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Characterization of a unique mouse model of multiple myeloma and its use as a peclinical testing platform for novel inhibitors of the mevalonate pathway to target multiple myeloma
No full textMultiple Myeloma (MM) is a hematological disorder characterized by malignant proliferation of plasma cells in the bone marrow. MM related bone disease is the most challenging feature that MM patients suffer. MM mouse models are essential in order to study MM biology and the mechanisms behind MM bone disease. This thesis presents a novel mouse model of MM and MM bone disease, the Vk*MYC/KaLwRij model. The goal was to generate a model that presents earlier disease onset and higher burden and that develops MM bone disease similar to the one observed in MM patients. Results showed that Vk*MYC/KaLwRij mice secrete monoclonal protein (M-protein) in the same manner that MM patients do and the levels increase as the mice age. In addition, treatment of Vk*MYC/KaLwRij mice with bortezomib, a drug clinically used in MM, decreased MM disease burden in all Vk*MYC/KaLwRij mice tested. Micro-CT results showed an abnormal trabecula architecture inaged Vk*MYC/KaLwRij and histological analysis revealed decreased numbers of active osteoblasts and osteoclasts in the bone marrow of these mice. Significant increased levels of osteoprotegerin (OPG) in serum were observed in the model which may cause the bone forming unit to be unbalanced leading to the characteristic bone disease observed. Finally, mesenchymal stem cells (MSCs) isolated from the Vk*MYC/KaLwRij mice presented an impairment in their differentiation towards osteoblasts. RNA sequencing of the MSCs revealed an enrichment in inflammatory pathways which may cause the improper differentiation of these cells in this model. Bisphosphonates (BPs) are the mainstay of treatment for MM bone disease and this thesis presents the design and testing of novel bisphosphonate-like compounds that inhibit the geranylgeranylpyrophosphate synthase (GGPPS) in the mevalonate pathway. These compounds showed improved pharmacological properties and higher potency targeting MM disease. GGPPS inhibitors are effective in blocking in vitro proliferation of MM cells and they do so by blocking protein prenylation in the MM cells. In addition, increased endoplasmic reticulum stress and activation of the unfolded protein response was shown as a consequence of the GGPPS inhibition. Finally, these novel compounds were tested in the Vk*MYC/KaLwRij mouse model and reduction of M-protein in the serum was observed, as well as downregulation of Rap1A geranylgeranylation. The final part of this thesis presents data on genetically knocking-down GGPPS and farnesylpyrophostate synthase (FPPS) in a MM cell line. The goal was to validate GGPPS as a target and to generate a new MM cell line that lacks the expression of this enzyme. shRNA and CRISPR/Cas9were used to accomplish this goal and high levels of knock-down were shown (80%) using both strategies. Geranylgeraniol (GGOH) can rescue the pathway and protect cells from apoptosis when there is GGPPS knock-down. However, shRNA knock-down of GGPPS was not stable over time and a new cell line was created with GGPPS knock-out using CRISPR/Cas9. This new cell line will be a very useful tool to further validate GGPPS as a target and to study the inhibition of the mevalonate pathway and its importance in MM. In summary, this thesis presents a full characterization of a novel mouse model of MM and a detailed analysis of its bone disease. In addition, work was published on the first GGPPS inhibitors that are able to inhibit MM cell proliferation in vitro and in vivo providing a valuable therapeutic target in oncology, specifically in MM. Finally, genetic validation of GGPPS was done usings hRNA and CRISPR/Cas9 technology to further understand the mechanism of action of these novel BPs and the involvement of the mevalonate pathway in cancer biology.Le myélome multiple (MM) est une maladie hématologique caractérisée par une prolifération maligne des plasmocytes dans la moelle osseuse. La caractéristique qui présente le plus grand défi aux patients qui souffrent de MM est la maladie osseuse liée au MM. Les modèles murins (souris) MM sont essentiels pour permettre l'étude de la biologie et des mécanismes derrière la maladieosseuse MM. Cette thèse présente un modèle murin novateur de MM et de la maladie osseuse MM, le modèle Vk*MYC/KaLwRij. L'objectif était de créer un modèle qui présente la survenue précoce de la maladie – en l'occurrence un cas grave – et qui développe une maladie osseuse de MM semblable à celle que l'on observe chez les patients MM. Les résultats démontrent que les souris Vk*MYC/KaLwRij sécrètent la protéine monoclonale de la même façon que les patients MM et que ces niveaux s'élèvent avec l'âge chez les souris. De plus, la charge corporelle de la maladie a diminué chez toutes les souris Vk*MYC/KaLwRij testées qui ont reçu un traitement de bortézomib, un médicament dont on se sert en clinique pour traiter le MM. Les résultats du microCT-scan montrent une architecture anormale de la trabécule chez les Vk*MYC/KaLwRij âgées et une analyse histologique révèle une diminution du nombre d'ostéoblastes et d'ostéoclastes actifs dans la moelle osseuse de ces souris. Dans ce modèle, des niveaux considérablement plus élevés de OPG ont été observés dans le sérum, ce qui pourrait causer un déséquilibre de l'unité qui forme les os, aboutissant à la maladie osseuse caractéristique observée. Enfin, les cellules souches mésenchymateuses (CSM) isolées des souris Vk*MYC/KaLwRij montrent une déficience au niveau de leur différentiation vers les ostéoblastes. Les séquences ARN des CSM révèlent un enrichissement des voies inflammatoires qui pourrait causer une différentiation inappropriée des cellules de ce modèle. Les bisphosphonates (BP) sont le traitement de base pour la maladie osseuse MM et cette thèse montre la conception et le testage de composés novateurs ressemblant aux bisphosphonates qui bloquent la synthase géranylgéranyl diphosphate (SGGDP) dans la voie mévalonate. Ces composés présentent des propriétés pharmacologiques améliorées et une plus grande activité thérapeutique qui cible la maladie MM. Les inhibiteurs SGGDP bloquent la prolifération des cellules MM in vitro d'une façon efficace en bloquant la prénylation de la protéine dans les cellules MM. De plus, une augmentation du stress du réticulum endoplasmique et l'activation de la réaction de la protéine dépliée ont été montrées comme conséquence de l'inhibition de la SGGPP. Finalement, des tests avec ces nouveaux composés furent effectués sur des souris Vk*MYC/KaLwRij et une réduction de la protéine monoclonale dans le sérum fut observée, ainsi qu'une régulation négative de la géranylgéranylation Rap1A. La dernière partie de cette thèse présente les données préliminaires sur le « knocking-down »génétique de la SGGPP dans une lignée cellulaire MM. Le but était de valider la SGGPP en tant que cible et de générer une nouvelle lignée cellulaire MM dépourvue de l'expression de cette enzyme. Deux stratégies furent utilisées pour atteindre cet objectif : shRNA et CRISPR/Cas9. Dans les deux cas, des niveaux élevés de « knock-down » furent atteints (80 %). Géranylgéraniol (GGOH) peut sauver la voie et prévenir l'apoptose des cellules lorsque le « knock-down » de la SGGPP se produit. Toutefois, le « knock-down » shRNA de la SGGPP n'était pas stable avec le temps et une nouvelle lignée de cellules fut créée avec un « knock-out » SGGPP à l'aide de CRISPR/Cas9. Cette nouvelle lignée cellulaire s'avérera un outil très utile qui fera avancer la validation de la SGGPP en tant que cible et pour étudier l'inhibition de la voie mévalonate et son importance dans le MM
Salmon skin gelatin extracted from trypsin-aided process for film with improved water resistance
