Homeostatic and circadian contribution to EEG and molecular state variables of sleep regulation.

STUDY OBJECTIVES: Besides their well-established role in circadian rhythms, our findings that the forebrain expression of the clock-genes Per2 and Dbp increases and decreases, respectively, in relation to time spent awake suggest they also play a role in the homeostatic aspect of sleep regulation. Here, we determined whether time of day modulates the effects of elevated sleep pressure on clock-gene expression. Time of day effects were assessed also for recognized electrophysiological (EEG delta power) and molecular (Homer1a) markers of sleep homeostasis. DESIGN: EEG and qPCR data were obtained for baseline and recovery from 6-h sleep deprivation starting at ZT0, -6, -12, or -18. SETTING: Mouse sleep laboratory. PARTICIPANTS: Male mice. INTERVENTIONS: Sleep deprivation. RESULTS: The sleep-deprivation induced changes in Per2 and Dbp expression importantly varied with time of day, such that Per2 could even decrease during sleep deprivations occurring at the decreasing phase in baseline. Dbp showed similar, albeit opposite dynamics. These unexpected results could be reliably predicted assuming that these transcripts behave according to a driven damped harmonic oscillator. As expected, the sleep-wake distribution accounted for a large degree of the changes in EEG delta power and Homer1a. Nevertheless, the sleep deprivation-induced increase in delta power varied also with time of day with higher than expected levels when recovery sleep started at dark onset. CONCLUSIONS: Per2 and delta power are widely used as exclusive state variables of the circadian and homeostatic process, respectively. Our findings demonstrate a considerable cross-talk between these two processes. As Per2 in the brain responds to both sleep loss and time of day, this molecule is well positioned to keep track of and to anticipate homeostatic sleep need. CITATION: Curie T; Mongrain V; Dorsaz S; Mang GM; Emmenegger Y; Franken P. Homeostatic and circadian contribution to EEG and molecular state variables of sleep regulation. SLEEP 2013;36(3):311-323.

