Grain yield, carbon isotope discrimination and mineral content in mature kernels of barley under irrigated and rainfed conditions

The relationship between yield, carbon isotope discrimination and ash content in mature kernels was examined for a set of 13 barley (Hordeum vulgare) cultivars. Plants were grown under rainfed and well-irrigated conditions in a Mediterranean area. Water deficit caused a decrease in both grain yield and carbon isotope discrimination (Δ). The yield was positively related to Δ and negatively related to ash content, across genotypes within each treatment. However, whereas the correlation between yield and Δ was higher for the set of genotypes under well-irrigated (r=0.70, P<0.01) than under rainfed (r=0.42) conditions, the opposite occurred when yield and ash content were related, ie r=-0.38 under well-irrigated and r=-0.73, (P<0.01) under rainfed conditions. Carbon isotope discrimination and ash content together account for almost 60% of the variation in yield, in both conditions. There was no significant relationship (r=-0.15) between carbon isotope discrimination and ash content in well-irrigated plants, whereas in rainfed plants, this relationship, although significant (r=-0.54, P< 0.05), was weakly negative. The concentration of several mineral elements was measured in the same kernels. The mineral that correlated best with ash content, yield and A, was K. For yield and Δ, although the relationship with K followed the same pattern as the relationhip with ash content, the correlation coefficients were lower. Thus, mineral accumulation in mature kernels seems to be independent of transpiration efficiency. In fact, filling of grains takes place through the phloem pathway. The ash content in kernels is proposed as a complementary criterion, in addition to kernel Δ, to assess genotype differences in barley grain yield under rainfed conditions.

Circadian clock orchestration of signaling pathways influences mouse metabolism

Circadian clocks, present in organisms leaving in a rhythmic environment, constitute the mechanisms allowing anticipation and adaptation of behavior and physiology in response to these environmental variations. As a consequence, most aspects of metabolism and behavior are under the control of this circadian clock. At a molecular level, in all the studied species, the rhythmic expression of the genes involved are generated by interconnected transcriptional and translational feedback loops. In mammals, the heterodimer composed of BMAL1 and its partners CLOCK or NPAS2 constitutes a transcriptional activator regulating transcription of Per and Cry genes. These genes encode for repressors of the activity of BMAL1:CLOCK or BMAL1: NPAS2 heterodimers, thus closing a negative feedback loop that generates rhythms of approximately 24 hours. The aim of my doctoral work consisted in the investigation of the role of circadian clock in the regulation of different aspects of mouse metabolism through the rhythmic activation of signaling pathways. First, we showed that one way how the circadian clock exerts its function as an oscillator is through the regulation of mRNA translation. Indeed, we present evidence showing that circadian clock influences the temporal translation of a subset of mRNAs involved in ribosome biogenesis by controlling the transcription of translation initiation factors as well as the clock-dependent rhythmic activation of signaling pathways involved in their regulation. Moreover, the circadian oscillator regulates the transcription of ribosomal protein mRNAs and ribosomal RNAs. Thus the circadian clock exerts a major role in coordinating transcription and translation steps underlying ribosome biogenesis. In the second part, we showed the involvement of the circadian clock in lipid metabolism. Indeed, the three PAR bZip transcription factors DBP, TEF and HLF, are regulated by the molecular clock and play key roles in the control of lipid metabolism. Here we present evidence concerning the circadian expression and activity of PPARα via the circadian transcription of genes involved in the release of fatty acids, natural ligands of PPARα. It leads to the rhythmic activation of PPARα itself which could then play its role in the transcription of genes encoding proteins involved in lipid, cholesterol and glucose metabolism. In addition, we considered the possible role of lipid transporters, here SCP2, in the modulation of circadian activation of signaling pathways such as TORC1, PPARα and SREBP, linked to metabolism, and its feedback on the circadian clock. In the last part of this work, we studied the effects of these circadian clock-orchestrated pathways in physiology, as clock disruptions have been shown to be linked to metabolic disorders. We performed in vivo experiments on genetically and high-fat induced obese mice devoid of functional circadian clock. The results obtained showed that clock disruption leads to impaired triglycerides and glucose homeostasis in addition to insulin secretion and sensitivity. -- Les rythmes circadiens, présents chez tout organisme vivant dans un environnement rythmique, constituent l'ensemble de mécanismes permettant des réponses comportementales et physiologiques anticipées et adaptées aux variations environnementales. De ce fait, la plupart des aspects liés au métabolisme et au comportement de ces organismes apparaissent être sous le contrôle de l'horloge circadienne contrôlant ces rythmes. Au niveau moléculaire, dans toutes les espèces étudiées, l'expression rythmique de gènes impliqués sont générés par l'interconnexion de boucles de contrôle transcriptionnelles et traductionnelles. Chez les mammifères, l'hétérodimère composé de BMAL1 et de ses partenaires CLOCK ou NPAS2 constitue un activateur transcriptionnel régulant la transcription des gènes Per et Cry. Ces gènes codent pour des répresseurs de l'activité des hétérodimères BMAL1:CLOCK ou BMAL1:NPAS2. Cela a pour effet de fermer la boucle négative, générant ainsi des rythmes d'environ 24 heures. Le but de mon travail de thèse a consisté en l'investigation du rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de certains aspects du métabolisme chez la souris via la régulation de l'activation rythmique des voies de signalisation. Nous avons tout d'abord montré que l'horloge circadienne exerce sa fonction d'oscillateur notamment au niveau de la régulation de la traduction des ARNm. En effet, nous présentons des preuves montrant que l'horloge circadienne influence la traduction temporelle d'un groupe d'ARNm impliqués dans la biogénèse des ribosomes en contrôlant la transcription de facteurs d'initiation de la traduction ainsi que l'activation rythmique des voies de signalisation qui sont impliquées dans leur régulation. De plus, l'oscillateur circadien régule la transcription d'ARNm codant pour les protéines ribosomales et d'ARN ribosomaux. De cette façon, l'horloge circadienne exerce un rôle majeur dans la coordination des étapes de transcription et traduction permettant la biogénèse des ribosomes. Dans la deuxième partie, nous montrons les implications de l'horloge circadienne dans le métabolisme des lipides. En effet, DBP, TEF et HLF, trois facteurs de transcription de la famille des PAR bZip qui sont régulés par l'horloge circadienne, jouent un rôle clé dans le contrôle du métabolisme des lipides par l'horloge circadienne. Nous apportons ici des preuves concernant l'expression et l'activité rythmiques de PPARα via la transcription circadienne de gènes impliqués dans le relargage d'acides gras, ligands naturels de PPARα, conduisant à l'activation circadienne de PPARα lui-même, pouvant ainsi jouer son rôle de facteur de transcription de gènes codant pour des protéines impliquées dans le métabolisme des lipides, du cholestérol et du glucose. De plus, nous nous sommes penchés sur le rôle possible de transporteurs de lipides, ici SCP2, dans la modulation de l'activation circadienne de voies de signalisation, telles que TORC1, PPARα et SREBP, qui sont liées au métabolisme, ainsi que son impact sur l'horloge elle-même. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons étudié les effets de l'activation de ces voies de signalisation régulées par l'horloge circadienne dans le contexte physiologique puisqu'il a été montré que la perturbation de l'horloge pouvait être associée à des désordres métaboliques. Pour ce faire, nous avons fait des expériences in vivo sur des souris déficientes pour l'horloge moléculaire pour lesquelles l'obésité est induite génétiquement ou induite par la nourriture riche en lipides. Les résultats que nous obtenons montrent des dérèglements au niveau de l'homéostasie des triglycérides et du glucose ainsi que sur l'expression et la réponse à l'insuline.

