Intracellular trafficking of protease : Activated Receptor 2 (PAR2) by members of sorting nexins family

Le dogme voulant que les récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs) activent des voies de signalisation seulement lorsqu’ils sont localisés à la membrane plasmatique, a récemment été remis en question. Des données récentes indiquent que certains GPCRs peuvent également induire une réponse intracellulaire à partir des compartiments intracellulaires dont le noyau. Les récepteurs activés par la protéase (PAR) sont des membres de la famille GPCR. Les PARs sont activés par le clivage de la partie N–terminale du récepteur ce qui permet au ligand attaché sur le récepteur de se lier à sa poche réceptrice. Quatre PARs ont été décrits : PAR1, PAR2, PAR3 et PAR4. PAR2 peut susciter des effets mitogéniques et participer aux processus comme l’angiogenèse et l'inflammation. Alors que beaucoup d'effets intracellulaires de PAR2 peuvent être expliqués lorsqu’il est localisé à la membrane plasmatique, une fonction intracrine de PAR2 a aussi été proposée. Pourtant les mécanismes par lesquels PAR2 peut provoquer l’expression de gènes ciblés sont toujours inconnus. Le but de notre étude était de vérifier l’existence d’une population nucléaire de PAR2. Nous avons également émis l’hypothèse que les voies activées par l’activation de PAR2 dépendent de sa localization cellulaire. En utilisant des techniques de microscopie confocale et de "Western Blot" nous avons démontré la présence d’une population nucléaire de PAR2. À la suite de la stimulation de PAR2, nous avons observé une augmentation de la translocation du récepteur de la membrane plasmatique au noyau. En utilisant la technique de "RT – PCR", nous avons observé des rôles différents de PAR2 à la surface de la cellule et du noyau dans l’initiation de l’expression des gènes. Afin d’identifier les mécanismes responsables de la translocation nucléaire de PAR2, nous avons évalué l’implication des membres de la famille de "Sorting Nexins (SNX)" dans la translocation nucléaire de PAR2. "Sorting Nexins" est un groupe de protéines avec des fonctions de transport bien établies. SNX1 et SNX2 ont été identifiés comme responsables du transfert de PAR1 vers les lysosomes. SNX11 n'a pas encore été étudié et nous avons émis l’hypothèse qu'il pourrait être un autre membre de la famille des SNX impliqué dans la signalisation de PAR2. Pour ce faire, nous avons développé des "knockdowns" stables pour SNX1, SNX2 et SNX11 dans les cellules HEK293. En utilisant les essais d’immunofluorescence, "Western Blot" et de cytométrie en flux, nous avons déterminé que tous les trois membres du groupe SNX sont des partenaires d'interaction de PAR2. Toutefois, seul SNX11 se co-localise avec son partenaire au noyau et est responsable de sa translocation nucléaire. Les expériences de "RT - PCR" sur les lignées de cellule de SNXs "knockdowns" ont démontré que la fonction de PAR2 nucléaire dépend surtout de SNX11; néanmoins SNX1 et SNX2 peuvent aussi l’influencer, suggérant qu'ils font aussi partie du réseau signalétique de PAR2. En conclusion, PAR2 est déplacé de la membrane plasmatique à la membrane nucléaire après sa stimulation avec un agoniste. La translocation nucléaire de PAR2 par un mécanisme impliquant SNX11, initie des effets intracellulaires différents de sa signalisation membranaire. Mots clés : récepteurs couplés à la protéine G, “Sorting Nexins”, récepteurs activés par la protéase, translocation nucléaire, membrane nucléaire, signal nucléaire.