Molecular evolution of the Drosophila olfactory system

The olfactory system is an attractive model to study the genetic mechanisms underlying evolution of the nervous system. This sensory system mediates the detection and behavioural responses to an enormous diversity of volatile chemicals in the environment and displays rapid evolution, as species acquire, modify and discard olfactory receptors and circuits to adapt to new olfactory stimuli. Drosophilids provide an attractive model to study these processes. The availability of 12 sequenced genomes of Drosophila species occupying diverse ecological niches provides a rich resource for genomic analyses. Moreover, one of these species, Drosophila melanogaster, is amenable to a powerful combination of genetic and electrophysiological analyses. D. melanogaster has two distinct families of olfactory receptors to detect odours, the well-characterised Odorant Receptors (ORs) and the recently identified lonotropic Receptors (IRs). In my thesis, I have provided new insights into the genetic mechanisms underlying olfactory system evolution through three distinct, but interrelated projects. First, I performed a comparative genomic analysis of the IR repertoire in 12 sequenced Drosophila species, which has revealed that the olfactory IRs are highly conserved across species. By contrast, a large fraction of IRs that are not expressed in the olfactory system - and which may be gustatory receptors - are much more variable in sequence and gene copy number. Second, to identify ligands for IR expressing olfactory sensory neurons, I have performed an electrophysiological screen in D. melanogaster using a panel of over 160 odours. I found that the IRs respond to a number of amines, aldehydes and acids, contrasting with the chemical specificity of the OR repertoire, which is mainly tuned to esters, alcohols and ketones. Finally, the identification of ligands for IRs in this species allowed me to investigate in detail the molecular and functional evolution of a tandem array of IRs, IR75a/IR75b/IR75c, in D. sechellia. This species is endemic to the Seychelles archipelago and highly specialised to breed on the fruits of Morinda citrifolia, which is repulsive and toxic for other Drosophila species. These studies led me to discover that receptor loss, changes in receptor specificity and changes in receptor expression have likely played an important role during the evolution of these IRs in D. sechellia. These changes may explain, in part, the unique chemical ecology of this species. - Le système olfactif est un excellent modèle pour étudier les mécanismes génétiques impliqués dans l'étude de l'évolution du système nerveux. Ce système sensoriel permet la détection de nombreux composés volatils présents dans l'environnement et est à la base des réponses comportementales. Il est propre à chaque espèce et évolue rapidement en modifiant ou en éliminant des récepteurs et leurs circuits olfactifs correspondants pour s'adapter à de nouvelles odeurs. Pour étudier le système olfactif et son évolution, nous avons décidé d'utiliser la drosophile comme modèle. Le séquençage complet de 12 souches de drosophiles habitant différentes niches écologiques permet une analyse génomique conséquente. De plus, l'une de ces espèces Drosophila melanogaster permet la combinaison d'analyses génétiques et électrophysiologiques. En effet, D. melanogaster possède 2 familles distinctes de récepteurs olfactifs qui permettent la détection d'odeurs: les récepteurs olfactifs (ORs) étant les mieux caractérisés et les récepteurs ionotropiques (IRs), plus récemment identifiés. Au cours de ma thèse, j'ai apporté des nouvelles connaissances qui m'ont permis de mieux comprendre les mécanismes génétiques à la base de l'évolution du système olfactif au travers de trois projets différents, mais interdépendants. Premièrement, j'ai réalisé une analyse génomique comparative de l'ensemble des IRs dans les 12 souches de drosophiles séquencées jusqu'à présent. Ceci a montré que les récepteurs olfactifs IRs sont hautement conservés parmi l'ensemble de ces espèces. Au contraire, une grande partie des IRs qui ne sont pas exprimés dans le système olfactif, et qui semblent être des récepteurs gustatifs, sont beaucoup plus variables dans leur séquence et dans le nombre de copie de gènes. Deuxièmement, pour identifier les ligands des récepteurs IRs exprimés par les neurones sensoriels olfactifs, j'ai réalisé une étude électrophysiologique chez D. melanogaster e η testant l'effet de plus de 160 composés chimiques sur les IRs. J'ai trouvé que les IRs répondent à un nombre d'amines, d'aldéhydes et d'acides, contrairement aux récepteurs olfactifs ORs qui eux répondent principalement aux esthers, alcools et cétones. Finalement, l'identification de ligands pour les IRs dans ces espèces m'a permis d'étudier en détail l'évolution fonctionnelle et moléculaire des IR75a/IR75b/IR75c dans D. sechellia. Cette espèce est endémique de l'archipel des Seychelles et se nourrit spécifiquement du fruit Morinda citrifolia qui est répulsif et toxique pour d'autres souches de drosophiles. Ces études m'ont poussé à découvrir que, la perte de IR75a, le changement dans la spécificité de IR75b ainsi que le changement dans l'expression de IR75c ont probablement joué un rôle important dans l'évolution des IRs chez D. sechellia. Ces changements peuvent expliquer, en partie, l'écologie chimique propre à cette espèce. Résumé français large public Le système olfactif permet aux animaux de détecter des milliers de molécules odorantes, les aidant ainsi à trouver de la nourriture, à distinguer si elle est fraîche ou avariée, à trouver des partenaires sexuels, ainsi qu'à éviter les prédateurs. Selon l'environnement et le mode de vie des espèces, le système olfactif doit détecter des odeurs très diverses ; en effet, un moustique qui recherche du sang humain pour se nourrir doit détecter des odeurs bien différentes d'une abeille qui recherche des fleurs. Dans ma thèse, j'ai essayé de comprendre comment les systèmes olfactifs d'une espèce évoluent pour s'adapter aux exigences induites par son environnement. Un très bon modèle pour étudier cela est la drosophile dont les différentes espèces se nichent dans des habitats très divers. Pour ce faire, j'ai étudié les récepteurs olfactifs de différentes espèces de la drosophile. Ces récepteurs sont des protéines qui se lient à des odeurs spécifiques. Lorsqu'ils se lient, ils activent un neurone qui envoie un signal électrique au cerveau. Ce signal est ensuite traité par ce dernier qui indique à la mouche si l'odeur est attractive ou répulsive. J'ai identifié les récepteurs olfactifs de plusieurs espèces de drosophile et étudié s'il y avait des différences entre elles. La plupart des récepteurs sont similaires entre les espèces, cependant dans l'une d'entre elles, certains récepteurs sont différents. Ce fait est particulièrement intéressant car cette espèce de drosophile se nourrit de fruits que les autres espèces n'apprécient pas. Comme nous ne savons pas quels récepteurs se lient à quelles odeurs, j'ai testé un grand nombre de composants odorants. Ceci m'a permis de constater que, effectivement, certains changements produits dans ces récepteurs expliquent pourquoi cette espèce aime particulièrement ces fruits. En outre, mes résultats contribuent à mieux comprendre les changements génétiques qui sont impliqués dans l'évolution du système olfactif.

