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Modelling neuromuscular disorders: from the animal model to state-of-the-art stem cell cultures
No full textNeuromuscular disorders form a large group of debilitating diseases primarily affecting motor systems. For the majority of them, the mechanisms involved in pathogenesis are poorly understood and no efficient therapies are available. In the context of neurodegeneration, patient samples are not easily accessible. Thus, research relies mostly on cellular and animal models to study these disorders. However, in most cases, new models are still required to better dissect pathological mechanisms and optimize the drug discovery process. In this thesis, the focus was given to two yet untreatable neuromuscular diseases, amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and spinal and bulbar muscular atrophy (SBMA), for which new models were generated and characterized. Both disorders share common hallmarks, including motor neuron degeneration, muscle wasting and progressive motor decline. Thus, even though they are distinguishable conditions, unravelling pathological mechanisms of one disorder might also help understand degeneration occurring in the other. A new knock-in mouse model of ALS was created, based on a mutation in the ALS-related gene Vapb. Unlike previous Vapb murine models, these knock-in mice recapitulated expected disease phenotypes, such as progressive motor decline, muscle denervation, neuromuscular junctions defects, motor neuron stress and the formation of VAPB-positive cellular inclusions. For SBMA, human induced pluripotent stem cells derived from healthy individuals and SBMA patients were differentiated into motor neurons (MNs). These MNs were shown to differentiate properly and pathological phenotypes were investigated in the patient lines. The first optimization steps to generate MN-muscle co-cultures were also undertaken. Once perfected, this tool could be used to dissect SBMA pathogenesis in a human model and for therapeutic compound screening.Les troubles neuromusculaires forment un large groupe de maladies débilitantes affectant principalement les systèmes moteurs. Dans la majorité des cas, les mécanismes impliqués dans le dévelopement de ces maladies sont peu compris et aucun traitement efficace n'est disponible. Dans le contexte de maladies neurodégénératives, il est difficile d'obtenir des échantillons de patients. Pour cette raison, la recherche repose principalement sur l'utilisation de modèles cellulaires ou animaux. Cependant, pour la plupart de ces troubles, la création de nouveaux modèles est encore nécessaire pour étudier plus efficacement les mécanismes pathologiques, et améliorer le processus de découverte de médicaments. Cette thèse est focalisée sur deux maladies neuromusculaires toujours incurables, la sclérose latérale amyotrophique (SLA) et l'atrophie musculaire spinale et bulbaire (AMSB), pour lesquelles de nouveaux modèles ont été créés et caractérisés. Ces deux pathologies partagent des caractéristiques communes, incluant la dégénérescence des neurones moteurs, la fonte musculaire et le déclin moteur progressif. Ainsi, malgré les éléments distinctifs de ces deux maladies, la compréhension des mécanismes pathologiques de l'une pourraient aussi aider à la compréhension de l'autre. Un nouveau modèle murin de SLA a été créé, basé sur la mutation du gène Vapb. Contrairement aux précédents modèles souris créés pour ce gène, ces animaux expriment plusieurs phénotypes attendus, tels que le déclin moteur progressif, la dénervation musculaire, les défauts de jonctions neuromusculaires, le stress neuronal et la formation d'inclusions cellulaires contenant la protéine VAPB.Pour l'AMSB, des cellules induites pluripotentes humaines générées depuis des individus sains et des patients AMSB ont été différentiées en neurones moteurs. Ces neurones ont été caractérisés et certains phénotypes pathologiques ont été investigués dans les lignées de patients. Les premières étapes d'optimisation pour générer des co-cultures entre neurones moteurs et muscles ont aussi été réalisées. Une fois perfectionné, cet outil pourrait être utilisé pour l'étude des mécanismes de la maladie dans un modèle humain, ainsi que pour le criblage de nouveaux médicaments
Inorganic carbon dynamics and CO2 fluxes in the Saguenay Fjord (Québec, Canada)
No full textThe Saguenay Fjord is a major tributary of the St Lawrence Estuary and is strongly stratified. A 6-8 m wedge of brackish water typically overlies up to 270 m of seawater. Despite all the research carried out to date, the mode, magnitude and frequency of water and carbon exchange between the estuary and the fjord remain unquantified. Relative to the St Lawrence River, the surface waters of the Saguenay Fjord are more acidic and host lower dissolved inorganic carbon (DIC) and higher dissolved organic carbon (DOC) concentrations. The surface waters of the fjord are projected to be a net source of CO2 to the atmosphere. Nonetheless, the intrusion, at the surface, of brackish water from the upper estuary with the rising tide, as well as mixing of seawater, overflowing the sill from the lower estuary, below the pycnocline modulate the CO2 dynamics in the Saguenay Fjord. Using geochemical and isotopic tracers as well as an optimization multiparameter algorithm (OMP), we determined the relative contribution of known source-waters to the water column in the Saguenay Fjord, including deep waters that originate from the Lower St. Lawrence Estuary and replenish the fjord's deep basins. These results, when combined to a conservative (salinity, temperature, total alkalinity, dissolved inorganic carbon) mixing model and compared to field measurements, serve to identify the dominant factors, other than physical mixing, such as biological activity (photosynthesis, respiration) and gas exchange at the air-water interface, that impact the water properties (e.g., pH, pCO2, nutrient concentration) of the fjord. Results indicate that the fjord's surface waters are a net source of CO2 to the atmosphere during periods of high freshwater discharge (e.g., spring freshet) whereas the surface waters serve as a net sink of atmospheric CO2 when their salinity exceeds ~ 5-10.Le fjord du Saguenay est un tributaire majeur de l'estuaire du Saint-Laurent et est fortement stratifié. Une couche d'eau saumâtre de 6-8 m recouvre généralement jusqu'à 270 m d'eau de mer. Malgré toutes les