Imputation in data fusion of heterogeneous data sets a model-based numerical experiment

Given the very large amount of data obtained everyday through population surveys, much of the new research again could use this information instead of collecting new samples. Unfortunately, relevant data are often disseminated into different files obtained through different sampling designs. Data fusion is a set of methods used to combine information from different sources into a single dataset. In this article, we are interested in a specific problem: the fusion of two data files, one of which being quite small. We propose a model-based procedure combining a logistic regression with an Expectation-Maximization algorithm. Results show that despite the lack of data, this procedure can perform better than standard matching procedures.

Multispectral brain morphometry in Tourette syndrome persisting into adulthood.

Tourette syndrome is a childhood-onset neuropsychiatric disorder with a high prevalence of attention deficit hyperactivity and obsessive-compulsive disorder co-morbidities. Structural changes have been found in frontal cortex and striatum in children and adolescents. A limited number of morphometric studies in Tourette syndrome persisting into adulthood suggest ongoing structural alterations affecting frontostriatal circuits. Using cortical thickness estimation and voxel-based analysis of T1- and diffusion-weighted structural magnetic resonance images, we examined 40 adults with Tourette syndrome in comparison with 40 age- and gender-matched healthy controls. Patients with Tourette syndrome showed relative grey matter volume reduction in orbitofrontal, anterior cingulate and ventrolateral prefrontal cortices bilaterally. Cortical thinning extended into the limbic mesial temporal lobe. The grey matter changes were modulated additionally by the presence of co-morbidities and symptom severity. Prefrontal cortical thickness reduction correlated negatively with tic severity, while volume increase in primary somatosensory cortex depended on the intensity of premonitory sensations. Orbitofrontal cortex volume changes were further associated with abnormal water diffusivity within grey matter. White matter analysis revealed changes in fibre coherence in patients with Tourette syndrome within anterior parts of the corpus callosum. The severity of motor tics and premonitory urges had an impact on the integrity of tracts corresponding to cortico-cortical and cortico-subcortical connections. Our results provide empirical support for a patho-aetiological model of Tourette syndrome based on developmental abnormalities, with perturbation of compensatory systems marking persistence of symptoms into adulthood. We interpret the symptom severity related grey matter volume increase in distinct functional brain areas as evidence of ongoing structural plasticity. The convergence of evidence from volume and water diffusivity imaging strengthens the validity of our findings and attests to the value of a novel multimodal combination of volume and cortical thickness estimations that provides unique and complementary information by exploiting their differential sensitivity to structural change.

A genealogical conceptual model using ontologies

Roughly fifteen years ago, the Church of Jesus Christ of Latter-day Saints published a new proposed standard file format. They call it GEDCOM. It was designed to allow different genealogy programs to exchange data.Five years later, in may 2000, appeared the GENTECH Data Modeling Project, with the support of the Federation of Genealogical Societies (FGS) and other American genealogical societies. They attempted to define a genealogical logic data model to facilitate data exchange between different genealogical programs. Although genealogists deal with an enormous variety of data sources, one of the central concepts of this data model was that all genealogical data could be broken down into a series of short, formal genealogical statements. It was something more versatile than only export/import data records on a predefined fields. This project was finally absorbed in 2004 by the National Genealogical Society (NGS).Despite being a genealogical reference in many applications, these models have serious drawbacks to adapt to different cultural and social environments. At the present time we have no formal proposal for a recognized standard to represent the family domain.Here we propose an alternative conceptual model, largely inherited from aforementioned models. The design is intended to overcome their limitations. However, its major innovation lies in applying the ontological paradigm when modeling statements and entities.

Uncertainty Quantification Of A Semi-Supervised Support Vector Regression Reservoir Model

Uncertainty quantification of petroleum reservoir models is one of the present challenges, which is usually approached with a wide range of geostatistical tools linked with statistical optimisation or/and inference algorithms. Recent advances in machine learning offer a novel approach to model spatial distribution of petrophysical properties in complex reservoirs alternative to geostatistics. The approach is based of semisupervised learning, which handles both ?labelled? observed data and ?unlabelled? data, which have no measured value but describe prior knowledge and other relevant data in forms of manifolds in the input space where the modelled property is continuous. Proposed semi-supervised Support Vector Regression (SVR) model has demonstrated its capability to represent realistic geological features and describe stochastic variability and non-uniqueness of spatial properties. On the other hand, it is able to capture and preserve key spatial dependencies such as connectivity of high permeability geo-bodies, which is often difficult in contemporary petroleum reservoir studies. Semi-supervised SVR as a data driven algorithm is designed to integrate various kind of conditioning information and learn dependences from it. The semi-supervised SVR model is able to balance signal/noise levels and control the prior belief in available data. In this work, stochastic semi-supervised SVR geomodel is integrated into Bayesian framework to quantify uncertainty of reservoir production with multiple models fitted to past dynamic observations (production history). Multiple history matched models are obtained using stochastic sampling and/or MCMC-based inference algorithms, which evaluate posterior probability distribution. Uncertainty of the model is described by posterior probability of the model parameters that represent key geological properties: spatial correlation size, continuity strength, smoothness/variability of spatial property distribution. The developed approach is illustrated with a fluvial reservoir case. The resulting probabilistic production forecasts are described by uncertainty envelopes. The paper compares the performance of the models with different combinations of unknown parameters and discusses sensitivity issues.

