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20.9 : Lumière - Biologie

20.9 : Lumière - Biologie


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Comme pour les stimuli auditifs, la lumière voyage par ondes. Un coup d'œil sur le spectre électromagnétique montre que la lumière visible pour les humains n'est qu'une petite tranche de l'ensemble du spectre, qui comprend le rayonnement que nous ne pouvons pas voir comme de la lumière car il est inférieur à la fréquence de la lumière rouge visible et au-dessus de la fréquence de la lumière violette visible.

Certaines variables sont importantes lorsqu'on discute de la perception de la lumière. La longueur d'onde (qui varie inversement avec la fréquence) se manifeste par la teinte. La lumière à l'extrémité rouge du spectre visible a des longueurs d'onde plus longues (et une fréquence plus basse), tandis que la lumière à l'extrémité violette a des longueurs d'onde plus courtes (et une fréquence plus élevée). La longueur d'onde de la lumière est exprimée en nanomètres (en abrégé nm) ; un nanomètre est un milliardième de mètre. Les humains perçoivent une lumière comprise entre environ 380 nm et 740 nm. Certains autres animaux, cependant, peuvent détecter des longueurs d'onde en dehors de la gamme humaine. Par exemple, les abeilles voient la lumière proche de l'ultraviolet afin de localiser les guides de nectar sur les fleurs, et certains reptiles non aviaires détectent la lumière infrarouge (la chaleur que dégage la proie).

L'amplitude des ondes est perçue comme l'intensité lumineuse ou la luminosité. L'unité standard d'intensité lumineuse est le candela, qui est approximativement l'intensité lumineuse d'une bougie commune.

Les ondes lumineuses parcourent 299 792 km par seconde dans le vide (et un peu plus lentement dans divers milieux tels que l'air et l'eau), et ces ondes arrivent à l'œil sous forme d'ondes longues (rouges), moyennes (vertes) et courtes (bleues). Ce que l'on appelle la « lumière blanche » est une lumière perçue comme blanche par l'œil humain. Cet effet est produit par la lumière qui stimule également les récepteurs de couleur dans l'œil humain. La couleur apparente d'un objet est la couleur (ou les couleurs) que l'objet reflète. Ainsi, un objet rouge réfléchit les longueurs d'onde rouges dans la lumière mixte (blanche) et absorbe toutes les autres longueurs d'onde de la lumière.


20.9 : Lumière - Biologie

Tous les articles publiés par MDPI sont rendus immédiatement disponibles dans le monde entier sous une licence en libre accès. Aucune autorisation particulière n'est requise pour réutiliser tout ou partie de l'article publié par MDPI, y compris les figures et les tableaux. Pour les articles publiés sous licence Creative Common CC BY en accès libre, toute partie de l'article peut être réutilisée sans autorisation à condition que l'article original soit clairement cité.

Les articles de fond représentent la recherche la plus avancée avec un potentiel important d'impact élevé dans le domaine. Les articles de fond sont soumis sur invitation individuelle ou sur recommandation des éditeurs scientifiques et font l'objet d'un examen par les pairs avant leur publication.

L'article de fond peut être soit un article de recherche original, soit une nouvelle étude de recherche substantielle qui implique souvent plusieurs techniques ou approches, ou un article de synthèse complet avec des mises à jour concises et précises sur les derniers progrès dans le domaine qui passe systématiquement en revue les avancées les plus passionnantes dans le domaine scientifique. Littérature. Ce type d'article donne un aperçu des orientations futures de la recherche ou des applications possibles.

Les articles du Choix de l'éditeur sont basés sur les recommandations des éditeurs scientifiques des revues MDPI du monde entier. Les rédacteurs en chef sélectionnent un petit nombre d'articles récemment publiés dans la revue qui, selon eux, seront particulièrement intéressants pour les auteurs ou importants dans ce domaine. L'objectif est de fournir un aperçu de certains des travaux les plus passionnants publiés dans les différents domaines de recherche de la revue.