No full textProtein-based biodegradable films from mammalian gelatins are not totally accepted due to religion beliefs and rising concerns regarding animal diseases. As an alternative, fish gelatin from fish processing wastes has good film-forming properties, and its utilization adds value to abundant fish wastes that are either discarded or underutilized. To date, fish skin gelatin has been chemically extracted, with few recent studies on enzymatic approaches to improve extraction yields. However, the high hygroscopicity of gelatin leads to the formation of films with poor water barrier properties. Thus, this work aims at investigating the recovery of gelatin from fish skins and to form film with improved water resistance.The investigation began by comparing the yield of Atlantic salmon (Salmo salar) fish skin gelatin extracted using three different pretreatments. The highest yield (53.05 ± 4.38%) was obtained from trypsin-aided pre-treatments, as compared to pretreatments with saline, and saline in combination with alkaline. Good quality gelatin was obtained by the very low-level trypsin supplementation process, but in low yield. The predominance of high molecular weight chains in gelatin results in the formation of films with improved physical and structural properties. Therefore, an optimization study was performed on the trypsin-aided extraction process using a Plackett-Burman (PB) design and followed by a Box-Behnken design (BBD) of response surface methodology (RSM) to obtain higher yield gelatins with high molecular weight protein chains. Two-fold higher yields of gelatin with high molecular weight protein chains were successfully achieved under the optimum conditions as follow: trypsin concentration at 1.49 U/g; extraction temperature at 45 C; and extraction time at 6 h 15 min. The optimized trypsin-aided extraction process was used to obtain salmon skin gelatin for the evaluation of film forming capability using wet process. Characterization of the resultant films showed an increased in mechanical strength as gelatin concentration increased, while an increased in elasticity increased with an increased in glycerol concentration. From this study, a good tensile strength and elasticity of gelatin film was identified at 5% protein and 30% glycerol; however, the film was highly soluble in water (89.07%). For improvement of water resistance, the addition of 5% of hydrophobic corn zein protein resulted in a significant decrease in water solubility (65.5%). The water solubility of the gelatin-zein composite film was reduced further (as low as 47.4%) after plasticization with canola oil in replacement to glycerol as plasticizer. However, the mechanical properties of the films were weakened. The interaction between the films' constituents was confirmed through infrared and morphological studies. The last stage of this study investigated the use of glutaraldehyde as cross-linking agent to improve the mechanical properties and water resistance of gelatin-zein composite films. A central composite design (CCD) of RSM was used to optimize the concentration in zein and glutaraldehyde. The films exhibited improved water resistance (water solubility of 38.83%, water vapour permeability of 0.276 g mm h-1 cm-2 Pa-1), while mechanical strength was retained with a slight reduction in elasticity for the optimized film comprised of 3% zein and 0.02% glutaraldehyde. The addition of glutaraldehyde formed crosslinks in the gelatin-zein composite film successfully, as shown in infrared and morphological studies. The work presented here, therefore, provides a promising platform for the development of fish skin gelatin films with improved water resistance.Les films biodégradables à base de protéines de mammifères (gélatine) ne sont pas totalement acceptés en raison de croyances religieuses et de préoccupations grandissantes au sujet des maladies animales. Comme alternative, la gélatine de poisson provenant de déchets de traitement du poisson a gagné en intérêt en raison de ses bonnes propriétés filmogènes, et son utilisation ajoute de la valeur aux résidus qui sont jetés, ou sous-utilisées. La majorité des études portant sur l'extraction de gélatine de peau de poisson ont été faite avec des procédés chimiques. Récemment, quelques études furent portées sur les approches enzymatiques pour accroître le rendement de l'extraction. Toutefois, les propriétés barrières de ces films à l'eau sont pauvres dues à l'hygroscopicité élevée de la gélatine. Ainsi, cette thèse focus sur la préparation de films de gélatine ayant des propriétés barrières améliorées. En premier lieu, l'extraction de la gélatine provenant de la peau du saumon atlantique (Salmo salar) à l'aide de trois différents prétraitements a été comparée. Le rendement le plus élevé (53,05 ± 4,38 %) provenait des traitements pré assistée par la trypsine, par comparaison aux prétraitements avec une solution saline et une solution saline en combinaison avec les solutions alcalines. De la gélatine de bonne qualité a été obtenue par le procédé de supplémentation de trypsine à très basse concentration, mais avec un faible rendement. La prédominance des chaînes de masse moléculaire élevée dans de la gélatine se traduit par la formation de films avec des propriétés physiques et structurelles améliorées. Par conséquence, une étude d'optimisation a été réalisée sur le processus d'extraction assistée par la trypsine en utilisant un design Plackett-Burman (PB) suivi d'un design Box-Behnken (BBD) de méthodologie de surface de réponse (RSM) pour obtenir des rendements en gélatine plus élevés tout en conservant des chaînes de protéines de poids moléculaire élevé. Après optimisation, les rendements de gélatine furent doublés. Les conditions optimales étaient les suivantes: concentration de trypsine à 1,49 U/g, température d'extraction de 45 C, et temps d'extraction de 6 h 15 min. Après extraction, des films de gélatine furent synthétisés par voie humide. Certaines propriétés mécaniques ont augmentées avec l'augmentation de la concentration en protéines, alors que certaines autres propriétés telle que l'élasticité a augmenté avec l'augmentation de la concentration en glycérol. De cette étude, une bonne résistance à la traction et l'élasticité furent observées pour les films contenant 5 % de protéines et 30 % de glycérol. Cependant, ces films étaient très solubles dans l'eau (89,07%). Pour l'amélioration de la résistance à l'eau, l'addition de 5 % de protéine de zéine de maïs hydrophobe a entraîné une diminution significative de la solubilité dans l'eau (65,5 %). L'huile de canola a été utilisée comme substitut au glycérol, ce qui a permis une réduction de la solubilité dans l'eau à 47,4 %. Toutefois, les propriétés mécaniques des films ont été affaiblies. L'interaction entre les constituants des films a été confirmée par des études morphologiques et infrarouges.La dernière étape de cette étude fut l'utilisation du glutaraldéhyde comme agent de réticulation pour améliorer les propriétés mécaniques et la résistance à l'eau des films composites (gélatine-zein). Un motif central composite (CCD) de RSM a été utilisé afin d'optimiser la concentration de zein et glutaraldéhyde. Les films ayant une composition de 3 % en zéine et 0,02 % en glutaraldéhyde présentaient une étanchéité améliorée (hydro-solubilité de 38,83%, perméabilité à la vapeur d'eau de 0,276 g mm h-1 cm-2 Pa-1). Les études morphologiques et infrarouges ont montrées que la réticulation avait eu lieu avec l'ajout de glutaraldéhyde. Cette thèse fournit une plate-forme prometteuse pour le développement de films de gélatine provenant de la peau de poisson ayant une étanchéité améliorée
Characterization and interaction studies of Bcl-2- associated athanogene 3 (Bag3) and its P209L mutant