recherches effectuées à ce jour, le mode, l'ampleur et la fréquence des échanges d'eau et de carbone entre l'estuaire et le fjord ne sont pas quantifiés. Comparativement au fleuve Saint-Laurent, les eaux de surface du fjord du Saguenay sont plus acides et contiennent moins de carbone inorganique dissous (CID) et plus de carbone organique dissous (COD). Les eaux de surface du fjord devraient constituer une source nette de CO2 vers l'atmosphère. Néanmoins, l'intrusion, en surface, d'eaux saumâtres de l'estuaire fluvial avec la marée montante, ainsi que le mélange d'eau de mer, débordant du seuil de l'estuaire maritime sous la pycnocline, modulent la dynamique du CO2 dans le fjord du Saguenay. A l'aide de traceurs géochimiques et isotopiques ainsi que d'un algorithme d'optimisation multiparamétrique (OMP), nous avons déterminé la contribution relative des sources connues à la colonne d'eau du fjord du Saguenay, y compris les eaux profondes provenant de l'estuaire maritime du Saint-Laurent et qui renouvellent les eaux des bassins profonds du fjord. Ces résultats, combinés à un modèle de mélange conservateur (salinité, température, alcalinité totale, carbone inorganique dissous) et comparés aux mesures sur le terrain, permettent d'identifier les facteurs dominants, autres que le mélange physique, tels que l'activité biologique (photosynthèse, respiration) et les échanges gazeux, qui influencent les propriétés des eaux (par exemple, pH, pCO2, concentration en nutriments) du fjord. Les résultats de cette étude indiquent que les eaux de surface du fjord sont une source nette de CO2 pour l'atmosphère pendant les périodes de fort apport en eau douce (par exemple, crues printanières) alors que les eaux de surface servent de puits net de CO2 atmosphérique lorsque la salinité excède ~ 5-10
Exposure to freeze-thaw conditions increases virulence of «Pseudomonas aeruginosa» to «Drosophila melanogaster»
No full textGroundwater contamination by pathogenic bacteria present in land-applied manure poses a threat to public health. In cold climate regions, surface soil layers experience repeated temperature fluctuations around the freezing point known as freeze-thaw (FT) cycles. With global climate change, annual soil FT cycles have increased, and this trend is expected to continue. It is therefore of interest to understand how FT cycles impact soil microbial communities. This study investigates the influence of FT cycles on the growth, culturability, biofilm formation, and virulence of the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa, a ubiquitous bacterium found in soil and water, and responsible for infections in immunocompromised hosts. Our findings demonstrate that exposure to FT had no significant effect on growth or culturability of the bacteria. However, FT treatment significantly increased biofilm formation and delayed the onset of swimming motility, factors that are important for the pathogenicity of P. aeruginosa. An in vivo study using a chronic infection model revealed an increase in the virulence of P. aeruginosa after FT exposure. These results suggest that the impact of climate change on natural FT cycles may be affecting the ecology of soil-borne pathogens and host-pathogen interactions in unexpected ways.La contamination d'eaux souterraines par des bactéries pathogènes présentes dans le fumier épandu représente un danger considérable pour la santé publique. Dans les régions froides, les couches de sol de surface subissent des variations de température aux alentours du point de congélation connues sous le nom de «freeze-thaw (FT) cycles» (périodes de gel-dégel). Sous l'influence du réchauffement climatique, les cycles FT annuels sont d'autant plus courants, et cette tendance semble s'intensifier. Il est par conséquent crucial de comprendre l'impact des cycles FT sur les bactéries des sols. Cette recherche tente de comprendre l'influence des cycles FT sur la croissance, la cultivabilité, la formation de biofilm, et la virulence du pathogène opportuniste Pseudomonas aeruginosa, une bactérie omniprésente dans les eaux et les sols, et responsable d'infections chez les hôtes au système immunitaire affaibli. La recherche présentée ici démontre que l'exposition au FT n'a aucun effet significatif sur la croissance et la cultivabilité de la bactérie. Cependant, les traitements FT ont significativement augmenté la formation de biofilm et retardé l'initiation de la motilité de type «swimming», pouvant être des facteurs favorables à la virulence de P. aeruginosa. Une étude in vivo faisant usage d'un modèle d'infection chronique a démontré une augmentation dans la virulence de P. aeruginosa après une exposition au FT. Ces résultats suggèrent que l'impact du réchauffement climatique sur les cycles naturels FT pourrait affecter l'écologie de pathogènes provenant du sol et les interactions hôtes-agents pathogènes de façons inattendues
Optimization of surgical technique by objective quantification and reconstruction of adipose tissue volume
No full textBackground/hypothesis/objectives: Plastic and Reconstructive surgeons commonly manipulate adipose tissue for reconstructive and cosmetic purposes. When harvesting adipose tissue, there is no practical way of measuring fat volume. Surgeons currently estimate the required volume by tactile sensation (i.e. pinch test). Computed tomography scans and magnetic resonance imaging can potentially be used to measure adipose tissue volume; however, these modalities are both resource and time-consuming. Moreover, they cannot be used intra-operatively. We would like to develop a quick and inexpensive tool to measure patients' fat volume in order to improve procedures that manipulate adipose tissue. Using ultrasound, a readily available and inexpensive modality, the goal is to develop a software that facilitates pre-operative planning with three-dimensional graphic representation. Our main objective is to improve results and decrease complications by implementing intra-operative real-time guidance and immediate feedback. We hypothesize that objective measurement of adipose tissue will result in improved surgical outcomes, decreased donor-site morbidities, and higher patient satisfaction. Methods: The first phase of our project (current thesis) constitutes three extensive literature searches aimed at collecting data for the development of a software that accurately measures abdominal fat volume using ultrasound. The information presented