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Structures polyvalentes de l'α-Synucléine

L'α-Synucléine (α-syn) est une protéine intrinsèquement désordonnée abondamment distribuée dans les terminaisons présynaptiques. L'agrégation de -syn en corps de Lewy (LB) est une caractéristique moléculaire de la maladie de Parkinson (MP). α-Syn présente une diversité conformationnelle extrême, qui s'adapte à différentes conditions et remplit des fonctions polyvalentes. Cependant, le mécanisme moléculaire de la transformation α-syn et la relation entre les différentes espèces structurelles et leurs rôles fonctionnels et pathogènes dans les activités neuronales et la MP restent inconnus. Dans cette mini-revue, nous résumons les découvertes récentes de structures -syn à l'état membranaire, dans le cytosol et à l'état amyloïde dans des conditions physiologiques et pathologiques. À partir des connaissances actuelles sur différentes espèces structurelles de α-syn, nous avons l'intention de trouver un indice sur sa fonction et sa toxicité dans les neurones normaux et dans des conditions pathologiques, ce qui pourrait faire la lumière sur la pathogenèse de la MP.

Mots clés: Maladie de Parkinson structure atomique amyloïde protéine agrégation vésicule trafic α-synucléine.


Traitement de l'amylose associée aux néoplasmes plasmocytaires

Options de traitement pour l'amylose associée aux néoplasmes plasmocytaires

Le traitement dépend de l'évaluation de l'étendue des dommages systémiques de l'amylose et de la dyscrasie plasmocytaire sous-jacente.[1] Un niveau croissant et élevé de peptide natriurétique pro-cérébral N-terminal peut prédire une insuffisance cardiaque imminente dans le cadre d'une amylose cardiaque, et un traitement précoce doit être envisagé pour ces patients.[2]

Les options de traitement de l'amylose associée aux néoplasmes plasmocytaires sont les suivantes :

Chimiothérapie

Comme c'est le cas pour toutes les dyscrasies plasmocytaires, des réponses ont été rapportées pour tous les mêmes schémas thérapeutiques actifs dans le myélome multiple.[3-9] Le daratumumab, avec ou sans autres agents actifs, a également montré des réponses pour l'amylose, généralement en association avec d'autres agents. utilisé pour le myélome.[10-16]

Sauvetage de cellules souches

Une étude prospective randomisée portant sur 100 patients atteints d'amylose à chaînes légères d'immunoglobulines a comparé le melphalan associé à de la dexaméthasone à forte dose au melphalan à forte dose associé à un sauvetage de cellules souches autologues.[17] Après un suivi médian de 3 ans, la survie globale (SG) médiane était en faveur du bras sans greffe (56,9 mois contre 22,2 mois P = .04).[17][Niveau de preuve : 1iiA] La mortalité de 24 % liée à la transplantation dans cette série et d'autres reflète les difficultés liées à la chimiothérapie à haute dose chez les patients plus âgés présentant un dysfonctionnement d'un organe.[17-22] Entre 2007 et 2012, l'International Blood and Marrow Transplant Research Program a identifié 800 patients atteints d'amylose qui ont subi une autogreffe de cellules souches (ASCT). .[23][Niveau de preuve : 3iiiA] De même, dans une revue rétrospective de 672 patients consécutifs atteints d'amylose ayant subi une ASCT sur 20 ans, la mortalité liée au traitement a baissé à 2,4 % entre 2010 et 2016 contre 8,6 % entre 2003 et 2009, et 14,5 % entre 1996 et 2002.[24][Niveau de preuve : 3iiiD] Un essai randomisé confirmant le bénéfice de l'autogreffe n'est pas prévu.[2,25]

Une série anecdotique décrit la SCT allogénique à pleine intensité et à intensité réduite.[26]

Essais cliniques en cours

Utilisez notre recherche avancée d'essais cliniques pour trouver des essais cliniques sur le cancer soutenus par le NCI qui recrutent actuellement des patients. La recherche peut être affinée par le lieu de l'essai, le type de traitement, le nom du médicament et d'autres critères. Des informations générales sur les essais cliniques sont également disponibles.