Cardiologie nucléaire du 21ième siècle : nouveautés et réalités

Les maladies cardio-vasculaires demeurent une cause majeure de mortalité et morbidité dans les sociétés développées. La recherche de déterminants prédictifs d’évènements vasculaires représente toujours un enjeu d’actualité face aux coûts croissants des dépenses reliées aux soins médicaux et à l’élargissement des populations concernées, notamment face à l’occidentalisation des pays émergeants comme l’Inde, le Brésil et la Chine. La cardiologie nucléaire occupe depuis trente ans, une place essentielle dans l’arsenal des méthodes diagnostiques et pronostiques des cardiopathies. De plus, de nouvelles percées permettront de dépister d’une façon plus précoce et précise, la maladie athérosclérotique cardiaque et périphérique chez les populations atteintes ainsi qu’en prévention primaire. Nous présenterons dans cette thèse, deux approches nouvelles de la cardiologie nucléaire. La dysfonction endothéliale est considérée comme le signal pathologique le plus précoce de l’athérosclérose. Les facteurs de risques cardiovasculaires traditionnels atteignent la fonction endothéliale et peuvent initier le processus d’athérosclérose même en l’absence de lésion endothéliale physique. La quantification de la fonction endothéliale coronarienne comporte donc un intérêt certain comme biomarqueur précoce de la maladie coronarienne. La pléthysmographie isotopique, méthodologie développée lors de ce cycle d’étude, permet de quantifier la fonction endothéliale périphérique, cette dernière étant corrélée à la fonction endothéliale coronarienne. Cette méthodologie est démontrée dans le premier manuscrit (Harel et. al., Physiol Meas., 2007). L’utilisation d’un radiomarquage des érythrocytes permet la mesure du flot artériel au niveau du membre supérieur pendant la réalisation d’une hyperémie réactive locale. Cette nouvelle procédure a été validée en comparaison à la pléthysmographie par jauge de contrainte sur une cohorte de 26 patients. Elle a démontré une excellente reproductibilité (coefficient de corrélation intra-classe = 0.89). De plus, la mesure du flot artérielle pendant la réaction hyperémique corrélait avec les mesure réalisées par la méthode de référence (r=0.87). Le deuxième manuscrit expose les bases de la spectroscopie infrarouge comme méthodologie de mesure du flot artériel et quantification de la réaction hyperémique (Harel et. al., Physiol Meas., 2008). Cette étude utilisa un protocole de triples mesures simultanées à l’aide de la pléthysmographie par jauge de contrainte, radio-isotopique et par spectroscopie infrarouge. La technique par spectroscopie fut démontrée précise et reproductible quant à la mesure des flots artériels au niveau de l’avant-bras. Cette nouvelle procédure a présenté des avantages indéniables quant à la diminution d’artéfact et à sa facilité d’utilisation. Le second volet de ma thèse porte sur l’analyse du synchronisme de contraction cardiaque. En effet, plus de 30% des patients recevant une thérapie de resynchronisation ne démontre pas d’amélioration clinique. De plus, ce taux de non-réponse est encore plus élevé lors de l’utilisation de critères morphologiques de réponse à la resynchronisation (réduction du volume télésystolique). Il existe donc un besoin urgent de développer une méthodologie de mesure fiable et précise de la dynamique cardiaque. Le troisième manuscrit expose les bases d’une nouvelle technique radio-isotopique permettant la quantification de la fraction d’éjection du ventricule gauche (Harel et. al. J Nucl Cardiol., 2007). L’étude portant sur 202 patients a démontré une excellente corrélation (r=0.84) avec la méthode de référence (ventriculographie planaire). La comparaison avec le logiciel QBS (Cedar-Sinai) démontrait un écart type du biais inférieur (7.44% vs 9.36%). De plus, le biais dans la mesure ne démontrait pas de corrélation avec la magnitude du paramètre pour notre méthodologie, contrairement au logiciel alterne. Le quatrième manuscrit portait sur la quantification de l’asynchronisme intra-ventriculaire gauche (Harel et. al. J Nucl Cardiol, 2008). Un nouveau paramètre tridimensionnel (CHI: contraction homogeneity index) (médiane 73.8% ; IQ 58.7% - 84.9%) permis d’intégrer les composantes d’amplitude et du synchronisme de la contraction ventriculaire. La validation de ce paramètre fut effectuée par comparaison avec la déviation standard de l’histogramme de phase (SDΦ) (médiane 28.2º ; IQ 17.5º - 46.8º) obtenu par la ventriculographie planaire lors d’une étude portant sur 235 patients. Ces quatre manuscrits, déjà publiés dans la littérature scientifique spécialisée, résument une fraction des travaux de recherche que nous avons effectués durant les trois dernières années. Ces travaux s’inscrivent dans deux axes majeurs de développement de la cardiologie du 21ième siècle.