No full textA genetic form of myofibrillar myopathy (MFM) has been linked to a P209L mutation in Bag3, with patients exhibiting childhood-onset progressive skeletal muscle weakness and associated cardiomyopathy. Microscopy studies on MFM patients show myofibril disintegration beginning at the Z-disk and formation of protein aggregates. Bag3 is a member of the BAG family of Hsp70 nucleotide exchange factors, and is associated with a number of pathways, such as selective autophagy, aggresome formation and Hippo pathway regulation. Previous work in zebrafish suggests Bag3-P209L is aggregation-prone and can sequester wildtype Bag3 into aggregates, leading to a loss of Bag3 function. How a loss in Bag3 function leads to the disease is unknown. We identified changes in Bag3 phosphorylation at residues linked to regulation of the heat shock response. BioID comparison of wildtype Bag3 and Bag3-P209L interactors in the soluble and insoluble fraction show potential changes in pathways such as autophagy, Hippo and Wnt pathway regulation, signal transduction, and actin cytoskeleton maintenance. Interestingly, a Bag3 function in Wnt signaling has never been reported. With these findings, we propose several hypotheses describing how the observed gain and loss of interaction caused by the P209L mutation may affect Bag3-associated pathways, and how these aberrancies could contribute to the MFM phenotype.Une forme génétique de la myopathie myofibrillaire (MMF) a été liée à une mutation P209L dans la protéine Bag3. Les patients avec cette version particulière de la myopathie ont démontré une faiblesse progressive débutant à l'enfance des muscles squelettiques avec une cardiomyopathie associée. Les études microscopiques sur les patients atteints du MMF démontrent une désintégration myofibrille commençante a la ligne Z et des formations d'agrégats de protéines. Bag3 est un membre de la famille BAG des facteurs d'échanges de nucléotides de Hsp70, et est associée avec un nombre de processus cellulaires tels que l'autophagie sélective, la formation des agrésomes (« aggresomes », en anglais) et la voie de signalisation Hippo. Les travaux antérieurs sur le poisson-zèbre suggèrent que Bag3-P209L est propice à former des agrégats et peut aussi pousser la version naturelle de Bag3 à former des agrégats. Cela conduit la perte de fonction de Bag3. Nous ne savons pas encore pourquoi la perte de fonction de Bag3 cause cette myopathie. Nous avons identifié des variations de phosphorylation de Bag3 sur des acides aminés liées au contrôle de la réponse au choc thermique. BioID de la version naturelle Bag3 et de Bag3-P209L a demontré des différences entre leurs interactions de protéines dans les fractions solubles et insolubles. Ces différences démontrent des changements potentiels dans les processus cellulaires tels que l'autophagie, le contrôle de Hippo et Wnt, transduction de signal, et l'entretien du cytosquelette d'actine. Bag3 n'a jamais été démontré auparavant à avoir une fonction dans la voie de signalisation Wnt. Avec ces résultats, nous proposons plusieurs hypothèses décrivant comment les gains ou pertes d'interactions observées causés par la mutation P209L peuvent affecter les processus biochimiques associés à Bag3, et comment ces changements en interactions peuvent contribuer au phénotype MMF
Relief of exertional breathlessness following bariatric surgery for severe obesity: Physiological mechanisms
No full textPurpose: Obese adults are two-to-four times more likely to experience physical activity-limiting breathlessness than their normal weight counterparts. Despite the high prevalence of breathlessness in obesity, researchers and healthcare providers have a limited understanding of the physiological mechanisms of breathlessness on exertion in obesity. Therefore, the aim of this study was to advance the understanding of the physiological mechanisms of exertional breathlessness in obesity by examining the effects of extreme weight loss through bariatric surgery for class III obesity (BMI>40 kg/m2) on physiological and breathlessness responses during cardiopulmonary cycle exercise testing. We hypothesized that relief of exertional breathlessness following bariatric surgery would be primarily related to the reduced metabolic and ventilatory requirements of exercise, while changes in static and dynamic respiratory mechanics would be less important.Methods: We compared cardiac, metabolic, ventilatory, breathing pattern, operating lung volume and breathlessness responses to symptom-limited incremental CPET (25-watts/2-min) in 6 obese adults (3 women) aged 43.7±2.8 years (mean±SEM) before (PRE) and 3-months after bariatric surgery (POST). Pulmonary function test and body composition parameters were also compared PRE and POST.Results: Compared with PRE, body mass, BMI, fat mass and lean body mass decreased by an average of 23.8 kg (129.4±6.2 vs.105.6±5.8 kg), 8.7 kg/m2 (47.1±1.6 vs. 38.4±1.6 kg/m2), 18.5 kg (61.6±4.6 vs. 43.1±4.8 kg) and 4.4 kg (62.2±4.1 vs. 57.8±4.6 kg) in POST, respectively (all p<0.05). Peak power output was not significantly different in POST vs. PRE: 154±21 vs. 133±11 watts (p=0.185). With few exceptions, heart rate, the rate of oxygen uptake, the rate of carbon dioxide production and minute ventilation (V̇E) were lower during exercise in POST vs. PRE. The reduced V̇E response to exercise in POST vs. PRE reflected adoption of a relatively slower (less tachypneic) breathing pattern. Inspiratory capacity (IC) decreased by 0.13 L from rest-to-peak exercise in PRE, reflecting dynamic lung hyperinflation. In contrast, IC increased by 0.21 L from rest-to-peak exercise in POST (p=0.034 vs. PRE). Inspiratory reserve volume (expressed as a percentage of forced vital capacity [IRV%FVC]) was lower at any given V̇E during exercise in POST vs. PRE. Clinically-meaningful decreases in intensity ratings of breathlessness were observed during exercise at standardized submaximal power outputs ≥75 watts in POST vs. PRE; for example, by 1.0 and 1.4 Borg 0-10 scale units at 75-watts (p<0.05) and at the highest equivalent power output of 117-watts (p<0.08). However, these differences did not persist when breathlessness was examined in relation to V̇E. Breathlessness-IRV%FVC curves were rightward shifted during exercise in POST vs. PRE, such that breathlessness intensity ratings were lower at any given IRV%FVC during exercise in POST vs. PRE.Conclusion: Relief of exertional breathlessness following extreme weight loss via bariatric surgery for class III obesity could not be explained by improved breathing mechanics but was mechanistically linked to the reduced metabolic and ventilatory requirements of exercise.Objectifs: Les adultes obèses sont deux à quatre fois plus susceptibles de subir de l'essoufflement qui pourrait limiter leur activité physique comparé à des individus de poids normal. La compréhension des mécanismes physiologiques sur cet essoufflement parmi les chercheurs et professionnels de santé demeurent toutefois limitées. Donc, le but de cette étude était de mieux comprendre les mécanismes physiologiques de l'essoufflement chez les individus obèses en examinant les effets de la perte de poids extrême à la suite d'une intervention de chirurgie bariatrique pour l'obésité de classe III (IMC ≥ 40 kg/m2). À cet effet, nous avons évalué les responses physiologiques et l'essoufflement lors d'un test d'exercice cardio-pulmonaire à base de cycloergomètre. Nous postulons que le soulagement de l'essoufflement à l'effort à la suite d'une chirurgie bariatrique serait principalement lié à la réduction des besoins métabolique et ventilatoires durant l'exercice, tandis que les changements de mécanismes respiratoires statique et dynamique seraient moins important. Méthodologie: Nous avons comparé les paramètres cardiaques, métaboliques, le schéma respiratoire, les volumes pulmonaires ainsi que le taux d'essoufflement atteint à la limite symptomatique lors d'un test d'exercice à intensité progressive sur une bicyclette ergométrique (25 watts/2 min) avec 6 adultes obèses (3 femmes) âgés de 43,7±2,8 ans (moyenne ± SEM) avant (PRÉ) et 3 mois après la chirurgie bariatrique (POST). Les tests de fonction pulmonaire et les paramètres de composition corporelle ont également été évalués PRÉ-POST.Résultats: Par rapport au PRÉ, la masse corporelle, l'IMC, la masse grasse et la masse maigre ont diminué en moyenne de 23,8 kg (129,4 ± 6,2 vs 105,6 ± 5,8 kg), 8,7 kg / m2 (47,1 ± 1,6 vs 38,4 ± 1,6 kg / m2), 18,5 kg (61,6 ± 4,6 vs 43,1 ± 4,8 kg) et 4,4 kg (62,2 ± 4,1 vs 57,8 ± 4,6 kg) dans le POST, respectivement (tous p <0,05). La puissance de sortie maximale n'était pas significativement différente entre le POST et PRÉ: 154 ± 21 vs 133 ± 11 watts (p = 0,185). En dehors de quelques exceptions, la fréquence cardiaque, le taux d'absorption d'oxygène, le taux de production de dioxyde de carbone et la ventilation (V̇E) étaient plus faibles pendant l'exercice durant le POST comparativement au PRÉ. La réduction de la réponse V̇E durant l'exercice dans le POST par rapport au PRÉ reflète l'utilisation d'un schéma respiratoire relativement plus lent (moins de tachypnée). Le fait que la capacité inspiratoire (CI) entre les exercices de repos et les exercices de pointe a diminué de 0,13 L révèle une hyperinflation pulmonaire dynamique. En revanche, la CI a augmenté de 0,21 litre lors de l'exercice de repos à l'exercice maximale dans le POST (p = 0,034 vs PRÉ). Le volume de réserve inspiratoire (exprimé en pourcentage de la capacité vitale forcée [% CVF]) était plus faible à toute mesure de V̇E durant l'exercice dans le POST vs PRÉ. Des diminutions cliniquement significatives sur l'intensité de l'essoufflement ont été observées pendant l'exercice à des puissances de sortie sous-maximales normalisées ≥75 watts en POST vs PRÉ; par exemple, par 1,0 et 1,4 unités d'échelle Borg 0-10 à 75 watts (p <0,05) et à la puissance de sortie équivalente la plus élevée de 117 watts (p <0,08). Cependant, ces différences n'ont pas persisté lorsque l'essoufflement a été examiné par rapport à la V̇E. Les courbes associées à l'essoufflement et IRV%CVF ont été décalées vers la droite pendant l'exercice dans POST vs. PRÉ, de telle sorte que les taux d'intensité d'essoufflement étaient plus faibles à tout IRV% de CVF pendant l'exercice du POST comparativement au PRÉ.Conclusion: Le soulagement de l'essoufflement à l'effort après une perte de poids extrême par chirurgie bariatrique pour l'obésité de classe III ne pouvait être expliquer par une amélioration des mécanismes pulmonaires, mais était plutôt lié à une réduction d'exigences métaboliques et ventilatoires durant l'exercice
