The CD4-like molecule LAG-3, biology and therapeutic applications.

IMPORTANCE OF THE FIELD: Promising immunotherapeutic agents targeting co-stimulatory pathways are currently being tested in clinical trials. One player in this array of regulatory pathways is the LAG-3/MHC class II axis. The lymphocyte activation gene-3 (LAG-3) is a negative co-stimulatory receptor that modulates T cell homeostasis, proliferation and activation. A recombinant soluble dimeric form of LAG-3 (sLAG-3-Ig, IMP321) shows adjuvant properties and enhances immunogenicity of tumor vaccines. Recent clinical trials produced encouraging results, especially when the human dimeric soluble form of LAG-3 (hLAG-3-Ig) was used in combination with chemotherapy. AREAS COVERED IN THIS REVIEW: The biological relevance of LAG-3 in vivo. Pre-clinical data demonstrating adjuvant properties, as well as the improvement of tumor immunity by sLAG-3-Ig. Recent advances in the clinical development of the therapeutic reagent IMP321, hLAG-3-Ig, for cancer treatment. WHAT THE READER WILL GAIN: This review summarizes preclinical and clinical data on the biological functions of LAG-3. TAKE HOME MESSAGE: The LAG-3 inhibitory pathway is attracting attention, in the light of recent studies demonstrating its role in T cell unresponsiveness, and Treg function after chronic antigen stimulation. As a soluble recombinant dimer, the sLAG-3-Ig protein acts as an adjuvant for therapeutic induction of T cell responses, and may be beneficial to cancer patients when used in combination therapies.

Decrease in luteinizing hormone pulse frequency during a five-hour peripheral Ghrelin infusion in the ovariectomized rhesus monkey

RESUME : La ghrelin est un peptide sécrété par l'estomac jouant un rôle important dans le maintien de l'homéostasie énergétique. Ses taux plasmatiques sont augmentés durant des périodes prolongées de déficit nutritionnel. Une carence énergétique étant souvent associée à une inhibition de l'axe hypothalamo-hypophyso-ovarien, nous avons postulé que l'augmentation des taux circulant de ghrelin pourrait diminuer l'activité du générateur hypothalamique de pulsations de GnRH. Le protocole expérimental impliquait des singes rhésus adultes ovariectomisés (n=6) qui dans un premier temps recevaient durant 3 heures une perfusion de solution saline physiologique afin de mesurer la sécrétion pulsatile de LH à l'état basai. L'expérience se poursuivait alors durant 5 heures par une perfusion intraveineuse de ghrelin humaine (un bolus de 100-150µg suivi par 100-150µg/h) ou le maintien de la perfusion de solution saline physiologique. Des échantillons de sang étaient prélevés toutes les 15 minutes. La perfusion de ghrelin a augmenté ses taux plasmatiques de 2.9 fois par rapport aux valeurs de base. L'administration de ghrelin a significativement diminué la fréquence des pulsations de LH (de 0.89±0.07/h à l'état basai à 0.57±0.10/h durant la perfusion de ghrelin; p<0.05, moyenne±SEM), alors que la fréquence des pulsations de LH est restée inchangée durant la perfusion de solution physiologique. L'amplitude des pulsations de LH n'a pas été modifiée. La ghrelin a également stimulé de manière significative la sécrétion de cortisol et d'hormone de croissance, mais n'a toutefois pas eu d'effet sur la sécrétion de leptin. En conclusion, la ghrelin peut inhiber l'activité du générateur de pulsations de GnRH et pourrait ainsi contribuer à l'inhibition de l'axe de la reproduction observée durant des périodes de carence nutritionnelle, comme notamment chez les patientes souffrant d'anorexie mentale. La ghrelin peut également activer l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien. Le lien dans cette situation entre l'activation de l'axe surrénalien et l'inhibition de l'axe de la reproduction reste à démontrer. ABSTRACT: Ghrelin, a nutrition-related peptide secreted by the stomach, is elevated during prolonged food deprivation. Because undernutrition is often associated with a suppressed reproductive axis, we have postulated that increasing peripheral ghrelin levels will decrease the activity of the GnRH pulse generator. Adult ovariectomized rhesus monkeys (n = 6) were subjected to a 5-h iv human ghrelin (100- to 150µg bolus followed by 100-150 µg/h) or saline infusion, preceded by a 3-h saline infusion to establish baseline pulsatile LH release. Blood samples were collected at 15-min intervals throughout the experiment. Ghrelin infusion increased plasma ghrelin levels 2.9-fold of baseline. Ghrelin significantly decreased LH pulse frequency (from 0.89 ± 0.07/h in baseline to 0.57 ± 0.10/h during ghrelin infusion; P<0.05, mean ± SEM), whereas LH pulse frequency remained unchanged during saline treatment. LH pulse amplitude was not affected. Ghrelin also significantly stimulated both Cortisol and GH release, but had no effect on leptin. We conclude that ghrelin can inhibit GnRH pulse activity and may thereby mediate the suppression of the reproductive system observed in conditions of undernutrition, such as in anorexia nervosa. Ghrelin also activates the adrenal axis, but the relevance of this to the inhibition of GnRH pulse frequency remains to be established.

