Modulation du métabolisme du glucose astrocytaire par les cytokines pro-inflammatoires et le peptide beta-amyloïde. A la recherche d'une composante gliale aux processus neurodégénératifs

Résumé large public: Une altération localisée du métabolisme du glucose, le substrat énergétique préférentiellement utilisé dans le cerveau, est un trait caractéristique précoce de la maladie d'Alzheimer (MA). Il est maintenant largement admis que le beta-amyloïde, la neuroinflammation et le stress oxydatif participent au développement de la MA. Cependant les mécanismes cellulaires de la pathogenèse restent à identifier. Le métabolisme cérébral a ceci de remarquable qu'il repose sur la coopération entre deux types cellulaires, ainsi les astrocytes et les neurones constituent une unité métabolique. Les astrocytes sont notamment responsables de fournir aux neurones des substrats énergétiques, ainsi que des précurseurs du glutathion pour la défense contre le stress oxydatif. Ces fonctions astrocytaires sont essentielles au bon fonctionnement et à la survie neuronale; par conséquent, une altération de ces fonctions astrocytaires pourrait participer au développement de certaines maladies cérébrales. Le but de ce travail est, dans un premier temps, d'explorer les effets de médiateurs de la neuroinflammation (les cytokines pro-inflammatoires) et du peptide beta-amyloïde sur le métabolisme des astrocytes corticaux, en se focalisant sur les éléments en lien avec le métabolisme énergétique et le stress oxydatif. Puis, dans un second temps, de caractériser les conséquences pour les neurones des modifications du métabolisme astrocytaire induites par ces substances. Les résultats obtenus ici montrent que les cytokines pro-inflammatoires et le beta-amyloïde induisent une profonde altération du métabolisme astrocytaire, selon deux profils distincts. Les cytokines pro-inflammatoires, particulièrement en combinaison, agissent comme « découpleurs » du métabolisme énergétique du glucose, en diminuant l'apport potentiel de substrats énergétiques aux neurones. En plus de son effet propre, le peptide beta-amyloïde potentialise les effets des cytokines pro-inflammatoires. Or, dans le cerveau de patients atteints de la MA, les astrocytes sont exposés simultanément à ces deux types de substances. Les deux types de substances ont un effet ambivalent en termes de stress oxydatif. Ils induisent à la fois une augmentation de la libération de glutathion (potentiellement protecteur pour les neurones voisins) et la production d'espèces réactives de l'oxygène (potentiellement toxiques). Etant donné l'importance de la coopération entre astrocytes et neurones, ces modulations du métabolisme astrocytaire pourraient donc avoir un retentissement majeur sur les cellules environnantes, et en particulier sur la fonction et la survie neuronale. Résumé Les astrocytes et les neurones constituent une unité métabolique. Les astrocytes sont notamment responsables de fournir aux neurones des substrats énergétiques, tels que le lactate, ainsi que des précurseurs du glutathion pour la défense contre le stress oxydatif. Une altération localisée du métabolisme du glucose, le substrat énergétique préférentiellement utilisé dans le cerveau, est un trait caractéristique, précoce, de la maladie d'Alzheimer (MA). Il est maintenant largement admis que le beta-amyloïde, la neuroinflammation et le stress oxydatif participent au développement de la MA. Cependant, les mécanismes cellulaires de la pathogenèse restent à identifier. Le but de ce travail est d'explorer les effets des cytokines pro-inflammatoires (Il-1 ß et TNFα) et du beta-amyloïde (Aß) sur le métabolisme du glucose des astrocytes corticaux en culture primaire ainsi que de caractériser les conséquences, pour la viabilité des neurones voisins, des modifications du métabolisme astrocytaire induites par ces substances. Les résultats obtenus montrent que les cytokines pro-inflammatoires et le beta-amyloïde induisent une profonde altération du métabolisme astrocytaire, selon deux profils distincts. Les cytokines pro-inflammatoires, particulièrement en combinaison, agissent comme « découpleurs » du métabolisme glycolytique astrocytaire. Après 48 heures, le traitement avec TNFα et Il-lß cause une augmentation de la capture de glucose et de son métabolisme dans la voie des pentoses phosphates et dans le cycle de Krebs. A l'inverse, il cause une diminution de la libération de lactate et des stocks cellulaires de glycogène. En combinaison avec les cytokines tel qu'in vivo dans les cerveaux de patients atteints de MA, le peptide betaamyloïde potentialise les effets décrits ci-dessus. Isolément, le Aß cause une augmentation coordonnée de la capture de glucose et de toutes les voies de son métabolisme (libération de lactate, glycogenèse, voie des pentoses phosphate et cycle de Krebs). Les traitements altèrent peu les taux de glutathion intracellulaires, par contre ils augmentent massivement la libération de glutathion dans le milieu extracellulaire. A l'inverse, les deux types de traitements augmentent la production intracellulaire d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). De plus, les cytokines pro-inflammatoires en combinaison augmentent massivement la production des ROS dans l'espace extracellulaire. Afin de caractériser l'impact de ces altérations métaboliques sur la viabilité des neurones environnants, un modèle de co-culture et des milieux conditionnés astrocytaires ont été utilisés. Les résultats montrent qu'en l'absence d'une source exogène d'antioxydants, la présence d'astrocytes favorise la viabilité neuronale ainsi que leur défense contre le stress oxydatif. Cette propriété n'est cependant pas modulée par les différents traitements. D'autre part, la présence d'astrocytes, et non de milieu conditionné, protège les neurones contre l'excitotoxicité due au glutamate. Les astrocytes prétraités (aussi bien avec le beta-amyloïde qu'avec les cytokines pro-inflammatoires) perdent cette propriété. Cet élément suggère que la perturbation du métabolisme astrocytaire causé par les cytokines pro-inflammatoires ou le beta-amyloïde pourrait participer à l'atteinte de la viabilité neuronale associée à certaines pathologies neurodégénératives.