Expression and function of relaxin-3 in the pituitary gland of hypothyroid mice
No full textHypothyroidism affects 2% of the Canadian population. In adults, hypothyroidism can cause fatigue, intolerance to cold, weight gain, and depression. In children, it can interfere with normal growth and development. While studying hypothyroidism, we discovered that relaxin-3 (Rln3) mRNA levels increased by 25- to 100-fold in pituitaries of hypothyroid mice compared to euthyroid mice. This increase was blunted in an animal model that has reduced sensitivity to thyrotropin-releasing hormone (TRH), suggesting that TRH may drive pituitary Rln3 expression. TRH is a peptide produced in the paraventricular nucleus (PVN) of the hypothalamus that stimulates the release of thyroid-stimulating hormone (TSH) from the pituitary. TSH then travels to the thyroid to stimulate the production of thyroid hormones (THs), which are secreted into the general circulation. When the THs reach the pituitary and the PVN, they exert negative feedback and inhibit production of TSH and TRH, respectively. In a previous report, administration of exogenous RLN3 to the PVN of rats led to a decrease in serum TSH. Based on these observations, we hypothesized that: 1) increased TRH secretion in hypothyroid mice drives the increase in pituitary Rln3 expression, and 2) RLN3 regulates TRH production through a novel feedback loop. We generated a novel Rln3 knockout mouse model with a 25-basepair deletion using CRISPR-Cas9. The deletion results in a premature stop codon immediately after the signal peptide. This line (Rln3del25) was pursued for further investigations. Body weights and pituitary expression of thyroid-stimulating hormone β subunit (Tshb), glycoprotein hormones α subunit (Cga), thyrotropin-releasing hormone receptor 1 (Trhr1), follicle-stimulating hormone β subunit (Fshb), luteinizing hormone β subunit (Lhb), growth hormone (Gh), iodothyronine deiodinase 2 (Dio2), and prolactin (Prl) were measured. In euthyroid conditions, 7-week-old Rln3del25 mice had lower pituitary expression of Trhr1 and Gh compared to their wildtype littermates. In3hypothyroid conditions, 10-week-old Rln3del25 mice had higher body weights compared to their wildtype littermates. TRH-mediated TSH release did not differ between Rln3del25 mice and wildtype littermates. Serum TSH was measured weekly in animals placed on a diet that renders them profoundly hypothyroid. Increases in TSH levels were robust, but did not differ between genotypes at any time point. Given the lack of a clear changes in TSH synthesis or secretion, Rln3 does not appear to play fundamental roles in regulation of the hypothalamic or pituitary control of the thyroid. Further investigations are required to understand the functional significance of increases in pituitary Rln3 expression in hypothyroid mice.L'hypothyroïdie affecte 2% de la population canadienne. Chez les adultes, l'hypothyroïdie peut se manifester par la fatigue, une intolérance au froid, un gain de poids ou par une dépression. Chez les enfants, cette maladie peut interférer avec leur croissance et leur développement normal. Par le biais de nos études sur l'hyperthyroïdie, nous avons découvert que les niveaux de relaxine-3 (Rln3) sont de 25 à 100 fois plus élevés dans les hypophyses de souris souffrant d'hypothyroïdie par rapport aux contrôles euthyroïdes. Cette augmentation est abrogée dans les animaux dont la sensibilité à l'hormone thyréotrope (TRH) est réduite, suggérant que TRH engendre l'expression de Rln3 dans l'hypophyse. TRH est une hormone peptidique produite dans le noyau paraventriculaire (PVN) de l'hypothalamus, qui stimule la libération de la thyréostimuline (TSH) par l'hypophyse. TSH voyage vers la thyroïde afin de stimuler la production des hormones thyroïdiennes (THs), qui sont sécrétées dans la circulation générale. Lorsque les THs atteignent l'hypophyse et le PVN, elles génèrent une rétroaction négative et inhibent la production de TSH et de TRH. Une étude antérieure a démontré que l'administration de RLN3 exogène dans le VPN de rats abouti en une baisse du niveau de TSH dans leur sérum. En se fondant sur ces observations, notre hypothèse est que : 1) une augmentation de la sécrétion de TRH dans les souris souffrant d'hypothyroïdie entraîne l'augmentation de l'expression de Rln3 dans leur hypophyse, et 2) RLN3 contrôle la production de TRH par le biais d'une boucle de rétroaction inédite. Nous avons créé une souris knock-out en supprimant 25 paires de base à l'aide de CRISPR-Cas9, résultant en un codon d'arrêt prématuré immédiatement suite au peptide signal. Cette lignée (Rln3del25) a été étudiée afin d'être mieux caractérisée. Le poids ainsi que l'expression de la sous-unité β de la thyréostimuline (Tshb), la sous-unité α des hormones gonadotropes (Cga), le récepteur type 1 pour l'hormone thyréotrope (Trhr1), la sous-unité β de l'hormone folliculostimulante (Fshb), la sous-unité β de l'hormone lutéinisante (Lhb), l'hormone de croissance (Gh), l'iodothyronine désiodase de type 2 (Dio2) et la prolactine (Prl), ont été mesurés. Lors de conditions euthyroïdes, les souris Rln3del25 âgées de 7 semaines avaient une baisse d'expression de Trhr1 et Gh hypophysaires par rapport à leurs contrôles sauvages. En conditions d'hypothyroïdie, les souris Rln3del25 âgées de 10 semaines étaient caractérisés par un poids plus élevé par rapport à leurs contrôles sauvages. La production de TSH causé par la TRH ne différait pas entre les souris Rln3del25 et leurs contrôles sauvages. Le niveau de TSH dans le sérum était mesuré de manière hebdomadaire dans les animaux suivant une diète provoquant une hypothyroïdie sévère. La hausse du niveau de TSH était robuste, mais ne différait pas entre les souris de différents génotypes. Étant donné le manque de changement clair dans la production ou la sécrétion de TSH, Rln3 ne semble pas jouer un rôle fondamental dans l'ajustement du contrôle par l'hypothalamus ou par l'hypophyse sur la thyroïde. Plus de recherche approfondie est nécessaire afin de comprendre la signification fonctionnelle de la hausse de l'expression de Rln3 dans l'hypophyse de souris souffrant d'hyperthyroïdie
The effects of tetra-n-butyl ammonium bromide and tetra-n-butyl ammonium chloride on the phase equilibria, solubility and modelling of propane hydrate formation