Development and application of computational methodologies in qualitative modeling

La présente thèse s'intitule "Développent et Application des Méthodologies Computationnelles pour la Modélisation Qualitative". Elle comprend tous les différents projets que j'ai entrepris en tant que doctorante. Plutôt qu'une mise en oeuvre systématique d'un cadre défini a priori, cette thèse devrait être considérée comme une exploration des méthodes qui peuvent nous aider à déduire le plan de processus regulatoires et de signalisation. Cette exploration a été mue par des questions biologiques concrètes, plutôt que par des investigations théoriques. Bien que tous les projets aient inclus des systèmes divergents (réseaux régulateurs de gènes du cycle cellulaire, réseaux de signalisation de cellules pulmonaires) ainsi que des organismes (levure à fission, levure bourgeonnante, rat, humain), nos objectifs étaient complémentaires et cohérents. Le projet principal de la thèse est la modélisation du réseau de l'initiation de septation (SIN) du S.pombe. La cytokinèse dans la levure à fission est contrôlée par le SIN, un réseau signalant de protéines kinases qui utilise le corps à pôle-fuseau comme échafaudage. Afin de décrire le comportement qualitatif du système et prédire des comportements mutants inconnus, nous avons décidé d'adopter l'approche de la modélisation booléenne. Dans cette thèse, nous présentons la construction d'un modèle booléen étendu du SIN, comprenant la plupart des composantes et des régulateurs du SIN en tant que noeuds individuels et testable expérimentalement. Ce modèle utilise des niveaux d'activité du CDK comme noeuds de contrôle pour la simulation d'évènements du SIN à différents stades du cycle cellulaire. Ce modèle a été optimisé en utilisant des expériences d'un seul "knock-out" avec des effets phénotypiques connus comme set d'entraînement. Il a permis de prédire correctement un set d'évaluation de "knock-out" doubles. De plus, le modèle a fait des prédictions in silico qui ont été validées in vivo, permettant d'obtenir de nouvelles idées de la régulation et l'organisation hiérarchique du SIN. Un autre projet concernant le cycle cellulaire qui fait partie de cette thèse a été la construction d'un modèle qualitatif et minimal de la réciprocité des cyclines dans la S.cerevisiae. Les protéines Clb dans la levure bourgeonnante présentent une activation et une dégradation caractéristique et séquentielle durant le cycle cellulaire, qu'on appelle communément les vagues des Clbs. Cet évènement est coordonné avec la courbe d'activation inverse du Sic1, qui a un rôle inhibitoire dans le système. Pour l'identification des modèles qualitatifs minimaux qui peuvent expliquer ce phénomène, nous avons sélectionné des expériences bien définies et construit tous les modèles minimaux possibles qui, une fois simulés, reproduisent les résultats attendus. Les modèles ont été filtrés en utilisant des simulations ODE qualitatives et standardisées; seules celles qui reproduisaient le phénotype des vagues ont été gardées. L'ensemble des modèles minimaux peut être utilisé pour suggérer des relations regulatoires entre les molécules participant qui peuvent ensuite être testées expérimentalement. Enfin, durant mon doctorat, j'ai participé au SBV Improver Challenge. Le but était de déduire des réseaux spécifiques à des espèces (humain et rat) en utilisant des données de phosphoprotéines, d'expressions des gènes et des cytokines, ainsi qu'un réseau de référence, qui était mis à disposition comme donnée préalable. Notre solution pour ce concours a pris la troisième place. L'approche utilisée est expliquée en détail dans le dernier chapitre de la thèse. -- The present dissertation is entitled "Development and Application of Computational Methodologies in Qualitative Modeling". It encompasses the diverse projects that were undertaken during my time as a PhD student. Instead of a systematic implementation of a framework defined a priori, this thesis should be considered as an exploration of the methods that can help us infer the blueprint of regulatory and signaling processes. This exploration was driven by concrete biological questions, rather than theoretical investigation. Even though the projects involved divergent systems (gene regulatory networks of cell cycle, signaling networks in lung cells), as well as organisms (fission yeast, budding yeast, rat, human), our goals were complementary and coherent. The main project of the thesis is the modeling of the Septation Initiation Network (SIN) in S.pombe. Cytokinesis in fission yeast is controlled by the SIN, a protein kinase signaling network that uses the spindle pole body as scaffold. In order to describe the qualitative behavior of the system and predict unknown mutant behaviors we decided to adopt a Boolean modeling approach. In this thesis, we report the construction of an extended, Boolean model of the SIN, comprising most SIN components and regulators as individual, experimentally testable nodes. The model uses CDK activity levels as control nodes for the simulation of SIN related events in different stages of the cell cycle. The model was optimized using single knock-out experiments of known phenotypic effect as a training set, and was able to correctly predict a double knock-out test set. Moreover, the model has made in silico predictions that have been validated in vivo, providing new insights into the regulation and hierarchical organization of the SIN. Another cell cycle related project that is part of this thesis was to create a qualitative, minimal model of cyclin interplay in S.cerevisiae. CLB proteins in budding yeast present a characteristic, sequential activation and decay during the cell cycle, commonly referred to as Clb waves. This event is coordinated with the inverse activation curve of Sic1, which has an inhibitory role in the system. To generate minimal qualitative models that can explain this phenomenon, we selected well-defined experiments and constructed all possible minimal models that, when simulated, reproduce the expected results. The models were filtered using standardized qualitative ODE simulations; only the ones reproducing the wave-like phenotype were kept. The set of minimal models can be used to suggest regulatory relations among the participating molecules, which will subsequently be tested experimentally. Finally, during my PhD I participated in the SBV Improver Challenge. The goal was to infer species-specific (human and rat) networks, using phosphoprotein, gene expression and cytokine data and a reference network provided as prior knowledge. Our solution to the challenge was selected as in the final chapter of the thesis.

Les marquages corporels à l'adolescence : expression d'un mal-être profond? : se marquer pour se démarquer : du repérage des signes au choix des réponses adaptées