Selective ablation of photovoltaic materials with UV laser sources for monolithic interconnection of devices based on a-Si:H

Lasers are essential tools for cell isolation and monolithic interconnection in thin-film-silicon photovoltaic technologies. Laser ablation of transparent conductive oxides (TCOs), amorphous silicon structures and back contact removal are standard processes in industry for monolithic device interconnection. However, material ablation with minimum debris and small heat affected zone is one of the main difficulty is to achieve, to reduce costs and to improve device efficiency. In this paper we present recent results in laser ablation of photovoltaic materials using excimer and UV wavelengths of diode-pumped solid-state (DPSS) laser sources. We discuss results concerning UV ablation of different TCO and thin-film silicon (a-Si:H and nc-Si:H), focussing our study on ablation threshold measurements and process-quality assessment using advanced optical microscopy techniques. In that way we show the advantages of using UV wavelengths for minimizing the characteristic material thermal affection of laser irradiation in the ns regime at higher wavelengths. Additionally we include preliminary results of selective ablation of film on film structures irradiating from the film side (direct writing configuration) including the problem of selective ablation of ZnO films on a-Si:H layers. In that way we demonstrate the potential use of UV wavelengths of fully commercial laser sources as an alternative to standard backscribing process in device fabrication.

The role of embolic protection devices during carotid stenting prior to cardiac surgery in asymptomatic patients: Empty filters?

Objectives: The purpose of this study was to analyze the debris captured in the distal protection filters used during carotid artery stenting (CAS). Background: CAS is an option available to high-risk patients requiring revascularization. Filters are suggested for optimal stroke prevention during CAS. Methods: From May 2005 to June 2007, filters from 59 asymptomatic patients who underwent CAS were collected and sent to a specialized laboratory for light-microscope and histological analysis. Peri- and postprocedural outcomes were assessed during 1-year follow-up. Results: On the basis of biomedical imaging of the filter debris, the captured material could not be identified as embolized particles from the carotid plaque. On histological analysis the debris consisted mainly of red blood cell aggregates and/ or platelets, occasionally accompanied by granulocytes. We found no consistent histological evidence of embolized particles originating from atherosclerotic plaques. Post-procedure, three neurological events were reported: two (3.4%) transient ischemic attacks (TIA) and one (1.7%) ipsilateral minor stroke. Conclusion: The filters used during CAS in asymptomatic patients planned for cardiac surgery often remained empty. These findings may be explained by assuming that asymptomatic patients feature a different atherosclerotic plaque composition or stabilization through antiplatelet medication. Larger, randomized trials are clearly warranted, especially in the asymptomatic population. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Obituarium Ecclesiae Parisiensis pro anno... : juxta necrologium ejusdem Ecclesiae

[Obituaire. Paris, Diocèse]

Remote Control of Mobile Devices in Android Platform

Remote control systems are a very useful element to control and monitor devices quickly and easily. This paper proposes a new architecture for remote control of Android mobile devices, analyzing the different alternatives and seeking the optimal solution in each case. Although the area of remote control, in case of mobile devices, has been little explored, it may provide important advantages for testing software and hardware developments in several real devices. It can also allow an efficient management of various devices of different types, perform forensic security tasks, etc ... The main idea behind the proposed architecture was the design of a system to be used as a platform which provides the services needed to perform remote control of mobile devices. As a result of this research, a proof of concept was implemented. An Android application running a group of server programs on the device, connected to the network or USB interface, depending on availability. This servers can be controlled through a small client written in Java and runnable both on desktop and web systems.