No full textGas hydrates are the largest known source of natural gas. They not only present a vast source of future energy but can further be used in renewable technology towards carbon capture. Unfortunately, while their existence presents an unlimited array of opportunities for the future, it provides deadly disasters at the present. The deep-water horizon oil spill that killed 11 oil operators and cost 62 billion dollars was caused by gas hydrates. Gas hydrates form at high pressure and low temperatures, and a strong understanding in their thermodynamics is required to not only tap their future potential but to prevent present disasters. This study focuses on the thermodynamics of propane hydrates. It is the first study to provide experimental thermodynamic phase equilibrium diagrams, solubility data and phase equilibria models for pure propane clathrates, and systems holding thermodynamic promoters under hydrate-liquid-vapor equilibrium conditions. Thermodynamic promoters help form semi-clathrates at higher temperature and lower pressures; however, this study is the first to provide strong evidence of the apposite under extremely low concentrations. Both tetra-n-butylammonium chloride (TBAC) and tetra-n-butyl ammonium bromide (TBAB) were used as salt additives to liquid water as thermodynamic promoters. The major issue with investigating propane hydrates is that pure propane holds a low vapor liquid equilibrium, and liquifies before reaching the reactor at the pressures theoretically required for hydrate formation at temperatures above 5 °C. Furthermore ice can form at temperatures below 0 °C. This results in a low range of temperatures that can be used for hydrate formation under very low driving pressures above equilibrium. To make it harder, the thermodynamic dissociation of pure TBAC and water crystals at concentrations of 10. 4 wt % TBAC under ambient conditions is reported in this study to be 6.67 °C. This means that gas hydrates would not form at this concentration, and lower concentrations were used until hydrate formation was found at 2.1 wt % TBAC. Mixtures holding the same concentration of TBAB and TBAC were used because of similar dissociation temperatures for both thermodynamic promoters with water. Ultimately, the study concludes that at these low concentrations, both salts inhibit hydrate formation leading to propane liquid water salt semi-clathrate formation at lower temperatures and higher pressures. The study further reports that the inhibiting effect increases with lower concentrations of the salt.Les hydrates de gaz sont la source d'énergie la plus large parmi les sources connues de gaz naturel. Ils représentent une vaste source d'énergie disponible pour le futur. Malheureusement, malgré la multitude de possibilités d'exploitation que les hydrates de gaz offrent dans le futur, leur existence a eu des effets dévastateurs récemment. Le déversement de pétrole dans le golf du Mexique qui a entrainé la mort de 11 opérateurs pétroliers et a couté 62 milliards de dollars fut causé par les hydrates de gaz. Les hydrates de gaz sont formés en présence de hautes pressions et températures basses. Une compréhension robuste des mécanismes thermodynamiques est nécessaire pour accéder à leur futur potentiel ainsi que pour prévenir des désastres en temps présents. Cette étude est donc centrée sur les principes thermodynamique des hydrates de propane. C'est la première étude qui fournit des diagrammes expérimentaux de phases thermodynamiques, des données de solubilité, des modèles d'équilibre de phase des clathrates de propane pur, et des systèmes qui maintiennent les promoteurs thermodynamiques sous des conditions d'équilibre entre l'hydrate, l'eau et la vapeur. Les promoteurs thermodynamiques facilitent la création de semi-clathrates à des températures plus élevées et pressions plus basses que ce qui serait requis en leur absence, mais cette étude est la première à fournir une évidence solide de l'effet inverse en présence de concentrations extrêmement faibles. Le chloride de tétra-n-butylammonium (TBAC) et tétra-n-butyl ammonium bromide (TBAB) furent utilises comme additifs de sel à l'eau liquide en tant que promoteurs thermodynamiques. La plus grande complication qui soit intervenue lors de l'étude des hydrates de propane est que le propane pur a un équilibre liquide-vapeur bas, et se liquéfie avant d'atteindre le réacteur aux températures prédites par la théorie, c'est-à-dire au-dessus de 5 °C. De plus, la glace se formant dès que la température dépasse 0 °C, le nombre de températures qui peuvent être utilisées pour former des hydrates sous des pressions au-dessus de l'équilibre liquide-vapeur est limitée. De plus, la dissociation thermodynamique de TBAC pur et de cristaux d'eau aux concentrations de 10.4% TBAC aux conditions ambiantes est présenté dans cette étude comme étant 6.67 °C. En d'autres termes, les hydrates de gaz ne se formant pas à cette concentration, de plus basses concentrations furent utilisées jusqu'à ce que la formation d'hydrates soit trouvée, à 2.1 wt % TBAC. Les mélanges qui contenaient la même concentration de TBAB et TBAC furent utilisées puisqu'elles ont des dissociations similaires en termes de température pour les promoteurs thermodynamiques ainsi que l'eau. Cette étude conclut qu'étant présents en concentration si basse, les deux sels inhibent la formation d'hydrates qui mènent à la formation du système d'équilibre de propane, eau liquide, sel et semi-clathrate avec des températures plutôt basses et pressions plus élevées. De plus, cette étude trouve que l'effet inhibiteur augmente plus la concentration de sel diminue lorsque la concentration est faible
How and why does category learning cause categorical perception? Behavioural, neural and computational aspects
No full textCategorical Perception (CP) occurs when our categories influence our perception, making members of the same category look more alike (compression) and members of different categories look more different (separation). It is known that CP occurs innately for colors, phonemes and facial expressions, and it is now emerging that categorical perception can also be induced by category learning. In this thesis, we report a series of experiments in which we induced CP effects by training human participants to sort multifeatured visual stimuli into two categories by trial and error. To measure CP, we compared subjects' dissimilarity judgements before and after the categorization training. The categorization tasks and stimuli varied in degree of difficulty, defined a-priori as the proportion of stimuli features that co-varied with category membership (the smaller the proportion of co-varying features, the harder the task). The visual stimuli used in the first and second manuscripts were black and white squared shaped textures, composed of distributed features; in our third manuscript, we used line-drawings of fish with local, shape-based features. Overall, the results of the reported experiments show positive evidence for changes in perception after having learned a visual category. The mechanisms behind these changes were assessed with analyses of underlying brain activity (Event Related Potentials) and cognitive modeling with Artificial Neural Networks. The first manuscript reports behavioral indices of category learning and learned CP effects -separation and compression- in three separate experiments with human subjects and sketches a simple neural network model for category learning that showed similar CP effects. While the nets showed a strong negative correlation between the proportion of covariant features and the task difficulty, this correlation was not evident in the human participants. We concluded that, unlike the nets, the human visual system does not treat the visual features equally, some of them being more salient than others. The second manuscript reports changes in early and late components of the visual ERP after having learned to categorize the stimuli: A decrease in the occipital N1, related to selective attention and feature extraction, and an increase in the parietal Late Positive Component (LPC), associated with memory-related judgements, decision accuracy and response confidence. We also report two significant correlations: one between the amplitude of the N1 after having learned the categories and the degree of separation and another one between the amplitude of the LPC and the response accuracy during the categorization task. We interpret the changes on the N1 as related to the mechanisms behind the perceptual change after learning a category, while the changes on the LPC would account for later-stage cognitive processing affected by category learning. Finally, our third manuscript reports learned CP effects and its electrophysiological correlates for a different kind of stimuli: fish with shape-based local features. After learning, we observed both compression and separation and also changes in early and late components of the visual ERP. While the LPC showed the same pattern as in Manuscript 2 (an increase in amplitude after category learning), the effects on the N1 were less robust; the early changes were observed in another ERP component, the P1, related to selective attention for pre-cued spatial locations. These results suggest that the early brain processes through which we extract localized and distributed features during categorization differ, while the later higher-stage cognitive processes associated with categorical decision making remain the same. Taken together, the results of these three studies provide further evidence that learning to categorize unfamiliar stimuli induces Learned