La problématique des marquages corporels en tant que pratiques ancestrales s'insèrent dans des formes contemporaines d'inscription corporelle. Nous nous sommes permis d'essayer de savoir s'il s'agissait toujours d'une expression d'un malaise psychologique important ? Quelles peuvent en être les conséquences ? Pourquoi marquer le corps ? La mise en oeuvre de ce travail s'est articulée en deux phases, au départ, nous avons opéré par une pré-enquête d'envergure qui a regroupé 200 adolescents (10 filles et 190 garçons). Ensuite et dans un deuxième temps nous avons interrogé dix adolescents qui se marquent la peau dont trois garçons, âgés de quinze à dix-neuf ans. Grâce à une « tri approche » : Entretien clinique, tests du Rorschach et du TAT. Les résultats auxquels nous sommes parvenus peuvent être résumés comme suit : ces pratiques expriment une souffrance qui peine à trouver une voie d'expression symbolique autre que le corps, l'angoisse et la relation d'objet du type anaclitique, l'organisation défensive renseigneraient essentiellement sur des défenses narcissiques, centrées notamment autour du clivage et le retournement sur soi, une identité fragile marquée par une image du corps et représentation de soi fragiles et un sur (dés) investissement des limites. Il s'agit d'une emprise sur le corps et sur les marques mêmes, permettant de retrouver l'objet et le recréer. À partir des principaux résultats obtenus, nous envisageons de travailler, en filigrane sur les spécificités des types de marquages corporels existant en Algérie. En effet si le présent travail s'est étayé sur une analyse prônant la globalité, un comparatif entre les types de marquages, de même, l'établissement d'un lien entre la symbolique de certaines pratiques et les soubassements psychodynamiques qui l'entourent, serait d'un apport considérable dans la compréhension du fait étudié dans ses moindres « recoins ». -- The problem of the physical markings as ancestral practices fit into contemporary forms of physical registration. We allowed to try to know if it was always about an expression of an important psychological illness? What can be the consequences? Why to mark the body? The application of this work articulated in two phases, at first, we operated by a large-scale pre- inquiry which grouped together 200 teenagers (10 girls and 190 boys). Then and in the second time we interrogated ten teenagers who mark the skin among which three boys, from fifteen to nineteen years old. Thanks to one « sorting approaches »: clinical Interview, tests of Rorschach and TAT. The results which we reached can be summarized as follows: these practices express a suffering which has difficulty in finding a way of symbolic expression other one than the body, the fear and the relation of object of the type anaclitique, the defensive organization would inform essentially about narcissistic defences, centred notably around the cleavage and the reversal on one, a fragile identity marked by an image of the body and the representation of one fragile and one on investment of the limits. It is about an influence on the body and on the marks, allowing to find the object and to recreate it. From the main obtained results, we intend to work, between the lines on the specificities of the types of physical markings existing in Algeria. Indeed if the present work supported on an analysis lauding the global nature, a comparative degree between the types of markings, also, the establishment of a link between the symbolism of certain practices and the bases psychodynamiques who surround him, would be of a considerable contribution in the understanding of the fact studied in its slightest « hidden recesses ».

Les circonstances de l'infection par le VIH

Aujourd'hui encore, en Suisse, nous pouvons recenser chaque année pas moins de 600 nouveaux diagnostics de VIH (virus de l'immunodéficience humaine) [1]. Selon les définitions de l'ONUSIDA, l'épidémie du VIH en Suisse est dite concentrée [2] ; c'est-à-dire que la prévalence de l'infection au sein de la population générale est faible (0.4%), alors qu'elle touche plus fortement les groupes cibles, que sont les hommes ayant des rapports sexuels avec d'autres hommes (HSH), les consommateurs de drogues par voie intraveineuse (IDU) et les migrants en provenance de pays à haute prévalence (PHP). Il est donc primordial que l'épidémie du VIH soit surveillée et évaluée. La recherche sur le VIH ainsi que l'évaluation de son épidémie sont menées par plusieurs organismes, dont l'Etude suisse de cohorte VIH (SHCS), qui collecte avant tout des données cliniques sur le sujet. Une des tâches de cette surveillance est de pouvoir définir les groupes à risque accru d'exposition au VIH, afin qu'ils puissent bénéficier des mesures de prévention et de dépistage adéquates permettant de ralentir la propagation dudit virus [1]. En 2007, le « Clinics and Laboratories Committee » de la SHCS décide d'intégrer de nouvelles questions ciblant les circonstances de l'infection par le VIH aux formulaires adressés aux patients nouvellement inclus dans l'étude (cf annexe 1). Quatre questions sont alors sélectionnées pour explorer ce sujet : - Selon le médecin, quelle est la source probablement responsable de l'infection ? - Est-ce que le patient connaît une ou plusieurs sources potentielles de son infection ? - Est-ce que le patient connaît la période durant laquelle il a contracté le virus ? - Selon lui, où l'infection a-t-elle vraisemblablement eu lieu ?

β-catenin signalling in Glioblastoma multiforme and Glioma-initiating cells

Glioblastoma multiforme (GBM) is a commonly occurring brain tumor with a poor prognosis. GBM can develop both “de novo” or evolve from a previous astrocytoma and is characterized by high proliferation and infiltration into the surrounding tissue. Following treatment (surgery, radiotherapy, and chemotherapy), tumors often reappear. Glioma-initiating cells (GICs) have been identified in GBM and are thought to be responsible for tumors initiation, their continued growth, and recurrence. β-catenin, a component of the cell-cell adhesion complex and of the canonical Wnt pathway, regulates proliferation, adhesion, and migration in different cell types. β-catenin and components of the Wnt canonical pathway are commonly overexpressed in GBM. Here, we review previous work on the role of Wnt/β-catenin signalling in glioma initiation, proliferation, and invasion. Understanding the molecular mechanisms regulating GIC biology and glioma progression may help in identifying novel therapeutic targets for GBM treatment.

Yverdon-les-Bains et Sermuz à la fin de l'âge du fer

La première partie de cette étude est consacrée à l'étude des vestiges découverts entre 1990 et 1994 à Yverdon-les-Bains (VD) en quatre points de la rue des Philosophes (n°s 7, 13, 21 et 27). L'étude des secteurs fouillés permet de retracer l'histoire d'une zone périphérique de l'agglomération depuis la fin du IVe s. av. J.-C. jusqu'au haut Moyen Age, où une nécropole s'est développée sur trois des parcelles étudiées {cf. CAR 75). L'accès oriental de l'agglomération est barré dès la fin du IVe s. par une palissade peut-être associée à un fossé. Le secteur sud n'a pas livré de vestige contemporain de cet aménagement, mais a été fréquenté depuis le début du IIe s. av. notre ère. Par la suite, un réseau de fossés de petites dimensions a été mis en place, qui d'un point de vue topographique se situe en aval du cordon littoral III, dans une zone anciennement marécageuse. Une fonction drainante a ainsi été postulée pour ces aménagements, qui ont peut-être été réalisés en vue de la construction du rempart. Celui-ci a été dégagé sur trois des parcelles fouillées. Un niveau de démolition repéré au n° 7 de la rue des Philosophes indique qu'il se prolongeait probablement en direction du lac, de l'autre côté de la voie d'accès conduisant à Voppidum partiellement dégagée en 1982 .Le rempart d'Yverdon se rattache au groupe des remparts à poteaux frontaux (Pfostenschlitzmauer) caractérisé par un parement en pierres sèches interrompu à intervalles réguliers (en moyenne 1.40 m) par des pieux de grandes dimensions (section: 50/60 x 30/40 cm) qui étaient reliés à une seconde rangée de pieux, distante d'environ 4 m du front de l'ouvrage; une rampe située à l'arrière de ce dispositif devait assurer la stabilité de l'ensemble. L'excellente conservation de plusieurs dizaines de ces pieux a permis de dater de manière absolue la construction de l'ouvrage vers 80 av. J.-C. Le rempart yverdonnois présente une particularité technique inédite des plus intéressante du point de vue constructif : les pieux des deux rangées ne sont pas implantés verticalement comme cela est généralement le cas, mais de manière oblique. Ce mode opératoire présente un progrès important, car il améliore notablement le comportement statique de l'ouvrage tout en facilitant sa mise en oeuvre (étude du Prof. L. Pflug). La fortification est précédée, dans le secteur sud, par plusieurs aménagements en bois, dont une palissade construite quelques années avant le rempart lui-même et une série de pieux qui pourrait appartenir à une ligne de défense avancée. Trois fossés précèdent le rempart dans le secteur oriental. Le premier, situé à moins d'un mètre de la base de la fortification, est probablement antérieur à cette dernière. Hormis les structures à caractère défensif, plusieurs aménagements de La Tène finale ont été dégagés sur les différentes parcelles, dont une cabane semi-enterrée de plan rectangulaire au n° 7 de la rue des Philosophes. En raison de sa situation extra muros et de son plan, une vocation artisanale a été proposée pour ce bâtiment. Une tombe datée de La Tène D1 par ses offrandes a été découverte au nord du chantier des Philosophes 21 parmi un groupe de sépultures de la nécropole tardo-antique du Pré de la Cure. La transgression lacustre mise en évidence au Parc Piguet paraît également avoir affecté la partie orientale de l'oppidum. Cet événement est survenu avant la démolition de la fortification, qui est datée vers le milieu du Ier s. avant notre ère. Les vestiges du vicus d'époque romaine, dégagés uniquement sur de petites surfaces, comprennent plusieurs constructions en terre et bois, une cave et un bâtiment maçonnés ainsi que plusieurs puits. L'étude du mobilier associé aux aménagements les plus récents situe l'abandon de l'agglomération dans la seconde moitié du IIIe s. ap. J.-C. pour trois des parcelles fouillées, alors que la zone des Philosophes 27 était peut-être encore occupée au siècle suivant.Les fouilles ont livré un abondant mobilier dont la majeure partie remonte à La Tène finale. La céramique de cette époque a été classée en fonction de critères technologique, formel et esthétique précis afin de mettre en évidence des marqueurs significatifs en termes chronologiques. Six horizons principaux ont été distingués, qui s'échelonnent entre le IIe s. av. J.-C. et le début de l'époque tibérienne. On retiendra pour la fin de l'âge du Fer que la première partie de La Tène finale est caractérisée par un vaisselier comprenant une majorité de formes basses en pâte sombre fine, alors que la période suivante voit une nette augmentation des récipients en pâte grossière, dont la plupart sont des pots à cuire à large lèvre déversée. Le registre décoratif évolue également: certains motifs ne sont attestés que durant une période, alors que d'autres se distinguent uniquement par leur fréquence. D'un point de vue économique, Yverdon, à l'image des sites du Plateau suisse, se situe durant la première partie de La Tène finale en dehors des voies commerciales. Les produits méditerranéens sont en effet extrêmement rares durant cette période, alors que leur nombre augmente sensiblement vers la fin de l'âge du Fer. La seconde partie de cette étude est dévolue à l'étude du murus gallicus de Sermuz (Ph. Curdy) et à la comparaison des divers modes constructifs mis en oeuvre pour les fortifications de la région des Trois-Lacs. La partie conclusive récapitule de manière chronologique l'évolution des occupations à Yverdon-les-Bains depuis l'âge du Bronze jusqu'au haut Moyen Âge et propose d'intégrer les nouveaux résultats dans une perspective historique. Diverses hypothèses évoquent les raisons qui conduirent les Yverdonnois à se retrancher vers 80 av. J.-C. et les relations qu'ils entretenaient avec le site voisin de Sermuz. Pour terminer, la fonction de ce dernier est discutée dans ce cadre, notamment l'hypothèse d'une occupation du territoire helvète par des troupes romaines antérieure à l'Alpenfeldzug .