in this thesis was essential for the technological development of the current and future prototypes. The first literature search aims to report techniques of subcutaneous adipose tissue measurement using ultrasound. The second systematic review aims to summarize the available techniques used to objectively measure flap volume in reconstructive surgery. Finally, the third systematic review aims to summarize the available techniques used to objectively measure adipose tissue during liposuction. In the second phase of our project (ongoing pilot project), a prototype was developed for validation of ultrasound quantification in both flap reconstruction and liposuction using the software Rhinocerus 5.0 spatial reconstruction software (McNeel North America, Seattle, WA). Results: To establish a standardized approach, the most consistent and reliable techniques are summarized in the first review. Literature findings related to the following parameters are summarized: type of measurement, ultrasound make/model, transducer frequency, external and internal landmarks, pressure applied on probe, special techniques and inter/intra-observer reliability. Reported methods of objective adipocutaneous flap quantification are summarized in the second review. Flap volume was calculated using the following techniques: magnetic resonance imaging, computed tomography, three-dimensional imaging and modeling, material templates, ultrasound, and weighing scales. Techniques and results of the included studies are summarized. Finally, the third review summarizes reported methods of fat quantification following liposuction. The details of the above reviews were crucial for the development and validation of a prototype for volumetric measurement of adipose tissue designed by our laboratory. Conclusion: The preliminary results are promising, and we believe that three-dimensional representation and objective quantification is the future of reconstructive and cosmetic surgery. More studies are needed to study the clinical relevancy and impact of the various imaging modalities reviewed as well as to develop automated volumetric measurement technology with improved accuracy, efficacy and reproducibility. Using the information gathered in the first phase of our project, we hope to contribute to our specialty by validating the first tool that objectively quantifies fat volume using ultrasound along with computer-assisted three-dimensional and volumetric representation.Introduction/hypothèse: Les spécialistes en chirurgie plastique et esthétique manipulent souvent le tissu adipeux. Les reconstructions par lambeaux libres, les greffes adipeuses ainsi que la liposuccion sont parmi les procédures les plus fréquentes. Il n'y a présentement aucun moyen objectif de mesurer le volume de tissu adipeux de la zone donneuse. Les chirurgiens se fient aux moyens subjectifs pour estimer le volume de tissu adipeux adéquat (e.g. test du pincement). L'imagerie par résonance magnétique et la tomodensitométrie peuvent mesurer le volume de tissu adipeux, cependant les limites d'accès (temps d'attentes) et les coûts associés à ces techniques d'imageries limitent leur applicabilité. De plus, ils ne peuvent pas mesurer le volume adipeux en temps réel durant la chirurgie. En utilisant l'échographie, nous aimerions développer un outil qui permet de mesurer le tissu graisseux en temps réel et le représenter en utilisant un modèle trois-dimensionnel. Notre objectif principal est d'améliorer les résultats des procédures reliées aux tissus graisseux, diminuer les complications, ainsi qu'améliorer la satisfaction des patients. Méthodes: La première partie de notre projet (thèse actuelle) est composée de trois revues de littérature. Les données ramassées étaient essentielles au développement du logiciel protoype qui servira à mesurer le volume du tissu adipeux par échographie. La première revue de littérature a comme but de standardiser la mesure du tissue adipeux abdominal par échographie. Le but de la deuxième revue de littérature est de comparer les différentes méthodes décrites pour mesurer le tissu adipeux dans le domaine de la chirurgie reconstructive. Finalement, le but de la troisième revue de littérature est de comparer les différentes méthodes décrites pour mesurer le tissu adipeux durant la liposuccion. Dans la deuxième partie de notre projet (projet pilote en cours), notre laboratoire a développé un prototype pour la mesure du tissu adipeux avec le logiciel ''Rhinocerus 5.0 spatial reconstruction software (McNeel North America, Seattle, WA) ''. Résultats: Afin de développer une approche standardisée, les techniques d'échographie les plus fiables et communes ont été analysées dans la première revue de littérature. Les paramètres suivants ont été analysés : le type de mesure, la marque et le modèle de la machine, la fréquence du transducteur, les repères anatomiques externes et internes, la pression transmise par la sonde, les techniques spéciales (inspiration, position etc.) et la reproductibilité. Les diverses méthodes de quantification objective de lambeaux libres ont été analysées et résumées dans la deuxième revue de littérature. Le volume des lambeaux libres a été calculé à l'aide des méthodes suivantes : imagerie par résonance magnétique, tomodensitométrie, modélisation tridimensionnelle, modèles physiques, échographie, et diverses échelles. Les diverses méthodes de quantification objective de tissu graisseux suite à la liposuccion ont été analysées et résumées dans la troisième revue de littérature. L'information ci-haut a été essentielle pour le développement et la validation du prototype ayant comme but de quantifier le tissu adipeux de la liposuccion et des lambeaux libres.Conclusion : Les résultats préliminaires confirment que la modélisation tridimensionnelle et la quantification objective sont le futur de la chirurgie reconstructive et esthétique. Plus d'études sont nécessaires pour confirmer la pertinence clinique de la quantification objective et des mesures volumétriques automatisées. Les résultats de cette première phase de notre projet serviront comme point de référence afin de développer le premier outil pour mesurer le tissu adipeux par échographie et modélisation tridimensionnelle
Effect of positioning the tie-rail to follow the natural neck line of cows when eating and rising on the welfare of dairy cows housed in tie-stall barns