Multi-scale systems analysis of plant development : beyond cellular signaling and tissue morphodynamics

Les plantes sont essentielles pour les sociétés humaines. Notre alimentation quotidienne, les matériaux de constructions et les sources énergétiques dérivent de la biomasse végétale. En revanche, la compréhension des multiples aspects développementaux des plantes est encore peu exploitée et représente un sujet de recherche majeur pour la science. L'émergence des technologies à haut débit pour le séquençage de génome à grande échelle ou l'imagerie de haute résolution permet à présent de produire des quantités énormes d'information. L'analyse informatique est une façon d'intégrer ces données et de réduire la complexité apparente vers une échelle d'abstraction appropriée, dont la finalité est de fournir des perspectives de recherches ciblées. Ceci représente la raison première de cette thèse. En d'autres termes, nous appliquons des méthodes descriptives et prédictives combinées à des simulations numériques afin d'apporter des solutions originales à des problèmes relatifs à la morphogénèse à l'échelle de la cellule et de l'organe. Nous nous sommes fixés parmi les objectifs principaux de cette thèse d'élucider de quelle manière l'interaction croisée des phytohormones auxine et brassinosteroïdes (BRs) détermine la croissance de la cellule dans la racine du méristème apical d'Arabidopsis thaliana, l'organisme modèle de référence pour les études moléculaires en plantes. Pour reconstruire le réseau de signalement cellulaire, nous avons extrait de la littérature les informations pertinentes concernant les relations entre les protéines impliquées dans la transduction des signaux hormonaux. Le réseau a ensuite été modélisé en utilisant un formalisme logique et qualitatif pour pallier l'absence de données quantitatives. Tout d'abord, Les résultats ont permis de confirmer que l'auxine et les BRs agissent en synergie pour contrôler la croissance de la cellule, puis, d'expliquer des observations phénotypiques paradoxales et au final, de mettre à jour une interaction clef entre deux protéines dans la maintenance du méristème de la racine. Une étude ultérieure chez la plante modèle Brachypodium dystachion (Brachypo- dium) a révélé l'ajustement du réseau d'interaction croisée entre auxine et éthylène par rapport à Arabidopsis. Chez ce dernier, interférer avec la biosynthèse de l'auxine mène à la formation d'une racine courte. Néanmoins, nous avons isolé chez Brachypodium un mutant hypomorphique dans la biosynthèse de l'auxine qui affiche une racine plus longue. Nous avons alors conduit une analyse morphométrique qui a confirmé que des cellules plus anisotropique (plus fines et longues) sont à l'origine de ce phénotype racinaire. Des analyses plus approfondies ont démontré que la différence phénotypique entre Brachypodium et Arabidopsis s'explique par une inversion de la fonction régulatrice dans la relation entre le réseau de signalisation par l'éthylène et la biosynthèse de l'auxine. L'analyse morphométrique utilisée dans l'étude précédente exploite le pipeline de traitement d'image de notre méthode d'histologie quantitative. Pendant la croissance secondaire, la symétrie bilatérale de l'hypocotyle est remplacée par une symétrie radiale et une organisation concentrique des tissus constitutifs. Ces tissus sont initialement composés d'une douzaine de cellules mais peuvent aisément atteindre des dizaines de milliers dans les derniers stades du développement. Cette échelle dépasse largement le seuil d'investigation par les moyens dits 'traditionnels' comme l'imagerie directe de tissus en profondeur. L'étude de ce système pendant cette phase de développement ne peut se faire qu'en réalisant des coupes fines de l'organe, ce qui empêche une compréhension des phénomènes cellulaires dynamiques sous-jacents. Nous y avons remédié en proposant une stratégie originale nommée, histologie quantitative. De fait, nous avons extrait l'information contenue dans des images de très haute résolution de sections transverses d'hypocotyles en utilisant un pipeline d'analyse et de segmentation d'image à grande échelle. Nous l'avons ensuite combiné avec un algorithme de reconnaissance automatique des cellules. Cet outil nous a permis de réaliser une description quantitative de la progression de la croissance secondaire révélant des schémas développementales non-apparents avec une inspection visuelle classique. La formation de pôle de phloèmes en structure répétée et espacée entre eux d'une longueur constante illustre les bénéfices de notre approche. Par ailleurs, l'exploitation approfondie de ces résultats a montré un changement de croissance anisotropique des cellules du cambium et du phloème qui semble en phase avec l'expansion du xylème. Combinant des outils génétiques et de la modélisation biomécanique, nous avons démontré que seule la croissance plus rapide des tissus internes peut produire une réorientation de l'axe de croissance anisotropique des tissus