Signalling by neurotrophins and hepatocyte growth factor regulates axon morphogenesis by differential β-catenin phosphorylation

Tyrosine phosphorylation of ß-catenin, a component of adhesion complexes and the Wnt pathway, affects cell adhesion, migration and gene transcription. By reducing ßcatenin availability using shRNA-mediated gene silencing or expression of intracellular N-cadherin, we show that ß-catenin is required for axon growth downstream of Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF) and Hepatocyte Growth Factor (HGF) signalling. We demonstrate that receptor tyrosine kinases (RTK) Trk and Met interact with and phosphorylate ß-catenin. Neurotrophins (NT) stimulation of Trk receptors results in phosphorylation of ß-catenin at residue Y654 and increased axon growth and branching. Conversely, pharmacological inhibition of Trk or a Y654F mutant blocks these effects. ß-catenin phospho(P)-Y654 colocalizes with the cytoskeleton at growth cones. However, HGF that also increases axon growth and branching, induces ß-catenin phosphorylation at Y142 and a nuclear localization. Interestingly, dominant negative ΔN-TCF4 abolishes the effects of HGF in axon growth and branching, but not of NT. We conclude that NT and HGF signalling differentially phosphorylate ß-catenin, targeting ß-catenin to distinct compartments to regulate axon morphogenesis by TCF4-transcription-dependent and independent mechanisms. These results place ß-catenin downstream of growth factor/RTK signalling in axon differentiation.

Mise en pratique d'un support de cours dans le cadre d'une formation spécialisée en santé au travail à la Faculté des sciences de la santé, Université d'Abomey Calavi, Cotonou, Bénin

La promotion de la santé au travail, le transfert de connaissances et l'échange d'expériences font partie, entre autres, des missions de l'Institut universitaire romand de Santé au Travail (IST). La collaboration entre un pays industrialisé et un pays en voie de développement peut fortement contribuer à la prise de conscience d'un concept important comme celui de la santé au travail. Au Bénin, une formation spécialisée en santé au travail a été mise en place depuis une dizaine d'années. Pour soutenir ses activités de coopération, l'IST a développé, avec le soutien de l'Organisation mondiale de la Santé (OMS) et avec le concours du Service de toxicologie industrielle et des pollutions intérieures de l'Etat de Genève (STIPI), le livre « Introduction à l'hygiène du travail ». Ce document représente un support de cours utile pour former des spécialistes et des intervenants en santé et sécurité au travail qui ne sont pas hygiénistes du travail. Il a été imprimé en 2007 à grande échelle dans la série « Protecting workers' health » de l'OMS et est accessible électroniquement sur le site de l'OMS. Le but de ce travail de diplôme est de mettre en pratique et d'évaluer ce support de cours dans le cadre d'une formation spécialisée en Santé au Travail à la Faculté des Sciences de la Santé de l'Université d'Abomey Calavi à Cotonou, Bénin. Le module d'hygiène du travail a été donné sur une semaine de cours. La semaine était composée de cours théoriques, de visites d'entreprises ainsi que d'un examen d'évaluation en fin de semaine. Globalement, malgré la densité du cours, les messages importants du module ont été acquis. Le support du cours est un outil permettant de transmettre les bases d'une discipline importante dans le domaine de la santé au travail, notamment dans un pays où la législation est encore balbutiante.