Les références
  1. Gertz MA, Dispenzieri A: Reconnaissance, pronostic et thérapie de l'amylose systémique: une revue systématique. JAMA 324 (1) : 79-89, 2020. [Résumé PUBMED]
  2. Merlini G, Wechalekar AD, Palladini G : Amylose systémique à chaînes légères : une mise à jour pour les médecins traitants. Sang 121 (26) : 5124-30, 2013. [Résumé PUBMED]
  3. Kumar SK, Hayman SR, Buadi FK, et al. : Lénalidomide, cyclophosphamide et dexaméthasone (CRd) pour l'amylose à chaîne légère : résultats à long terme d'un essai de phase 2. Blood 119 (21) : 4860-7, 2012. [Résumé PUBMED]
  4. Venner CP, Lane T, Foard D, et al. : Le traitement par cyclophosphamide, bortézomib et dexaméthasone dans l'amylose AL est associé à des taux de réponse clonale élevés et à une survie prolongée sans progression. Sang 119 (19) : 4387-90, 2012. [Résumé PUBMED]
  5. Wechalekar AD, Schonland SO, Kastritis E, et al. : Une étude collaborative européenne des résultats du traitement chez 346 patients atteints d'amylose AL cardiaque de stade III. Sang 121 (17) : 3420-7, 2013. [Résumé PUBMED]
  6. Sanchorawala V, Shelton AC, Lo S, et al. : Pomalidomide et dexaméthasone dans le traitement de l'amylose AL : résultats d'un essai de phase 1 et 2. Blood 128 (8) : 1059-62, 2016. [Résumé PUBMED]
  7. Palladini G, Milani P, Foli A, et al. : Présentation et résultats avec le traitement de deuxième ligne dans l'amylose AL précédemment sensible aux thérapies non transplantées. Sang 131 (5) : 525-532, 2018. [Résumé PUBMED]
  8. Manwani R, Cohen O, Sharpley F, et al.: Une étude observationnelle prospective de 915 patients atteints d'amylose AL systémique traités avec le bortézomib initial. Sang 134 (25) : 2271-2280, 2019. [Résumé PUBMED]
  9. Kastritis E, Leleu X, Arnulf B, et al. : Bortezomib, Melphalan et Dexamethasone pour l'amylose à chaîne légère. J Clin Oncol 38 (28): 3252-3260, 2020. [Résumé PUBMED]
  10. Palladini G, Kastritis E, Maurer MS, et al. : Daratumumab plus CyBorD pour les patients atteints d'amylose AL nouvellement diagnostiquée : résultats préliminaires de sécurité d'ANDROMEDA. Sang 136 (1) : 71-80, 2020. [Résumé PUBMED]
  11. Sanchorawala V, Sarosiek S, Schulman A, et al. : Innocuité, tolérabilité et taux de réponse du daratumumab dans l'amylose AL en rechute : résultats d'une étude de phase 2. Sang 135 (18) : 1541-1547, 2020. [Résumé PUBMED]
  12. Nooka AK, Kaufman JL, Hofmeister CC, et al. : Daratumumab dans le myélome multiple. Cancer 125 (14) : 2364-2382, 2019. [Résumé PUBMED]
  13. Dispenzieri A : Les patients AL n'osent pas se passer de dara. Sang 135 (18) : 1509-1510, 2020. [Résumé PUBMED]
  14. Roussel M, Merlini G, Chevret S, et al. : Un essai prospectif de phase 2 du daratumumab chez des patients atteints d'amylose systémique à chaînes légères précédemment traités. Sang 135 (18) : 1531-1540, 2020. [Résumé PUBMED]
  15. Kimmich CR, Terzer T, Benner A, et al.: Daratumumab pour l'amylose AL systémique: facteurs pronostiques et résultats indésirables avec albuminurie néphrotique. Sang 135 (18) : 1517-1530, 2020. [Résumé PUBMED]
  16. Royal V, Leung N, Troyanov S, et al. : Prédicteurs clinicopathologiques des résultats rénaux dans la néphropathie à chaînes légères : une étude rétrospective multicentrique. Blood 135 (21) : 1833-1846, 2020. [Résumé PUBMED]
  17. Jaccard A, Moreau P, Leblond V, et al. : melphalan à haute dose versus melphalan plus dexaméthasone pour l'amylose AL. N Engl J Med 357 (11) : 1083-93, 2007. [Résumé PUBMED]
  18. Dispenzieri A, Kyle RA, Lacy MQ, et al. : Survie supérieure chez les patients atteints d'amylose systémique primaire subissant une greffe de cellules souches du sang périphérique : une étude cas-témoins. Blood 103 (10) : 3960-3, 2004. [Résumé PUBMED]
  19. Skinner M, Sanchorawala V, Seldin DC, et al. Ann Intern Med 140 (2) : 85-93, 2004. [Résumé PUBMED]
  20. Leung N, Leung TR, Cha SS, et al. : Accumulation excessive de liquide pendant la mobilisation des cellules souches : un nouveau facteur pronostique de la survie à la première année après une greffe de cellules souches chez les patients atteints d'amylose AL. Blood 106 (10) : 3353-7, 2005. [Résumé PUBMED]
  21. Madan S, Kumar SK, Dispenzieri A, et al. : Greffe de melphalan à haute dose et de cellules souches du sang périphérique pour l'amylose à chaîne légère avec atteinte cardiaque. Sang 119 (5) : 1117-22, 2012. [Résumé PUBMED]
  22. Cibeira MT, Sanchorawala V, Seldin DC, et al. Blood 118 (16) : 4346-52, 2011. [Résumé PUBMED]
  23. D'Souza A, Dispenzieri A, Wirk B, et al. : Résultats améliorés après une greffe de cellules hématopoïétiques autologues pour l'amylose à chaînes légères : une étude de recherche internationale sur la transplantation de sang et de moelle. J Clin Oncol 33 (32) : 3741-9, 2015. [Résumé PUBMED]
  24. Sidiqi MH, Aljama MA, Buadi FK, et al. : Transplantation de cellules souches pour l'amylose à chaînes légères : diminution de la mortalité précoce au fil du temps. J Clin Oncol 36 (13) : 1323-1329, 2018. [Résumé PUBMED]
  25. Mehta J, Gerta MA, Dispenzieri A : Thérapie à haute dose pour l'amylose : la fin du début ? Sang 103 (10) : 3612-3, 2004.
  26. Sch&# 246nland SO, Lokhorst H, Buzyn A, et al. Blood 107 (6) : 2578-84, 2006. [Résumé PUBMED]