Identification du rôle et des modifications post-traductionnelles modulant l’export nucléaire de l’hélicase virale E1 au cours du cycle de réplication du virus du papillome humain

Les virus du papillome humain (VPH) sont de petits virus à ADN double brin infectant les épithéliums de la peau et des muqueuses. La réplication nécessaire au maintien de leur génome dans les cellules infectées dépend des protéines virales E1 et E2. Au cours de la réplication, E1 est recrutée à l’origine de réplication par E2 afin d’être assemblée en doubles hexamères capables de dérouler l’ADN. E1 contient un domaine C-terminal responsable de l’activité ATPase/hélicase, un domaine central de liaison à l’origine et une région N-terminale régulant la réplication in vivo. Cette région contient des signaux de localisation et d’export nucléaire qui modulent le transport intracellulaire de E1. Chez le virus du papillome bovin (VPB), il a été proposé que ce transport est régulé par la sumoylation de E1. Finalement, la région N-terminale de E1 contient un motif de liaison aux cyclines permettant son interaction avec la cycline E/A-Cdk2. La phosphorylation de E1 par cette dernière régule différemment l’export nucléaire des protéines E1 du VPB et du VPH. Dans la première partie de cette étude, nous avons démontré que bien que la protéine E1 des VPH interagit avec Ubc9, l’enzyme de conjugaison de la voie de sumoylation, cette voie n’est pas requise pour son accumulation au noyau. Dans la seconde partie, nous avons déterminé que l’accumulation nucléaire de E1 est plutôt régulée pas sa phosphorylation. En fait, nous avons démontré que l’export nucléaire de E1 est inhibé par la phosphorylation de sérines conservées de la région N-terminale de E1 par Cdk2. Puis, nous avons établi que l’export nucléaire de E1 n’est pas nécessaire à l’amplification du génome dans les kératinocytes différenciés mais qu’il est requis pour le maintien du génome dans les kératinocytes non différenciés. En particulier, nous avons découvert que l’accumulation nucléaire de E1 inhibe la prolifération cellulaire en induisant un arrêt du cycle cellulaire en phase S et que cet effet anti-prolifératif est contrecarrée par l’export de E1 au cytoplasme. Dans la troisième partie de cette étude, nous avons démontré que l’arrêt cellulaire induit par E1 dépend de sa liaison à l’ADN et à l’ATP, et qu’il est accompagné par l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN dépendante de ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated). Ces deux événements semblent toutefois distincts puisque la formation d’un complexe E1-E2 réduit l’activation de la voie de réponse aux dommages par E1 sans toutefois prévenir l’arrêt de cycle cellulaire. Finalement, nous avons démontré que la réplication transitoire de l’ADN viral peut avoir lieu dans des cellules arrêtées en phase S, indépendamment de l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN et de la kinase ATM. Globalement, nos résultats démontrent que l’export nucléaire de E1 est régulé par sa phosphorylation et non par sa sumoylation. Ils démontrent également que l’export nucléaire de E1 est essentiel au maintien du génome dans les kératinocytes, possiblement parce qu’il prévient l’inhibition de la prolifération cellulaire et l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN en limitant l’accumulation de E1 au noyau.

Bipolar Tribocharging Signal During Friction Force Fluctuations At Metal-insulator Interfaces.

Friction and triboelectrification of materials show a strong correlation during sliding contacts. Friction force fluctuations are always accompanied by two tribocharging events at metal-insulator [e.g., polytetrafluoroethylene (PTFE)] interfaces: injection of charged species from the metal into PTFE followed by the flow of charges from PTFE to the metal surface. Adhesion maps that were obtained by atomic force microscopy (AFM) show that the region of contact increases the pull-off force from 10 to 150 nN, reflecting on a resilient electrostatic adhesion between PTFE and the metallic surface. The reported results suggest that friction and triboelectrification have a common origin that must be associated with the occurrence of strong electrostatic interactions at the interface.