How environmental sounds become meaningful

The term "sound object" describes an auditory experience that is associated with an acoustic event produced by a sound source. In natural settings, a sound produced by a living being or an object provides information about the identity and the location of the sound source. Sound's identity is orocessed alono the ventral "What" pathway which consists of regions within the superior and middle temporal cortices as well as the inferior frontal gyrus. This work concerns the creation of individual auditory object representations in narrow semantic categories and their plasticity using electrical imaging. Discrimination of sounds from broad category has been shown to occur along a temporal hierarchy and in different brain regions along the ventral "What" pathway. However, sounds belonging to the same semantic category, such as faces or voices, were shown to be discriminated in specific brain areas and are thought to represent a special class of stimuli. I have investigated how cortical representations of a narrow category, here birdsongs, is modulated by training novices to recognized songs of individual bird species. Dynamic analysis of distributed source estimations revealed differential sound object representations within the auditory ventral "What" pathway as a function of the level of expertise newly acquired. Correct recognition of trained items induces a sharpening within a left-lateralized semantic network starting around 200ms, whereas untrained items' processing occurs later in lower-level and memory-related regions. With another category of sounds belonging to the same category, here heartbeats, I investigated the cortical representations of correct and incorrect recognition of sounds. Source estimations revealed differential representations partially overlapping with regions involved in the semantic network that is activated when participants became experts in the task. Incorrect recognition also induces a higher activation when compared to correct recognition in regions processing lower-level features. The discrimination of heartbeat sounds is a difficult task and requires a continuous listening. I investigated whether the repetition effects are modulated by participants' behavioral performance. Dynamic source estimations revealed repetition suppression in areas located outside of the semantic network. Therefore, individual environmental sounds become meaningful with training. Their representations mainly involve a left-lateralized network of brain regions that are tuned with expertise, as well as other brain areas, not related to semantic processing, and occurring in early stages of semantic processing. -- Le terme objet sonore" décrit une expérience auditive associée à un événement acoustique produit par une source sonore. Dans l'environnement, un son produit par un être vivant ou un objet fournit des informations concernant l'identité et la localisation de la source sonore. Les informations concernant l'identité d'un son sont traitée le long de la voie ventrale di "Quoi". Cette voie est composée de regions situées dans le cortex temporal et frontal. L'objet de ce travail est d'étudier quels sont les neuro-mecanismes impliqués dans la représentation de nouveaux objets sonores appartenant à une meme catégorie sémantique ainsi que les phénomènes de plasticité à l'aide de l'imagerie électrique. Il a été montré que la discrimination de sons appartenant à différentes catégories sémantiques survient dans différentes aires situées le long la voie «Quoi» et suit une hiérarchie temporelle II a également été montré que la discrimination de sons appartenant à la même catégorie sémantique tels que les visages ou les voix, survient dans des aires spécifiques et représenteraient des stimuli particuliers. J'ai étudié comment les représentations corticales de sons appartenant à une même catégorie sémantique, dans ce cas des chants d'oiseaux, sont modifiées suite à un entraînement Pour ce faire, des sujets novices ont été entraînés à reconnaître des chants d'oiseaux spécifiques L'analyse des estimations des sources neuronales au cours du temps a montré que les representations des objets sonores activent de manière différente des régions situées le long de la vo,e ventrale en fonction du niveau d'expertise acquis grâce à l'entraînement. La reconnaissance des chants pour lesquels les sujets ont été entraînés implique un réseau sémantique principalement situé dans l'hémisphère gauche activé autour de 200ms. Au contraire, la reconnaissance des chants pour lesquels les sujets n'ont pas été entraînés survient plus tardivement dans des régions de plus bas niveau. J'ai ensuite étudié les mécanismes impliqués dans la reconnaissance et non reconnaissance de sons appartenant à une autre catégorie, .es battements de coeur. L'analyse des sources neuronales a montre que certaines régions du réseau sémantique lié à l'expertise acquise sont recrutées de maniere différente en fonction de la reconnaissance ou non reconnaissance du son La non reconnaissance des sons recrute des régions de plus bas niveau. La discrimination des bruits cardiaques est une tâche difficile et nécessite une écoute continue du son. J'ai étudié l'influence des réponses comportementales sur les effets de répétitions. L'analyse des sources neuronales a montré que la reconnaissance ou non reconnaissance des sons induisent des effets de repétition différents dans des régions situées en dehors des aires du réseau sémantique. Ainsi, les sons acquièrent un sens grâce à l'entraînement. Leur représentation corticale implique principalement un réseau d'aires cérébrales situé dans l'hémisphère gauche, dont l'activité est optimisée avec l'acquisition d'un certain niveau d'expertise, ainsi que d'autres régions qui ne sont pas liée au traitement de l'information sémantique. L'activité de ce réseau sémantique survient plus rapidemement que la prédiction par le modèle de la hiérarchie temporelle.

Induced pluripotent stem cells as a promising tool to study the effect of interleukin-22 in multiple sclerosis

