Exogenous Liposomal ceramide-c6 ammeliorates lipidomic profile, energy homeostasis and anti-oxidant systems in NASH

In non-alcoholic steatohepatitis (NASH), many lines of investigation have reported a dysregulation in lipid homeostasis, leading to intrahepatic lipid accumulation. Recently, the role of dysfunctional sphingolipid metabolism has also been proposed. Human and animal models of NASH have been associated with elevated levels of long chain ceramides and pro-apoptotic sphingolipid metabolites, implicated in regulating fatty acid oxidation and inflammation. Importantly, inhibition of de novo ceramide biosynthesis or knock-down of ceramide synthases reverse some of the pathology of NASH. In contrast, cell permeable, short chain ceramides have shown anti-inflammatory actions in multiple models of inflammatory disease. Here, we investigated non-apoptotic doses of a liposome containing short chain C6-Ceramide (Lip-C6) administered to human hepatic stellate cells (hHSC), a key effector of hepatic fibrogenesis, and an animal model characterized by inflammation and elevated liver fat content. On the basis of the results from unbiased liver transcriptomic studies from non-alcoholic fatty liver disease patients, we chose to focus on adenosine monophosphate activated kinase (AMPK) and nuclear factor-erythroid 2-related factor (Nrf2) signaling pathways, which showed an abnormal profile. Lip-C6 administration inhibited hHSC proliferation while improving anti-oxidant protection and energy homeostasis, as indicated by upregulation of Nrf2, activation of AMPK and an increase in ATP. To confirm these in vitro data, we investigated the effect of a single tail-vein injection of Lip-C6 in the methionine-choline deficient (MCD) diet mouse model. Lip-C6, but not control liposomes, upregulated phospho-AMPK, without inducing liver toxicity, apoptosis, or exacerbating inflammatory signaling pathways. Alluding to mechanism, mass spectrometry lipidomics showed that Lip-C6-treatment reversed the imbalance in hepatic phosphatidylcholines and diacylglycerides species induced by the MCD-fed diet. These results reveal that short-term Lip-C6 administration reverses energy/metabolic depletion and increases protective anti-oxidant signaling pathways, possibly by restoring homeostatic lipid function in a model of liver inflammation with fat accumulation

Presymptomatic cognitive and neuroanatomical changes in genetic frontotemporal dementia in the Genetic Frontotemporal dementia Initiative (GENFI) study: a cross-sectional analysis.

BACKGROUND: Frontotemporal dementia is a highly heritable neurodegenerative disorder. In about a third of patients, the disease is caused by autosomal dominant genetic mutations usually in one of three genes: progranulin (GRN), microtubule-associated protein tau (MAPT), or chromosome 9 open reading frame 72 (C9orf72). Findings from studies of other genetic dementias have shown neuroimaging and cognitive changes before symptoms onset, and we aimed to identify whether such changes could be shown in frontotemporal dementia. METHODS: We recruited participants to this multicentre study who either were known carriers of a pathogenic mutation in GRN, MAPT, or C9orf72, or were at risk of carrying a mutation because a first-degree relative was a known symptomatic carrier. We calculated time to expected onset as the difference between age at assessment and mean age at onset within the family. Participants underwent a standardised clinical assessment and neuropsychological battery. We did MRI and generated cortical and subcortical volumes using a parcellation of the volumetric T1-weighted scan. We used linear mixed-effects models to examine whether the association of neuropsychology and imaging measures with time to expected onset of symptoms differed between mutation carriers and non-carriers. FINDINGS: Between Jan 30, 2012, and Sept 15, 2013, we recruited participants from 11 research sites in the UK, Italy, the Netherlands, Sweden, and Canada. We analysed data from 220 participants: 118 mutation carriers (40 symptomatic and 78 asymptomatic) and 102 non-carriers. For neuropsychology measures, we noted the earliest significant differences between mutation carriers and non-carriers 5 years before expected onset, when differences were significant for all measures except for tests of immediate recall and verbal fluency. We noted the largest Z score differences between carriers and non-carriers 5 years before expected onset in tests of naming (Boston Naming Test -0·7; SE 0·3) and executive function (Trail Making Test Part B, Digit Span backwards, and Digit Symbol Task, all -0·5, SE 0·2). For imaging measures, we noted differences earliest for the insula (at 10 years before expected symptom onset, mean volume as a percentage of total intracranial volume was 0·80% in mutation carriers and 0·84% in non-carriers; difference -0·04, SE 0·02) followed by the temporal lobe (at 10 years before expected symptom onset, mean volume as a percentage of total intracranial volume 8·1% in mutation carriers and 8·3% in non-carriers; difference -0·2, SE 0·1). INTERPRETATION: Structural imaging and cognitive changes can be identified 5-10 years before expected onset of symptoms in asymptomatic adults at risk of genetic frontotemporal dementia. These findings could help to define biomarkers that can stage presymptomatic disease and track disease progression, which will be important for future therapeutic trials. FUNDING: Centres of Excellence in Neurodegeneration