Theory of small-signal ac response of a dielectric liquid containing two groups of ions

The analysis of Macdonald for electrolytes is generalized to the case in which two groups of ions are present. We assume that the electrolyte can be considered as a dispersion of ions in a dielectric liquid, and that the ionic recombination can be neglected. We present the differential equations governing the ionic redistribution when the liquid is subjected to an external electric field, describing the simultaneous diffusion of the two groups of ions in the presence of their own space charge fields. We investigate the influence of the ions on the impedance spectroscopy of an electrolytic cell. In the analysis, we assume that each group of ions have equal mobility, the electrodes perfectly block and that the adsorption phenomena can be neglected. In this framework, it is shown that the real part of the electrical impedance of the cell has a frequency dependence presenting two plateaux, related to a type of ambipolar and free diffusion coefficients. The importance of the considered problem on the ionic characterization performed by means of the impedance spectroscopy technique was discussed. (c) 2008 American Institute of Physics.

Kernel machines for epilepsy diagnosis via EEG signal classification: A comparative study

Objective: We carry out a systematic assessment on a suite of kernel-based learning machines while coping with the task of epilepsy diagnosis through automatic electroencephalogram (EEG) signal classification. Methods and materials: The kernel machines investigated include the standard support vector machine (SVM), the least squares SVM, the Lagrangian SVM, the smooth SVM, the proximal SVM, and the relevance vector machine. An extensive series of experiments was conducted on publicly available data, whose clinical EEG recordings were obtained from five normal subjects and five epileptic patients. The performance levels delivered by the different kernel machines are contrasted in terms of the criteria of predictive accuracy, sensitivity to the kernel function/parameter value, and sensitivity to the type of features extracted from the signal. For this purpose, 26 values for the kernel parameter (radius) of two well-known kernel functions (namely. Gaussian and exponential radial basis functions) were considered as well as 21 types of features extracted from the EEG signal, including statistical values derived from the discrete wavelet transform, Lyapunov exponents, and combinations thereof. Results: We first quantitatively assess the impact of the choice of the wavelet basis on the quality of the features extracted. Four wavelet basis functions were considered in this study. Then, we provide the average accuracy (i.e., cross-validation error) values delivered by 252 kernel machine configurations; in particular, 40%/35% of the best-calibrated models of the standard and least squares SVMs reached 100% accuracy rate for the two kernel functions considered. Moreover, we show the sensitivity profiles exhibited by a large sample of the configurations whereby one can visually inspect their levels of sensitiveness to the type of feature and to the kernel function/parameter value. Conclusions: Overall, the results evidence that all kernel machines are competitive in terms of accuracy, with the standard and least squares SVMs prevailing more consistently. Moreover, the choice of the kernel function and parameter value as well as the choice of the feature extractor are critical decisions to be taken, albeit the choice of the wavelet family seems not to be so relevant. Also, the statistical values calculated over the Lyapunov exponents were good sources of signal representation, but not as informative as their wavelet counterparts. Finally, a typical sensitivity profile has emerged among all types of machines, involving some regions of stability separated by zones of sharp variation, with some kernel parameter values clearly associated with better accuracy rates (zones of optimality). (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Noise reduction in biomedical speech signal processing based on time and frequency Kalman filtering combined with spectral subtraction

The goal of this paper is to study and propose a new technique for noise reduction used during the reconstruction of speech signals, particularly for biomedical applications. The proposed method is based on Kalman filtering in the time domain combined with spectral subtraction. Comparison with discrete Kalman filter in the frequency domain shows better performance of the proposed technique. The performance is evaluated by using the segmental signal-to-noise ratio and the Itakura-Saito`s distance. Results have shown that Kalman`s filter in time combined with spectral subtraction is more robust and efficient, improving the Itakura-Saito`s distance by up to four times. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Void fraction measurement and signal analysis from multiple-electrode impedance sensors

