Income distribution dependence of poverty measure:a theoretical analysis

Using a modified deprivation (or poverty) function, in this paper, we theoretically study the changes in poverty with respect to the 'global' mean and variance of the income distribution using Indian survey data. We show that when the income obeys a log-normal distribution, a rising mean income generally indicates a reduction in poverty while an increase in the variance of the income distribution increases poverty. This altruistic view for a developing economy, however, is not tenable anymore once the poverty index is found to follow a pareto distribution. Here although a rising mean income indicates a reduction in poverty, due to the presence of an inflexion point in the poverty function, there is a critical value of the variance below which poverty decreases with increasing variance while beyond this value, poverty undergoes a steep increase followed by a decrease with respect to higher variance. Identifying this inflexion point as the poverty line, we show that the pareto poverty function satisfies all three standard axioms of a poverty index [N.C. Kakwani, Econometrica 43 (1980) 437; A.K. Sen, Econometrica 44 (1976) 219] whereas the log-normal distribution falls short of this requisite. Following these results, we make quantitative predictions to correlate a developing with a developed economy. © 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

A Modified Resource Distribution Fairness Measure

An important issue of resource distribution is the fairness of the distribution. For example, computer network management wishes to distribute network resource fairly to its users. To describe the fairness of the resource distribution, a quantitative fairness score function was proposed in 1984 by Jain et al. The purpose of this paper is to propose a modified network sharing fairness function so that the users can be treated differently according to their priority levels. The mathematical properties are discussed. The proposed fairness score function keeps all the nice properties of and provides better performance when the network users have different priority levels.

Bayesian Inference in Large-scale Problems

Many modern applications fall into the category of "large-scale" statistical problems, in which both the number of observations n and the number of features or parameters p may be large. Many existing methods focus on point estimation, despite the continued relevance of uncertainty quantification in the sciences, where the number of parameters to estimate often exceeds the sample size, despite huge increases in the value of n typically seen in many fields. Thus, the tendency in some areas of industry to dispense with traditional statistical analysis on the basis that "n=all" is of little relevance outside of certain narrow applications. The main result of the Big Data revolution in most fields has instead been to make computation much harder without reducing the importance of uncertainty quantification. Bayesian methods excel at uncertainty quantification, but often scale poorly relative to alternatives. This conflict between the statistical advantages of Bayesian procedures and their substantial computational disadvantages is perhaps the greatest challenge facing modern Bayesian statistics, and is the primary motivation for the work presented here.

Two general strategies for scaling Bayesian inference are considered. The first is the development of methods that lend themselves to faster computation, and the second is design and characterization of computational algorithms that scale better in n or p. In the first instance, the focus is on joint inference outside of the standard problem of multivariate continuous data that has been a major focus of previous theoretical work in this area. In the second area, we pursue strategies for improving the speed of Markov chain Monte Carlo algorithms, and characterizing their performance in large-scale settings. Throughout, the focus is on rigorous theoretical evaluation combined with empirical demonstrations of performance and concordance with the theory.

One topic we consider is modeling the joint distribution of multivariate categorical data, often summarized in a contingency table. Contingency table analysis routinely relies on log-linear models, with latent structure analysis providing a common alternative. Latent structure models lead to a reduced rank tensor factorization of the probability mass function for multivariate categorical data, while log-linear models achieve dimensionality reduction through sparsity. Little is known about the relationship between these notions of dimensionality reduction in the two paradigms. In Chapter 2, we derive several results relating the support of a log-linear model to nonnegative ranks of the associated probability tensor. Motivated by these findings, we propose a new collapsed Tucker class of tensor decompositions, which bridge existing PARAFAC and Tucker decompositions, providing a more flexible framework for parsimoniously characterizing multivariate categorical data. Taking a Bayesian approach to inference, we illustrate empirical advantages of the new decompositions.