CP effects while providing behavioural, neural and computational evidence to explain the mechanisms that generate itLa perception catégorielle (PC) se produit lorsque nos catégories influencent notre perception, ce qui rend les membres d'une même catégorie plus semblables (compression) et les membres appartenant à différentes catégories plus différents (séparation). On sait que la PC est présente de façon innée pour les couleurs, les phonèmes et les expressions faciales. Récemment, les évidences qui montrent que la perception catégorielle peut également être induite par l'apprentissage des catégories s'accumulent. Dans cette thèse, nous rapportons une série d'expériences dans lesquelles nous avons induit des effets de PC en entraînant, par essais et erreurs, des participants humains à trier des stimuli visuels avec plusieurs attributs qui co-varient (ou pas) avec l'appartenance à la catégorie. Pour mesurer la PC, nous avons comparé les jugements de similarité faits par les sujets avant et après l'entraînement. Les tâches de catégorisation et les stimuli variaient en degré de difficulté. La difficulté était définie à priori comme la proportion d'attributs covariants avec l'appartenance à une catégorie (plus la proportion de caractéristiques qui co-varie était faible, plus la tâche était difficile). Les stimuli visuels utilisés dans le premier et la deuxième étude étaient des textures carrées en noir et blanc, composées de micro-composantes distribuées dans l'espace. Dans notre troisième étude, nous avons utilisé des dessins de poisson avec des propriétés locales. En général, les résultats, des expériences rapportées, montrent des changements de perception après avoir appris une nouvelle catégorie visuelle. Les mécanismes à l'origine de ces changements ont été évalués à l'aide d'analyses de l'activité cérébrale sous-jacente (EEG/Potentiels évoqués cognitifs) et de la modélisation cognitive avec des réseaux de neurones artificiels.La première étude présente des indices comportementaux de l'effet d'apprentissage de nouvelles catégories et des effets de PC apprise (séparation et compression) à partir de trois expériences distinctes et propose un modèle de réseau neuronal simple pour l'apprentissage des catégories qui a montré des effets de PC similaires. Bien que les réseaux aient montré une forte corrélation négative entre la proportion d'attributs covariantes et la difficulté de la tâche, cette corrélation n'était pas évidente chez les participants humains. Nous avons conclu que, contrairement aux réseaux, le système visuel humain ne traite pas également les attributs visuelles, certaines d'entre elles étant plus saillantes que d'autres. La deuxième étude rapporte des changements dans les composantes précoces et tardives des potentiels évoqués (ERP) après avoir appris à classer les stimuli: une diminution de la composante N1 occipitale qui serait liée à l'attention sélective et à l'extraction des attributs ainsi qu'une augmentation de la composante LPC (Late Positive Component) frontopariétale qui serait associée à des jugements liés à la mémoire, au choix de stratégie et à la certitude de réponse. De plus, l'étude présente deux corrélations significatives. Une première entre l'amplitude de la N1 après avoir appris les catégories et le degré de séparation observé et une deuxième entre l'amplitude de la LPC et la précision de la réponse pendant la tâche de catégorisation. Nous interprétons les changements de la N1 comme étant liés aux mécanismes à l'origine du changement de perception, tandis que les changements de la LPC tiennent compte du traitement cognitif à un stade ultérieur affecté par l'apprentissage explicite. Enfin, la troisième étude rapporte les effets de la PC et ses corrélats électrophysiologiques avec un autre type de stimuli (...) Pris ensemble, les résultats de ces trois études fournissent des preuves que l'apprentissage des catégories visuelles induit des effets de PC apprise tout en fournissant des évidences comportementales, physiologiques et computationnels pour expliquer les mécanismes qui les génèrent
Elucidating cortical lesion evolution in Multiple Sclerosis
No full textMultiple sclerosis (MS) is an inflammatory, demyelinating, and neurodegenerative disease that affects the white (WM) and grey matter (GM) of the central nervous system. The cortical GM is heavily affected by MS lesions, which could explain clinical symptoms currently unaccounted for by the number and volume of WM lesions. However, the cortex remains a challenging anatomical region to visualize in vivo with current imaging technology. This thesis presents a series of studies that use various magnetic resonance imaging (MRI) contrasts to determine how frequent cortical lesions (CL) are in multiple sclerosis (MS), how these lesions change over time, and what is their impact on symptoms. To this end, we first present a multi-contrast MRI reading protocol using 3T scans, developed to gain sensitivity in CL detection using clinically-available MRI scanners (3T scanners). The comparison of our multi-contrast protocol to double inversion recovery (DIR), the current MRI contrast of choice to detect CLs, shows a higher sensitivity of our multi-contrast approach. We then used the multi-contrast protocol to assess the frequency of CLs in pediatric-onset MS, a population where CLs have been described as scarce and having little impact on clinical symptoms. Our study found a high frequency of CLs in this population and a specific impact of frontal CLs on upper limb dexterity. We also used the multi-contrast protocol to determine the number of CLs in a cohort of recently diagnosed MS patients who were scanned using triple-dose gadolinium. This contrast agent allows the detection of acute lesions that have a compromise of the blood-brain-barrier (BBB). We determined the frequency of gadolinium enhancing lesions that affect the cortex of these young adult patients and followed them over time with monthly scans acquired for two years. We assessed the evolution of these lesions in terms of resolution and persistence on different MRI contrasts, and estimated the temporal patterns of change of a myelin-sensitive MRI marker (magnetization transfer ratio = MTR) in the cortical and white matter (WM) portions of these lesions. Our analysis found a significant drop of the MTR values after the gadolinium enhancement event in the grey and WM portions of both the lesions that resolve and the lesions that do not resolve on other MRI contrasts. Finally, we compared the 3T multi-contrast MRI reading protocol against a 7T multi-contrast protocol, to determine the types of CLs detected at each field strength, the sensitivity of a 3T multi-contrast detection approach, the association of specific CL types to other MRI outcome measures (e.g. WM lesion volume), and the proportion of the different CLs types across clinical subtypes. This last study showed that: 1) multi-contrast 3T and 7T scans detect leukocortical lesions with similar accuracy; 2) subpial lesions, although detected with a lower sensitivity on 3T scans, show a high correlation with the counts obtained through 7T images, suggesting that the subpial lesions detected at 3T may provide a clinically-useful sample of the total population of subpial lesions, (the proverbial "tip of the iceberg"); 3) the total number of 3T CLs is a significant predictor of the number of subpial lesions detected at 7T; 4) the number of CLs increases in secondary progressive MS, compared to relapsing-remitting MS; and 5) the proportion of the different lesion types does not change across clinical subtypes.In summary, this work highlights the relevance of multi-contrast 3T MRI assessment of cortical pathology in vivo to characterize the evolution of all CL types.La sclérose en plaques est une maladie inflammatoire, démyélinisante, et dégénérative de la matière blanche et grise du système nerveux central. La matière grise du cortex est atteinte par des nombreuses lésions qui pourraient expliquer des symptômes qui ne sont pas associés aux lésions de la matière blanche. Cependant, le cortex est une région anatomique de difficile visualisation in vivo avec les méthodes actuelles d'imagerie médicale. Cette dissertation présente une série d'études qui se servent de plusieurs contrastes d'imagerie par résonance magnétique (IRM) pour établir : la fréquence des lésions corticales causées par la SP, leur évolution dans le temps, et leur impact sur les symptômes