Presymptomatic cognitive and neuroanatomical changes in genetic frontotemporal dementia in the Genetic Frontotemporal dementia Initiative (GENFI) study: A cross-sectional analysis

Background: Frontotemporal dementia is a highly heritable neurodegenerative disorder. In about a third of patients, the disease is caused by autosomal dominant genetic mutations usually in one of three genes: progranulin (. GRN), microtubule-associated protein tau (. MAPT), or chromosome 9 open reading frame 72 (. C9orf72). Findings from studies of other genetic dementias have shown neuroimaging and cognitive changes before symptoms onset, and we aimed to identify whether such changes could be shown in frontotemporal dementia. Methods: We recruited participants to this multicentre study who either were known carriers of a pathogenic mutation in GRN, MAPT, or C9orf72, or were at risk of carrying a mutation because a first-degree relative was a known symptomatic carrier. We calculated time to expected onset as the difference between age at assessment and mean age at onset within the family. Participants underwent a standardised clinical assessment and neuropsychological battery. We did MRI and generated cortical and subcortical volumes using a parcellation of the volumetric T1-weighted scan. We used linear mixed-effects models to examine whether the association of neuropsychology and imaging measures with time to expected onset of symptoms differed between mutation carriers and non-carriers. Findings: Between Jan 30, 2012, and Sept 15, 2013, we recruited participants from 11 research sites in the UK, Italy, the Netherlands, Sweden, and Canada. We analysed data from 220 participants: 118 mutation carriers (40 symptomatic and 78 asymptomatic) and 102 non-carriers. For neuropsychology measures, we noted the earliest significant differences between mutation carriers and non-carriers 5 years before expected onset, when differences were significant for all measures except for tests of immediate recall and verbal fluency. We noted the largest Z score differences between carriers and non-carriers 5 years before expected onset in tests of naming (Boston Naming Test -0·7; SE 0·3) and executive function (Trail Making Test Part B, Digit Span backwards, and Digit Symbol Task, all -0·5, SE 0·2). For imaging measures, we noted differences earliest for the insula (at 10 years before expected symptom onset, mean volume as a percentage of total intracranial volume was 0·80% in mutation carriers and 0·84% in non-carriers; difference -0·04, SE 0·02) followed by the temporal lobe (at 10 years before expected symptom onset, mean volume as a percentage of total intracranial volume 8·1% in mutation carriers and 8·3% in non-carriers; difference -0·2, SE 0·1). Interpretation: Structural imaging and cognitive changes can be identified 5-10 years before expected onset of symptoms in asymptomatic adults at risk of genetic frontotemporal dementia. These findings could help to define biomarkers that can stage presymptomatic disease and track disease progression, which will be important for future therapeutic trials. Funding: Centres of Excellence in Neurodegenerati

Microscopies avancées pour l'étude du comportement de motilité durant la prédation chez Myxococcus xanthus