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie démyélinisante du système nerveux central (SNC) provoquant des pertes motrices, sensitives et cognitives. La SEP se déclare chez le jeune adulte ayant des prédispositions génétiques, mais semble induite, par des facteurs environnementaux. La SEP touche principalement les femmes et sa prévalence dans les zones à haut risque, tel que la Suisse, est de 0.1%. Bien que son étiologie exacte reste méconnue, nous savons que la maladie est médiée par des lymphocytes T autoréactifs périphériques, qui infiltrent le SNC où ils activent d'autres cellules immunitaires ainsi que les cellules du SNC elles-mêmes, créant un foyer inflammatoire, qui va attaquer et finir par tuer les oligodendrocytes et les neurones. Les épisodes inflammatoires sont entrecoupés par des phases de rémission associées à une guérison partielle des lésions. Cette première phase de la maladie, comprenant des épisodes inflammatoires et de rémissions est appelé SEP récurrente-rémittente (SEP-RR) et touche 90% des patients. Elle évolue, dans deux-tiers des cas, vers une SEP secondaire progressive (SEP-SP), qui est caractérisée par une progression constante de la maladie, associée à une réduction de l'inflammation mais une augmentation de la neurodégénérescence. Les patients souffrants de SEP primaire progressive (SEP-PP) développent directement les symptômes de la phase progressive de la maladie. Les thérapies disponibles ont considérablement amélioré l'évolution de la maladie des patients SEP-RR, en agissant sur une diminution de la réponse immunitaire et donc de l'inflammation. Cependant, ces traitements sont inefficaces chez les patients SEP-SP et SEP-PP, n'agissant pas sur la neurodégénérescence. IL-22, une cytokine sécrétée notoirement par les cellules Th17, a été associée à la SEP en contribuant à la perméabilisation de la barrière hémato-encéphalique et à l'inflammation du SNC, qui sont des étapes clés de la pathogenèse de la maladie. En outre, le gène codant pour un inhibiteur puissant d'IL- 22, 'IL-22 binding protein' (IL-22BP), a été démontré comme un facteur de risque de la SEP. Ces indices nous ont poussés à nous intéresser de plus près au rôle de l'IL-22 dans la SEP. Nous avons pu montrer qu'IL-22 et IL-22BP étaient augmentées dans le sang des patients SEP par rapport à des sujets sains. Nous avons trouvé qu'IL-22 cible spécifiquement les astrocytes dans le SNC et que son récepteur est particulièrement exprimé dans les lésions des patient SEP. Contre toute attente, nous avons pu montrer que l'IL-22 semble soutenir la survie des astrocytes. Cette découverte, suggérant qu'IL-22 serait protecteur pour le SNC et pour la SEP, confirme de récentes publications et ouvre la voie à de potentielles applications thérapeutiques. En parallèle, dans le but de mieux comprendre l'immunopathogenèse de la SEP, nous avons développé les techniques de culture de cellules souches pluripotentes induites (iPSC). Nos iPSC sont dérivées du sang des donneurs et acquièrent toutes les propriétés des cellules souches embryonnaires après induction. Les iPSC peuvent ensuite être différenciées en différents types de cellules, dont les cellules du SNC. Nous avons ainsi pu obtenir avec succès des neurones, dérivés de cellules du sang, en passant par le stade des iPSC. La prochaine étape consiste à générer des cultures d'astrocytes et d'oligodendrocytes et ainsi obtenir les principales cellules du SNC, le but étant de former de véritables 'cerveaux-en-culture'. Cet outil semble particulièrement adapté à l'étude de l'activité de diverses molécules sur les cellules du SNC, comme par exemple l'IL-22 et d'autres molécules ayant un potentiel intérêt thérapeutique au niveau du SNC. Le but ultime étant de développer des co-cultures de cellules du SNC avec des cellules immunitaires autologues, de patients SEP et de sujets sains, afin de mettre en évidence l'attaque des cellules du SNC par des leucocytes autoréactifs. Ce projet prospectif a permis d'accroître nos connaissance sur des aspects immunitaires de la SEP et à pour but de mieux comprendre l'immunopathogenèse de la SEP afin d'élaborer de nouvelles stratégies thérapeutiques. -- La sclérose en plaques est une maladie auto-inflammatoire du système nerveux central conduisant à la destruction de la myéline, indispensable à la conduction nerveuse, et finalement à la mort des neurones eux-mêmes. Cela a pour conséquence des pertes motrices, sensorielles et cognitives, qui ont tendance à s'aggraver au fil de la maladie. Elle se déclare chez le jeune adulte, entre l'âge de 20 et 40 ans, et prédomine chez la femme. En Suisse, environ une personne sur l'OOO est atteinte de sclérose en plaques. Les causes exactes de cette maladie, qui incluent des facteurs génétiques et environnementaux, sont encore mal connues. Des traitements de plus en plus efficaces ont été développés ces dernières années et ont permis de drastiquement améliorer l'évolution de la maladie chez les patients atteints de sclérose en plaques. Cependant, ces traitements ne sont efficaces que sur certaines catégories de patients et peuvent engendrer de lourds effets secondaires. Ces thérapies agissent presque exclusivement sur les cellules du système immunitaire en les désactivant partiellement, mais pas sur les cellules nerveuses, qui sont pourtant celles qui conditionnent le devenir du patient. Le développement de médicaments protégeant ou permettant la régénération des cellules du système nerveux central est donc primordial. L'étude de l'interleukine-22 nous a permis de montrer que cette cytokine ('hormone' du système immunitaire) pouvait cibler spécifiquement les astrocytes, des cellules gliales qui jouent un rôle central dans le maintien de l'équilibre du système nerveux central. Nos recherches ont montré que cette interleukine-22 permettrait une meilleure survie des astrocytes durant la phase aiguë de la maladie et aurait aussi des propriétés neuroprotectrices. En parallèle, nous sommes en train de développer un nouveau modèle in vitro d'étude de la sclérose en plaques grâce à la technologie des cellules souches pluripotentes induites. Ces cellules souches sont induites à partir de cellules du sang du donneur et acquièrent toutes les caractéristiques des cellules souches embryonnaires présentes dans un organisme en formation. Ainsi, ces cellules souches pluripotentes ont, par exemple, la capacité de se différencier en cellules du système nerveux central. Nous avons pu, de cette manière, obtenir des neurones. Le but ultime serait de pouvoir reconstituer une ébauche de cerveau in vitro, en cultivant ensemble différents types de cellules du système nerveux central, afin d'y réaliser des expériences avec des cellules immunitaires du même donneur. Ces travaux ont pour but d'améliorer notre compréhension de la pathogenèse de la sclérose en plaques et de permettre le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. --Multiple sclerosis (MS) is a demyelinating disease of the central nervous system leading to cognitive, sensitive and motor disabilities. MS occurs in genetically predisposed young adults with probable environmental triggers. MS affects predominantly women and its prevalence in high risk area such as Switzerland is 0.1%. Though its exact aetiology remains undetermined, we know that autoreactive T cells from de periphery are reactivated and recruited into the central nervous system (CNS) were they further activate other immune cells and resident cells, creating inflammatory foci, where oligodendrocytes and neurons are insulted and, eventually, killed. Inflammatory episodes, called relapses, are interspersed with remission phases where partial recovery of the lesions occurs. This first phase of the disease, occurring in 90% of the patients, is called relapsing-remitting MS (RR-MS) and is leading, in two-third of the cases, to secondary-progressive MS (SP-MS), where there is a continuous steady progression of the disease, associated with reduced inflammation but increased neurodegeneration. Primary-progressive MS (PP-MS) patients experience directly this progressive phase of the disease. Whereas disease modifying therapies have dramatically ameliorated the disease course of RR-MS patients by dampening immunity and, in turn, inflammation, treatments of SP-MS and PP-MS patients, who suffer primarily from the neurodegenerative aspect of the disease, are still inexistent. IL-22, a pro-inflammatory Th17 cell cytokine, has been associated with MS by participating to blood-brain barrier infiltration and CNS inflammation, which are crucial steps in MS pathogenesis. In addition, the gene coding for IL-22 binding protein (IL-22BP), which is a potent secreted IL-22 inhibitor, has been associated with MS risk. These findings call for further investigation on the role of IL-22 in MS. We detected increased IL-22 and IL-22BP in the blood of MS patients as compared to healthy controls. Acting exclusively on cells of nonhematopoietic origin, we found that IL-22 targets specifically astrocytes in the CNS and that its receptor is highly expressed in the lesion of MS patients. Unexpectedly, we found that IL-22 seems to promote survival of astrocytes. This finding, suggesting that IL-22 might be protective for the CNS in the context of MS, is consistent with recent publications and might open putative therapeutic applications at the CNS level. In parallel, with the aim of better understanding the immunopathogenesis of MS, we developed induced pluripotent stem cell (iPSC) techniques. IPSC are derived from blood cells of the donors and bear embryonic stem cell properties. IPSC can be differentiated into various cell types including CNS cells. We successfully obtained neurons derived from the donor blood cells, through iPSC. We further aim at developing astrocytes and oligodendrocytes cultures to recreate a 'brain-in-a-dish'. This would be a powerful tool to test the activity of various compounds on CNS cells, including IL-22 and other putative neuroprotective drugs. Ultimately, the goal is to develop co-cultures of CNS cells with autologous immune cells of MS patients as well as healthy controls to try to expose evidence of CNS cells targeted by autoreactive leukocytes. This prospective project has increased our knowledge of immune aspects of MS and further aims at better understanding the immunopathology of MS in order to pave the way to the elaboration of new therapeutic strategies.