Latent class models for the joint distribution of multivariate categorical, such as the PARAFAC decomposition, data play an important role in the analysis of population structure. In this context, the number of latent classes is interpreted as the number of genetically distinct subpopulations of an organism, an important factor in the analysis of evolutionary processes and conservation status. Existing methods focus on point estimates of the number of subpopulations, and lack robust uncertainty quantification. Moreover, whether the number of latent classes in these models is even an identified parameter is an open question. In Chapter 3, we show that when the model is properly specified, the correct number of subpopulations can be recovered almost surely. We then propose an alternative method for estimating the number of latent subpopulations that provides good quantification of uncertainty, and provide a simple procedure for verifying that the proposed method is consistent for the number of subpopulations. The performance of the model in estimating the number of subpopulations and other common population structure inference problems is assessed in simulations and a real data application.

In contingency table analysis, sparse data is frequently encountered for even modest numbers of variables, resulting in non-existence of maximum likelihood estimates. A common solution is to obtain regularized estimates of the parameters of a log-linear model. Bayesian methods provide a coherent approach to regularization, but are often computationally intensive. Conjugate priors ease computational demands, but the conjugate Diaconis--Ylvisaker priors for the parameters of log-linear models do not give rise to closed form credible regions, complicating posterior inference. In Chapter 4 we derive the optimal Gaussian approximation to the posterior for log-linear models with Diaconis--Ylvisaker priors, and provide convergence rate and finite-sample bounds for the Kullback-Leibler divergence between the exact posterior and the optimal Gaussian approximation. We demonstrate empirically in simulations and a real data application that the approximation is highly accurate, even in relatively small samples. The proposed approximation provides a computationally scalable and principled approach to regularized estimation and approximate Bayesian inference for log-linear models.

Another challenging and somewhat non-standard joint modeling problem is inference on tail dependence in stochastic processes. In applications where extreme dependence is of interest, data are almost always time-indexed. Existing methods for inference and modeling in this setting often cluster extreme events or choose window sizes with the goal of preserving temporal information. In Chapter 5, we propose an alternative paradigm for inference on tail dependence in stochastic processes with arbitrary temporal dependence structure in the extremes, based on the idea that the information on strength of tail dependence and the temporal structure in this dependence are both encoded in waiting times between exceedances of high thresholds. We construct a class of time-indexed stochastic processes with tail dependence obtained by endowing the support points in de Haan's spectral representation of max-stable processes with velocities and lifetimes. We extend Smith's model to these max-stable velocity processes and obtain the distribution of waiting times between extreme events at multiple locations. Motivated by this result, a new definition of tail dependence is proposed that is a function of the distribution of waiting times between threshold exceedances, and an inferential framework is constructed for estimating the strength of extremal dependence and quantifying uncertainty in this paradigm. The method is applied to climatological, financial, and electrophysiology data.

The remainder of this thesis focuses on posterior computation by Markov chain Monte Carlo. The Markov Chain Monte Carlo method is the dominant paradigm for posterior computation in Bayesian analysis. It has long been common to control computation time by making approximations to the Markov transition kernel. Comparatively little attention has been paid to convergence and estimation error in these approximating Markov Chains. In Chapter 6, we propose a framework for assessing when to use approximations in MCMC algorithms, and how much error in the transition kernel should be tolerated to obtain optimal estimation performance with respect to a specified loss function and computational budget. The results require only ergodicity of the exact kernel and control of the kernel approximation accuracy. The theoretical framework is applied to approximations based on random subsets of data, low-rank approximations of Gaussian processes, and a novel approximating Markov chain for discrete mixture models.

Data augmentation Gibbs samplers are arguably the most popular class of algorithm for approximately sampling from the posterior distribution for the parameters of generalized linear models. The truncated Normal and Polya-Gamma data augmentation samplers are standard examples for probit and logit links, respectively. Motivated by an important problem in quantitative advertising, in Chapter 7 we consider the application of these algorithms to modeling rare events. We show that when the sample size is large but the observed number of successes is small, these data augmentation samplers mix very slowly, with a spectral gap that converges to zero at a rate at least proportional to the reciprocal of the square root of the sample size up to a log factor. In simulation studies, moderate sample sizes result in high autocorrelations and small effective sample sizes. Similar empirical results are observed for related data augmentation samplers for multinomial logit and probit models. When applied to a real quantitative advertising dataset, the data augmentation samplers mix very poorly. Conversely, Hamiltonian Monte Carlo and a type of independence chain Metropolis algorithm show good mixing on the same dataset.