Résumé

Résumé—L'infiltration de monocytes dans la paroi artérielle est un événement cellulaire précoce de l'athérogenèse. Des preuves récentes montrent que la protéine C-réactive (CRP) est déposée dans l'intima artérielle au niveau des sites d'athérogenèse. Dans cette étude, nous démontrons que le dépôt de CRP précède l'apparition de monocytes dans les lésions athéroscléreuses précoces. La CRP est chimiotactique pour les monocytes sanguins humains fraîchement isolés. Un récepteur CRP spécifique est mis en évidence sur les monocytes in vitro ainsi qu'in vivo, et le blocage du récepteur par l'utilisation d'un anticorps anti-récepteur monoclonal abolit complètement la chimiotaxie induite par la CRP. La CRP pourrait jouer un rôle majeur dans le recrutement des monocytes au cours de l'athérogenèse.

L'inflammation est une caractéristique pathogène importante dans la formation de lésions athéroscléreuses. 1 Les réponses inflammatoires cellulaires et humorales sont impliquées dans l'initiation et la progression des plaques d'athérosclérose. 1 2

La majorité des cellules inflammatoires infiltrant la paroi artérielle au début de l'athérogenèse sont des monocytes. 2 Le fait qu'il n'y ait pratiquement pas de neutrophiles dans la lésion est une énigme de la recherche sur l'athérosclérose. La libération locale de la protéine chimiotactique des monocytes-1, un chimiotactique spécifique des monocytes synthétisé par les cellules de la lésion, et d'autres chimiokines peuvent expliquer en partie ce phénomène. 3 4 5

La protéine C-réactive (CRP) est le prototype de la protéine de phase aiguë chez l'homme. Dans la réponse de phase aiguë, sa concentration plasmatique peut dépasser la concentration normale de 1000 fois. 6 En revanche, l'amyloïde P sérique, deuxième membre de la famille des pentraxines, est constitutivement présent dans le sérum humain à raison de 30 à 50 g/mL, avec un maximum de 2 fois au cours du sepsis, alors qu'il s'agit d'un réactif de phase aiguë chez la souris. . 7