Micrornas involvement in cortical plasticity in adult mouse barrel cortex

In rodents, sensory experience alters the whisker representation in layer IV of the barrel cortex (Woolsey and Van der Loos, 1970). Excitatory and inhibitory interneurons, together with the astrocytic network, modify the functional representation in an integrated manner. Our group showed that continuous whisker stimulation induces structural and functional changes in the corresponding barrel. These modifications include the depression of neuronal responses and an insertion of new inhibitory synapses on dendritic spines (Knott et al., 2002; Genoud et al., 2006; Quairiaux et al., 2007). This form of cortical plasticity is controlled by several gene regulatory mechanisms including the activation of genetic programs controlling the expression of microRNAs (miRNAs). The transitory and localized expression of miRNAs in dendrites and their capacity to respond in an activity-dependent manner make them ideal candidates for the fine tuning of gene expression associated with neural plasticity. In a previous study of our group (Johnston- Wenger, 2010) using microarray analysis on laser-dissected barrels in order to compare the gene expression levels in stimulated and non-stimulated barrels after whisker stimulation, 261 genes were found significantly regulated, among these genes there were two miRNAs (miR- 132 and miR-137). In this study I tested the initial observation on the up-regulation of miR-132 and miR-137 after whisker stimulation and the possible involvement of two other miRNAs (miR-138 and miR-125b) that are known play a role in other form of synaptic plasticity. I used in situ hybridization (ISH) after unilateral stimulation of three whiskers (Cl-3) in the adult mouse. We found that sensory stimulation increases the expression, of miR-132 after 3hours of stimulation (p<0.01) and miR-137 (pO.Ol; 24 hrs of stim.), whereas it reduces the level of miR-125b (pO.Ol; 9 hrs of stim.). No significant difference was detected for miR-138. We further determined a correlation between the level of expression of the four selected miRNAs in the cortical barrels (measured by ISH) and in blood plasma (measured by qPCR). In addition to this quantitative comparison, we combined miRNAs ISH and immunolabeling for various neuronal markers that were chosen for the localization in both excitatory and inhibitory circuits as well as in astrocytes. Analysis of three-dimensional confocal acquisitions showed that stimulation alters significantly the degree of co-localization in the stimulated barrel of miR-132 with GAD65/67 and VGLUT2; miR-125b with GAD65/67 and parvalbumin; miR-138 with parvalbumin, VGLUT1 and PSD95; and miR-137 with VGLUT1 and astrocytic markers (GS; GFAP and SlOOß). To conclude, using increased neuronal activity in the whisker-to-barrel pathway; our results suggest that miRNAs can be regulated in an activity-dependent manner and they may regulate local mRNA translation to shape neuronal responses. These findings motivate further investigation of the different modes in which miRNAs may regulate cortical plasticity. -- Chez les rongeurs, l'expérience sensorielle modifie la représentation des vibrisses au niveau du cortex somatosensoriel primaire (Woolsey and Van der Loos, 1970). Les interneurones excitateurs et inhibiteurs, en collaboration avec le réseau astrocytaire, modifient la représentation fonctionnelle d'une manière intégrée. Notre groupe a montré que la stimulation continue des vibrisses induit des changements structuraux et fonctionnels dans le tonneau correspondant. Ces modifications incluent la dépression des réponses neuronales et une insertion de nouvelles synapses inhibitrices sur les épines dendritiques (Knott et al., 2002 ; Genoud et al., 2006 ; Quairiaux et al., 2007). Cette forme de plasticité corticale est contrôlée par plusieurs mécanismes de régulation génique dont l'activation des programmes géniques contrôlant l'expression des microARNs (miARNs). Par leur expression transitoire et localisée dans les dendrites et leur capacité à réagir d'une manière dépendante de l'activité, les miARNs sont des candidats idéaux pour le réglage fin de l'expression des gènes associée à la plasticité neuronale. Afin de comparer le niveau d'expression des gènes dans les tonneaux stimulés et non-stimulés après stimulation des vibrisses, une étude antérieure dans notre groupe (Johnston-Wenger, 2010), utilisant l'analyse par microarray sur des tonneaux disséqués par laser, a montré l'altération significative de 261 gènes. Parmi ces gènes, il y avait deux miARNs (miR-132 et miR-137). Dans la présente étude, j'ai testé l'observation initiale sur la régulation de miR-132 et miR-137 après stimulation des vibrisses et la possible implication de deux autres miARNs (miR-138 et miR-125b) connus avoir jouer un rôle important dans d'autres formes de plasticité synaptique. J'ai utilisé l'hybridation in situ (ISH) après stimulation unilatérale de trois vibrisses (Cl-3) chez la souris adulte. J'ai trouvé que la stimulation sensorielle augmente l'expression, de miR-132 après 3 heures de stimulation (p < 0.01) et miR-137 (p < 0.01 ; 24 hrs de stim.), alors qu'elle réduit le niveau de miR-125b (p < 0.01; 9 hrs de stim.). Aucune différence significative n'a été détectée pour miR-138. J'ai aussi déterminé une corrélation entre le niveau d'expression des quatre miARNs sélectionnés dans les tonneaux (mesurés par ISH) et dans le plasma sanguin (mesuré par qPCR). En plus de cette comparaison quantitative, j'ai combiné le miR-ISH et l'immunomarquage pour divers marqueurs neuronaux qui ont été choisis pour étudier la localisation dans les circuits excitateurs et inhibiteurs, ainsi que dans les astrocytes. Les acquisitions tridimensionnelles montrent que la stimulation modifie considérablement le degré de co-localisation dans le tonneau stimulé de miR-132 avec GAD65/67 et VGLUT2; miR-125b avec GAD65/67 et parvalbumine; miR-138 avec parvalbumine, VGLUT1 et PSD95; et miR-137 avec VGLUT1 et les marqueurs astrocytaires (GS ; GFAP et SlOOß). En conclusion, à l'aide de l'activité neuronale accrue dans la voie de vibrisses-au-baril; les résultats suggèrent que les miARNs peuvent être régulé d'une manière dépendante de l'activité et peuvent résulter la stabilité des ARNm et la traduction pour façonner les réponses neuronales ultérieures. Ces résultats incitent d'investiguer davantage les voies importantes par lesquels les miARNs peuvent réguler la plasticité corticale.

Role of basic calcium phosphate crystals in osteoarthritis

L'arthrose est une maladie dégénérative des articulations due à une dégradation progressive du cartilage. La calcification de l'articulation (essentiellement due à des dépôts de cristaux de phosphate de calcium basique -cristaux BCP-) est une caractéristique de cette maladie. Cependant, le rôle des cristaux BCP reste à déterminer. Nous avons tout d'abord déterminé en utilisant des cultures primaires de chondrocytes que les cristaux de BCP induisaient la production de la cytokine IL-6, via une signalisation intracellulaire implicant les kinase Syk, PI3 et Jak et Stat3. Les cristaux de BCP induisent également la perte de protéoglycanes et l'expression de IL-6 dans des explants de cartlage humain et ces deux effets peuvent être bloqués par un inhibiteur de IL-6, le Tocilizumab. Par ailleurs, nous avons trouvé que l'IL-6 ajouté à des chondrocytes, favorisait la formation de cristax de BCP et augmentait l'expression de gènes impliqués dans le processus de minéralisation : Ank (codant pour un transporteur de pyrophooshate), Annexin5 (codant pour un canal calcique) et Pit-1 (codant pour un transporteur de phoshate). In vivo, les cristaux de BCP injectés dans l'articulation de souris induisent une érosion du cartilage. Dans un modèle murin d'arthrose du genou induit par ménisectomie, nous avons observé la formation progressive de cristaux de BCP. Fait intéressant, la présence de ces cristaux dans l'articulation précédait la destruction du cartilage. Un agent susceptible de bloquer les calcifications tel que le sodium thiosulfate (STS), administré à des souris ménisectomisées, inhibait le dépôt intra-articulaire de ces cristaux ainsi que l'érosion du cartilage. Nous avons identifié ainsi un cercle vicieux dans l'arthrose, les cristaux induisant l'interleukine-6 et l'interleukine-6 induisant la formation de ces cristaux. Nous avons étudié si on pouvait bloquer cette boucle cristaux de BCP-IL6 soit par des agents décalcifiants, soit par des inhibiteurs d'IL-6. In vitro, des anticorps anti IL- 6 ou des inhibiteurs de signalisation, inhibaient significativement IL-6 et la minéralisation induite par IL-6. De même le STS inhibait la formation de ces cristaux et la production de l'IL-6. Tout récemment, nous avons trouvé que des inhibiteurs de la xanthine oxidoréductase étaient aussi capables d'inhiber à la fois la production d'IL-6 et la minéralization des chondrocytes. Finalement, nous avons pu exclure un rôle du système IL-1 dans le modèle d'arthrose induite par ménisectomie, les souris déficientes pour IL-1a/ß, MyD88 et l'inflammasome NLRP3 n'étant pas protégées dans ce modèle d'arthrose. L'ensemble de nos résultats montre que les cristaux BCP sont pathogéniques dans l'arthrose et qu'un inhibiteur de minéralisation tel que le STS ou un inhibiteur de l'interleukine-6 constitueraient des nouvelles thérapies pour l'arthrose. -- Osteoarthritis (OA), the most common degenerative disorder of the joints, results from an imbalance between the breakdown and repair of the cartilage and surrounding articular structures. Joint calcification (essentially due to basic calcium phosphate (BCP) crystal deposition) is a characteristic feature of OA. However, the role of BCP crystal deposition in the pathogenesis of OA remains unclear[1][1]. We first demonstrated that in primary murine chondrocytes exogenous BCP crystals led to IL-6 up-modulation and that BCP crystal signaling pathways involved Syk and PI3 kinases, and also gp130 associated molecules, Jak2 and Stat3. BCP crystals also induced proteoglycan loss and IL-6 expression in human cartilage expiants, (which were significantly reduced by an IL-6 inhibitor). In addition, we found that in chondrocytes exogenous IL-6 promoted calcium-containing crystal formation and up- regulation of genes codifying for proteins involved in the calcification process: the inorganic pyrophosphate transport channel Ank, the calcium channel Annexinö and the sodium/phosphate cotransporter Piti. In vivo, BCP crystals injected into murine knee joints induced cartilage erosion. In the menisectomy model, increasing deposits, identified as BCP crystals, were progressively observed around the joint before cartilage erosion. These deposits strongly correlated with cartilage degradation and IL-6 expression. These results demonstrated that BCP crystals deposition and IL-6 production are mutually reinforcing in the osteoarthritic pathogenic process. We then investigated if we could block the BCP-IL6 loop by either targeting IL-6 production or BCP crystal deposits. Treatment of chondrocytes with anti-IL-6 antibodies or inhibitors of IL-6- signaling pathway significantly inhibited IL-6-induced crystal formation. Similarly, sodium thiosulfate (STS), a well-known systemic calcification inhibitor, decreased crystal deposition as well as HA-induced IL-6 secretion in chondrocytes and, in vivo, it decreased crystal deposits size and cartilage erosion in menisectomized knees. Interestingly, we also found that xanthine-oxidoreductase (XO) inhibitors inhibited both IL-6 production and calcium crystal depositis in chondrocytes. We began to unravel the mechanisms involved in this coordinate modulation of IL-6 and mineralization. STS inhibited Reactive Oxygen Species (ROS) generation and we are currently investigating whether XO represents a major source of ROS in chondrocyte mineralization. Finally, we ruled out that IL-1 activation/signaling plays a role in the murine model of OA induced by menisectomy, as IL-1a/ß, the IL-1 R associated molecule MyD88 and NLRP3 inflammasome deficient mice were not protected in this model of OA. Moreover TLR-1, -2, -4,-6 deficient mice had a phenotype similar to that of wild-type mice. Altogether our results demonstrated a self-amplification loop between BCP crystals deposition and IL-6 production, which represents an aggravating process in OA pathogenesis. As currently prescribed OA drugs are addressing OA symptoms,our results highlight a potential novel treatment strategy whereby inhibitors of calcium- containing crystal formation and IL-6 could be combined to form the basis of a disease modifying treatment and alter the course of OA.

