells transcribed GLUT2 and, to a lesser extent, GLUT 1; alpha-cells contained GLUT1 but no GLUT2 mRNA. No other GLUT-like sequences were found among cDNAs from alpha- or beta-cells. Both cell types expressed 43-kDa GLUT1 protein which was enhanced by culture. The 62-kDa beta-cell GLUT2 protein was converted to a 58-kDa protein after trypsin treatment of the cells without detectable consequences upon glucose transport kinetics. In beta-cells, the rates of glucose transport were 10-fold higher than in alpha-cells. In both cell types, glucose uptake exceeded the rates of glucose utilization by a factor of 10 or more. Glycolytic flux, measured as D-[5(3)H]glucose utilization, was comparable in alpha- and beta-cells between 1 and 10 mmol/liter substrate. In conclusion, differences in glucose transporter gene expression between alpha- and beta-cells can be correlated with differences in glucose transport kinetics but not with different glucose utilization rates.

Irritability in pre-clinical Huntington's disease.

Irritability, together with depression and anxiety, form three salient clinical features of pre-symptomatic Huntington's disease (HD). To date, the understanding of irritability in HD suffers from a paucity of experimental data and is largely based on questionnaires or clinical anecdotes. Factor analysis suggests that irritability is related to impulsivity and aggression and is likely to engage the same neuronal circuits as these behaviours, including areas such as medial orbitofrontal cortex (OFC) and amygdala. 16 pre-symptomatic gene carriers (PSCs) and 15 of their companions were asked to indicate the larger of two squares consecutively shown on a screen while undergoing functional magnetic resonance imaging (fMRI). Despite correct identification of the larger square, participants were often told that they or their partner had given the wrong answer. Size differences were subtle to make negative feedback credible but detectable. Although task performance, baseline irritability, and reported task-induced irritation were the same for both groups, fMRI revealed distinct neuronal processing in those who will later develop HD. In controls but not PSCs, task-induced irritation correlated positively with amygdala activation and negatively with OFC activation. Repetitive negative feedback induced greater amygdala activations in controls than PSCs. In addition, the inverse functional coupling between amygdala and OFC was significantly weaker in PSCs compared to controls. Our results argue that normal emotion processing circuits are disrupted in PSCs via attenuated modulation of emotional status by external or internal indicators. At later stages, this dysfunction may increase the risk for developing recognised, HD-associated, psychiatric symptoms such as irritability.

Régulation du canal à sodium épithélial par le sodim extracellulaire et développement d'un microsystème intégré pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes de "Xenopus laevis"

Résumé : La première partie de ce travail de thèse est consacrée au canal à sodium épithélial (ENaC), l'élément clé du transport transépithélial de Na+ dans le néphron distal, le colon et les voies aériennes. Ce canal est impliqué dans certaines formes génétiques d'hypo- et d'hypertension (PHA I, syndrome de Liddle), mais aussi, indirectement, dans la mucoviscidose. La réabsorption transépithéliale de Na+ est principalement régulée par des hormones (aldostérone, vasopressine), mais aussi directement par le Na+, via deux phénomènes distincts, la « feedback inhibition » et la « self-inhibition » (SI). Ce second phénomène est dépendant de la concentration de Na+ extracellulaire, et montre une cinétique rapide (constante de temps d'environ 3 s). Son rôle physiologique serait d'assurer l'homogénéité de la réabsorption de Na+ et d'empêcher que celle-ci soit excessive lorsque les concentrations de Na+ sont élevées. Différents éléments appuient l'hypothèse de la présence d'un site de détection de la concentration du Na+ extracellulaire sur ENaC, gouvernant la SI. L'objectif de ce premier projet est de démontrer l'existence du site de détection impliqué dans la SI et de déterminer ses propriétés physiologiques et sa localisation. Nous avons montré que les caractéristiques de la SI (en termes de sélectivité et affinité ionique) sont différentes des propriétés de conduction du canal. Ainsi, nos résultats confirment l'hypothèse de l'existence d'un site de détection du Na+ (responsable de la transmission de l'information au mécanisme de contrôle de l'ouverture du canal), différent du site de conduction. Par ailleurs, ce site présente