The Role of TET Proteins in the Epigenetic Regulation of Neural Gene Expression and Behavior

Understanding how genes affect behavior is critical to develop precise therapies for human behavioral disorders. The ability to investigate the relationship between genes and behavior has been greatly advanced over the last few decades due to progress in gene-targeting technology. Recently, the Tet gene family was discovered and implicated in epigenetic modification of DNA methylation by converting 5-methylcytosine to 5-hydroxymethylcytosine (5hmC). 5hmC and its catalysts, the TET proteins, are highly abundant in the postnatal brain but with unclear functions. To investigate their neural functions, we generated new lines of Tet1 and Tet3 mutant mice using a gene targeting approach. We designed both mutations to cause a frameshift by deleting the largest coding exon of Tet1 (Tet1Δe4) and the catalytic domain of Tet3 (Tet3Δe7-9). As Tet1 is also highly expressed in embryonic stem cells (ESCs), we generated Tet1 homozygous deleted ESCs through sequential targeting to compare the function of Tet1 in the brain to its role in ESCs. To test our hypothesis that TET proteins epigenetically regulate transcription of key neural genes important for normal brain function, we examined transcriptional and epigenetic differences in the Tet1Δe4 mouse brain. The oxytocin receptor (OXTR), a neural gene implicated in social behaviors, is suggested to be epigenetically regulated by an unknown mechanism. Interestingly, several human studies have found associations between OXTR DNA hypermethylation and a wide spectrum of behavioral traits and neuropsychiatric disorders including autism spectrum disorders. Here we report the first evidence for an epigenetic mechanism of Oxtr transcription as expression of Oxtr is reduced in the brains of Tet1Δe4-/- mice. Likewise, the CpG island overlapping the promoter of Oxtr is hypermethylated during early embryonic development and persists into adulthood. We also discovered altered histone modifications at the hypermethylated regions, indicating the loss of TET1 has broad effects on the chromatin structure at Oxtr. Unexpectedly, we discovered an array of novel mRNA isoforms of Oxtr that are selectively reduced in Tet1Δe4-/- mice. Additionally, Tet1Δe4-/- mice display increased agonistic behaviors and impaired maternal care and short-term memory. Our findings support a novel role for TET1 in regulating Oxtr expression by preventing DNA hypermethylation and implicate TET1 in social behaviors, offering novel insight into Oxtr epigenetic regulation and its role in neuropsychiatric disorders.

β-Arrestin-mediated Regulation of the Human Ether-a-go-go-Related Gene (hERG) Potassium Channel

The human ether-a-go-go-related gene (hERG) encodes the voltage-gated K+ channel, hERG (Kv11.1). This channel passes the rapidly-activating delayed rectifier K+ current (IKr), which is important for cardiac repolarization. A reduction in IKr due to loss-of-function mutations or drug interactions causes long QT syndrome (LQTS), which can lead to cardiac arrhythmias and sudden cardiac death. The density of hERG channels in the plasma membrane is a key determinant of normal physiological function, and is balanced by trafficking to and from the cell surface. Many LQTS-associated hERG mutations result in a trafficking deficiency of otherwise functional channels. Thus, elucidating mechanisms of hERG regulation at the plasma membrane is useful for the prevention and treatment of LQTS. We previously demonstrated that M3 muscarinic receptor activation increases mature hERG expression through a Gq protein-dependent protein kinase C (PKC) pathway. In addition to conventional Gq protein-coupling, M3 receptors recruit β-arrestins upon agonist binding. Traditionally known for their role in receptor desensitization and internalization, β-arrestins also act as adaptor proteins to facilitate G protein-independent signaling. In the present work, I investigated the exclusive effect of β-arrestin signaling on hERG expression by utilizing an arrestin-biased M3 designer receptor (M3D-arr) exclusively activated by clozapine-N-oxide (CNO). By expressing M3D-arr in hERG-HEK cells and treating with CNO under various conditions, I found that M3D-arr activation increased mature hERG expression and current. Within this paradigm, M3D-arr recruited β-arrestin to the plasma membrane, and promoted the PI3K-dependent activation of Akt. I further found that the activated Akt acted through phosphatidylinositol 3-phosphate 5-kinase (PIKfyve) and Rab11 to facilitate endosomal recycling of hERG channels to the plasma membrane.