Estimating soybean crop areas using spectral-temporal surfaces derived from MODIS images in Mato Grosso, Brazil

The objective of this work was to evaluate the application of the spectral-temporal response surface (STRS) classification method on Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS, 250 m) sensor images in order to estimate soybean areas in Mato Grosso state, Brazil. The classification was carried out using the maximum likelihood algorithm (MLA) adapted to the STRS method. Thirty segments of 30x30 km were chosen along the main agricultural regions of Mato Grosso state, using data from the summer season of 2005/2006 (from October to March), and were mapped based on fieldwork data, TM/Landsat-5 and CCD/CBERS-2 images. Five thematic classes were considered: Soybean, Forest, Cerrado, Pasture and Bare Soil. The classification by the STRS method was done over an area intersected with a subset of 30x30-km segments. In regions with soybean predominance, STRS classification overestimated in 21.31% of the reference values. In regions where soybean fields were less prevalent, the classifier overestimated 132.37% in the acreage of the reference. The overall classification accuracy was 80%. MODIS sensor images and the STRS algorithm showed to be promising for the classification of soybean areas in regions with the predominance of large farms. However, the results for fragmented areas and smaller farms were less efficient, overestimating soybean areas.

Pharmacogenetic Study on Antidementia Drugs

Differences in efficacy and safety of drugs among patients are a recognized problem in pharmacotherapy. The reasons are multifactorial and, therefore, the choice of a drug and its dosage for a particular patient based on different clinical and genetic factors is suggested to improve the clinical outcome. Four drugs are currently used for the treatment of Alzheimer's disease: three acetylcholinesterase inhibitors (donepezil, galantamine, rivastigmine) and the N-methyl-D-aspartate-antagonist memantine. For these drugs, a high interindividual variability in plasma levels was observed, which might influence the response to treatment. The main objective of this thesis was to provide a better understanding of clinical and genetic factors affecting the plasma levels of antidementia drugs. Furthermore, the relationship between plasma levels, genetic variations and side effects was assessed. For this purpose, a pharmacogenetic study was conducted including 300 patients from a naturalistic clinical setting. Analytical methods for the simultaneous measurement of antidementia drugs in plasma have been developed and validated using liquid chromatography methods coupled with mass spectrometry detection. Presently, these methods are used in the therapeutic drug monitoring service of our laboratory. The routine use of therapeutic drug monitoring for antidementia drugs cannot yet be recommended with the available data, but it may be beneficial for some patients in special clinical cases such as insufficient treatment response, side effects or drug interactions. Donepezil and galantamine are extensively metabolized by the liver enzymes cytochromes P450 (CYP) 2D6 and 3A and are substrates of the drug transporter P-glycoprotein. The relationship of variations in genes affecting the activity of these metabolic enzymes and drug transporter (CYP2D6, CYP3A, POR, NR1I2, ABCB1) with donepezil and galantamine plasma levels was investigated. The CYP2D6 genotype appeared to be the major genetic factor involved in the pharmacokinetics of these two drugs. Thus, CYP2D6 poor metabolizers demonstrated significantly higher drug plasma levels than extensive metabolizers. Additionally, in the donepezil study population, the frequency of side effects was significantly increased in poor metabolizers. Lower donepezil plasma levels were observed in ultra rapid metabolizers, which might expose those patients to the risk of non-response. Memantine is mainly eliminated unchanged by the kidney, with implication of tubular secretion by renal transporters. A population pharmacokinetic model was developed to quantify the effects of clinical factors and genetic variations in renal cation transporters (SLC22A1/2/5, SLC47A1, ABCB1), and nuclear receptors (NR1I2, NR1I3, PPARG) involved in transporter expression, on memantine plasma levels. In addition to the renal function and gender, a genetic variation in the nuclear receptor Pregnane-X-Receptor (NR1I2) significantly affected memantine elimination. These findings suggest that an individualized therapy approach for antidementia drugs, taking into account clinical characteristics and genetic background of a patient, might increase efficacy and safety of the treatment. - Les différences interindividuelles dans l'efficacité et la tolérance des médicaments sont un problème connu en pharmacothérapie. Les raisons sont multiples, et le choix du médicament et de la dose, basé sur des facteurs cliniques et génétiques spécifiques au patient, peut contribuer à améliorer la réponse clinique. Quatre médicaments sont couramment utilisés dans le traitement de la maladie d'Alzheimer : trois inhibiteurs de