Genetic analysis of c-Myc in mouse bone marrow and liver

1. Summary The transcription factor and proto-oncogene c-myc plays an important role in integrating many mitogenic signals within the cell. The consequences are both broad and varied and include the regulation of apoptosis, cellular differentiation, cellular growth and cell cycle progression. It is found to be mis-regulated in over 70% of all cancers, however, our knowledge about c-Myc remains limited and very little is known about its physiological role in mammalian development and in adulthood. We have addressed the physiological role of c-Myc in both the bone marrow and the liver of mice by generating adult c-myc flox/flox mice that lacked c-myc in either the bone marrow or the liver after conversion of the c-myc flox alleles into null alleles by the inducible Mx¬Cre transgene with polyI-polyC. In investigating the role of c-Myc in the haematopoietic system, we concentrated on the aspects of cellular proliferation, cellular differentiation and apoptosis. Mice lacking c-Myc develop anaemia between 3-8 weeks and all more differentiated cell types are severely depleted leading to death. However in addition to its role in driving proliferation in transient amplifying cells, we unexpectedly discovered a new role for c-Myc in controlling haematopoietic stem cell (HSC) differentiation. c-Myc deficient HSCs are able to proliferate normally in vivo. In addition, their differentiation into more committed progenitors is blocked. These cells expressed increased adhesion molecules, which possibly prevent HSCs from being released from the special stem cell supporting stromal niche cells with which they closely associate. Secondly we used the liver as a model system to address the role of c-Myc in cellular growth, meaning the increase in cell size, and also cellular proliferation. Our results revealed c-Myc to play no role in metabolic cellular growth following a period of fasting. Following treatment with the xenobiotic TCPOBOP, c-Myc deficient hepatocytes increased in cell size as control hepatocytes and could surprisingly proliferate albeit at a reduced rate demonstrating a c-Myc independent proliferation pathway to exist in parenchymal cells. However, following partial hepatectomy, in which two-thirds of the liver was removed, mutant livers were severely restricted in their regeneration capacity compared to control livers demonstrating that c-Myc is essential for liver regeneration. Résumé Le facteur de transcription et proto-oncogène c-myc joue un rôle important dans l'intégration de nombreux signaux mitogéniques dans la cellule. Les conséquences de son activation sont étendues et variées et incluent la régulation de l'apoptose, de la différenciation, de la croissance et de la progression du cycle cellulaire. Même si plus de 20% des cancers montrent une dérégulation de c-myc, les connaissances sur ce facteur de transcription restent limitées et ses rôles physiologiques au cours du développement et chez l'adulte sont très peu connus. Nous avons étudié le rôle physiologique de c-Myc dans la molle osseuse et le foie murin en générant des souris adultes c-myc flox/flox. Dans ces souris, les allèles c-myc flox sont convertis en allèles nuls par le transgène Mx-Cre après induction avec du Poly-I.C. Pour notre étude du rôle de c-Myc dans le système hématopoiétique, nous nous sommes concentrés sur les aspects de la prolifération et de la différenciation cellulaire, ainsi que sur l'apoptose. Les souris déficientes pour c-Myc développent une anémie 3 à 8 semaines après la délétion du gène; tous les différents types cellulaires matures sont progressivement épuisés ce qui entraîne la mort des animaux. Néanmoins, outre sa capacité à induire la prolifération des cellules transitoires de la molle osseuse, nous avons inopinément découvert un nouveau rôle pour c-Myc dans le contrôle de la différenciation des cellules souches hématopoiétiques (HSC). Les HSC déficientes pour c-Myc prolifèrent normalement in vivo mais leur différenciation en progéniteurs plus engagés dans une voie de différenciation est bloquée. Ces cellules surexpriment certaines molécules d'adhésion ce qui empêcherait les HSC d'être relachées du stroma spécialisé, ou niche, auquel elles sont étroitement associées. D'autre part, nous avons utilisé le foie comme système modèle pour étudier le rôle de c-Myc dans la prolifération et dans la croissance cellulaire, c'est à dire l'augmentation de taille des cellules. Nos résultats ont révélé que c-Myc ne joue pas de rôle dans le métabolisme cellulaire qui suit une période de jeûne. L'augmentation de la taille cellulaire des hépatocytes déficients pour c-Myc suite au traitement avec l'agent xénobiotique TCPOBOP est identique à celle observée pour les cellules de contrôle. Le taux de prolifération des hépatocytes mutants est par contre réduit, indiquant qu'une voie de différenciation indépendante de c-Myc existe dans les cellules parenchymales. Néanmoins, après hépatectomie partielle, où deux-tiers du foie sont éliminés chirurgicalement, les foies mutants sont sévèrement limités dans leur capacité de régénération par rapport aux foies de contrôle, montrant ainsi que c-Myc est essentiel pour la régénération hépatique.