L'association prédictive entre la CRP et la maladie coronarienne a été largement confirmée. L'association observée avec des élévations modestes de la CRP existe chez les patients hospitalisés atteints d'angor instable grave, 8 chez les patients ambulatoires atteints d'angor, 9 et même dans des populations générales apparemment en bonne santé. 10 11 Les preuves s'accumulent maintenant pour suggérer que la CRP peut contribuer à l'inflammation dans l'athérome et peut également être activement impliquée dans l'athérogenèse précoce. La protéine présente une liaison in vitro dépendante du Ca 2+ au LDL 12 13 et active le système du complément. 14 15 La CRP native se dépose dans les lésions athérosclérotiques humaines. 16 17 18 Récemment, la colocalisation de la CRP et de C5b-9, le complexe terminal du complément, a été démontrée dans des lésions athérosclérotiques humaines précoces, indiquant que la CRP est une importante molécule activant le complément dans la lésion. 19 La colocalisation de la CRP et des cellules spumeuses dans les stries graisseuses suggère une interaction de la CRP avec les cellules, 19 mais la signification pathobiologique de cette interaction n'est pas encore claire.

Différents récepteurs ont été décrits pour la CRP. Sur les monocytes, la liaison spécifique à la CRP se produit via FcγRI/CD64 avec une faible affinité 20 ainsi que FcγRIIa/CD32 avec une haute affinité. 21 Très récemment, il a été montré que la liaison de la CRP au FcγRIIa/CD32 sur les monocytes et les neutrophiles humains est spécifique d'un allèle. 22 Cependant, d'autres données suggèrent l'existence d'un récepteur CRP « unique » supplémentaire (CRP-R) 23 impliqué dans la liaison et la signalisation de la CRP. A ce stade, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour clarifier la contribution des différents récepteurs à la liaison de la CRP. 24

Les rapports sur les effets chimiotactiques de la CRP sur les monocytes/macrophages sont controversés. Un rapport antérieur indique que la CRP stimule la chimiotaxie des monocytes humains et l'activité procoagulante. 25 Cependant, une autre étude montre que la CRP native n'a pas d'effets chimiotactiques sur les monocytes. 26 Des rapports récents démontrent l'inhibition de la chimiotaxie des neutrophiles par la CRP. 23 27 28 Certains rapports sur l'action de la CRP sur les leucocytes traitent des peptides de la CRP. La pertinence in vivo de ces peptides CRP est au moins discutable car la CRP est très résistante à la protéolyse, et aucun fragment de CRP n'a encore été rapporté dans les fluides biologiques in vivo ou ex vivo.

La présente étude porte exclusivement sur le matériel humain. À la lumière des preuves croissantes d'un rôle actif de la CRP dans la formation de lésions athéroscléreuses, nous avons étudié un rôle fonctionnel possible de la CRP dans le recrutement des monocytes.

Méthodes

Spécimens d'artère coronaire

Des échantillons d'artères coronaires ont été préparés à partir de cœurs obtenus lors d'autopsies. Ils ont été fixés dans du formol, inclus dans de la paraffine, sectionnés et colorés à l'hématoxyline et à l'éosine. Dix spécimens de lésions athéroscléreuses précoces des zones dites gélatineuses oedémateuses, 29 30 31 lésions athéroscléreuses initiales et stries graisseuses 31 ont été sélectionnés pour analyse. Des coupes transversales en série de 4 à 5 µm ont été découpées. Des coupes d'artères coronaires avec une intima sans athérosclérose mais avec un épaississement intimal adaptatif et diffus ont également été étudiées.

Anticorps

L'anticorps monoclonal murin (mAb) dirigé contre la CRP humaine (clone CRP-8, IgG1, utilisé à une dilution de 1:500) a été acheté chez Sigma Chemical Co. 19 L'AcM murin dirigé contre le marqueur macrophage CD68 (clone PG-M1, IgG3, utilisé à une dilution 1:100) a été acheté auprès de DAKO.

Le clone mAb murin RC10.2 (IgM κ) est dirigé contre le ligand spécifique inhibant la CRP-R des leucocytes se liant aux lignées cellulaires humaines granulocytaires et monocytaires. Les contrôles de génération et de spécificité de cet anticorps ont été décrits en détail. 23 La lignée cellulaire pronocytaire humaine U937 a servi de source pour la protéine CRP-R. L'anticorps a été généré par immunisation de souris BALB/c. 23

Les anticorps primaires ont été détectés en utilisant des anticorps polyclonaux anti-souris biotinylés (Vector Laboratories, DAKO).