Contested dominance modifies the anovulatory consequences of social subordination in female marmosets

Dominance status among female marmosets is reflected in agonistic behavior and ovarian function. Socially dominant females receive submissive behavior from subordinates, while exhibiting normal ovulatory function. Subordinate females, however, receive agonistic behavior from dominants, while exhibiting reduced or absent ovulatory function. Such disparity in female fertility is not absolute, and groups with two breeding females have been described. The data reported here were obtained from 8 female-female pairs of captive female marmosets, each housed with a single unrelated male. Pairs were classified into two groups: “uncontested” dominance (UD) and “contested” dominance (CD), with 4 pairs each. Dominant females in UD pairs showed significantly higher frequencies (4.1) of agonism (piloerection, attack and chasing) than their subordinates (0.36), and agonistic behaviors were overall more frequently displayed by CD than by UD pairs. Subordinates in CD pairs exhibited more agonistic behavior (2.9) than subordinates in UD pairs (0.36), which displayed significantly more submissive (6.97) behaviors than their dominants (0.35). The data suggest that there is more than one kind of dominance relationship between female common marmosets. Assessment of progesterone levels showed that while subordinates in UD pairs appeared to be anovulatory, the degree of ovulatory disruption in subordinates of CD pairs was more varied and less complete. We suggest that such variation in female-female social dominance relationships and the associated variation in the degree and reliability of fertility suppression may explain variations of the reproductive condition of free-living groups of common marmosets

Development of Imaging Mass Spectrometry Analysis of Lipids in Biological and Clinically Relevant Applications