une affinité basse et indépendante du voltage pour le Na+ et le Li+ extracellulaires. Le site semble donc être localisé dans le domaine extracellulaire, plutôt que transmembranaire, de la protéine. L'étape suivante consiste alors à localiser précisément le site sur le canal. Des études précédentes, ainsi que des résultats préliminaires récemment obtenus, mettent en avant le rôle dans la self-inhibition du premiers tiers des boucles extracellulaires des sous-unités α et γ du canal. Le second projet tire son origine des limitations de la méthode classique pour l'étude des canaux ioniques, après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis, par la méthode du voltage-clamp à deux électrodes, en particulier les limitations dues à la lenteur des échanges de solutions. En outre, cette méthode souffre de nombreux désavantages (manipulations délicates et peu rapides, grands volumes de solution requis). Plusieurs systèmes améliorés ont été élaborés, mais aucun ne corrige tous les désavantages de la méthode classique Ainsi, l'objectif ici est le développement d'un système, pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes, présentant les caractéristiques suivantes : manipulation des cellules facilitée et réduite, volumes de solution de perfusion faibles et vitesse rapide d'échange de la perfusion. Un microsystème intégré sur une puce a été élaboré. Ces capacités de mesure ont été testées en utilisant des ovocytes exprimant ENaC. Des résultats similaires (courbes IV, courbes dose-réponse au benzamil) à ceux obtenus avec le système traditionnel ont été enregistrés avec le microsystème. Le temps d'échange de solution a été estimé à ~20 ms et des temps effectifs de changement ont été déterminés comme étant 8 fois plus court avec le nouveau système comparé au classique. Finalement, la SI a été étudiée et il apparaît que sa cinétique est 3 fois plus rapide que ce qui a été estimé précédemment avec le système traditionnel et son amplitude de 10 à 20 % plus importante. Le nouveau microsystème intégré apparaît donc comme adapté à la mesure électrophysiologique sur ovocytes de Xenopus, et possèdent des caractéristiques appropriées à l'étude de phénomènes à cinétique rapide, mais aussi à des applications de type « high throughput screening ». Summary : The first part of the thesis is related to the Epithelial Sodium Channel (ENaC), which is a key component of the transepithelial Na+ transport in the distal nephron, colon and airways. This channel is involved in hypo- and hypertensive syndrome (PHA I, Liddle syndrome), but also indirectly in cystic fibrosis. The transepithelial reabsorption of Na+ is mainly regulated by hormones (aldosterone, vasopressin), but also directly by Na+ itself, via two distinct phenomena, feedback inhibition and self-inhibition. This latter phenomenon is dependant on the extracellular Na+ concentration and has rapid kinetics (time constant of about 3 s). Its physiological role would be to prevent excessive Na+ reabsorption and ensure this reabsorption is homogenous. Several pieces of evidence enable to propose the hypothesis of an extracellular Na+ sensing site on ENaC, governing self-inhibition. The aim of this first project is to demonstrate the existence of the sensing site involved in self-inhibition and to determine its physiological properties and localization. We show self-inhibition characteristics (ionic selectivity and affinity) are different from the conducting properties of the channel. Our results support thus the hypothesis that the Na+ sensing site (responsible of the transmission of the information about the extracellular Na+ concentration to the channel gating mechanism), is different from the channel conduction site. Furthermore, the site has a low and voltage-insensitive affinity for extracellular Na+ or Li+. This site appears to be located in the extracellular domain rather than in the transmembrane part of the channel protein. The next step is then to precisely localize the site on the channel. Some previous studies and preliminary results we recently obtained highlight the role of the first third of the extracellular loop of the α and γ subunits of the channel in self-inhibition. The second project originates in the limitation of the classical two-electrode voltageclamp system classically used to study ion channels expressed in Xenopus /aevis oocytes, in particular limitations related to the slow solution exchange time. In addition, this technique undergoes several drawbacks (delicate manipulations, time consumption volumes). Several improved systems have been built up, but none corrected all these detriments. The aim of