Void fraction sensors are important instruments not only for monitoring two-phase flow, but for furnishing an important parameter for obtaining flow map pattern and two-phase flow heat transfer coefficient as well. This work presents the experimental results obtained with the analysis of two axially spaced multiple-electrode impedance sensors tested in an upward air-water two-phase flow in a vertical tube for void fraction measurements. An electronic circuit was developed for signal generation and post-treatment of each sensor signal. By phase shifting the electrodes supplying the signal, it was possible to establish a rotating electric field sweeping across the test section. The fundamental principle of using a multiple-electrode configuration is based on reducing signal sensitivity to the non-uniform cross-section void fraction distribution problem. Static calibration curves were obtained for both sensors, and dynamic signal analyses for bubbly, slug, and turbulent churn flows were carried out. Flow parameters such as Taylor bubble velocity and length were obtained by using cross-correlation techniques. As an application of the void fraction tested, vertical flow pattern identification could be established by using the probability density function technique for void fractions ranging from 0% to nearly 70%.

Ultrasonic Viscosity Measurement Using the Shear-Wave Reflection Coefficient with a Novel Signal Processing Technique

Real-time viscosity measurement remains a necessity for highly automated industry. To resolve this problem, many studies have been carried out using an ultrasonic shear wave reflectance method. This method is based on the determination of the complex reflection coefficient`s magnitude and phase at the solid-liquid interface. Although magnitude is a stable quantity and its measurement is relatively simple and precise, phase measurement is a difficult task because of strong temperature dependence. A simplified method that uses only the magnitude of the reflection coefficient and that is valid under the Newtonian regimen has been proposed by some authors, but the obtained viscosity values do not match conventional viscometry measurements. In this work, a mode conversion measurement cell was used to measure glycerin viscosity as a function of temperature (15 to 25 degrees C) and corn syrup-water mixtures as a function of concentration (70 to 100 wt% of corn syrup). Tests were carried out at 1 MHz. A novel signal processing technique that calculates the reflection coefficient magnitude in a frequency band, instead of a single frequency, was studied. The effects of the bandwidth on magnitude and viscosity were analyzed and the results were compared with the values predicted by the Newtonian liquid model. The frequency band technique improved the magnitude results. The obtained viscosity values came close to those measured by the rotational viscometer with percentage errors up to 14%, whereas errors up to 96% were found for the single frequency method.

An In-Depth Study of the Barkhausen Emission Signal Properties of the Plastically Deformed Fe-2%Si Alloy

This paper presents the results of the in-depth study of the Barkhausen effect signal properties for the plastically deformed Fe-2%Si samples. The investigated samples have been deformed by cold rolling up to plastic strain epsilon(p) = 8%. The first approach consisted of time-domain-resolved pulse and frequency analysis of the Barkhausen noise signals whereas the complementary study consisted of the time-resolved pulse count analysis as well as a total pulse count. The latter included determination of time distribution of pulses for different threshold voltage levels as well as the total pulse count as a function of both the amplitude and the duration time of the pulses. The obtained results suggest that the observed increase in the Barkhausen noise signal intensity as a function of deformation level is mainly due to the increase in the number of bigger pulses.

In silico analysis of candidate genes involved in light sensing and signal transduction pathways in soybean

Several aspects of photoperception and light signal transduction have been elucidated by studies with model plants. However, the information available for economically important crops, such as Fabaceae species, is scarce. In order to incorporate the existing genomic tools into a strategy to advance soybean research, we have investigated publicly available expressed sequence tag ( EST) sequence databases in order to identify Glycine max sequences related to genes involved in light-regulated developmental control in model plants. Approximately 38,000 sequences from open-access databases were investigated, and all bona fide and putative photoreceptor gene families were found in soybean sequence databases. We have identified G. max orthologs for several families of transcriptional regulators and cytoplasmic proteins mediating photoreceptor-induced responses, although some important Arabidopsis phytochrome-signaling components are absent. Moreover, soybean and Arabidopsis gene-family homologs appear to have undergone a distinct expansion process in some cases. We propose a working model of light perception, signal transduction and response-eliciting in G. max, based on the identified key components from Arabidopsis. These results demonstrate the power of comparative genomics between model systems and crop species to elucidate several aspects of plant physiology and metabolism.