Coloration immunohistochimique avec des anticorps individuels

La coloration immunohistochimique de la CRP et du CD68 a été réalisée comme décrit. 19 Préabsorption de mAb CRP-8 avec CRP en phase solide par couplage de ligands à des colonnes d'affinité HiTrap (Amersham Pharmacia Biotech) et un anticorps non pertinent d'isotype correspondant à mAb RC10.2 (dirigé contre Aspergillus niger glucose oxydase, clone DAK-GO8, IgM, DAKO) ont été utilisés pour contrôler la spécificité de la coloration.

Culture de cellules

Le milieu de culture utilisé pour les monocytes était du DMEM (GIBCO) tamponné avec 3,7 g/L de NaHCO3 et gazé avec 5% de CO2. Le pH du milieu de culture était de 7,25. Les cellules ont été maintenues dans un incubateur humidifié à 37°C. Des monocytes sanguins humains ont été isolés à partir de donneurs comme décrit. 32 Des tests de chimiotaxie ont été effectués immédiatement après la préparation. La viabilité cellulaire a été évaluée par absorption de bleu trypan.

Protéine C-réactive

La CRP humaine a été achetée chez Sigma (solution dans 0,02 mol/L de Tris et 0,25 mol/L de chlorure de sodium, pH 8,0). La CRP a été purifiée à partir de plasma humain en utilisant l'affinité Ca 2+ -dépendante de la protéine pour la phosphorylcholine. La pureté de la protéine est ≥ 98 %, telle que déterminée par SDS-PAGE. La préparation présentait une seule bande protéique de Mr ≈21 000. L'état physique a été examiné par centrifugation de 100 μg dans 5 mL d'un gradient linéaire de densité de saccharose de 10 % à 40 % (p/vol) dans 20 mmol/L de Tris, 100 mmol/L de NaCl et 2 mmol/L Tampon Ca 2+ (50 000 rpm, rotor vertical VTi 65, 4°C, 60 minutes, ultracentrifugeuse Beckman modèle L60). La protéine a sédimenté dans un pic symétrique de 5,5S, et la protéine n'a pas été détectée dans les niveaux supérieurs Mr fractions (>19S). Ainsi, le CRP ne s'auto-agrégeait pas. Lors de la préparation, des précautions ont été prises pour éviter la contamination par les lipopolysaccharides. Ce dernier a été exclu par Limule dosage des endotoxines (Kinetic-QCL, BioWhittaker). La sensibilité du dosage est de 0,015 à 400 UI/mL.

Test de chimiotaxie

La chimiotaxie des monocytes a été dosée dans une chambre de microchimiotaxie à 48 puits (Neuroprobe). 33 cellules ont été utilisées à une densité de 5.10 5 /mL en DMEM. Les puits supérieur et inférieur ont été séparés par une membrane en polycarbonate sans polyvinylpyrrolidone (25 x 80 mm, taille des pores 5 µm, Costar). Le temps d'incubation était de 3 heures. Les cellules migrées présentes sur la face inférieure du filtre ont été colorées et comptées au microscope optique en utilisant une grille de comptage spécifique. Les cellules ont été comptées dans 5 champs aléatoires à haute puissance par puits. Chaque échantillon a été testé dans 4 puits. Le DMEM a été utilisé comme contrôle négatif formyl-Met-Leu-Phe (FMLP) à une concentration de 100 nmol/L, induisant un indice chimiotactique (nombre de cellules migrées dans l'échantillon par nombre de cellules migrées dans le contrôle) de ≈2 , a été utilisé comme contrôle positif. Une analyse en damier a été réalisée pour différencier les réponses chimiotactiques des réponses chimiocinétiques. L'analyse statistique a été effectuée par des étudiants ultérieurs t essais. Une valeur de P<0,05 a été considéré comme statistiquement significatif. Pour bloquer l'activité chimiotactique de la CRP, les monocytes ont été pré-incubés avec l'AcM anti-CRP-R à une concentration de 4 g/mL.