Metallothionein-1 and nitric oxide expression are inversely correlated in a murine model of Chagas disease

Chagas disease, caused by Trypanosoma cruzi, represents an endemic among Latin America countries. The participation of free radicals, especially nitric oxide (NO), has been demonstrated in the pathophysiology of seropositive individuals with T. cruzi. In Chagas disease, increased NO contributes to the development of cardiomyopathy and megacolon. Metallothioneins (MTs) are efficient free radicals scavengers of NO in vitro and in vivo. Here, we developed a murine model of the chronic phase of Chagas disease using endemic T. cruzi RyCH1 in BALB/c mice, which were divided into four groups: infected non-treated (Inf), infected N-monomethyl-L-arginine treated (Inf L-NAME), non-infected L-NAME treated and non-infected vehicle-treated. We determined blood parasitaemia and NO levels, the extent of parasite nests in tissues and liver MT-I expression levels. It was observed that NO levels were increasing in Inf mice in a time-dependent manner. Inf L-NAME mice had fewer T. cruzi nests in cardiac and skeletal muscle with decreased blood NO levels at day 135 post infection. This affect was negatively correlated with an increase of MT-I expression (r = -0.8462, p < 0.0001). In conclusion, we determined that in Chagas disease, an unknown inhibitory mechanism reduces MT-I expression, allowing augmented NO levels.

Anti-vascular endothelial growth factor acts on retinal microglia/macrophage activation in a rat model of ocular inflammation.

PURPOSE: To evaluate whether anti-vascular endothelial growth factor (VEGF) neutralizing antibodies injected in the vitreous of rat eyes influence retinal microglia and macrophage activation. To dissociate the effect of anti-VEGF on microglia and macrophages subsequent to its antiangiogenic effect, we chose a model of acute intraocular inflammation. METHODS: Lewis rats were challenged with systemic lipopolysaccharide (LPS) injection and concomitantly received 5 µl of rat anti-VEGF-neutralizing antibody (1.5 mg/ml) in the vitreous. Rat immunoglobulin G (IgG) isotype was used as the control. The effect of anti-VEGF was evaluated at 24 and 48 h clinically (uveitis scores), biologically (cytokine multiplex analysis in ocular media), and histologically (inflammatory cell counts on eye sections). Microglia and macrophages were immunodetected with ionized calcium-binding adaptor molecule 1 (IBA1) staining and counted based on their differential shapes (round amoeboid or ramified dendritiform) on sections and flatmounted retinas using confocal imaging and automatic quantification. Activation of microglia was also evaluated with inducible nitric oxide synthase (iNOS) and IBA1 coimmunostaining. Coimmunolocalization of VEGF receptor 1 and 2 (VEGF-R1 and R2) with IBA1 was performed on eye sections with or without anti-VEGF treatment. RESULTS: Neutralizing rat anti-VEGF antibodies significantly decreased ocular VEGF levels but did not decrease the endotoxin-induced uveitis (EIU) clinical score or the number of infiltrating cells and cytokines in ocular media (interleukin [IL]-1β, IL-6, tumor necrosis factor [TNF]-α, and monocyte chemoattractant protein [MCP]-1). Eyes treated with anti-VEGF showed a significantly decreased number of activated microglia and macrophages in the retina and the choroid and decreased iNOS-positive microglia. IBA1-positive cells expressed VEGF-R1 and R2 in the inflamed retina. CONCLUSIONS: Microglia and macrophages expressed VEGF receptors, and intravitreous anti-VEGF influenced the microglia and macrophage activation state. Taking into account that anti-VEGF drugs are repeatedly injected in the vitreous of patients with retinal diseases, part of their effects could result from unsuspected modulation of the microglia activation state. This should be further studied in other ocular pathogenic conditions and human pathology.

Additive functions in boolean models of gene regulatory network modules.

Gene-on-gene regulations are key components of every living organism. Dynamical abstract models of genetic regulatory networks help explain the genome's evolvability and robustness. These properties can be attributed to the structural topology of the graph formed by genes, as vertices, and regulatory interactions, as edges. Moreover, the actual gene interaction of each gene is believed to play a key role in the stability of the structure. With advances in biology, some effort was deployed to develop update functions in Boolean models that include recent knowledge. We combine real-life gene interaction networks with novel update functions in a Boolean model. We use two sub-networks of biological organisms, the yeast cell-cycle and the mouse embryonic stem cell, as topological support for our system. On these structures, we substitute the original random update functions by a novel threshold-based dynamic function in which the promoting and repressing effect of each interaction is considered. We use a third real-life regulatory network, along with its inferred Boolean update functions to validate the proposed update function. Results of this validation hint to increased biological plausibility of the threshold-based function. To investigate the dynamical behavior of this new model, we visualized the phase transition between order and chaos into the critical regime using Derrida plots. We complement the qualitative nature of Derrida plots with an alternative measure, the criticality distance, that also allows to discriminate between regimes in a quantitative way. Simulation on both real-life genetic regulatory networks show that there exists a set of parameters that allows the systems to operate in the critical region. This new model includes experimentally derived biological information and recent discoveries, which makes it potentially useful to guide experimental research. The update function confers additional realism to the model, while reducing the complexity and solution space, thus making it easier to investigate.