Modulation de la douleur neuropathique par l'utilisation d'un vecteur viral adéno-associé recombinant et ARN interférent

Une lésion nerveuse périphérique est susceptible d'engendrer une douleur neuropathique caractérisée par des changements d'expression génique dans les neurones nociceptifs des ganglions spinaux. Parmi ces modifications, on note une augmentation transcriptionnelle du gène codant pour la guanosine triphosphate cyclohydrolase 1 (GCH1) considérée comme modulateur clé des douleurs neuropathiques périphériques1. La surexpression de la GCH1 induit alors une hausse de la concentration de la tétrahydrobiopterin (BH4), un cofacteur essentiel pour la production de catécholamines, de sérotonine et d'oxide nitrique dans les ganglions spinaux. La surexpression de ce cofacteur induit la production de ces neurotransmetteurs et contribue à l'augmentation de la sensibilité douloureuse. Dans ce travail, j'ai modulé l'expression de GCH1 par l'utilisation d'un vecteur viral adéno-associé. Tout d'abord, j'ai testé in vitro dans des cellules PC12 différentes molécules d'ARN interfèrent permettant la régulation négative de GCH1. Les cellules PC 12 contiennent constitutionnellement la GCH1 et sont donc intéressantes afin de tester et sélectionner un plasmide permettant une régulation négative efficace de cette molécule in vitro. Cela m'a permis de choisir après sélection de cellules par FACS et quantification protéique par Western blot les meilleurs sh-ARN à utiliser tant pour la régulation négative de GCH1 que pour le vecteur contrôle. J'ai ensuite co- transfecté ces plasmides avec le plasmide pDF6 dans des cellules HEK293T pour la production de mon vecteur viral (rAAV2/6) permettant la régulation négative de la GCH1 ainsi que de mon vecteur contrôle. Après avoir étudié deux voies d'injection chez le rat (dans le nerf sciatique et en intrathécal), j'ai retenu la voie intrathécale comme ayant le meilleur taux de transduction de mon vecteur viral au niveau des ganglions spinaux. Utiliser cette voie d'injection pour mon vecteur permet de cibler plus particulièrement les neurones nociceptifs des ganglions spinaux. J'ai ensuite étudié la modulation de la GCH1 et sa répercussion sur le développement et le maintien des douleurs neuropathiques dans le modèle animal « spared nerve injury » (SNI). Je n'ai pas obtenu de diminution de douleur ni au niveau comportemental ni au niveau moléculaire chez le rat. Ayant répété l'expérience chez la souris, j'ai obtenu une diminution significative de l'expression de la GCH1 au niveau de l'ARN messager. Je n'ai pas étudié l'efficacité de mon vecteur in vivo chez la souris car un autre groupe m'a devancé dans cette expérience et a publié une étude similaire montrant une régulation négative et efficace de la GCH1 sur les symptômes de douleur neuropathique. Mes résultats, associés à cette publication, démontrent la validité de mon hypothèse de départ et ouvrent de nouvelles perspectives thérapeutiques en prenant comme cible la production de BH4.

Jagged1 intracellular domain-mediated inhibition of Notch1 signalling regulates cardiac homeostasis in the postnatal heart.

AIMS: Notch1 signalling in the heart is mainly activated via expression of Jagged1 on the surface of cardiomyocytes. Notch controls cardiomyocyte proliferation and differentiation in the developing heart and regulates cardiac remodelling in the stressed adult heart. Besides canonical Notch receptor activation in signal-receiving cells, Notch ligands can also activate Notch receptor-independent responses in signal-sending cells via release of their intracellular domain. We evaluated therefore the importance of Jagged1 (J1) intracellular domain (ICD)-mediated pathways in the postnatal heart. METHODS AND RESULTS: In cardiomyocytes, Jagged1 releases J1ICD, which then translocates into the nucleus and down-regulates Notch transcriptional activity. To study the importance of J1ICD in cardiac homeostasis, we generated transgenic mice expressing a tamoxifen-inducible form of J1ICD, specifically in cardiomyocytes. Using this model, we demonstrate that J1ICD-mediated Notch inhibition diminishes proliferation in the neonatal cardiomyocyte population and promotes maturation. In the neonatal heart, a response via Wnt and Akt pathway activation is elicited as an attempt to compensate for the deficit in cardiomyocyte number resulting from J1ICD activation. In the stressed adult heart, J1ICD activation results in a dramatic reduction of the number of Notch signalling cardiomyocytes, blunts the hypertrophic response, and reduces the number of apoptotic cardiomyocytes. Consistently, this occurs concomitantly with a significant down-regulation of the phosphorylation of the Akt effectors ribosomal S6 protein (S6) and eukaryotic initiation factor 4E binding protein1 (4EBP1) controlling protein synthesis. CONCLUSIONS: Altogether, these data demonstrate the importance of J1ICD in the modulation of physiological and pathological hypertrophy, and reveal the existence of a novel pathway regulating cardiac homeostasis.