this second study is thus to develop a system for electrophysiological study on oocytes featuring an easy and reduced cell handling, small necessary perfusion volumes and fast fluidic exchange. This last feature establishes the link with the first project, as it should enable to improve the kinetics analysis of self-inhibition. A PDMS chip-based microsystem has been elaborated. Its electrophysiological measurement abilities have been tested using oocytes expressing ENaC. Similar measurements (IV curves of benzamil-sensitive currents, benzamil dose-response curves) have been obtained with this system, compared to the traditional one. The solution exchange time has been estimated at N20 ms and effective exchange times (on inward currents) have been determined as 8 times faster with the novel system compared to the classical one. Finally, self-inhibition has been studied and it appears its kinetics is 3 times faster and its amplitude 10 to 20 % higher than what has been previously estimated with the traditional system. The novel integrated microsystem appears therefore to be convenient for electrophysiological measurement on Xenopus oocytes, and displays features suitable for the study of fast kinetics phenomenon, but also high throughput screening applications. Résumé destiné large public : Le corps humain est composé d'organes, eux-mêmes constitués d'un très grand nombre de cellules. Chaque cellule possède une paroi appelée membrane cellulaire qui sépare l'intérieur de cette cellule (milieu intracellulaire) du liquide (milieu extracellulaire) dans lequel elle baigne. Le maintien de la composition stable de ce milieu extracellulaire est essentiel pour la survie des cellules et donc de l'organisme. Le sodium est un des composants majeurs du milieu extracellulaire, sa quantité dans celui-ci doit être particulièrement contrôlée. Le sodium joue en effet un rôle important : il conditionne le volume de ce liquide extracellulaire, donc, par la même, du sang. Ainsi, une grande quantité de sodium présente dans ce milieu va de paire avec une augmentation du volume sanguin, ce qui conduit l'organisme à souffrir d'hypertension. On se rend donc compte qu'il est très important de contrôler la quantité de sodium présente dans les différents liquides de l'organisme. Les apports de sodium dans l'organisme se font par l'alimentation, mais la quantité de sodium présente dans le liquide extracellulaire est contrôlée de manière très précise par le rein. Au niveau de cet organe, on appelle urine primaire le liquide résultant de la filtration du sang. Elle contient de nombreuses substances, des petites molécules, dont l'organisme a besoin (sodium, glucose...), qui sont ensuite récupérées dans l'organe. A la sortie du rein, l'urine finale ne contient plus que l'excédent de ces substances, ainsi que des déchets à éliminer. La récupération du sodium est plus ou moins importante, en fonction des ajustements à apporter à la quantité présente dans le liquide extracellulaire. Elle a lieu grâce à la présence de protéines, dans les membranes des cellules du rein, capables de le transporter et de le faire transiter de l'urine primaire vers le liquide extracellulaire, qui assurera ensuite sa distribution dans l'ensemble de l'organisme. Parmi ces protéines « transporteurs de sodium », nous nous intéressons à une protéine en particulier, appelée ENaC. Il a été montré qu'elle jouait un rôle important dans cette récupération de sodium, elle est en effet impliquée dans des maladies génétiques conduisant à l'hypo- ou à l'hypertension. De précédents travaux ont montré que lorsque le sodium est présent en faible quantité dans l'urine primaire, cette protéine permet d'en récupérer une très grande partie. A l'inverse, lorsque cette quantité de sodium dans l'urine primaire est importante, sa récupération par le biais d'ENaC est réduite. On parle alors d'autorégulation : la protéine elle-même est capable d'adapter son activité de transport en fonction des conditions. Ce phénomène d'autorégulation constitue a priori un mécanisme préventif visant à éviter une trop grande récupération de sodium, limitant ainsi les risques d'hypertension. La première partie de ce travail de thèse a ainsi consisté à clarifier le mécanisme d'autorégulation de la protéine ENaC. Ce phénomène se caractérise en particulier par sa grande vitesse, ce qui le rend difficile à étudier par les méthodes traditionnelles. Nous avons donc, dans une deuxième partie, développé un nouveau système permettant de mieux décrire et analyser cette « autorégulation » d'ENaC. Ce second projet a été mené en collaboration avec l'équipe de Martin Gijs de l'EPFL.