Experimental infection with the Toxoplasma gondii ME-49 strain in the Brazilian BR-1 mini pig is a suitable animal model for human toxoplasmosis

Toxoplasma gondii causes toxoplasmosis, a worldwide disease. Experimentation with pigs is necessary for the development of new therapeutic approaches to human diseases. BR-1 mini pigs were intramuscularly infected with T. gondii with tachyzoites (RH strain) or orally infected with cysts (ME-49 strain). Haematology and serum biochemistry were analysed and buffy coat cells were inoculated in mice to determine tachyzoite circulation. No alterations were observed in erythrocyte and platelet values; however, band neutrophils increased seven days after infection with ME-49. Serology of the mice inoculated with pig blood leucocytes revealed circulating ME-49 or RH strain tachyzoites in the pigs' peripheral blood at two and seven or nine days post-infection. The tachyzoites were also directly observed in blood smears from the infected pigs outside and inside leucocytes for longer periods. Alanine-aminotransferase was high at days 21 and 32 in the RH infected pigs. After 90 days, the pigs were euthanised and their tissue samples were processed and inoculated into mice. The mice serology revealed the presence of parasites in the hearts, ileums and mesenteric lymph nodes of the pigs. Additionally, cysts in the mice were only observed after pig heart tissue inoculation. The infected pigs presented similar human outcomes with relatively low pathogenicity and the BR-1 mini pig model infected with ME-49 is suitable to monitor experimental toxoplasmosis.

Metabolomic insights into the intricate gut microbial-host interaction in the development of obesity and type 2 diabetes.

Gut microbiota has recently been proposed as a crucial environmental factor in the development of metabolic diseases such as obesity and type 2 diabetes, mainly due to its contribution in the modulation of several processes including host energy metabolism, gut epithelial permeability, gut peptide hormone secretion, and host inflammatory state. Since the symbiotic interaction between the gut microbiota and the host is essentially reflected in specific metabolic signatures, much expectation is placed on the application of metabolomic approaches to unveil the key mechanisms linking the gut microbiota composition and activity with disease development. The present review aims to summarize the gut microbial-host co-metabolites identified so far by targeted and untargeted metabolomic studies in humans, in association with impaired glucose homeostasis and/or obesity. An alteration of the co-metabolism of bile acids, branched fatty acids, choline, vitamins (i.e., niacin), purines, and phenolic compounds has been associated so far with the obese or diabese phenotype, in respect to healthy controls. Furthermore, anti-diabetic treatments such as metformin and sulfonylurea have been observed to modulate the gut microbiota or at least their metabolic profiles, thereby potentially affecting insulin resistance through indirect mechanisms still unknown. Despite the scarcity of the metabolomic studies currently available on the microbial-host crosstalk, the data-driven results largely confirmed findings independently obtained from in vitro and animal model studies, putting forward the mechanisms underlying the implication of a dysfunctional gut microbiota in the development of metabolic disorders.

Model d'adequació de l'hàbitat del llop a Catalunya

Des de l’any 2000 es té constància de la presencia del llop a Catalunya. Des de llavors, com a mínim 14 llops diferents han entrat i sortit del territori català, encara que cap d’ells s’ha assentat de manera permanent. L’estudi analitza l’entorn català utilitzant GIS, creant un model d’adequació de l’hàbitat tenint en compte les següents variables: la distància a la carretera més propera, la biomassa disponible a la zona, l’altitud i el tipus i tant per cent de recobriment. El model es basa en la informació obtinguda mitjançant la consulta a experts tant del llop com del territori català, així com en una recerca bibliogràfica sobre l’adequació de l’hàbitat del llop. L’enquesta que es dirigí als experts té en compte els valors que cada variable pot prendre dins l’àrea d’estudi, estableix rangs dels valors de cada variable i pregunta als experts com cada rang pot afectar a l’adequació de l’hàbitat pel llop. Els resultats mostren com bona part de la zona Nord de Catalunya té unes condicions adequades perquè el llop pugui arribar a reproduir-s’hi. Es desenvolupa també una anàlisi dels possibles punts de conflicte humà-llop i una superposició dels espais protegits amb les zones més adequades per l’establiment del llop.