Cancer immunotherapy drives implementation science in oncology.

Cancer immunotherapy has come a long way. The hope that immunological approaches may help cancer patients has sparked many initiatives in research and development (R&D). For many years, progress was modest and disappointments were frequent. Today, the increasing scientific and medical knowledge has established a solid basis for improvements. Considerable clinical success was first achieved for patients with hematological cancers. More recently, immunotherapy has entered center stage in the development of novel therapies against solid cancers. Together with R&D in angiogenesis, the field of immunology has fundamentally extended the scientific scope, which has evolved from a cancer-cell-centered view to a comprehensive and integrated vision of tumor biology. Current R&D is focused on a large array of possible disease mechanisms, driven by cancer cells, and amplified by tumor stroma, inflammatory and immunological actors, blood and lymph vessels, and the "macroenvironment," i.e. systemic mechanisms of the host, particularly of the haematopoietic system. Contrasting to this large spectrum of pathophysiological events promoting tumor growth, only a small number of biological mechanisms, namely of the immune system, have the potential to counteract tumor growth. They are of prime interest because therapeutic enhancement may result in clinical benefit for patients. This special issue is dedicated to immunotherapeutics against cancer, with particular emphasis on vaccination and combination therapies, providing updates and extended insight in this booming field.

Hidden branches: developments in root system architecture.

The root system is fundamentally important for plant growth and survival because of its role in water and nutrient uptake. Therefore, plants rely on modulation of root system architecture (RSA) to respond to a changing soil environment. Although RSA is a highly plastic trait and varies both between and among species, the basic root system morphology and its plasticity are controlled by inherent genetic factors. These mediate the modification of RSA, mostly at the level of root branching, in response to a suite of biotic and abiotic factors. Recent progress in the understanding of the molecular basis of these responses suggests that they largely feed through hormone homeostasis and signaling pathways. Novel factors implicated in the regulation of RSA in response to the myriad endogenous and exogenous signals are also increasingly isolated through alternative approaches such as quantitative trait locus analysis.

Performance evaluation of MPEG-4 Video encoder on Adres

Actualment un típic embedded system (ex. telèfon mòbil) requereix alta qualitat per portar a terme tasques com codificar/descodificar a temps real; han de consumir poc energia per funcionar hores o dies utilitzant bateries lleugeres; han de ser el suficientment flexibles per integrar múltiples aplicacions i estàndards en un sol aparell; han de ser dissenyats i verificats en un període de temps curt tot i l’augment de la complexitat. Els dissenyadors lluiten contra aquestes adversitats, que demanen noves innovacions en arquitectures i metodologies de disseny. Coarse-grained reconfigurable architectures (CGRAs) estan emergent com a candidats potencials per superar totes aquestes dificultats. Diferents tipus d’arquitectures han estat presentades en els últims anys. L’alta granularitat redueix molt el retard, l’àrea, el consum i el temps de configuració comparant amb les FPGAs. D’altra banda, en comparació amb els tradicionals processadors coarse-grained programables, els alts recursos computacionals els permet d’assolir un alt nivell de paral•lelisme i eficiència. No obstant, els CGRAs existents no estant sent aplicats principalment per les grans dificultats en la programació per arquitectures complexes. ADRES és una nova CGRA dissenyada per I’Interuniversity Micro-Electronics Center (IMEC). Combina un processador very-long instruction word (VLIW) i un coarse-grained array per tenir dues opcions diferents en un mateix dispositiu físic. Entre els seus avantatges destaquen l’alta qualitat, poca redundància en les comunicacions i la facilitat de programació. Finalment ADRES és un patró enlloc d’una arquitectura concreta. Amb l’ajuda del compilador DRESC (Dynamically Reconfigurable Embedded System Compile), és possible trobar millors arquitectures o arquitectures específiques segons l’aplicació. Aquest treball presenta la implementació d’un codificador MPEG-4 per l’ADRES. Mostra l’evolució del codi per obtenir una bona implementació per una arquitectura donada. També es presenten les característiques principals d’ADRES i el seu compilador (DRESC). Els objectius són de reduir al màxim el nombre de cicles (temps) per implementar el codificador de MPEG-4 i veure les diferents dificultats de treballar en l’entorn ADRES. Els resultats mostren que els cícles es redueixen en un 67% comparant el codi inicial i final en el mode VLIW i un 84% comparant el codi inicial en VLIW i el final en mode CGA.