No full textA majority of dairy farms in Canada are tie-stall barns, but few experimental studies have investigated ways to improve cow comfort through tie-stall design. Epidemiological studies have found that tie-stall design may have an effect on dairy cow welfare. Our objective was to investigate tie-rail positions and develop new recommendations that combine both height and forward positions to improve dairy cow welfare. Four treatments were tested: two new tie-rail positions that follow the natural neck line of cows (Neckline1, Neckline2), Current Recommendation, and the tie-rail position commonly found on farm. Forty-eight cows blocked by parity and stage of lactation were divided between two start dates and randomly allocated to a treatment for 10 weeks. Live scoring was performed weekly to evaluate: injury, cow and stall cleanliness, bedding quantity, and body condition. Lameness scoring was performed weekly through video observation. Milk yields were recorded at each milking and milk samples were collected weekly to evaluate milk components. Feeding/rumination time was recorded continuously using ear-mounted activity data loggers. Resting behaviours were continuously recorded using leg mounted accelerometers. Cows were recorded 1 d/wk by overhead cameras and 6 lying and rising events were evaluated per recording. The tie-rail positions tested did not have an effect on cow and stall cleanliness, bedding quantity, body condition, lameness, milk yield and components, feeding/rumination time, rising and lying ability, and resting behaviour. However, Current Recommendation (difference from wk 0: +0.9 ± 0.16) had an increase in proximal neck injuries compared to Neckline2 (+0.1 ± 0.15). Neckline2 (+0.8 ± 0.16) and Neckline1 (+0.5 ± 0.16) had an increase in medial neck injuries compared to the Current Recommendation (-0.1 ± 0.18). All treatments showed a decrease over time in average lying intention time (-5.9 s/event), lying-down time (-1.1 s/event), contact with stall (-32.5 %) and slipping (-9.4 %) during lying motion. All treatments showed a decrease over time in average backwards movement on knees (-10.8 %;) and contact with tie-rail (-14.3 %) during rising motion and overall abnormal rising (-15.7 %). Although, lying and rising ability improved over time, the prevalence of abnormal lying and rising was still high in the long-term for all treatments; for example, in the long-term, cows still came in contact with the stall dividers or tie-rail 42.3% of the time during lying motion. Results suggest that the injury location on the neck shifts based on tie-rail placement. Further research is needed to improve stall design to reduce injuries and abnormal lying and rising behaviours. For instance, studies investigating alternative options to stall design such as a different material apposed to metal bars (e.g., a flexible bar or chain) and/or increasing the tie-rail forward position even further may reduce contacts between the bar and the cows. Alternatively, housing options providing fewer obstacles in the cow's environment through the elimination of stall hardware should be investigated such as a deep-bedded pack or compost pack.Des études épidémiologiques récentes ont identifié un lien entre la configuration des stalles et diverses mesures du bien-être des vaches. Cependant, très peu d'essais contrôlés ont été conduits pour identifier comment des changements à la configuration des stalles pourraient améliorer le confort des vaches en stabulation entravée. Notre objectif était d'évaluer l'impact de la position de la barre d'attache, et de développer de nouvelles recommandations combinant la hauteur et l'avancement de la barre. Quatre traitements ont été mis à l'essai : deux nouvelles positions suivant la pente naturelle du cou (Neckline 1 & Neckline 2), la recommandation actuelle et la position la plus communément trouvée sur les fermes laitières, présentement. 48 vaches laitières, regroupées selon le nombre de vêlages et le stade de lactation, ont été assignées au hasard à l'un des quatre traitements pour 10 semaines. Les blessures, la propreté des vaches et des stalles, la quantité de litière et la condition de chair des vaches ont été évaluées par des observations directes. L'évaluation de la boiterie a été réalisée via l'observation de vidéos. Le rendement laitier des vaches était enregistré automatiquement lors de chacune des traites, et des échantillons de lait collectés ont permis d'évaluer les composantes laitières. Le temps total consacré à l'alimentation/rumination a été évalué en continu à l'aide de moniteurs d'activité attachés. Des accéléromètres posés sur les pattes des vaches ont permis de recueillir des données sur les comportements de repos. 6 mouvements de lever et de coucher par semaine ont été évalués, grâce aux données vidéo enregistrées par des caméras situées au-dessus des stalles. La position de la barre d'attache n'a pas eu d'impact sur la propreté des vaches ni des stalles, la quantité de litière, la condition de chair, la boiterie, la production de lait et les composantes laitière, le temps consacré à l'alimentation/rumination, l'aisance des vaches au lever et au coucher, ni sur les comportements de repos. Les niveaux de blessures dans la région proximale du cou ont augmenté chez la recommandation actuelle (différence par rapport à la semaine 0 : +0,9 ± 0,16), par rapport au traitement Neckline2 (+0,1 ± 0,15). Des blessures dans la région médiale du cou, les niveaux de blessures ont augmenté chez traitements Neckline2 (+0,8 ± 0,16) et Neckline1 (+0,5 ± 0,16), par rapport à la recommandation actuelle (-0,1 ± 0,18). La durée de la phase de préparation au coucher a diminué au fil du temps pour tous les traitements (-5,9 s/coucher), de même que la durée du mouvement de coucher (-1,1 s/coucher), la fréquence des contacts avec les éléments de la stalle (-32,5%et la glissade des pieds (-9,4%) durant les mouvements de coucher. Pour des mouvements de lever, la fréquence des mouvements arrière sur les genoux (-10,8%), des contacts avec la barre d'attache (-14,3%) et la proportion de levers anormaux (-15,7%) ont diminué au fil du temps, pour tous les traitements. Bien que l'aisance des vaches au lever et au coucher se soient améliorées au fil du temps, la prévalence des levers et des couchers anormaux est demeurée élevée, à long terme, pour tous les traitements. Par exemple, à la fin de l'expérience, les vaches entraient encore en contact avec les éléments de la stalle lors de 42,3% des mouvements de coucher. Ces résultats semblent montrer que la position des blessures au cou est liée à celle de la barre d'attache. Plus d'efforts de recherche sont nécessaires pour améliorer la configuration des stalles, de façon à diminuer les niveaux de blessures et les mouvements de lever et de coucher anormaux. Des pistes à suivre incluent des chaînes ou des barres flexibles, ou des barres avancées encore plus loin. D'autres options de logement telles que les parcs de litière profonde ou de litière compostée, dépourvues des barres et diviseurs définissant les stalles, pourraient également constituer des solutions