l'acétylcholinestérase (donépézil, galantamine, rivastigmine) et un antagoniste du récepteur N-méthyl-D-aspartate, la mémantine. Une forte variabilité interindividuelle dans les taux plasmatiques de ces quatre composés a été observée, ce qui pourrait influencer la réponse au traitement. L'objectif principal de ce travail de thèse est de mieux comprendre les facteurs cliniques et génétiques influençant les taux des médicaments pro-cognitifs. En outre, des associations entre les taux, la variabilité génétique et les effets secondaires ont été recherchées. Dans ce but, 300 patients sous traitement avec un médicament pro-cognitif ont été recrutés pour une étude pharmacogénétique. Des méthodes de dosage simultané de médicaments pro-cognitifs par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse ont été développées et validées. Ces méthodes sont actuellement utilisées dans le service de suivi thérapeutique de notre unité. Malgré le fait qu'un suivi des taux sanguins des pro-cognitifs ne puisse pas encore être recommandé en routine, un dosage peut être utile dans des cas cliniques spécifiques, comme une réponse insuffisante, une intolérance ou une interaction médicamenteuse. Le donépézil et la galantamine sont fortement métabolisés par les cytochromes P450 (CYP) 2D6 et 3A, et sont également substrats du transporteur P-glycoprotéine. Les associations entre les polymorphismes génétiques de ces enzymes, cofacteur, récepteur nucléaire et transporteur (CYP2D6, CYP3A, POR, NR1I2, ABCB1) et les taux de donépézil et de galantamine ont été étudiées. Le génotype du CYP2D6 a été montré comme le facteur génétique majeur impliqué dans la pharmacocinétique de ces deux médicaments. Ainsi, les métaboliseurs déficients du CYP2D6 ont démontré des taux plasmatiques significativement plus élevés comparé aux bons métaboliseurs. De plus, dans la population traitée avec le donépézil, la fréquence des effets secondaires était plus élevée chez les métaboliseurs déficients. Des taux plasmatiques bas ont été mesurés chez les métaboliseurs ultra-rapides traités avec le donépézil, ce qui pourrait être un facteur de risque à une non-réponse au traitement. La mémantine est principalement éliminée sous forme inchangée par les reins, et partiellement par sécrétion tubulaire grâce à des transporteurs rénaux. Un modèle de cinétique de population a été développé pour quantifier les effets des différents facteurs cliniques et de la variabilité génétique des transporteurs rénaux (SLC22A1/2/5, SLC47A1, ABCB1) et des récepteurs nucléaires (NR1I2, NR1I3, PPARG, impliqués dans l'expression des transporteurs) sur les taux plasmatiques de mémantine. En plus de la fonction rénale et du genre, une variation génétique dans le récepteur nucléaire Pregnane-X-Receptor (NR1I2) a montré une influence significative sur l'élimination de la mémantine. Ces résultats suggèrent qu'une approche thérapeutique individualisée, prenant en compte des facteurs cliniques et génétiques du patient, pourrait améliorer l'efficacité et la sécurité du traitement pro-cognitif.

Spectral analysis and limit behaviours in a spring-mass system

We consider a model for a damped spring-mass system that is a strongly damped wave equation with dynamic boundary conditions. In a previous paper we showed that for some values of the parameters of the model, the large time behaviour of the solutions is the same as for a classical spring-mass damper ODE. Here we use spectral analysis to show that for other values of the parameters, still of physical relevance and related to the effect of the spring inner viscosity, the limit behaviours are very different from that classical ODE

Identification of neuronal network properties from the spectral analysis of calcium imaging signals in neuronal cultures

Neuronal networks in vitro are prominent systems to study the development of connections in living neuronal networks and the interplay between connectivity, activity and function. These cultured networks show a rich spontaneous activity that evolves concurrently with the connectivity of the underlying network. In this work we monitor the development of neuronal cultures, and record their activity using calcium fluorescence imaging. We use spectral analysis to characterize global dynamical and structural traits of the neuronal cultures. We first observe that the power spectrum can be used as a signature of the state of the network, for instance when inhibition is active or silent, as well as a measure of the network's connectivity strength. Second, the power spectrum identifies prominent developmental changes in the network such as GABAA switch. And third, the analysis of the spatial distribution of the spectral density, in experiments with a controlled disintegration of the network through CNQX, an AMPA-glutamate receptor antagonist in excitatory neurons, reveals the existence of communities of strongly connected, highly active neurons that display synchronous oscillations. Our work illustrates the interest of spectral analysis for the study of in vitro networks, and its potential use as a network-state indicator, for instance to compare healthy and diseased neuronal networks.