Comparative genomics of epidemic versus sporadic Staphylococcus aureus strains does not reveal molecular markers for epidemicity.

Staphylococcus aureus, especially when it is methicillin resistant, has been recognised as a major cause of nosocomial and community-acquired infections. It has also been shown that certain strains were able to cause clonal epidemics whereas others showed a more incidental occurrence. On the basis of this behavioural distinction, a genetic feature underlying this difference in epidemicity can be assumed. Understanding the difference will not only contribute to the development of markers for the identification of epidemic strains but will also shed light on the evolution of clones. Genomes of strains from two independent collections (n=18 and n=10 strains) were analysed. Both collections were composed of carefully selected, genetically diverse strains with clinically well-defined epidemic and sporadic behaviour. Comparative genome hybridisation (CGH) was performed using an Agilent array for one collection (up to 11 probes per open reading frame - ORF), and an Affymetrix array for the other (up to 30 probes per ORF). Presence and absence information of probe homologues and ORFs was taken for analysis of molecular variance (AMOVA) at the strain and behaviour levels. Not a single probe showed 100% concordant differences between epidemic and sporadic strains. Moreover, probe differences between groups were always smaller than those within groups. This was also true, when the analysis was focussed on presence versus absence of ORF's or when probe information was transformed into allelic profiles. These findings present strong evidence against the presence or absence of a single common specific genetic factor differentiating epidemic from sporadic S. aureus clones.

Growth Arrest-Specific Gene 6 product modulates innate immunity in sepsis

Background: Growth Arrest-Specific Gene 6 product (Gas6) is, like anticoagulant protein C, a vitamin K-dependent protein. Our aim was to determine whether Gas6 plays a role in sepsis. Materials and methods: We submitted mice lacking Gas6 (Gas6)/)) or one of its receptors (Axl)/), Tyro3)/) or Mertk)/)) to LPS-induced endotoxemia and peritonitis (cecal ligation and puncture (CLP) and inoculation of E. coli). In addition, we measured Gas6 or its soluble receptors in plasma of eight volunteers that received LPS, 13 healthy subjects, 28 patients with severe sepsis, and 18 patients with non-infectious inflammatory diseases. Results: Gas6 and its soluble receptor sAxl raised in mice models and TNF-a was more elevated in Gas6)/) mice than in wild-type (WT). Protein array showed that before and after LPS injection, titers of 62 cytokines were more elevated in plasma of Gas6)/) than WT mice. Endotoxemia-induced mortality was higher in Gas6)/), Axl)/), Tyro3)/) and Mertk)/) compared to WT mice and mortality subsequent to CLP was amplified in Gas6)/) mice. LPS-stimulated Gas6)/) macrophages produced more cytokines than WT macrophages. This production was dampened by recombinant Gas6. Phosphorylation of Akt in Gas6)/) macrophages was reduced, but p38 phosphorylation and NF-jB translocation were increased. In human, Gas6 raised in plasma after LPS (2 ng/kg). Gas6 and sAxl were higher in patients with severe sepsis than in healthy subjects or control patients, and there was a non-significant trend for higher Gas6 in the survival group. Conclusions: Our data point to Gas6 as a major modulator of innate immunity and provide thereby novel insights into the mechanism of sepsis. Thus Gas6 and its receptors might constitute potential therapeutic targets for the development of new immunomodulating drugs.