Myxococcus xanthus, a gram-negative predatory soil bacterium, assembles multicellular colonies to collectively predate on other microorganisms. The process of predation, and more specifically prey foraging and the gradual killing of prey colonies, relies heavily on surface colonization, which M. xanthus achieves by moving out of their colony perimeter. M. xanthus motility is driven by two genetically-independent motility molecular machines. Adventurous (A) motility drives the movement of individual cells to forage, while social (S) motility powers the collective motion of large groups of cells behind the invasion front. To date, it remains unclear how single-cell motion influences colony penetration and percolation through the prey colony, and more specifically, what are the respective roles of the adventurous (A-) and social (S-) motility systems in this process. In this thesis, we developed a microscopy and image analysis method to track the dynamics of single M. xanthus and prey cells during predation. More specifically, we developed a method for large-scale timelapse imaging with a high spatial resolution to track single bacterial cells during the process of predation. We combined this development with a 2D Artificial intelligence-based method for automatic semantic segmentation, and with a method to reconstruct 2D trajectories of moving M. xanthus cells. We applied this technology to study the respective roles of A- and S-motility systems and their interplay during M. xanthus predation on Escherichia coli. This allowed us to detect different types of collective cell groups based on their size and spatial distributions. Interestingly, the number and behaviour of these collective cell groups was differentially affected by the two motility mechanisms. Specifically, A-motility played key roles in driving the dynamics of collective cell groups during predation. Finally, A- and S- motilities synergistically drove prey killing. To study whether specific transcriptional patterns within and between collective cell groups drove their dynamic behavior, we developed a workflow which allowed us to explore the single-cell transcriptome of M. xanthus cells in a spatially-conserved predating colony. For this, we adopted an RNA-FISH approach to label transcripts of interest in fixed cells. Finally, we explored how motile M. xanthus cells moved through obstacles during predation. Specifically, to shed light into the mechanism driving M. xanthus movement within predating colonies, we developed a correlative AFM-optical microscopy approach that allowed us to test whether cell movement is affected by mechanical cues.Myxococcus xanthus, une bactérie prédatrice gram-négative naturellement présente dans les sols, s’assemble sous forme de colonies multicellulaires pour attaquer collectivement d'autres microorganismes. Le processus de prédation chez M.xanthus, et spécifiquement la recherche et la destruction progressive des proies, s'effectue par une invasion progressive de la surface, bien en dehors du périmètre initiale de la colonie Le déplacement de M. xanthus est contrôlé par deux machines moléculaires génétiquement indépendantes et promouvant deux types distincts de motilité . La motilité dite “aventureuse” (A) caractérise le mouvement de cellules individuelles à la recherche de nourriture, et la motilité dite "sociale'' (S) qui caractérise le mouvement collectif de grands groupes de cellules à l’arrière du front d'invasion. Jusqu'à présent, il n’était pas clair comment le mouvement d'une seule cellule pouvait influencer la pénétration ainsi que l’infiltration au sein des colonies de proies, et en particulier, quels sont les rôles respectifs des systèmes de motilité aventureuse (A-) et sociale (S-) dans ce processus. Dans cette thèse, nous avons développé une méthode de microscopie et d'analyse d'image pour suivre la dynamique de cellules individuelles de M. xanthus et de ses proies pendant la prédation. Plus précisément, une méthode d'imagerie de type “timelapse” à grande échelle et haute résolution spatiale a été utilisée pour suivre les trajectoires de milliers de bactéries individuelles pendant le processus de prédation. Une e méthode basée sur l'intelligence artificielle a été utilisée pour la segmentation sémantique automatique, et plusieurs algorithmes ont été développés pour reconstruire les trajectoires 2D des cellules M. xanthus en mouvement. Ce travail nous a ainsi permis d’étudier les rôles respectifs des systèmes de motilité de types A et S et leurs interactions pendant la prédation de M. xanthus sur Escherichia coli. Nous avons ainsi pu distinguer différents types de groupes de cellules selon leurs tailles et leurs distributions spatiales. Il est intéressant de noter que le nombre et le comportement de ces groupes de cellules dépendent du système de motilité employé. En particulier, la motilité de type A joue un rôle clé dans l' orientation dynamique des groupes de cellules pendant la prédation. Enfin, les motilités de types A et S mènent de manière synergique à la destruction des proies. Afin d'étudier si des programmes transcriptionnels spécifiques au sein et entre les groupes de cellules sont à l'origine de leur comportement dynamique, nous avons également développé une approche permettant d'explorer l’expression de gènes d’intérêt dans des cellules individuelles de M. xanthus au sein d’une colonie prédatrice tout en préservant son intégrité spatiale. Pour cela, nous avons adopté une approche RNA-FISH permettant de marquer les gènes d'intérêt dans des cellules fixées. Enfin, nous avons exploré par une dernière approche comment les cellules mobiles de M. xanthus se déplacent à travers les obstacles pendant la prédation. Plus précisément, afin d'éclaircir le mécanisme de motilité de M. xanthus au sein des colonies de prédateurs, nous avons développé une approche corrélative AFM-microscopie optique qui nous a permis de vérifier si le mouvement des cellules est affecté par des signaux mécaniques