des patients. Dans ce but, on présente un protocole de lecture d'imagerie par résonance magnétique (IRM) cliniques 3T qui emploie multiples contrastes et qui a été développé pour augmenter la sensibilité de dépistage des lésions corticales. La comparaison de notre protocole avec la séquence par double récupération d'inversion (DIR), considérée comme le contraste de choix en IRM pour dépister les lésions corticales, montre une sensibilité supérieure de notre approche.Puis, le protocole a été utilisé pour évaluer la fréquence des lésions corticales chez les patients pédiatriques atteints de SP, un groupe ou celles-ci sont considérées rares et sans impact sur les symptômes. Notre étude montre un grand nombre de lésions corticales dans ce groupe, et un impact des lésions corticales frontales sur la dextérité des membres supérieurs. On a également employé le protocole pour établir la fréquence des lésions corticales chez les patients adultes atteints de SP récemment diagnostiqués (dans les trois derniers mois) qui ont passé une étude d'IRM avec triple dose d'agent de contraste (gadolinium). Ce contraste montre les lésions aigües quand le fonctionnement de la barrière hématoencéphalique est compromis. On a établi la fréquence des lésions corticales se rehaussant avec gadolinium et on a suivi leur comportement grâce aux IRM mensuelles faites pendant deux ans. Plus tard, on a étudié l'évolution de ces lésions en termes de régression ou persistance selon les différents contrastes d'IRM, ainsi qu'en termes semi-quantitatifs grâce à la technique par transfert de magnétisation (ITM). Notre analyse montre une chute significative des valeurs d'ITM après le rehaussement avec gadolinium, dans la matière grise et blanche des lésions qui régressent et aussi celles qui ne le font pas. Enfin, on a comparé le protocole d'IRM 3T multi-contraste avec celui de 7T afin d'établir le type de lésions corticales visibles avec chacun d'eux, la sensibilité du protocole 3T, l'association de chaque type de lésion avec d'autres mesures par IRM (par ex. : lésions de la matière blanche), et la proportion de chaque type de lésion dans chaque phénotype. Cette etude nous a permis de tirer les conclusions suivantes : 1) les protocoles multi-contrastes d'IRM 3T et 7T s'avèrent également efficaces pour dépister les lésions leucocorticales; 2) les IRM 3T sont moins sensibles pour le dépistage des lésions sous-piales mais le nombre des lésions a une corrélation élevée avec celui détecté par les IRM 7T. En conséquence, les lésions dans l'IRM 3T peuvent être considérées comme un échantillon clinique utile du nombre total des lésions sous-piales; 3) le nombre total des lésions corticales dans les IRM 3T est un prédicteur significatif du nombre des lésions sous-piales détectées par 7T; 4) le nombre de lésions corticales augmente chez les patients en phase secondaire progressive de la maladie; et 5) la proportion de chaque type de lésion ne change pas entre la phase rémittente-récurrente et celle secondaire progressive. En somme, ce travail met en évidence l'importance de l'évaluation des lésions corticales avec un protocole multi-contraste d'IRM 3T, y compris l'évaluation des lésions sous-piale
Towards a better implementation of accessibility indicators in land use and transport planning practice
No full textIn order to address the shortcomings of mobility-centered transport planning, planning for accessibility is increasingly considered as an essential complementary approach. This approach aims to provide reasonable access to destinations (employment centers, amenities, social and health services, etc.) to the entire population instead of prioritizing the optimization of travel times. Although a large body of literature has explored how to conceptualize and measure accessibility, research on how to incorporate accessibility in transport planning is scarce. Knowing that accessibility is currently marginalized in transport planning, the overarching goal of this dissertation is to contribute to the implementation of accessibility measures in land use and transport planning practice, by answering the following research question: How can accessibility measures be incorporated into current land use and transport planning practice in order to improve our understanding of the performance of land use and transport systems?To answer this question, the following objectives will be pursued: 1. To determine how accessibility is used in land use and transport planning practice; 2. To identify appropriate measures of accessibility to be used in land use and transport planning practice; 3. To generate measures of accessibility in a data-challenging context in collaboration with local transport planners. To reach these objectives, this dissertation follows a manuscript-based approach, with four studies building on one another. Collectively, these manuscripts address both the planning and research realms of transport planning through a multifaceted approach.Through an analysis of 32 metropolitan transport plans around the world, the first study reveals that, while the concept of accessibility is considered in most planning documents, it is rarely translated into goals and indicators that reflect the ease of reaching destinations. The findings of the first study are strengthened by a second study surveying 343 practitioners about accessibility. The results of the study demonstrate that most practitioners, although aware of the concept of accessibility, do not consider the ease of reaching destinations in their work. In addition, the results identify two main barriers to the implementation of accessibility indicators: lack of knowledge and lack of data. In light of the knowledge and data barriers, the third study assesses the usability of various accessibility measures from a planning perspective. Three measures of accessibility to jobs by public transport in the Greater Toronto and Hamilton Region are generated and assessed through a mode share regression model. The study concludes that the simplest measure – the number of jobs that can be reached within 45 minutes of travel at 8 am – is the most adequate to assess the performance of land use and transport systems at the regional level. Using the measure identified in the above study, the last study conducts an equity assessment of public transport services in four large metropolitan areas in Brazil. The study, led in a data-challenging context, proposes a methodology that can be easily applied by any transport agencies and illustrates the relevance of the accessibility indicators to inform planning processes. Conducted in collaboration with local transport planners, the study also contributes to an enhanced collaboration between research and planning. Overall, this dissertation presents a set of complementary studies to bridge the gap between research and practice and better understand how accessibility indicators can be incorporated into current land use and transport planning practice. This dissertation demonstrates the importance of carefully and critically thinking about how to include accessibility indicators in practice, be it with respect to how it is defined or how it is measured, and about how research can better contribute to the current challenges faced by professionals.Afin de répondre aux lacunes d'une approche centrée sur la mobilité, la planification centrée sur l'accessibilité est de plus en plus considérée comme une approche essentielle à la planification des transports. Cette planification vise à s'assurer que l'ensemble de la population ait un accès raisonnable aux destinations urbaines, plutôt que de privilégier l'optimisation des temps de déplacements. Si de nombreuses études ont exploré comment conceptualiser et mesurer l'accessibilité, la littérature portant sur l'intégration de l'accessibilité dans la planification des transports se fait plus rare. Sachant que l'accessibilité est actuellement marginalisée dans la pratique, cette thèse vise à contribuer à la mise en œuvre des mesures d'accessibilité dans la planification des transports et de l'aménagement du territoire, en répondant à la question suivante : Comment les mesures d'accessibilité peuvent-elles être intégrée dans la planification des transports et de l'aménagement du territoire afin d'améliorer notre compréhension de la performance de ceux-ci ? Afin de répondre à cette question, les objectifs suivants sont mis de l'avant : 1. Déterminer de quelle façon l'accessibilité