SacRALF1, a peptide signal from the grass sugarcane (Saccharum spp.), is potentially involved in the regulation of tissue expansion

Rapid alkalinization factor (RALF) is part of a growing family of small peptides with hormone characteristics in plants. Initially isolated from leaves of tobacco plants, RALF peptides can be found throughout the plant kingdom and they are expressed ubiquitously in plants. We took advantage of the small gene family size of RALF genes in sugarcane and the ordered cellular growth of the grass sugarcane leaves to gain information about the function of RALF peptides in plants. Here we report the isolation of two RALF peptides from leaves of sugarcane plants using the alkalinization assay. SacRALF1 was the most abundant and, when added to culture media, inhibited growth of microcalli derived from cell suspension cultures at concentrations as low as 0.1 mu M. Microcalli exposed to exogenous SacRALF1 for 5 days showed a reduced number of elongated cells. Only four copies of SacRALF genes were found in sugarcane plants. All four SacRALF genes are highly expressed in young and expanding leaves and show a low or undetectable level of expression in expanded leaves. In half-emerged leaf blades, SacRALF transcripts were found at high levels at the basal portion of the leaf and at low levels at the apical portion. Gene expression analyzes localize SacRALF genes in elongation zones of roots and leaves. Mature leaves, which are devoid of expanding cells, do not show considerable expression of SacRALF genes. Our findings are consistent with SacRALF genes playing a role in plant development potentially regulating tissue expansion.

A matching pursuit-based signal complexity measure for the analysis of newborn EEG

This paper presents a new relative measure of signal complexity, referred to here as relative structural complexity, which is based on the matching pursuit (MP) decomposition. By relative, we refer to the fact that this new measure is highly dependent on the decomposition dictionary used by MP. The structural part of the definition points to the fact that this new measure is related to the structure, or composition, of the signal under analysis. After a formal definition, the proposed relative structural complexity measure is used in the analysis of newborn EEG. To do this, firstly, a time-frequency (TF) decomposition dictionary is specifically designed to compactly represent the newborn EEG seizure state using MP. We then show, through the analysis of synthetic and real newborn EEG data, that the relative structural complexity measure can indicate changes in EEG structure as it transitions between the two EEG states; namely seizure and background (non-seizure).

Comparison of BR and QR Eigenvalue Algorithms for Power System Small Signal Stability Analysis

The BR algorithm is a novel and efficient method to find all eigenvalues of upper Hessenberg matrices and has never been applied to eigenanalysis for power system small signal stability. This paper analyzes differences between the BR and the QR algorithms with performance comparison in terms of CPU time based on stopping criteria and storage requirement. The BR algorithm utilizes accelerating strategies to improve its performance when computing eigenvalues of narrowly banded, nearly tridiagonal upper Hessenberg matrices. These strategies significantly reduce the computation time at a reasonable level of precision. Compared with the QR algorithm, the BR algorithm requires fewer iteration steps and less storage space without depriving of appropriate precision in solving eigenvalue problems of large-scale power systems. Numerical examples demonstrate the efficiency of the BR algorithm in pursuing eigenanalysis tasks of 39-, 68-, 115-, 300-, and 600-bus systems. Experiment results suggest that the BR algorithm is a more efficient algorithm for large-scale power system small signal stability eigenanalysis.

Analysis of small signal stability margins using genetic optimization

Power system small signal stability analysis aims to explore different small signal stability conditions and controls, namely: (1) exploring the power system security domains and boundaries in the space of power system parameters of interest, including load flow feasibility, saddle node and Hopf bifurcation ones; (2) finding the maximum and minimum damping conditions; and (3) determining control actions to provide and increase small signal stability. These problems are presented in this paper as different modifications of a general optimization to a minimum/maximum, depending on the initial guesses of variables and numerical methods used. In the considered problems, all the extreme points are of interest. Additionally, there are difficulties with finding the derivatives of the objective functions with respect to parameters. Numerical computations of derivatives in traditional optimization procedures are time consuming. In this paper, we propose a new black-box genetic optimization technique for comprehensive small signal stability analysis, which can effectively cope with highly nonlinear objective functions with multiple minima and maxima, and derivatives that can not be expressed analytically. The optimization result can then be used to provide such important information such as system optimal control decision making, assessment of the maximum network's transmission capacity, etc. (C) 1998 Elsevier Science S.A. All rights reserved.