Neuroprotection in cerebral ischemia with XG-102, a new peptide inhibitor of JNK

Abstract Stroke or cerebrovascular accident, whose great majority is of ischemic nature, is the third leading cause of mortality and long lasting disability in industrialised countries. Resulting from the loss of blood supply to the brain depriving cerebral tissues of oxygen and glucose, it induces irreversible neuronal damages. Despite the large amount of research carried out into the causes and pathogenic features of cerebral ischemia the progress toward effective treatments has been poor. Apart the clot-busting drug tissue-type plasminogen activator (tPA) as effective therapy for acute stroke (reperfusion by thrombolysis) but limited to a low percentage of patients, there are currently no other approved medical treatments. The need for new therapy strategies is therefore imperative. Neuronal death in cerebral ischemia is among others due to excitotoxic mechanisms very early after stroke onset. One of the main involved molecular pathways leading to excitotoxic cell death is the c-Jun NH2-terminal kinase (JNK) pathway. Several studies have already shown the efficacy of a neuroprotective agent of a new type, a dextrogyre peptide synthesized in the retro inverso form (XG102, formerly D-JNKI1), which is protease-resistant and cell-penetrating and that selectively and strongly blocks the access of JNK to many of its targets. A powerful protection was observed with this compound in several models of ischemia (Borsello et al. 2003;Hirt et al. 2004). This chimeric compound, made up of a 10 amino acid TAT transporter sequence followed by a 20 amino acids JNK binding domain (JBD) sequence from JNK inhibitor protein (JIP) molecule, induced both a major reduction in lesion size and improved functional outcome. Moreover it presents a wide therapeutic window. XG-102 has proved its powerful efficacy in an occlusion model of middle cerebral artery in mice with intracérebroventricular (i.c.v.) injection but in order to be able to consider the development of this drug for human ischemic stroke it was therefore necessary to determine the feasibility of its systemic administration. The studies being the subject of this thesis made it possible to show a successful neuroprotection with XG-102 administered systemically after transient mouse middle cerebral artery occlusion (MCAo). Moreover our data. provided information about the feasibility to combine XG-102 with tPA without detrimental action on cell survival. By combining the benefits from a reperfusion treatment with the effects of a neuroprotective compound, it would represent the advantage of bringing better chances to protect the cerebral tissue. Résumé L'attaque cérébrale ou accident vasculaire cérébral, dont la grande majorité est de nature ischémique, constitue la troisième cause de mortalité et d'infirmité dans les pays industrialisés. Résultant de la perte d'approvisionnement de sang au cerveau privant les tissus cérébraux d'oxygène et de glucose, elle induit des dommages neuronaux irréversibles. En dépit du nombre élevé de recherches effectuées pour caractériser les mécanismes pathogènes de l'ischémie. cérébrale, les progrès vers des traitements efficaces restent pauvres. Excepté l'activateur tissulaire du plasminogène (tPA) dont le rôle est de désagréger les caillots sanguins et employé comme thérapie efficace contre l'attaque cérébrale aiguë (reperfusion par thrombolyse) mais limité à un faible pourcentage de patients, il n'y a actuellement aucun autre traitement médical approuvé. Le besoin de nouvelles stratégies thérapeutiques est par conséquent impératif. La mort neuronale dans l'ischémie cérébrale est entre autres due à des mécanismes excitotoxiques survenant rapidement après le début de l'attaque cérébrale. Une des principales voies moléculaires impliquée conduisant à la mort excitotoxique des cellules est la voie de la c-Jun NH2terminal kinase (JNK). Plusieurs études ont déjà montré l'efficacité d'un agent neuroprotecteur d'un nouveau type, un peptide dextrogyre synthétisé sous la forme retro inverso (XG-102, précédemment D-JNKI1) résistant aux protéases, capable de pénétrer dans les cellules et de bloquer sélectivement et fortement l'accès de JNK à plusieurs de ses cibles. Une puissante protection a été observée avec ce composé dans plusieurs modèles d'ischémie (Borsello et al. 2003;Hirt et al. 2004). Ce composé chimérique, construit à partir d'une séquence TAT de 10 acides aminés suivie par une séquence de 20 acides aminés d'un domaine liant JNK (JBD) issu de la molécule JNK protéine inhibitrice. (JIP), induit à la fois une réduction importante de la taille de lésion et un comportement fonctionnel amélioré. De plus il présente une fenêtre thérapeutique étendue. XG-102 a prouvé sa puissante efficacité dans un modèle d'occlusion de l'artère cérébrale moyenne chez la souris avec injection intracerebroventriculaire (i.c.v.) mais afin de pouvoir envisager le développement de ce composé pour l'attaque cérébrale chez l'homme, il était donc nécessaire de déterminer la faisabilité de son administration systémique. Les études faisant l'objet de cette thèse ont permis de montrer une neuroprotection importante avec XG-102 administré de façon systémique après l'occlusion transitoire de l'artère cérébrale moyenne chez la souris (MCAo). De plus nos données ont fourni des informations quant à la faisabilité de combiner XG-102 et tPA, démontrant une protection efficace par XG-102 malgré l'action nuisible du tPA sur la survie des cellules. En combinant les bénéfices de la reperfusion avec les effets d'un composé neurooprotecteur, cela représenterait l'avantage d'apporter des meilleures chances de protéger le tissu cérébral.