Microscopies avancées pour l'étude du comportement de motilité durant la prédation chez Myxococcus xanthus

Myxococcus xanthus, a gram-negative predatory soil bacterium, assembles multicellular colonies to collectively predate on other microorganisms. The process of predation, and more specifically prey foraging and the gradual killing of prey colonies, relies heavily on surface colonization, which M. xanthus achieves by moving out of their colony perimeter. M. xanthus motility is driven by two genetically-independent motility molecular machines. Adventurous (A) motility drives the movement of individual cells to forage, while social (S) motility powers the collective motion of large groups of cells behind the invasion front. To date, it remains unclear how single-cell motion influences colony penetration and percolation through the prey colony, and more specifically, what are the respective roles of the adventurous (A-) and social (S-) motility systems in this process. In this thesis, we developed a microscopy and image analysis method to track the dynamics of single M. xanthus and prey cells during predation. More specifically, we developed a method for large-scale timelapse imaging with a high spatial resolution to track single bacterial cells during the process of predation. We combined this development with a 2D Artificial intelligence-based method for automatic semantic segmentation, and with a method to reconstruct 2D trajectories of moving M. xanthus cells. We applied this technology to study the respective roles of A- and S-motility systems and their interplay during M. xanthus predation on Escherichia coli. This allowed us to detect different types of collective cell groups based on their size and spatial distributions. Interestingly, the number and behaviour of these collective cell groups was differentially affected by the two motility mechanisms. Specifically, A-motility played key roles in driving the dynamics of collective cell groups during predation. Finally, A- and S- motilities synergistically drove prey killing. To study whether specific transcriptional patterns within and between collective cell groups drove their dynamic behavior, we developed a workflow which allowed us to explore the single-cell transcriptome of M. xanthus cells in a spatially-conserved predating colony. For this, we adopted an RNA-FISH approach to label transcripts of interest in fixed cells. Finally, we explored how motile M. xanthus cells moved through obstacles during predation. Specifically, to shed light into the mechanism driving M. xanthus movement within predating colonies, we developed a correlative AFM-optical microscopy approach that allowed us to test whether cell movement is affected by mechanical cues.Myxococcus xanthus, une bactérie prédatrice gram-négative naturellement présente dans les sols, s’assemble sous forme de colonies multicellulaires pour attaquer collectivement d'autres microorganismes. Le processus de prédation chez M.xanthus, et spécifiquement la recherche et la destruction progressive des proies, s'effectue par une invasion progressive de la surface, bien en dehors du périmètre initiale de la colonie Le déplacement de M. xanthus est contrôlé par deux machines moléculaires génétiquement indépendantes et promouvant deux types distincts de motilité . La motilité dite “aventureuse” (A) caractérise le mouvement de cellules individuelles à la recherche de nourriture, et la motilité dite "sociale'' (S) qui caractérise le mouvement collectif de grands groupes de cellules à l’arrière du front d'invasion. Jusqu'à présent, il n’était pas clair comment le mouvement d'une seule cellule pouvait influencer la pénétration ainsi que l’infiltration au sein des colonies de proies, et en particulier, quels sont les rôles respectifs des systèmes de motilité aventureuse (A-) et sociale (S-) dans ce processus. Dans cette thèse, nous avons développé une méthode de microscopie et d'analyse d'image pour suivre la dynamique de cellules individuelles de M. xanthus et de ses proies pendant la prédation. Plus précisément, une méthode d'imagerie de type “timelapse” à grande échelle et haute résolution spatiale a été utilisée pour suivre les trajectoires de milliers de bactéries individuelles pendant le processus de prédation. Une e méthode basée sur l'intelligence artificielle a été utilisée pour la segmentation sémantique automatique, et plusieurs algorithmes ont été développés pour reconstruire les trajectoires 2D des cellules M. xanthus en mouvement. Ce travail nous a ainsi permis d’étudier les rôles respectifs des systèmes de motilité de types A et S et leurs interactions pendant la prédation de M. xanthus sur Escherichia coli. Nous avons ainsi pu distinguer différents types de groupes de cellules selon leurs tailles et leurs distributions spatiales. Il est intéressant de noter que le nombre et le comportement de ces groupes de cellules dépendent du système de motilité employé. En particulier, la motilité de type A joue un rôle clé dans l' orientation dynamique des groupes de cellules pendant la prédation. Enfin, les motilités de types A et S mènent de manière synergique à la destruction des proies. Afin d'étudier si des programmes transcriptionnels spécifiques au sein et entre les groupes de cellules sont à l'origine de leur comportement dynamique, nous avons également développé une approche permettant d'explorer l’expression de gènes d’intérêt dans des cellules individuelles de M. xanthus au sein d’une colonie prédatrice tout en préservant son intégrité spatiale. Pour cela, nous avons adopté une approche RNA-FISH permettant de marquer les gènes d'intérêt dans des cellules fixées. Enfin, nous avons exploré par une dernière approche comment les cellules mobiles de M. xanthus se déplacent à travers les obstacles pendant la prédation. Plus précisément, afin d'éclaircir le mécanisme de motilité de M. xanthus au sein des colonies de prédateurs, nous avons développé une approche corrélative AFM-microscopie optique qui nous a permis de vérifier si le mouvement des cellules est affecté par des signaux mécaniques