Contribution of spinal atypical PKCs to the maintenance of centrally-mediated persistent pain
No full textChronic pain is an incredibly prevalent and debilitating medical condition, though the development of effective pain management has been limited by the complicated underlying neural mechanisms. Chronic pain has been shown to depend on central neuronal plasticity in the spinal cord, and while multiple mechanisms involved in the initiation of plastic changes have been established, the molecular targets which maintain central pain plasticity are still largely unknown. Building upon the established neurobiology underlying long-term memory storage in the hippocampus, this thesis investigated the contributions of spinal atypical PKC isoforms, PKC iota/lamda and PKM zeta, to the maintenance of centrally-mediated persistent pain. Non-specific pharmacological inhibition of spinal atypical PKCs following repeated injections of intramuscular (i.m.) acidic saline increased paw withdrawal thresholds (PWTs), demonstrating a reversal of established mechanical allodynia in male animals, but not female animals. Inhibition of PKC iota/lamda through the specific PKC iota/lamda-antagonist ICAP resulted in a significant delay in the onset of second phase nociceptive pain in the formalin test and a reversal of established mechanical allodynia following i.m. acidic saline, in male animals only. Female animals continued to display pain behaviours following ICAP administration in both the formalin test and i.m. acidic saline. The downstream target of PKC iota/lamda, p62/GluA1, was inhibited using the peptide Tat-GluA1(L2-3), which reversed i.m. acidic saline-induced mechanical allodynia in males, but not females. There was no effect of Tat-GluA1(L2-3) in the formalin test for either sex. NSF/GluA2, the downstream target of PKM zeta, was inhibited using the peptide myr-pep2m, which demonstrated a reversal of established mechanical allodynia for both male and females following i.m. acidic saline. The peptide did not affect the nociceptive behaviours produced in the formalin test for either sex. Intrathecally administered CGRP resulted in a robust allodynia, which was not reversed by myr-pep2m for either sex when administered either immediately or 24 hours after CGRP injection. This thesis provides novel behavioural evidence for the role of atypical PKC isoforms in the maintenance of centrally-mediated hypersensitivity underlying persistent pain, identifying sex differences and highlighting the potential influence of ongoing afferent input. These findings demonstrated a male-specific role for PKC iota/lamda and its downstream target p62/GluA1 in pain states which no longer rely exclusively on peripheral input, and instead depend mainly on central sensitization. The sexually divergent pathways appear to converge at the interaction between NSF and the GluR2 subunit of the AMPA receptor. While the NSF/GluR2 interaction is downstream of PKM zeta in males, these findings suggest females may rely on a factor independent of atypical PKCs for the maintenance of persistent pain states. These behavioural findings will inform future investigation of basic mechanisms related to the maintenance of central plasticity, a critical step towards identifying targets for analgesic drug development.La douleur chronique est une condition médicale incroyablement débilitante et répandue, mais malgré cela le développement de stratégies efficaces pour gérer la douleur a été limité par la complexité des mécanismes neuraux sous-jacents. Il a été démontré que la douleur chronique dépend de la plasticité neuronale centrale de la moelle épinière, et bien que plusieurs mécanismes impliqués dans l'initiation des changements plastiques aient été établis, les cibles moléculaires qui maintiennent la plasticité centrale de la douleur sont encore largement inconnues. S'appuyant sur les connaissances établies de la neurobiologie qui sous-tend le stockage de la mémoire à long terme dans l'hippocampe, cette thèse a étudié les contributions des isoformes atypiques spinales PKC, PKC iota/lamda et PKM zeta, au maintien de la douleur persistante à médiation centrale. L'inhibition pharmacologique non-spécifique des PKC atypiques spinales après des injections répétées de solution saline acide intramusculaire a augmenté les seuils de retrait de la patte, démontrant une inversion de l'allodynie mécanique établie chez les animaux mâles, mais pas chez les femelles. L'inhibition de PKC iota/lamda à l'aide de l'antagoniste spécifique de PKC iota/lamda, ICAP, a entraîné un délai significatif dans l'apparition de la douleur nociceptive de seconde phase dans le test de formol ainsi qu'une inversion de l'allodynie mécanique établie après injection intramusculaire de solution saline acide chez les animaux mâles seulement. Les animaux femelles ont continué de montrer des comportements de douleur après l'administration de l'ICAP dans le test au formol et dans la solution saline acide intramusculaire. La cible en aval de PKC iota/lamda, p62/GluA1, a été inhibée en utilisant le peptide Tat-GluA1 (L2-3), qui a inversé l'allodynie mécanique induite par la solution saline intramusculaire chez les mâles, mais pas chez les femelles. Il n'y avait aucun effet de Tat-GluA1 (L2-3) dans le test de formol pour les deux sexes. NSF/GluA2, la cible en aval de PKM zeta, a été inhibée à l'aide du peptide myr-pep2m, qui a démontré une inversion de l'allodynie mécanique établie pour les mâles et les femelles après une solution saline acide intramusculaire. Le peptide n'a pas affecté les comportements nociceptifs produits dans le test au formol pour les deux sexes. Le CGRP administré par voie intrathécale a entraîné une allodynie robuste, qui n'a pas été inversée par myr-pep2m pour l'un ou l'autre des sexes, qu'il ait été administré immédiatement ou 24 heures après