The role of C-Jun N-terminal kinase in a mouse model of intracerebral hemorrhage

Background: Intracerebral hemorrhage (ICH) is a subtype of stroke characterized by a haematoma within the brain parenchyma resulting from blood vessel rupture and with a poor outcome. In ICH, the blood entry into the brain triggers toxicity resulting in a substantial loss of neurons and an inflammatory response. At the same time, blood-brain barrier (BBB) disruption increases water content (edema) leading to growing intracranial pressure, which in turn worsens neurological outcome. Although the clinical presentation is similar in ischemic and hemorrhagic stroke, the treatment is different and the stroke type needs to be determined beforehand by imaging which delays the therapy. C-Jun N-terminal kinases (JNKs) are a family of kinases activated in response to stress stimuli and involved in several pathways such as apoptosis. Specific inhibition of JNK by a TAT-coupled peptide (XG-102) mediates strong neuroprotection in several models of ischemic stroke in rodents. Recently, we have observed that the JNK pathway is also activated in a mouse model of ICH, raising the question of the efficacy of XG-102 in this model. Method: ICH was induced in the mouse by intrastriatal injection of bacterial collagenase (0,1 U). Three hours after surgery, animals received an intravenous injection of 100 mg/kg of XG-102. The neurological outcome was assessed everyday until sacrifice using a score (from 0 to 9) based on 3 behavioral tests performed daily until sacrifice. Then, mice were sacrificed at 6 h, 24 h, 48 h, and 5d after ICH and histological studies performed. Results: The first 24 h after surgery are critical in our ICH mice model, and we have observed that XG-102 significantly improves neurological outcome at this time point (mean score: 1,8 + 1.4 for treated group versus 3,4+ 1.8 for control group, P<0.01). Analysis of the lesion volume revealed a significant decrease of the lesion area in the treated group at 48h (29+ 11mm3 in the treated group versus 39+ 5mm3 in the control group, P=0.04). XG-102 mainly inhibits the edema component of the lesion. Indeed, a significant inhibition Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism (2009) 29, S490-S493 & 2009 ISCBFM All rights reserved 0271-678X/09 $32.00 www.jcbfm.com of the brain swelling was observed in treated animals at 48h (14%+ 13% versus 26+ 9% in the control group, P=0.04) and 5d (_0.3%+ 4.5%versus 5.1+ 3.6%in the control group, P=0.01). Conclusions: Inhibition of the JNK pathway by XG- 102 appears to lead to several beneficial effects. We can show here a significant inhibition of the cerebral edema in the ICH model providing a further beneficial effect of the XG-102 treatment, in addition to the neuroprotection previously described in the ischemic model. This result is of interest because currently, clinical treatment for brain edema is limited. Importantly, the beneficial effects observed with XG-102 in models of both stroke types open the possibility to rapidly treat stroke patients before identifying the stroke subtype by imaging. This will save time which is precious for stroke outcome.

A model for physical activity, bahaviour and energy expenditure assessment in real-life condition

RésuméL'origine de l'obésité, qui atteint des proportions épidémiques, est complexe. Elle est liée au mode de vie et au comportement des individus par rapport à l'activité physique, expression des choix individuels et de l'interaction avec l'environnement. Les mesures du comportement au niveau de l'activité physique des individus face à leur environnement, la répartition des types d'activité physique, la durée, la fréquence, l'intensité, et la dépense énergétique sont d'une grande importance. Aujourd'hui, il y a un manque de méthodes permettant une évaluation précise et objective de l'activité physique et du comportement des individus. Afin de compléter les recherches relatives à l'activité physique, à l'obésité et à certaines maladies, le premier objectif du travail de thèse était de développer un modèle pour l'identification objective des types d'activité physique dans des conditions de vie réelles et l'estimation de la dépense énergétique basée sur une combinaison de 2 accéléromètres et 1 GPS. Le modèle prend en compte qu'une activité donnée peut être accomplie de différentes façons dans la vie réelle. Les activités quotidiennes ont pu être classées en 8 catégories, de sédentaires à actives, avec une précision de 1 min. La dépense énergétique a pu peut être prédite avec précision par le modèle. Après validation du modèle, le comportement des individus de l'activité physique a été évalué dans une seconde étude. Nous avons émis l'hypothèse que, dans un environnement caractérisé par les pentes, les personnes obèses sont tentées d'éviter les pentes raides et de diminuer la vitesse de marche au cours d'une activité physique spontanée, ainsi que pendant les exercices prescrits et structurés. Nous avons donc caractérisé, par moyen du modèle développé, le comportement des individus obèses dans un environnement vallonné urbain. La façon dont on aborde un environnement valloné dans les déplacements quotidiens devrait également être considérée lors de la prescription de marche supplémentaire afin d'augmenter l'activité physique.SummaryOrigin of obesity, that reached epidemic proportion, is complex and may be linked to different lifestyle and physical activity behaviour. Measurement of physical activity behaviour of individuals towards their environment, the distribution of physical activity in terms of physical activity type, volume, duration, frequency, intensity, and energy expenditure is of great importance. Nowadays, there is a lack of methods for accurate and objective assessment of physical activity and of individuals' physical activity behaviour. In order to complement the research relating physical activity to obesity and related diseases, the first aim of the thesis work was to develop a model for objective identification of physical activity types in real-life condition and energy expenditure based on a combination of 2 accelerometers and 1 GPS device. The model takes into account that a given activity can be achieved in many different ways in real life condition. Daily activities could be classified in 8 categories, as sedentary to active physical activity, within 1 min accuracy, and physical activity patterns determined. The energy expenditure could be predicted accurately with an accuracy below 10%. Furthermore, individuals' physical activity behaviour is expression of individual choices and their interaction with the neighbourhood environment. In a second study, we hypothesized that, in an environment characterized by inclines, obese individuals are tempted to avoid steep positive slopes and to decrease walking speed during spontaneous outdoor physical activity, as well as during prescribed structured bouts of exercise. Finally, we characterized, by mean of the developed model, the physical activity behaviour of obese individuals in a hilly urban environment. Quantifying how one tackles hilly environment or avoids slope in their everyday displacements should be also considered while prescribing extra walking in free-living conditions in order to increase physical activity.