La spectrométrie de masse mesure la masse des ions selon leur rapport masse sur charge. Cette technique est employée dans plusieurs domaines et peut analyser des mélanges complexes. L’imagerie par spectrométrie de masse (Imaging Mass Spectrometry en anglais, IMS), une branche de la spectrométrie de masse, permet l’analyse des ions sur une surface, tout en conservant l’organisation spatiale des ions détectés. Jusqu’à présent, les échantillons les plus étudiés en IMS sont des sections tissulaires végétales ou animales. Parmi les molécules couramment analysées par l’IMS, les lipides ont suscité beaucoup d'intérêt. Les lipides sont impliqués dans les maladies et le fonctionnement normal des cellules; ils forment la membrane cellulaire et ont plusieurs rôles, comme celui de réguler des événements cellulaires. Considérant l’implication des lipides dans la biologie et la capacité du MALDI IMS à les analyser, nous avons développé des stratégies analytiques pour la manipulation des échantillons et l’analyse de larges ensembles de données lipidiques. La dégradation des lipides est très importante dans l’industrie alimentaire. De la même façon, les lipides des sections tissulaires risquent de se dégrader. Leurs produits de dégradation peuvent donc introduire des artefacts dans l’analyse IMS ainsi que la perte d’espèces lipidiques pouvant nuire à la précision des mesures d’abondance. Puisque les lipides oxydés sont aussi des médiateurs importants dans le développement de plusieurs maladies, leur réelle préservation devient donc critique. Dans les études multi-institutionnelles où les échantillons sont souvent transportés d’un emplacement à l’autre, des protocoles adaptés et validés, et des mesures de dégradation sont nécessaires. Nos principaux résultats sont les suivants : un accroissement en fonction du temps des phospholipides oxydés et des lysophospholipides dans des conditions ambiantes, une diminution de la présence des lipides ayant des acides gras insaturés et un effet inhibitoire sur ses phénomènes de la conservation des sections au froid sous N2. A température et atmosphère ambiantes, les phospholipides sont oxydés sur une échelle de temps typique d’une préparation IMS normale (~30 minutes). Les phospholipides sont aussi décomposés en lysophospholipides sur une échelle de temps de plusieurs jours. La validation d’une méthode de manipulation d’échantillon est d’autant plus importante lorsqu’il s’agit d’analyser un plus grand nombre d’échantillons. L’athérosclérose est une maladie cardiovasculaire induite par l’accumulation de matériel cellulaire sur la paroi artérielle. Puisque l’athérosclérose est un phénomène en trois dimension (3D), l'IMS 3D en série devient donc utile, d'une part, car elle a la capacité à localiser les molécules sur la longueur totale d’une plaque athéromateuse et, d'autre part, car elle peut identifier des mécanismes moléculaires du développement ou de la rupture des plaques. l'IMS 3D en série fait face à certains défis spécifiques, dont beaucoup se rapportent simplement à la reconstruction en 3D et à l’interprétation de la reconstruction moléculaire en temps réel. En tenant compte de ces objectifs et en utilisant l’IMS des lipides pour l’étude des plaques d’athérosclérose d’une carotide humaine et d’un modèle murin d’athérosclérose, nous avons élaboré des méthodes «open-source» pour la reconstruction des données de l’IMS en 3D. Notre méthodologie fournit un moyen d’obtenir des visualisations de haute qualité et démontre une stratégie pour l’interprétation rapide des données de l’IMS 3D par la segmentation multivariée. L’analyse d’aortes d’un modèle murin a été le point de départ pour le développement des méthodes car ce sont des échantillons mieux contrôlés. En corrélant les données acquises en mode d’ionisation positive et négative, l’IMS en 3D a permis de démontrer une accumulation des phospholipides dans les sinus aortiques. De plus, l’IMS par AgLDI a mis en évidence une localisation différentielle des acides gras libres, du cholestérol, des esters du cholestérol et des triglycérides. La segmentation multivariée des signaux lipidiques suite à l’analyse par IMS d’une carotide humaine démontre une histologie moléculaire corrélée avec le degré de sténose de l’artère. Ces recherches aident à mieux comprendre la complexité biologique de l’athérosclérose et peuvent possiblement prédire le développement de certains cas cliniques. La métastase au foie du cancer colorectal (Colorectal cancer liver metastasis en anglais, CRCLM) est la maladie métastatique du cancer colorectal primaire, un des cancers le plus fréquent au monde. L’évaluation et le pronostic des tumeurs CRCLM sont effectués avec l’histopathologie avec une marge d’erreur. Nous avons utilisé l’IMS des lipides pour identifier les compartiments histologiques du CRCLM et extraire leurs signatures lipidiques. En exploitant ces signatures moléculaires, nous avons pu déterminer un score histopathologique quantitatif et objectif et qui corrèle avec le pronostic. De plus, par la dissection des signatures lipidiques, nous avons identifié des espèces lipidiques individuelles qui sont discriminants des différentes histologies du CRCLM et qui peuvent potentiellement être utilisées comme des biomarqueurs pour la détermination de la réponse à la thérapie. Plus spécifiquement, nous avons trouvé une série de plasmalogènes et sphingolipides qui permettent de distinguer deux différents types de nécrose (infarct-like necrosis et usual necrosis en anglais, ILN et UN, respectivement). L’ILN est associé avec la réponse aux traitements chimiothérapiques, alors que l’UN est associé au fonctionnement normal de la tumeur.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Contested dominance modifies the anovulatory consequences of social subordination in female marmosets