l'injection de CGRP.Cette thèse fournit de nouvelles preuves comportementales pour le rôle des isoformes PKC atypiques dans le maintien de l'hypersensibilité à médiation centrale sous-jacente à la douleur persistante, identifiant les différences sexuelles et mettant en évidence l'influence potentielle de l'apport afférent continu. Ces résultats ont mis en évidence un rôle spécifiquement mâle de PKC iota/lamda et de sa cible en aval p62/GLuA1 dans les états douloureux qui ne dépendent plus exclusivement de l'apport périphérique mais qui dépendent principalement de la sensibilisation centrale. Les voies divergentes entre les sexes semblent converger vers l'interaction entre NSF et la sous-unité GluR2 du récepteur AMPA. Alors que l'interaction NSF/ GluR2 est en aval de PKM zeta chez les mâles, ces résultats suggèrent que les femelles semblent dépendre d'un facteur indépendant des PKC atypiques pour le maintien des états douloureux persistants. Ces résultats comportementaux guideront les futures recherches sur les mécanismes de base liés au maintien de la plasticité centrale, étape cruciale vers l'identification de cibles pour le développement de médicaments analgésiques
Comparison of the effect of isoflurane on high-frequency (30-200 Hz) ryythms recorded in central medial, reticular, and ventroposteromedial thalmic nuclei
No full textBackground: Thalamocortical EEG rhythms in gamma (30–80Hz) and high-gamma (80–200Hz) ranges have been linked to arousal and conscious processing. We have recently shown that isoflurane and propofol cause a concentration dependent attenuation of the power of these fast (50¬–200Hz) rhythms in the ventroposteromedial nucleus (VPM) of the thalamus. It has been proposed that general anesthetics may exert a stronger effect on the central medial thalamus (CMT) and the thalamic reticular nucleus (TRN) as the afferents to both structures are likely to be more sensitive to general anesthetics when compared to the Ventral Posteromedial Nucleus (VPM) whose afferents are either not affected (spinal) or minimally affected (cortico-thalamic recurrent projections). Recent studies have showed that the earliest correlate of propofol-induced unconsciousness in rats (loss of righting reflex) occurs in the Central Medial Thalamus (CMT) as a shift to a lower dominant frequency in the gamma (20-40 Hz) range with a concomitant increase in power. Additionally, solid motives for the study of the TRN include its pivotal role in regulation of thalamocortical function and arousal, as well as the GABAergic nature of its efferents – since potentiation of the GABA receptor is the most common molecular mechanism through which general anesthetics act. The aim of this study was to compare the effect of isoflurane on fast rhythms observed from the VPM, CMT and TRN.Methods: Local field potentials (LFPs) were recorded from the VPM, TRN and CMT in 10 chronically implanted rats to measure spectral power in the gamma/high-gamma range (30–200 Hz) range. Rats were placed in an airtight chamber and isoflurane was administered at 0.5%, 0.75%, 1.0% and 1.25%. Spectral power was assessed during baseline, at the 4 isoflurane concentrations, and during emergence and recovery. The analysis was carried out over four bands (30–50, 51–75, 76–125 and 126–200 Hz). The state of unconsciousness was defined as a sustained loss of righting reflex. Multiple linear regression was used to model the change in power (after logarithmic transformation) as a function of concentration and recording site. P values were corrected for multiple comparisons. Results: Loss of consciousness occurred at 1.0% in all animals. A significant attenuation of the gamma and high-gamma oscillations in the 51–200 Hz range was observed with no significant differences between structures under observation. There was no effect observed on the 30–50Hz range.Conclusion: There is an attenuation of gamma and high-gamma oscillations (30–80 Hz and 80–200 Hz respectively) at the level of the CMT, TRN and VPM when exposed to isoflurane and the effect is uniform across all structures under observation.Introduction: Les rythmes d'EEG thalamocorticaux dans les bandes de fréquence gamma (30-80 Hz) et haut-gamma (80-200 Hz) sont liés avec l'éveil et les processus conscients. Nous avons récemment démontré que l'isoflurane et le propofol causent une atténuation, en fonction de la concentration, de l'amplitude de ces rythmes rapides (50-200 Hz) du noyau ventropostéromédial du thalamus (VPM). Il fût proposé que les anesthésiques généraux pourraient avoir un effet important sur le thalamus centromédial (CMT) et le noyau réticulaire thalamique (TRN) puisque les structures afférents de ces dernières sont susceptibles d'être plus sensibles aux anesthésiant généraux lorsque comparés au VPM dont les structures afférentes ne sont soit pas affectées (spinales) ou minimalement affectées (projections récurrentes cortico-thalamiques). Des études récentes ont démontré que les corrélats les plus tôt de l'inconscience due au propofol chez les rats (la perte du réflexe de redressement) ont lieu dans le CMT en tant que changement vers une fréquence dominante plus basse dans la bande d'ondes gamma (20-40 Hz) avec une augmentation concomitante de puissance. De plus, les raisons centrales d'étudier le TRN incluent son rôle clé dans la régulation de la fonction thalamocorticale, dans l'éveil, ainsi que dans la nature GABAergique de ses structures efférentes puisque la potentialisation des récepteurs GABA est le mécanisme moléculaire par lequel les anesthésiants généraux font effet. Le but de cette étude est de comparer l'effet de l'isoflurane sur les rythmes rapides observés aux VPM, CMT et TRN.Méthode: Les potentiels de champs locaux (LFPs) furent enregistré aux VPM, TRN et CMT dans 10 rats chroniquement instrumentés pour mesurer la puissance spectrale dans les bandes d'ondes gamma et haut gamma (30-200 Hz). Les rats furent placés dans une chambre hermétique et de l'isoflurane leur fût administré à 0.5%, 0.75%, 1.0% et 1.25%. La puissance spectrale fût mesurée au un point de référence, aux quatre concentrations d'isoflurane et durant l'émergence et la convalescence. L'analyse fût poussée sur quatre bandes de fréquence (30-50, 51-75, 76-125 et 126-200 Hz) L'état de conscience a été défini comme étant une perte continue du réflexe de redressement. La régression linéaire multiple a été utilisé pour modéliser les changements de puissance (après une transformation logarithmique) comme étant une fonction de la concentration et du site d'enregistrement. Les valeurs P furent corrigées pour comparaisons multiples.Résultats: La perte de conscience a eu lieu à 1.0% pour tous les animaux. Une atténuation significative des oscillations dans les bandes de fréquences gamma et haut-gamma fût observée sans différence significative entre les structures observées.Conclusion: Il existe une atténuation des oscillations des bandes de fréquences gamma et haut-gamma (30-80 Hz et 80-200 Hz respectivement) au niveau du CMT, du TRN et du VPM lorsque exposé à l'isoflurane et les effets sont uniformes dans toutes les structures observées