The role of Toll-like Receptor (TLR) 9 in the development of a T-helper (Th)1/Th2 response in the murine model of infection with " Leishmania major "

1.1 SUMMARY The role of the non-specific innate immune system is as important as the elaboration of the adaptive immune system in the initiation of an immune response to pathogens. The role of the Toll-like receptors (TLRs) in the innate immune response to virus and bacterial pathogens is widely recognised, however, little is known about the role of TLRs in host defence against eukaryotic pathogens. Immunologic investigations on the marine model of infection with Leishmania major (L. major) have correlated the outcome of the disease with expansion of different subsets of CD4+ cells, designated Th1 and Th2. The resistance of C57BL/6, CBA and C3H/He mice is linked with an IL-12 driven Th1 response. In BALB/c mice the susceptibility correlates with an IL-4 driven Th2 response. The initial event promoting the development of a Th1 or Th2 response still remains elusive. Recently, the contribution of the TLR signalling pathway in the innate and acquired immune response to infection with the intracellular protozoan parasite L. major has been demonstrated. Thus, the purpose of this study is to determine whether TLRs may play a role in influencing the outcome of the infection by directing the development of a Th1 or a Th2 response during infection with L, major parasites, in resistant C57BL/6 and susceptible BALB/c mice, respectively. We demonstrated that MyD88, the major TLR adaptor molecule is necessary for C57BL/6 to develop a resistant Th1 response following L. major infection. Our data show the essential role of MyD88 in the establishment of a protective Th1 response. We subsequently aimed to determine which TLRs may be involved in the protective response. Since TLR2 and TLR4 have shown to have a potential role for Leishmania recognition, we analysed the course of infection in TLR2 and TLR4 deficient mice on a C57BL/6 resistant background following L. major infection. Our results clearly demonstrate that TLR2 or TLR4 aze dispensable to control the outcome of the disease as the TLR2 and TLR4 knockout mice developed a protective Th1 response. With the aim of determining a potential TLR candidate important in the initiation of the Thl response, we assessed the mRNA expression of different TLRs (TLR1 to TLR9) using quantitative real-time RT-PCR at different time points during the first week of infection. The results clearly showed an upregulation of TLR7 and TLR9 mRNA expression during the early phase of infection in resistant C57BL/6 mice but not in susceptible BALB/c mice. To provide in vivo evidence for the role for, these TLRs in the outcome of cutaneous leishmaniasis, studies using TLR7 and TLR9 deficient mice on a resistant C57BL/6 background were performed. The TLR7 deficient mice developed a resistance phenotype that was comparable with C57BL/6 wild type mice. Thus, the presence of TLR7 is not indispensable for the development of a Th1 response and resistance to infection. On the contrary, TLR9 deficient mice on the C57BL/6 resistant background showed high variability in the outcome of the disease. Although some mice behave as resistant C57BL/6 mice, half of them developed high lesion following infection and showed a decrease in IFN-γ production and an increase in IL-4 as compared to wild type mice. These results suggest that TLR9 may be involved in the control of infection. To test the hypothesis that regulatory T cells (Treg) are playing a role in the high variability in the disease outcome in TLR9 deficient mice, depletion of CD4+CD25+ T cells with a specific antibody three days before infection with L. major were performed Interestingly, these treated mice developed large lesions, low IL-4 and decreased IFN-γ producion when compared to untreated mice. A better understanding of the mechanism by which Treg cells influence the outcome of the disease in TLR9 deficient mice following L. major infection is currently under investigation. Altogether, this study demonstrates the importance of TLR9 in the induction of a protective T'h1 response, a process that is involved in the resolution of the lesion induced by L. major infection. 1.2 RÉSUMÉ Le rôle de la réponse immunitaire innée a longtemps été négligé quant à l'impact qu'elle pourrait avoir dans l'initiation d'une réponse immune adaptative efficace dirigée contre un pathogène. Si l'importance des récepteurs Toll-like (TLR) du système inné dans la reconnaissance des virus et bactéries a été démontrée, son rôle dans la défense contre les pathogènes eucaryotes reste encore très élusif. Récemment, il a été montré que les voies de signalisation provenant de l'activation des TLRs pouvaient initier la réponse immunitaire innée et adaptative après une infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major). Dans un modèle marin d'infection avec L. major alors que la plupart des souches de souris telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1) induite par IL-12, peu de souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse Th2 induite par IL-4. La différentiation Th1/Th2 est un événement qui prend place de manière définitive lors de la première semaine après infection. Les événements précoces promouvant le développement d'une réponse Th1 ou Th2 n'étant pas connus, l'objectif de ce travail a été de démontrer un rôle des TLRs dans l'initiation d'une réponse immune innée et adaptative suite à l'infection par L. major. Nous avons démontré que MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, est nécessaire pour que les souris résistantes C57BL/6 développent une réponse Th1 protectrice. L'importance du rôle de TLR2 et TLR4 dans la reconnaissance du parasite Leishmania ayant été démontrée, nous avons privilégié l'analyse de la réponse immunitaire suite à une infection in vivo de souris déficiente en TLR2 ou TLR4 sur un fond génétique résistant. Les résultats obtenus montrent que la présence de ces récepteurs