Dominance status among female marmosets is reflected in agonistic behavior and ovarian function. Socially dominant females receive submissive behavior from subordinates, while exhibiting normal ovulatory function. Subordinate females, however, receive agonistic behavior from dominants, while exhibiting reduced or absent ovulatory function. Such disparity in female fertility is not absolute, and groups with two breeding females have been described. The data reported here were obtained from 8 female-female pairs of captive female marmosets, each housed with a single unrelated male. Pairs were classified into two groups: “uncontested” dominance (UD) and “contested” dominance (CD), with 4 pairs each. Dominant females in UD pairs showed significantly higher frequencies (4.1) of agonism (piloerection, attack and chasing) than their subordinates (0.36), and agonistic behaviors were overall more frequently displayed by CD than by UD pairs. Subordinates in CD pairs exhibited more agonistic behavior (2.9) than subordinates in UD pairs (0.36), which displayed significantly more submissive (6.97) behaviors than their dominants (0.35). The data suggest that there is more than one kind of dominance relationship between female common marmosets. Assessment of progesterone levels showed that while subordinates in UD pairs appeared to be anovulatory, the degree of ovulatory disruption in subordinates of CD pairs was more varied and less complete. We suggest that such variation in female-female social dominance relationships and the associated variation in the degree and reliability of fertility suppression may explain variations of the reproductive condition of free-living groups of common marmosets

Mutations in SNX14 cause a distinctive autosomal-recessive cerebellar ataxia and intellectual disability syndrome

Intellectual disability and cerebellar atrophy occur together in a large number of genetic conditions and are frequently associated with microcephaly and/or epilepsy. Here we report the identification of causal mutations in Sorting Nexin 14 (SNX14) found in seven affected individuals from three unrelated consanguineous families who presented with recessively inherited moderate-severe intellectual disability, cerebellar ataxia, early-onset cerebellar atrophy, sensorineural hearing loss, and the distinctive association of progressively coarsening facial features, relative macrocephaly, and the absence of seizures. We used homozygosity mapping and whole-exome sequencing to identify a homozygous nonsense mutation and an in-frame multiexon deletion in two families. A homozygous splice site mutation was identified by Sanger sequencing of SNX14 in a third family, selected purely by phenotypic similarity. This discovery confirms that these characteristic features represent a distinct and recognizable syndrome. SNX14 encodes a cellular protein containing Phox (PX) and regulator of G protein signaling (RGS) domains. Weighted gene coexpression network analysis predicts that SNX14 is highly coexpressed with genes involved in cellular protein metabolism and vesicle-mediated transport. All three mutations either directly affected the PX domain or diminished SNX14 levels, implicating a loss of normal cellular function. This manifested as increased cytoplasmic vacuolation as observed in cultured fibroblasts. Our findings indicate an essential role for SNX14 in neural development and function, particularly in development and maturation of the cerebellum.

Reading Performance in Children with Visual Function Anomalies

Aims: To compare reading performance in children with and without visual function anomalies and identify the influence of abnormal visual function and other variables in reading ability. Methods: A cross-sectional study was carried in 110 children of school age (6-11 years) with Abnormal Visual Function (AVF) and 562 children with Normal Visual Function (NVF). An orthoptic assessment (visual acuity, ocular alignment, near point of convergence and accommodation, stereopsis and vergences) and autorefraction was carried out. Oral reading was analyzed (list of 34 words). Number of errors, accuracy (percentage of success) and reading speed (words per minute - wpm) were used as reading indicators. Sociodemographic information from parents (n=670) and teachers (n=34) was obtained. Results: Children with AVF had a higher number of errors (AVF=3.00 errors; NVF=1.00 errors; p<0.001), a lower accuracy (AVF=91.18%; NVF=97.06%; p<0.001) and reading speed (AVF=24.71 wpm; NVF=27.39 wpm; p=0.007). Reading speed in the 3rd school grade was not statistically different between the two groups (AVF=31.41 wpm; NVF=32.54 wpm; p=0.113). Children with uncorrected hyperopia (p=0.003) and astigmatism (p=0.019) had worst reading performance. Children in 2nd, 3rd, or 4th grades presented a lower risk of having reading impairment when compared with the 1st grade. Conclusion: Children with AVF had reading impairment in the first school grade. It seems that reading abilities have a wide variation and this disparity lessens in older children. The slow reading characteristics of the children with AVF are similar to dyslexic children, which suggest the need for an eye evaluation before classifying the children as dyslexic.