Function of the GTPase RbgA in prokaryotic ribosome assembly
No full textBacterial ribosome assembly is a robust mechanism that can proceed in parallel pathways. Several assembly factors assist this process, including the GTPase RbgA that plays a role in the assembly of the large 50S subunit in Bacillus subtilis. Immature intermediates called 45S particles accumulate upon the depletion of RbgA or the expression of RbgA-F6A that has reduced GTPase activity. The 45S particles are able to mature to the 50S subunit in the presence of RbgA in the wild type bacteria, but unable to do so efficiently in the RbgA-F6A background that results in reduced growth rate of bacteria. Suppressor mutations in the large ribosomal protein uL6 partially corrects the growth defect caused by RbgA-F6A. The suppression process involves the accumulation of 44S particles, which are able to efficiently mature to the 50S subunit in a RbgA-F6A background. Here, we elucidate this suppression mechanism. Cryo-electron microscopy structures show that RbgA induces the correct positioning of the helices 42 to 44 (h42-44) in the 45S structure. Incorporation of the late binding protein uL16 that binds to h42 may require this correct position in order to drive 50S subunit maturation. The h42-44 are highly flexible in the 44S particles with uL6-R3C mutation, which may allow the incorporation of uL16 without requiring functional RbgA. Dissociation of two proteins, uL14 and uL19, from the high salt purified 44S particles show that these proteins are weakly bound to the 44S particles near the potential binding site of RbgA-F6A, and therefore may affect the interaction of RbgA-F6A with 44S particles. Indeed, binding affinity measured by microscale thermophoresis confirmed that RbgA-F6A binds to the 44S particles with lower affinity compared to the binding of RbgA and 45S particles. Low affinity binding may allow RbgA-F6A to dissociate from the ribosomal particle upon its action, and therefore compensate for its reduced GTPase activity. This study provides insight into the functional role of RbgA in the 50S subunit assembly and highlights its importance in forming the binding site for uL16.L'assemblage des ribosomes bactériens est un mécanisme robuste pouvant suivre des voies parallèles. Plusieurs facteurs d'assemblage facilitent ce processus, notamment la GTPase RgbA impliquée dans l'assemblage de la grande sous-unité 50S chez les Bacillus subtilis. Les particules intermédiaires immatures appelés 45S s'accumulent quand RbgA est déplétée ou mutée sur son site catalytique (RbgA-F6A). En présence de RbgA, les particules 45S sont capables d'évoluer vers une sous-unité 50S chez les bactéries de type sauvage mais ils sont incapables de le faire efficacement chez les mutants pour qui la croissance est considérablement réduite. Les mutations suppressives dans le gène codant pour la protéine ribosomique uL6 corrigent partiellement le défaut de croissance causée par RbgA-F6A. Le processus de suppression implique l'accumulation de particules immatures dites 44S, capables de devenir des sous-unité 50S dans le contexte de mutation RbgA-F6A. Ici, nous élucidons ce mécanisme de suppression. En analysant la structures de la particule 45S résolue grâce à la cryo-microscopie électronique, nous avons constaté que RbgA induit le positionnement correct des hélices 42, 43 et 44 (h42-44) au sein de la particule. L'incorporation de la protéine de liaison tardive uL16 au niveau de l'hélice h42 peut solliciter cette position pour diriger la maturation de la sous-unité ribosomique. Les hélices h42-44 sont hautement flexibles au sein des particules 44S ayant une mutation uL6-R3C ce qui peut permettre l'incorporation de uL16 sans requérir une RbgA fonctionnel. Dans la sous-unité 50S mature, les protéines ribosomique uL14 et uL19 se fixent près du site potentiel de liaison de RbgA-F6A et elles sont absentes dans les particules 44S purifiées à de forte concentration de sels. Ces données indiquent que uL14 et uL19 se lient faiblement aux sous-unités immatures pouvant, de ce fait, affecter l'interaction de RbgA-F6A aux particules 44S. En effet, l'analyse en microscale thermophoresis confirme que l'affinité de liaison de RbgA-F6A pour les particules 44S est inférieure à l'affinité de liaison de RbgA pour les particules 45S. Ainsi, une liaison de faible affinité peut permettre à RbgA-F6A de se dissocier de la particule ribosomale après son action et, par conséquent, de compenser son activité GTPasique très réduite. Cette étude donne un aperçu du rôle fonctionnel de RbgA durant l'assemblage de la sous-unité 50S et souligne son importance dans la création d'un site de liaison pour la protéine ribosomique uL16
Laboratory Scale Assessment of a Capillary Barrier using Fibre Optic Distributed Temperature Sensing (FO-DTS)
No full textRecent waste rock pile designs have been proposed to incorporate a fine-grained layer to create a capillary barrier to prevent surface water from draining into the pile interior. This study analyse active fibre optic distributed temperature sensing (FO-DTS) as a tool to measure the effectiveness a capillary barrier system following an infiltration test. A laboratory waste rock column was built with anorthosite waste rock overlain by sand. Volumetric water content is calculated during heat cycles lasting 15 min powered at 15 W/m in the column. A new algorithm is employed to circumvent several requirements for soil specific calibration. The inferred moisture contents were verified by soil moisture probes located adjacent to the cable. The FO-DTS data indicate, at vertical resolutions up to 2 cm, that water is retained in the sand and does not drain into the anorthosite following the infiltration test. The R2 between the inferred and measured volumetric water content in the fine cover sand layer is 0.90, while the screened anorthosite maintained an R2 of 0.94 with constant moisture content throughout the test. This study will ultimately help guide future waste rock storage design initiatives incorporating fibre optic sensors, leading to improved environmental mine waste management