n'est pas indispensable pour le contrôle de l'infection et la polarisation d'une réponse Th1 caractéristique de la résistance à L. major. Cependant d'autres TLRs peuvent aussi activer la voie de signalisation MyD88 dépendante. L'expression de l'ARNm des différents TLRs dans les ganglions drainant de souris sensibles et résistantes pendant la première semaine d'infection a été déterminée par PCR quantitative en temps réel. Les résultats obtenus montrent que l'ARNm de TLR7 et TLR9 était régulé positivement suite à l'infection par L. major chez les souris résistantes C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était détectable chez les souris sensibles BALB/c. Le rôle des récepteurs TLR7 et TLR9 a donc été évalué par l'infection par L. major des souris déficientes en TLR7 et TLR9 sur fond génétique C57BL/6. Nos résultats ont clairement démontré que les souris déficientes en TLR7 montrent une réponse immunitaire identique à celle des souris résistantes C57BL/6, signifiant que TLR7 n'est pas indispensable au développement d'une Th1 ainsi qu'au contrôle de la parasitémie. Paz contre, les souris déficientes en TLR9 sur un fond génétique résistant ont montré une grande variabilité dans la réponse à l'infection. En effet, la moitié des souris deviennent sensibles à l'infection, ceci étant associé à une diminution dans la production d'IFN-γ et à une augmentation de la production d'IL-4. Ces résultats suggèrent que TLR9 est impliqué dans le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Cependant les résultats avec les souris déficientes en TLR9 montrant une grande hétérogénéité et une balance Th1/Th2 instable, nous avons émis l'hypothèse que les cellules T régulatrices pouvaient être impliquées dans ce phénomène. Nous avons effectivement constaté qu'après déplétion des cellules CD4+CD25+, les souris déficientes en TLR9 développent des lésions aussi grandes que les souris BALB/c après infection par L. major. Cependant le nombre de parasites reste le même que chez les souris C57BL/6. De plus la production d'IL-4 ainsi que celle d'IFN-γ reste extrêment bas. Les mécanismes régulateurs impliqués dans ce processus sont en cours d'analyse. Ce travail met en évidence l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. 1.3 RESUME POUR UN LARGE PUBLIC La leishmaniose est une maladie parasitaire répandue dans le monde entier et touchant plus de 88 pays. L'incidence mondiale de la leishmaniose cutanée et de 1 à 1,5 million de nouveaux cas par année. Plus de 12 millions de personnes sont affectées par la maladie et 350 millions de personnes sont une population à risque. Un modèle marin d'infection avec Leishmania major (L. major) a été établi qui reproduit plusieurs tableaux cliniques observés dans le cas de la leishmaniose cutanée chez l'homme. L'analyse de la réponse immunitaire dans les souris infectées par L. major a permis de distinguer deux groupes : les souris de la plupart des souches telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1), alors que quelques souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse de type Th2. La réponse immune adaptative dans le modèle d'infection avec L. major à été largement étudiée. Cependant, les événements précoces déterminants pour le développement d'une réponse Th1 ou Th2 restent encore très flous. Récemment, plusieurs publications ont montré que les récepteurs Toll-like (TLR) peuvent contribuer à l'initiation de la réponse immunitaire lors d'une infection avec le parasite intracellulaire L. major. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié le rôle de MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, dans la réponse immune suite à une infection avec L. major. En l'absence de MyD88, les souris normalement résistantes à l'infection avec L. major deviennent sensibles et développent des lésions importantes. Ces souris ne sont plus capables de développer une réponse Thl, normalement caractéristique de leur phénotype résistant. Nous avons ensuite tenté de comprendre quels TLRs, plus précisément, pouvait être impliqué dans ce processus. Malgré quelques évidences démontrant que TLR2 et TLR4 pouvaient avoir un rôle important dans l'initiation d'une réponse immunitaire adaptative à Leishmania, nous avons montré que, in vivo après infection avec L. major, la déficience d'un de ces récepteurs n'était pas suffisante à faire basculer la réponse immunitaire. Les souris C57BL/6 déficient en TLR2 ou TLR4 peuvent parfaitement contrôler l'évolution de la maladie. De plus, ces souris, malgré l'absence de TLR2 ou TLR4, sont capables de monter une parfaite réponse Thl. Etant donné que TLR2 et TLR4 n'étaient pas essentiels pour la résistance à la maladie, nous avons analysé les TLRs, parmi les 12 décrits qui pouvaient être indispensables au développement d'une réponse de type Th1 associée à la résistance à l'infection par Leishmania. Nos expériences ont montré que l'expression de l'ARN messager (ARNm) de TLR7 et TLR9 était modulée suite à l'infection par L. major chez la souris résistante C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était visible chez les souris sensible BALB/c. Pensant que ces TLRs pourraient jouer un rôle dans la réponse immunitaire au parasite, nous avons étudié l'évolution de l'infection dans les souris déficientes en TLR7 et TLR9. Nos résultats ont clairement démontré que TLR7 n'était pas indispensable à la résistance au parasite alors que l'absence de TLR9 avait des conséquences radicales sur le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Ce travail révèle ainsi l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. Il est a noté que nos résultats sont en accord avec le fait que les motifs CpG, qui sont des immunostimulateurs interagissant avec le TLR9, ont une activité adjuvante importante dans la préparation de vaccins contre la leishmaniose. Une meilleure compréhension des mécanismes immunologiques impliquant le TLR9 dans la reconnaissance du parasite est alors indispensable pour le développement de vaccins thérapeutiques efficaces.