Microscopies avancées pour l'étude du comportement de motilité durant la prédation chez Myxococcus xanthus

Myxococcus xanthus, une bactérie prédatrice gram-négative naturellement présente dans les sols, s’assemble sous forme de colonies multicellulaires pour attaquer collectivement d'autres microorganismes. Le processus de prédation chez M.xanthus, et spécifiquement la recherche et la destruction progressive des proies, s'effectue par une invasion progressive de la surface, bien en dehors du périmètre initiale de la colonie Le déplacement de M. xanthus est contrôlé par deux machines moléculaires génétiquement indépendantes et promouvant deux types distincts de motilité . La motilité dite “aventureuse” (A) caractérise le mouvement de cellules individuelles à la recherche de nourriture, et la motilité dite "sociale'' (S) qui caractérise le mouvement collectif de grands groupes de cellules à l’arrière du front d'invasion. Jusqu'à présent, il n’était pas clair comment le mouvement d'une seule cellule pouvait influencer la pénétration ainsi que l’infiltration au sein des colonies de proies, et en particulier, quels sont les rôles respectifs des systèmes de motilité aventureuse (A-) et sociale (S-) dans ce processus. Dans cette thèse, nous avons développé une méthode de microscopie et d'analyse d'image pour suivre la dynamique de cellules individuelles de M. xanthus et de ses proies pendant la prédation. Plus précisément, une méthode d'imagerie de type “timelapse” à grande échelle et haute résolution spatiale a été utilisée pour suivre les trajectoires de milliers de bactéries individuelles pendant le processus de prédation. Une e méthode basée sur l'intelligence artificielle a été utilisée pour la segmentation sémantique automatique, et plusieurs algorithmes ont été développés pour reconstruire les trajectoires 2D des cellules M. xanthus en mouvement. Ce travail nous a ainsi permis d’étudier les rôles respectifs des systèmes de motilité de types A et S et leurs interactions pendant la prédation de M. xanthus sur Escherichia coli. Nous avons ainsi pu distinguer différents types de groupes de cellules selon leurs tailles et leurs distributions spatiales. Il est intéressant de noter que le nombre et le comportement de ces groupes de cellules dépendent du système de motilité employé. En particulier, la motilité de type A joue un rôle clé dans l' orientation dynamique des groupes de cellules pendant la prédation. Enfin, les motilités de types A et S mènent de manière synergique à la destruction des proies. Afin d'étudier si des programmes transcriptionnels spécifiques au sein et entre les groupes de cellules sont à l'origine de leur comportement dynamique, nous avons également développé une approche permettant d'explorer l’expression de gènes d’intérêt dans des cellules individuelles de M. xanthus au sein d’une colonie prédatrice tout en préservant son intégrité spatiale. Pour cela, nous avons adopté une approche RNA-FISH permettant de marquer les gènes d'intérêt dans des cellules fixées. Enfin, nous avons exploré par une dernière approche comment les cellules mobiles de M. xanthus se déplacent à travers les obstacles pendant la prédation. Plus précisément, afin d'éclaircir le mécanisme de motilité de M. xanthus au sein des colonies de prédateurs, nous avons développé une approche corrélative AFM-microscopie optique qui nous a permis de vérifier si le mouvement des cellules est affecté par des signaux mécaniques.Myxococcus xanthus, a gram-negative predatory soil bacterium, assembles multicellular colonies to collectively predate on other microorganisms. The process of predation, and more specifically prey foraging and the gradual killing of prey colonies, relies heavily on surface colonization, which M. xanthus achieves by moving out of their colony perimeter. M. xanthus