Salt-ice worlds: An anthropology of sea ice
No full textAnthropogenic climate change brings into focus the entanglements of humans and nonhumans, a kind of collective world-making that cannot be captured in terms of a divide between separate 'natural' and 'social' orders (Latour 2014; Haraway et al. 2016). Anthropological attunement to these collectives have simultaneously enlarged the field of view and decentered human beings as just one entity among many others (e.g., Kirksey and Helmreich 2010). My dissertation builds on these efforts by conducting an anthropology of sea ice—more specifically, 'sea ice' as constituted by scientific knowledge. It is based on 12 months of fieldwork (2014-2016) among sea ice scientists at the Polar Science Centre and various academic departments at the University of Washington in Seattle, WA. In this dissertation, I seek to shift from sea ice-worlding as 'becomings-with,' in which human-sea ice relationships are basic units of analysis (Haraway 2008), to explore how sea ice itself orders myriad things. My dissertation is self-consciously ice-centric without being post-humanist. This is, perhaps, an effort to explore the possibility of anthropology "after ethnos" from that which exceeds the human (Rees 2018). This dissertation does not seek to make ontological claims about the world as it is in a metaphysical sense, but explores a conceptual provocation—one that enters sea ice-worlding through scientific knowledge as a human practice. As a conceptual departure point, scientific knowledge makes visible 'sea ice' as produced, historically contingent, and open to change. This forms the basis of Chapter One ("Making Sea Ice: A Field Guide") and informs my analysis in Chapter Two ("Rotten Ice"), which followed in real-time the making of 'rotten ice'—a type of heavily melted sea ice that is likely becoming more prevalent in the Arctic. Scientific knowledge is made by human practitioners, but it is not reducible to them. Such knowledge can offer a provisional 'window' onto times and domains beyond the strictly human: What order of things comes into view through scientific knowledge of sea ice? How does sea ice potentially destabilize, inflect, or reconfigure concepts of 'world' and 'time'? Chapter Three ("Non-Predictability") examines how sea ice makes visible a collective temporal reckoning that does not ground in clocks, consciousness, or social relations. Chapter Four ("Salt-Ice Worlds") shows how sea ice gives rise to a non-teleological worlding that is not fully captured by either 'livability' or 'extinction' as the Other to life. The implications of these findings are discussed in conversation with anthropological scholarship on thinking human-nonhuman collectivities in the context of anthropogenic climate change.Le changement climatique anthropique met en lumière l'enchevêtrement entre humains et non-humains, une façon collective de produire le monde qui ne peut être réduite à une séparation entre les domaines du « naturel » et du « social » (Latour 2014; Haraway et al. 2015). L'attention impartie par les anthropologues à ces formes de collectif a simultanément élargi le champ d'horizon et décentré les êtres humains de leur place privilégiée en les situant comme une entité parmi tant d'autres (par exemple Kirksey and Helmreich 2010). Ma thèse s'appuie sur ces efforts pour mener une anthropologie de la glace de mer. Plus spécifiquement, ce travail étudie « la glace de mer » telle que constituée par le savoir scientifique. Cette thèse est fondé sur douze mois de recherche de terrain (2014-2016) parmi les scientifiques étudiant la glace de mer au Polar Science Centre de l'Université de Washington, à Seattle, aux États-Unis. L'objet d'analyse de cette thèse n'est pas tant la relation humain-glace de mer, et comment ceux-ci co-deviennent ou se co-constituent (Haraway 2009). Ce travail cherche plutôt à déplacer l'objet d'étude pour explorer comment la glace de mer elle-même catégorise une multitude de choses. Ce travail est sciemment « glace-centré » sans être pour autant post-humaniste. Ceci pourrait être compris comme un effort d'explorer la possibilité d'une anthropologie « post-ethnos » par ce qui dépasse le domaine de l'humain (Rees 2018). Cette thèse n'a pas l'ambition d'avancer des conclusions ontologiques à propos du monde et sur ce qu'il est dans un sens métaphysique, mais il examine une provocation d'ordre conceptuel. Cette provocation conceptuelle pénètre dans les mondes engendrés par la glace au travers du savoir scientifique compris comme une pratique humaine. Comme point de départ conceptuel, le savoir scientifique rend visible la « glace de mer » telle que produite, soumis aux contingences historiques, et ouverte au changement. Ceci constitue le cadre pour le Chapitre 1 (« Fabriquer la glace de mer : une guide pratique ») et sous-tend l'analyse du Chapitre 2 (« Rotten Ice »), qui suit en temps réel la fabrication de « rotten ice » — un type de glace en grande partie fondue qui est probablement en passe de devenir plus prévalent dans l'Arctique. Le savoir scientifique est produit par des professionnels humains mais il ne leur est pas réductible. Ce savoir peut offrir une « fenêtre » provisoire sur des temps et des domaines au-delà de ce qui est purement humain. Quel ordre des choses se profile à travers le savoir scientifique à propos de la glace de mer ? Comment est-ce que la glace de mer déstabilise, module, ou reconfigure les concepts de « monde » et de « temps » ? Le Chapitre 3 (« Non-prédictibilité ») examine comment la glace de mer met au jour une façon collective d'appréhender le temps qui n'est pas basée sur les montres, la conscience, ou les relations sociales. Les implications de ces conclusions sont présentées en conversation avec la littérature anthropologique qui a cherché à qualifier les collectivités humain-non-humain dans le contexte du changement climatique anthropique. Le Chapitre 4 (Salt-Ice Worlds) illustre comment la glace de mer donne naissance à une façon non-téléologique d'être au monde qui ne peut se résumer ni en « habitabilité », ni en « extinction » comme l'Autre à la vie