périphériques. Cette prédiction a été confirmée par le calcul du ratio des taux de croissance du xylème et du phloème au cours de développement secondaire ; des ratios élevés sont effectivement observés et concomitant à l'établissement progressif et tangentiel du cambium. Ces résultats suggèrent un mécanisme d'auto-organisation établi par un gradient de division méristématique qui génèrent une distribution de contraintes mécaniques. Ceci réoriente la croissance anisotropique des tissus périphériques pour supporter la croissance secondaire. - Plants are essential for human society, because our daily food, construction materials and sustainable energy are derived from plant biomass. Yet, despite this importance, the multiple developmental aspects of plants are still poorly understood and represent a major challenge for science. With the emergence of high throughput devices for genome sequencing and high-resolution imaging, data has never been so easy to collect, generating huge amounts of information. Computational analysis is one way to integrate those data and to decrease the apparent complexity towards an appropriate scale of abstraction with the aim to eventually provide new answers and direct further research perspectives. This is the motivation behind this thesis work, i.e. the application of descriptive and predictive analytics combined with computational modeling to answer problems that revolve around morphogenesis at the subcellular and organ scale. One of the goals of this thesis is to elucidate how the auxin-brassinosteroid phytohormone interaction determines the cell growth in the root apical meristem of Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), the plant model of reference for molecular studies. The pertinent information about signaling protein relationships was obtained through the literature to reconstruct the entire hormonal crosstalk. Due to a lack of quantitative information, we employed a qualitative modeling formalism. This work permitted to confirm the synergistic effect of the hormonal crosstalk on cell elongation, to explain some of our paradoxical mutant phenotypes and to predict a novel interaction between the BREVIS RADIX (BRX) protein and the transcription factor MONOPTEROS (MP),which turned out to be critical for the maintenance of the root meristem. On the same subcellular scale, another study in the monocot model Brachypodium dystachion (Brachypodium) revealed an alternative wiring of auxin-ethylene crosstalk as compared to Arabidopsis. In the latter, increasing interference with auxin biosynthesis results in progressively shorter roots. By contrast, a hypomorphic Brachypodium mutant isolated in this study in an enzyme of the auxin biosynthesis pathway displayed a dramatically longer seminal root. Our morphometric analysis confirmed that more anisotropic cells (thinner and longer) are principally responsible for the mutant root phenotype. Further characterization pointed towards an inverted regulatory logic in the relation between ethylene signaling and auxin biosynthesis in Brachypodium as compared to Arabidopsis, which explains the phenotypic discrepancy. Finally, the morphometric analysis of hypocotyl secondary growth that we applied in this study was performed with the image-processing pipeline of our quantitative histology method. During its secondary growth, the hypocotyl reorganizes its primary bilateral symmetry to a radial symmetry of highly specialized tissues comprising several thousand cells, starting with a few dozens. However, such a scale only permits observations in thin cross-sections, severely hampering a comprehensive analysis of the morphodynamics involved. Our quantitative histology strategy overcomes this limitation. We acquired hypocotyl cross-sections from tiled high-resolution images and extracted their information content using custom high-throughput image processing and segmentation. Coupled with an automated cell type recognition algorithm, it allows precise quantitative characterization of vascular development and reveals developmental patterns that were not evident from visual inspection, for example the steady interspace distance of the phloem poles. Further analyses indicated a change in growth anisotropy of cambial and phloem cells, which appeared in phase with the expansion of xylem. Combining genetic tools and computational modeling, we showed that the reorientation of growth anisotropy axis of peripheral tissue layers only occurs when the growth rate of central tissue is higher than the peripheral one. This was confirmed by the calculation of the ratio of the growth rate xylem to phloem throughout secondary growth. High ratios are indeed observed and concomitant with the homogenization of cambium anisotropy. These results suggest a self-organization mechanism, promoted by a gradient of division in the cambium that generates a pattern of mechanical constraints. This, in turn, reorients the growth anisotropy of peripheral tissues to sustain the secondary growth.