motility is driven by two genetically-independent motility molecular machines. Adventurous (A) motility drives the movement of individual cells to forage, while social (S) motility powers the collective motion of large groups of cells behind the invasion front. To date, it remains unclear how single-cell motion influences colony penetration and percolation through the prey colony, and more specifically, what are the respective roles of the adventurous (A-) and social (S-) motility systems in this process. In this thesis, we developed a microscopy and image analysis method to track the dynamics of single M. xanthus and prey cells during predation. More specifically, we developed a method for large-scale timelapse imaging with a high spatial resolution to track single bacterial cells during the process of predation. We combined this development with a 2D Artificial intelligence-based method for automatic semantic segmentation, and with a method to reconstruct 2D trajectories of moving M. xanthus cells. We applied this technology to study the respective roles of A- and S-motility systems and their interplay during M. xanthus predation on Escherichia coli. This allowed us to detect different types of collective cell groups based on their size and spatial distributions. Interestingly, the number and behaviour of these collective cell groups was differentially affected by the two motility mechanisms. Specifically, A-motility played key roles in driving the dynamics of collective cell groups during predation. Finally, A- and S- motilities synergistically drove prey killing. To study whether specific transcriptional patterns within and between collective cell groups drove their dynamic behavior, we developed a workflow which allowed us to explore the single-cell transcriptome of M. xanthus cells in a spatially-conserved predating colony. For this, we adopted an RNA-FISH approach to label transcripts of interest in fixed cells. Finally, we explored how motile M. xanthus cells moved through obstacles during predation. Specifically, to shed light into the mechanism driving M. xanthus movement within predating colonies, we developed a correlative AFM-optical microscopy approach that allowed us to test whether cell movement is affected by mechanical cues

RNA imaging in bacteria

International audienceThe spatiotemporal regulation of gene expression plays an essential role in many biological processes. Recently, several imaging-based RNA labeling and detection methods, both in fixed and live cells, were developed and now enable the study of transcript abundance, localization and dynamics. Here, we review the main single-cell techniques for RNA visualization with fluorescence microscopy and describe their applications in bacteria

bacto_tracker: a method for single-cell tracking of M. xanthus in dense and multispecies colonies

Cell motility and predation are important for the dynamics of many multi-cellular ecosystems, such as the gut or the soil. Approaches to image cell dynamics in such complex systems are scant, and high-throughput analysis methods to segment and track single-cell behaviors are currently lacking. Here, we addressed these limitations by implementing a fast fluorescence microscopy technique enabling the high-resolution acquisition of cell movement over large areas and long time periods. Next, we applied deep learning to semantically segment two different bacteria species within complex micro-environments . We implemented a method to build single cell traces by combining the cell masks from different time points to follow the dynamics of single cells with high spatial and temporal resolutions and over long periods of time. We applied and validated these methods by characterizing the dynamics of Escherichia coli predation by Myxococcus xanthus