Development of Imaging Mass Spectrometry Analysis of Lipids in Biological and Clinically Relevant Applications

La spectrométrie de masse mesure la masse des ions selon leur rapport masse sur charge. Cette technique est employée dans plusieurs domaines et peut analyser des mélanges complexes. L’imagerie par spectrométrie de masse (Imaging Mass Spectrometry en anglais, IMS), une branche de la spectrométrie de masse, permet l’analyse des ions sur une surface, tout en conservant l’organisation spatiale des ions détectés. Jusqu’à présent, les échantillons les plus étudiés en IMS sont des sections tissulaires végétales ou animales. Parmi les molécules couramment analysées par l’IMS, les lipides ont suscité beaucoup d'intérêt. Les lipides sont impliqués dans les maladies et le fonctionnement normal des cellules; ils forment la membrane cellulaire et ont plusieurs rôles, comme celui de réguler des événements cellulaires. Considérant l’implication des lipides dans la biologie et la capacité du MALDI IMS à les analyser, nous avons développé des stratégies analytiques pour la manipulation des échantillons et l’analyse de larges ensembles de données lipidiques. La dégradation des lipides est très importante dans l’industrie alimentaire. De la même façon, les lipides des sections tissulaires risquent de se dégrader. Leurs produits de dégradation peuvent donc introduire des artefacts dans l’analyse IMS ainsi que la perte d’espèces lipidiques pouvant nuire à la précision des mesures d’abondance. Puisque les lipides oxydés sont aussi des médiateurs importants dans le développement de plusieurs maladies, leur réelle préservation devient donc critique. Dans les études multi-institutionnelles où les échantillons sont souvent transportés d’un emplacement à l’autre, des protocoles adaptés et validés, et des mesures de dégradation sont nécessaires. Nos principaux résultats sont les suivants : un accroissement en fonction du temps des phospholipides oxydés et des lysophospholipides dans des conditions ambiantes, une diminution de la présence des lipides ayant des acides gras insaturés et un effet inhibitoire sur ses phénomènes de la conservation des sections au froid sous N2. A température et atmosphère ambiantes, les phospholipides sont oxydés sur une échelle de temps typique d’une préparation IMS normale (~30 minutes). Les phospholipides sont aussi décomposés en lysophospholipides sur une échelle de temps de plusieurs jours. La validation d’une méthode de manipulation d’échantillon est d’autant plus importante lorsqu’il s’agit d’analyser un plus grand nombre d’échantillons. L’athérosclérose est une maladie cardiovasculaire induite par l’accumulation de matériel cellulaire sur la paroi artérielle. Puisque l’athérosclérose est un phénomène en trois dimension (3D), l'IMS 3D en série devient donc utile, d'une part, car elle a la capacité à localiser les molécules sur la longueur totale d’une plaque athéromateuse et, d'autre part, car elle peut identifier des mécanismes moléculaires du développement ou de la rupture des plaques. l'IMS 3D en série fait face à certains défis spécifiques, dont beaucoup se rapportent simplement à la reconstruction en 3D et à l’interprétation de la reconstruction moléculaire en temps réel. En tenant compte de ces objectifs et en utilisant l’IMS des lipides pour l’étude des plaques d’athérosclérose d’une carotide humaine et d’un modèle murin d’athérosclérose, nous avons élaboré des méthodes «open-source» pour la reconstruction des données de l’IMS en 3D. Notre méthodologie fournit un moyen d’obtenir des visualisations de haute qualité et démontre une stratégie pour l’interprétation rapide des données de l’IMS 3D par la segmentation multivariée. L’analyse d’aortes d’un modèle murin a été le point de départ pour le développement des méthodes car ce sont des échantillons mieux contrôlés. En corrélant les données acquises en mode d’ionisation positive et négative, l’IMS en 3D a permis de démontrer une accumulation des phospholipides dans les sinus aortiques. De plus, l’IMS par AgLDI a mis en évidence une localisation différentielle des acides gras libres, du cholestérol, des esters du cholestérol et des triglycérides. La segmentation multivariée des signaux lipidiques suite à l’analyse par IMS d’une carotide humaine démontre une histologie moléculaire corrélée avec le degré de sténose de l’artère. Ces recherches aident à mieux comprendre la complexité biologique de l’athérosclérose et peuvent possiblement prédire le développement de certains cas cliniques. La métastase au foie du cancer colorectal (Colorectal cancer liver metastasis en anglais, CRCLM) est la maladie métastatique du cancer colorectal primaire, un des cancers le plus fréquent au monde. L’évaluation et le pronostic des tumeurs CRCLM sont effectués avec l’histopathologie avec une marge d’erreur. Nous avons utilisé l’IMS des lipides pour identifier les compartiments histologiques du CRCLM et extraire leurs signatures lipidiques. En exploitant ces signatures moléculaires, nous avons pu déterminer un score histopathologique quantitatif et objectif et qui corrèle avec le pronostic. De plus, par la dissection des signatures lipidiques, nous avons identifié des espèces lipidiques individuelles qui sont discriminants des différentes histologies du CRCLM et qui peuvent potentiellement être utilisées comme des biomarqueurs pour la détermination de la réponse à la thérapie. Plus spécifiquement, nous avons trouvé une série de plasmalogènes et sphingolipides qui permettent de distinguer deux différents types de nécrose (infarct-like necrosis et usual necrosis en anglais, ILN et UN, respectivement). L’ILN est associé avec la réponse aux traitements chimiothérapiques, alors que l’UN est associé au fonctionnement normal de la tumeur.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Lung Age Is Related To Carotid Structural Alterations In Hypertensive Subjects.