Accuracy profile validation of a new analytical method for butane measurement using headspace-gas chromatography-mass spectrometry.

The aim of our study was to provide an innovative HS-GC/MS method applicable to the routine determination of butane concentration in forensic toxicology laboratories. The main drawback of the GC/MS methods discussed in literature concerning butane measurement was the absence of a specific butane internal standard necessary to perform quantification. Because no stable isotope of butane is commercially available, it is essential to develop a new approach by an in situ generation of standards. To avoid the manipulation of a stable isotope-labelled gas, we have chosen to generate in situ an internal labelled standard gas (C(4)H(9)D) following the basis of the stoichiometric formation of butane by the reaction of deuterated water (D(2)O) with Grignard reagent butylmagnesium chloride (C(4)H(9)MgCl). This method allows a precise measurement of butane concentration and therefore, a full validation by accuracy profile was presented.

Mixed spectral-structural classification of very high resolution images with summation kernels

In this paper, mixed spectral-structural kernel machines are proposed for the classification of very-high resolution images. The simultaneous use of multispectral and structural features (computed using morphological filters) allows a significant increase in classification accuracy of remote sensing images. Subsequently, weighted summation kernel support vector machines are proposed and applied in order to take into account the multiscale nature of the scene considered. Such classifiers use the Mercer property of kernel matrices to compute a new kernel matrix accounting simultaneously for two scale parameters. Tests on a Zurich QuickBird image show the relevance of the proposed method : using the mixed spectral-structural features, the classification accuracy increases of about 5%, achieving a Kappa index of 0.97. The multikernel approach proposed provide an overall accuracy of 98.90% with related Kappa index of 0.985.

Pro-inflammatory cytokines induce the transcription factors C/EBPbeta and C/EBPdelta in astrocytes.

The transcription factors CCAAT/enhancer binding protein (C/EBP)-beta and -delta are key regulators for the expression of the acute phase genes in the liver, such as complement component C3 and antichymotrypsin. In the brain, these acute phase proteins are produced in response to pro-inflammatory cytokines by the reactive astrocytes, in particular those surrounding the amyloid plaques of Alzheimer's disease brains. Here we show that lipopolysaccharides (LPS), IL-1beta, and TNFalpha induce the expression of the c/ebpbeta and -delta genes in mouse primary astrocytes. This induction precedes the expression of the acute phase genes coding for the complement component C3 and the mouse homologue of antichymotrypsin. The induction of these two acute phase genes by LPS is blocked by cycloheximide, whereas this protein synthesis inhibitor does not affect the expression of the c/ebp genes. Altogether, our data support a role as immediate-early genes for c/ebpbeta and -delta, whose expression is induced by pro-inflammatory cytokines in mouse cortical astrocytes. In the liver, these transcription factors are known to play an important role in inflammation and energy metabolism regulation. Therefore, C/EBPbeta and -delta could be pivotal transcription factors involved in brain inflammation, in addition to their previously demonstrated role in brain glycogen metabolism regulation (Cardinaux and Magistretti. J Neurosci 16:919-929, 1996).

Computational and Energy Costs of Cryptographic Algorithms on Handheld Devices

Networks are evolving toward a ubiquitous model in which heterogeneousdevices are interconnected. Cryptographic algorithms are required for developing securitysolutions that protect network activity. However, the computational and energy limitationsof network devices jeopardize the actual implementation of such mechanisms. In thispaper, we perform a wide analysis on the expenses of launching symmetric and asymmetriccryptographic algorithms, hash chain functions, elliptic curves cryptography and pairingbased cryptography on personal agendas, and compare them with the costs of basic operatingsystem functions. Results show that although cryptographic power costs are high and suchoperations shall be restricted in time, they are not the main limiting factor of the autonomyof a device.

ZigBee/ZigBee PRO security assessment based on compromised cryptographic keys

Sensor networks have many applications in monitoring and controlling of environmental properties such as sound, acceleration, vibration and temperature. Due to limitedresources in computation capability, memory and energy, they are vulnerable to many kinds of attacks. The ZigBee specification based on the 802.15.4 standard, defines a set of layers specifically suited to sensor networks. These layers support secure messaging using symmetric cryptographic. This paper presents two different ways for grabbing the cryptographic key in ZigBee: remote attack and physical attack. It also surveys and categorizes some additional attacks which can be performed on ZigBee networks: eavesdropping, spoofing, replay and DoS attacks at different layers. From this analysis, it is shown that some vulnerabilities still in the existing security schema in ZigBee technology.