Automated segmentation of multiple red blood cells with digital holographic microscopy.

We present a method to automatically segment red blood cells (RBCs) visualized by digital holographic microscopy (DHM), which is based on the marker-controlled watershed algorithm. Quantitative phase images of RBCs can be obtained by using off-axis DHM along to provide some important information about each RBC, including size, shape, volume, hemoglobin content, etc. The most important process of segmentation based on marker-controlled watershed is to perform an accurate localization of internal and external markers. Here, we first obtain the binary image via Otsu algorithm. Then, we apply morphological operations to the binary image to get the internal markers. We then apply the distance transform algorithm combined with the watershed algorithm to generate external markers based on internal markers. Finally, combining the internal and external markers, we modify the original gradient image and apply the watershed algorithm. By appropriately identifying the internal and external markers, the problems of oversegmentation and undersegmentation are avoided. Furthermore, the internal and external parts of the RBCs phase image can also be segmented by using the marker-controlled watershed combined with our method, which can identify the internal and external markers appropriately. Our experimental results show that the proposed method achieves good performance in terms of segmenting RBCs and could thus be helpful when combined with an automated classification of RBCs.

Spatial processing for frequency diversity schemes

A novel technique to obtain optimum blind spatialprocessing for frequency diversity spread spectrum (FDSS) communicationsystems is introduced. The sufficient statistics for alinear combiner, which prove ineffective due to the interferers frequencycharacteristics, are modified to yield improved detectionunder partial jamming in the spectral domain. Robustness to partialtime jamming is achieved by extending the notion of replicasover the frequency axis to a repetition over the time variable. Analysisand simulations are provided, showing the advantages of usingFDSS with spatial diversity to combat the interference when it isconfined to a narrow frequency band or short time interval relativeto the desired signal extent in either domain.

Brain glucose sensing and neural regulation of insulin and glucagon secretion.

Glucose homeostasis requires the tight regulation of glucose utilization by liver, muscle and white or brown fat, and glucose production and release in the blood by liver. The major goal of maintaining glycemia at ∼ 5 mM is to ensure a sufficient flux of glucose to the brain, which depends mostly on this nutrient as a source of metabolic energy. This homeostatic process is controlled by hormones, mainly glucagon and insulin, and by autonomic nervous activities that control the metabolic state of liver, muscle and fat tissue but also the secretory activity of the endocrine pancreas. Activation or inhibition of the sympathetic or parasympathetic branches of the autonomic nervous systems are controlled by glucose-excited or glucose-inhibited neurons located at different anatomical sites, mainly in the brainstem and the hypothalamus. Activation of these neurons by hyper- or hypoglycemia represents a critical aspect of the control of glucose homeostasis, and loss of glucose sensing by these cells as well as by pancreatic β-cells is a hallmark of type 2 diabetes. In this article, aspects of the brain-endocrine pancreas axis are reviewed, highlighting the importance of central glucose sensing in the control of counterregulation to hypoglycemia but also mentioning the role of the neural control in β-cell mass and function. Overall, the conclusions of these studies is that impaired glucose homeostasis, such as associated with type 2 diabetes, but also defective counterregulation to hypoglycemia, may be caused by initial defects in glucose sensing.