Hypertensive patients exhibit higher cardiovascular risk and reduced lung function compared with the general population. Whether this association stems from the coexistence of two highly prevalent diseases or from direct or indirect links of pathophysiological mechanisms is presently unclear. This study investigated the association between lung function and carotid features in non-smoking hypertensive subjects with supposed normal lung function. Hypertensive patients (n = 67) were cross-sectionally evaluated by clinical, hemodynamic, laboratory, and carotid ultrasound analysis. Forced vital capacity, forced expired volume in 1 second and in 6 seconds, and lung age were estimated by spirometry. Subjects with ventilatory abnormalities according to current guidelines were excluded. Regression analysis adjusted for age and prior smoking history showed that lung age and the percentage of predicted spirometric parameters associated with common carotid intima-media thickness, diameter, and stiffness. Further analyses, adjusted for additional potential confounders, revealed that lung age was the spirometric parameter exhibiting the most significant regression coefficients with carotid features. Conversely, plasma C-reactive protein and matrix-metalloproteinases-2/9 levels did not influence this relationship. The present findings point toward lung age as a potential marker of vascular remodeling and indicate that lung and vascular remodeling might share common pathophysiological mechanisms in hypertensive subjects.

Dyspareunia And Lubrication In Premature Ovarian Failure Using Hormonal Therapy And Vaginal Health.

To evaluate vaginal microbiological and functional aspects in women with and without premature ovarian failure (POF) and the relationship with sexual function. A cross-sectional study of 36 women with POF under hormonal therapy who were age-matched with 36 women with normal gonadal function. The vaginal tropism was assessed through hormonal vaginal cytology, vaginal pH and vaginal health index (VHI). Vaginal flora were assessed by the amine test, bacterioscopy and culture for fungi. Sexual function was evaluated through the questionnaire Female Sexual Function Index (FSFI). Women in both groups were of similar age and showed similar marital status. The two groups presented vaginal tropic scores according to the VHI but the tropism was worse among women in the POF group. No difference was observed with respect to hormonal cytology and pH. Vaginal flora was similar in both groups. Women with POF showed worse sexual performance with more pain and poorer lubrication than women in the control group. The VHI, the only parameter evaluated showing statistical difference between the groups, did not correlate with the domains of pain and lubrication in the FSFI questionnaire. These findings suggest that the use of systemic estrogen among women with POF is not enough to improve complaints of lubrication and pain despite conferring similar tropism and vaginal flora. Other therapeutic options need to be evaluated.