The biology of cancer stem cells : part 1: nuclear translocation of CD44 : part 2: IMP2 in glioblastoma cancer stem cells

SummaryCancer stem cells (CSC) are poorly differentiated, slowly proliferating cells, with high tumorigenic potential. Some of these cells, as it has been shown in leukemia, evade chemo- and radiotherapy and recapitulate the tumor composed of CSC and their highly proliferative progeny. Therefore, understanding the molecular biology of those cells is crucial for improvement of currently used anti-cancer therapies.This work is composed of two CSC-related projects. The first deals with CD44, a frequently used marker of CSC; the second involves Imp2 and its role in CSC bioenergetics. PART 1. CD44 is a multifunctional transmembrane protein involved in migration, homing, adhesion, proliferation and survival. It is overexpressed in many cancers and its levels are correlated with poor prognosis. CD44 is also highly expressed by CSC and in many malignancies it is used for CSC isolation.In the present work full-lenght CD44 nuclear localization was studied, including the mechanism of nuclear translocation and its functional role in the nucleus. Full-length CD44 can be found in nuclei of various cell types, regardless of their tumorigenic potential. For nuclear localization, CD44 needs to be first inserted into the cell membrane, from which it is transported via the endocytic pathway. Upon binding to transportinl it is translocated to the nucleus. The nuclear localization signal recognized by transportinl has been determined as the first 20 amino acids of the membrane proximal intracellular domain. Nuclear export of CD44 is facilitated by exportin Crml. Investigation of the function of nuclear CD44 revealed its implication in de novo RNA synthesis.PART 2. Glioblastoma multiforme is the most aggressive and most frequent brain malignancy. It was one of the first solid tumors from which CSC have been isolated. Based on the similarity between GBM CSC and normal stem cells expression of an oncofetal mRNA binding protein Imp2 has been investigated.Imp2 is absent in normal brain as well as in low grade gliomas, but is expressed in over 75% GBM cases and its expression is higher in CSC compared to their more differentiated counterparts. Analysis of mRNA transcripts bound by Imp2 and its protein interactors revealed that in GBM CSC Imp2 may be implicated in mitochondrial metabolism. Indeed, shRNA mediated silencing of protein expression led to decreased mitochondrial activity, decreased oxygen consumption and decreased activity of respiratory chain protein complex I. Moreover, lack of Imp2 severely affected self-renewal and tumorigenicity of GBM CSC. Experimental evidence suggest that GBM CSC depend on mitochondrial oxidative phosphorylation as an energy producing pathway and that Imp2 is a novel regulator of this pathway.RésuméLes cellules cancéreuses souches sont des cellules peu différentiées, à proliferation lente et hautement tumorigénique. Ces cellules sont radio-chimio résistantes et sont capable reformer la tumeur dans sont intégralité, reproduisant l'hétérogénéité cellulaire présent dans la tumeur d'origine. Pour améliorer les therapies antitumorales actuelles il est crucial de comprendre les mécanismes moléculaires qui caractérisent cette sous-population de cellules hautement malignes.Ce travail de thèse se compose de deux projets s'articulant autour du même axe :Le CD44 est une protéine multifonctionnelle et transmembranaire très souvent utilisée comme marqueur de cellules souches tumorales dans différents cancers. Elle est impliquée dans la migration, l'adhésion, la prolifération et la survie des cellules. Lors de ce travail de recherche, nous nous sommes intéressés à la localisation cellulaire du CD44, ainsi qu'aux mécanismes permettant sa translocation nucléaire. En effet, bien que principalement décrit comme un récepteur de surface transmembranaire, le CD44 sous sa forme entière, non clivée en peptides, peut également être observé à l'intérieur du noyau de diverses cellules, quel que soit leur potentiel tumorigénique. Pour passer ainsi d'un compartiment cellulaire à un autre, le CD44 doit d'abord être inséré dans la membrane plasmique, d'où il est transporté par endocytose jusqu'à l'intérieur du cytoplasme. La transportai permet ensuite la translocation nucléaire du CD44 via une « séquence signal » contenue dans les 20 acides aminés du domaine cytoplasmique qui bordent la membrane. A l'inverse, le CD44 est exporté du noyau grâce à l'exportin Crml. En plus des mécanismes décrits ci-dessus, cette étude a également mis en évidence l'implication du CD44 dans la synthèse des ARN, d'où sa présence dans le noyau.Le glioblastome est la plus maligne et la plus fréquente des tumeurs cérébrales. Dans ce second projet de recherche, le rôle de IMP2 dans les cellules souches tumorales de glioblastomes a été étudié. La présence de cette protéine oncofoetale a d'abord été mise en évidence dans 75% des cas les plus agressifs des gliomes (grade IV, appelés glioblastomes), tandis qu'elle n'est pas exprimée dans les grades I à III de ces tumeurs, ni dans le cerveau sain. De plus, IMP2 est apparue comme étant davantage exprimée dans les cellules souches tumorales que dans les cellules déjà différenciées. La baisse de l'expression de IMP2 au moyen de shRNA a résulté en une diminution de l'activité mitochondriale, en une réduction de la consommation d'oxygène ainsi qu'en une baisse de l'activité du complexe respiratoire I.L'inhibition de IMP2 a également affecté la capacité de renouvellement de la population des cellules souches tumorales ainsi que leur aptitude à former des tumeurs.Lors de ce travail de thèse, une nouvelle fonction d'un marqueur de cellules souches tumorales a été mise en évidence, ainsi qu'un lien important entre la bioénergétique de ces cellules et l'expression d'une protéine oncofoetale.