est considérée dans la planification des transports et de l'aménagement du territoire ; 2. Identifier des mesures appropriées d'accessibilité pour la planification des transports et de l'aménagement du territoire ; 3. Générer des mesures d'accessibilité en collaboration avec des professionnels en transport dans un contexte où les données sont limitées. Ces trois objectifs de recherche sont réalisés par le biais d'une série de quatre études qui s'appuient les unes sur les autres, considérant autant le domaine de la recherche que celui de la planification.La première étude analyse 32 plans de transport et démontre que, bien que le concept d'accessibilité soit présent dans la plupart des plans, celui-ci se traduit rarement par des indicateurs reflétant la facilité d'accéder aux destinations. Les résultats de cette première étude sont renforcés par une seconde étude ayant sondé 343 professionnels en transport à propos de l'accessibilité. Cette étude démontre que la plupart des professionnels, bien qu'ils soient familiers avec le concept d'accessibilité, ne considèrent pas la facilité d'accéder aux destinations dans leur travail. De plus, l'analyse des résultats révèlent deux barrières principales à l'utilisation d'indicateurs d'accessibilité : le manque de connaissances et le manque de données. À la lumière des barrières identifiées ci-dessus, la troisième étude compare l'utilité, pour la planification des transports, de différentes mesures d'accessibilité. L'étude conclut que la mesure la plus simple – le nombre d'emplois accessibles en moins de 45 minutes à 8h – est la mesure la plus adéquate pour évaluer la performance des systèmes de transport et d'aménagement du territoire au niveau métropolitain. À l'aide de cette mesure, la dernière étude réalise une analyse de l'équité des transports en commun dans quatre régions métropolitaines au Brésil, illustrant ainsi la pertinence des indicateurs d'accessibilité pour informer la planification des transports et de l'aménagement du. Cette étude contribue aussi à une meilleure collaboration entre chercheurs et professionnels, ayant été réalisée en collaboration avec des professionnels en transport.En conclusion, cette thèse propose une série d'études complémentaires visant à combler l'écart entre la recherche et la pratique afin de mieux comprendre comment les indicateurs d'accessibilité peuvent être intégrés dans la planification des transports et de l'aménagement du territoire. Elle démontre ainsi l'importance de se questionner sur comment inclure l'accessibilité dans la planification des transports, que ce soit par rapport à sa définition ou à son opérationnalisation en pratique, et de comment la recherche peut contribuer de façon plus significative aux enjeux auxquels les professionnels font face
The neuroplasticity paradox: Can lack of neuroplasticity protect older adults from motor memory interference?
No full textMotor memory consolidation is a process by which motor memories encoded during the practice of a motor skill are transformed from an initial fragile state to a more solid and stable state (Widmaier et al., 2016). Motor memories encoded by older adults are easily disrupted when another task is practiced soon after practice, during the first stages of consolidation (Roig et al, 2014). However, the neural mechanisms underlying this higher susceptibility to memory interference in older individuals are not known. Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive stimulation (NIBS) technique that can be used to manipulate brain activity, thus providing insights into the mechanisms involved in memory formation processes (Censor et al., 2011). Previous studies with young adults have shown that the primary motor cortex (M1) is essential for the first stages of motor memory consolidation (Muellbacher et al., 2002). Furthermore, deficits in the consolidation of motor memory in older adults are commonly attributed to an impaired capacity to trigger mechanisms of synaptic plasticity such as long-term potentiation (LTP) during motor practice (Cantarero et al., 2013). TMS can be used to trigger LTP-like mechanisms but also its opposite -long-term depression (LTD)-, transiently reducing the excitability of cortico-spinal pathways (Rossini et al., 2015). In this study, after practicing a motor task, young and older subjects received low frequency repetitive TMS (rTMS) to induce motor memory interference and disrupt memory consolidation. Moreover, corticospinal excitability (CSE), a marker of synaptic plasticity in cortico-spinal pathways, was assessed in specific time-points after practicing the motor task. Skill retention was assessed 8h and 24h after motor practice to investigate differences in sleep-dependent and non-sleep dependent consolidation processes between groups. Overall, no statistically significant differences in skill retention or in the CSE time-points were found between groups. However, older subjects that were less susceptible to the immediate effects of the rTMS improved more so the response time of the sequence during the non-sleep dependent consolidation. Moreover, with the CSE normalized to the baseline, older subjects who were capable of recovering from the interfering effects of rTMS improved more the response time of the sequence of the second retention in comparison with the first retention. In summary, paradoxically, the older subjects that had a lack of plasticity in M1 were capable of creating new connections with other brain areas during consolidation were the ones that had better results.La consolidation de la mémoire motrice est un processus par lequel l'encodage de nouvelles habiletés motrices, suite à leur pratique, passe d'un état initial fragile à un état plus stable et solide (Widmaier et al., 2016). Chez les personnes âgées, la consolidation d'une habileté motrice récemment encodée est facilement perturbée par une seconde tâche qui est pratiquée lors des premières étapes de sa consolidation (Roig et al, 2014). Toutefois, les mécanismes neuronaux reliés à la plus grande sensibilité de la mémoire aux interférences observée chez les personnes âgées ne sont toutefois pas identifiés. La stimulation magnétique transcrânienne (TMS), une technique de stimulation non invasive (NIBS), peut être utilisée pour moduler l'activité cérébrale et ainsi fournir un aperçu des mécanismes impliqués dans la formation de la mémoire (Censor et al., 2011). Des études antérieures ont démontré que le cortex moteur primaire (M1) est essentiel pour les premières étapes de la consolidation de la mémoire motrice chez de jeunes adultes (Muellbacher et al., 2002). De plus, les déficits dans la consolidation de la mémoire motrice chez les personnes âgées sont associés à une altération au niveau de l'induction des mécanismes de plasticité neuronale durant la pratique motrice telle que la potentialisation à long terme (LTP) (Cantarero et al., 2013). La TMS peut être utilisée pour déclencher des mécanismes similaires à la LTP ou à son opposé -la dépression à long terme (LTD)- qui réduit transitoirement l'excitabilité des voies cortico-spinales (Rossini et al., 2015). Après avoir effectué une tâche motrice, les deux groupes (jeunes et vieux) ont reçu un protocole de TMS répétitif à basse fréquence (rTMS) afin d'induire une interférence dans la consolidation de la mémoire motrice et ainsi perturber la formation de la mémoire. L'excitabilité corticospinale (CSE) a été mesurée à des moments précis durant l'heure suivant la tâche motrice et sa rétention a été évaluée 8 et 24 heures après l'encodage de celle-ci recherchant des différences dans les processus de consolidation dépendants et non dépendants du sommeil. Aucune différence statistiquement significative n'a été trouvée dans les compétences motrices ou dans la CSE entre les deux groupes. Cependant, les participants âgés qui sont moins sensibles aux effets immédiats de la rTMS améliorent davantage leur temps de réponse mesurée avec une consolidation sans sommeil. De plus, en normalisant la CSE à sa valeur de base, les sujets âgés qui sont moins affectés par la rTMS sont ceux qui améliorent davantage leur temps de réponse lors de la deuxième rétention comparativement à la première rétention. En résumé, paradoxalement, les sujets plus âgés qui avaient un manque de plasticité en M1 ont été capables de créer de nouvelles connexions avec d'autres zones du cerveau pendant la consolidation et ont été ceux qui ont eu les meilleurs résultats