Coloration immunofluorescente avec RC10.2

Les monocytes ont été ensemencés sur des lames de verre dans du sérum DMEM/10 % AB et fixés dans du formaldéhyde à 4 %. Les cellules ont été incubées avec un mAb anti-CRP-R (2 g/mL) pendant 30 minutes. Un anticorps secondaire marqué au TRITC (donkey anti-souris IgM TRITC, Dianova) a été ajouté à une dilution de 1:50 pendant 30 minutes supplémentaires. Les cellules ont été montées dans Mowiol (Calbiochem) et visualisées avec un microscope immunofluorescent. Les contrôles comprenaient le remplacement de l'Acm anti-CRP-R par un Acm de souris non pertinent à l'isotype et la préincubation des cellules avec la CRP (640 g/mL) pendant 3 heures à 4°C avant coloration avec RC10.2.

Double coloration pour CRP et CD68

Les lames ont été incubées avec le premier anticorps contre la CRP, visualisées par immersion dans du tétrachlorure de diaminobenzidine 19 et rincées dans une solution saline tamponnée au Tris. Après un nouveau blocage avec 5% de sérum de cheval normal, les lames ont été incubées avec de l'anti-CD68. 19 Lames ont ensuite été incubées avec un anticorps anti-souris conjugué à la biotine, suivi d'un réactif avidine-biotine peroxydase. Cette fois, les produits de réaction ont été visualisés en immergeant les lames dans du 3-amino-9-éthylcarbazole. Enfin, les lames ont été contre-colorées à l'hématoxyline et montées.

Résultats

Résultats morphologiques

Les échantillons d'artère coronaire remplissaient les critères de lésions gélatineuses oedémateuses 29 30 et athéroscléreuses 31 précoces. Ces lésions se trouvaient toutes dans des épaississements intimaux adaptatifs diffus constitués d'une couche fibromusculaire à la base de l'intima et d'une couche fibroélastique bordant la lumière. Les lésions gélatineuses oedémateuses étaient caractérisées par un aspect dispersé et translucide de l'intima. Les lésions précoces étaient caractérisées par des macrophages apparaissant soit sous forme de groupes isolés de cellules rondes ou fusiformes dans l'intima, soit formant une couche ≥1 près de la surface luminale. Parfois, ces cellules étaient évidentes dans la majeure partie de l'intima. Il n'y avait aucune preuve d'une couverture endothéliale en raison d'une dissociation post-mortem précoce de l'endothélium. 34

Dépôts de CRP dans les lésions gélatineuses œdémateuses précédant l'infiltration des monocytes

Aucune coloration CRP n'a pu être observée dans les épaississements intimaux adaptatifs et diffus sans aucun signe de développement de lésions athéroscléreuses (figure 1A). Un dépôt diffus de CRP a pu être observé dans les zones où la moitié externe de la couche fibroélastique et la couche fibromusculaire de l'intima des épaississements intimaux adaptatifs et diffus semblaient translucides (Figure 1C). Cependant, les macrophages étaient absents ou peu distribués dans l'intima dans les épaississements intimaux adaptatifs et diffus normaux et dispersés (figure 1B et 1D). Le schéma général des dépôts de CRP dans les lésions athéroscléreuses précoces a été décrit précédemment. 19 La figure 1 représente un exemple d'une section séquentielle d'une lésion athéroscléreuse initiale avec une seule couche de cellules spumeuses macrophages à côté de la surface luminale (figure 1F) et un dépôt diffus de CRP dans la moitié externe de la couche fibroélastique et dans le fibromusculaire. couche de l'intima adjacente au support (Figure 1E). Certains des macrophages ont également coloré positivement pour la CRP (figure 1E).

Pour obtenir des informations plus précises sur la relation temporelle et spatiale entre le dépôt de CRP et l'infiltration de monocytes, nous avons utilisé la méthode de double coloration à l'immunoperoxydase. La figure 2 montre une double immunocoloration pour la CRP (marron) et le CD68 (rouge) appliquée à un seul tissu d'une autre lésion athéroscléreuse initiale. Les monocytes infiltrent la paroi artérielle au niveau des sites de dépôt de CRP.

Lorsque mAb CRP-8 a été préabsorbé avec la CRP en phase solide, la coloration immunohistochimique est devenue négative (Figure 1C, insert).

La CRP est chimiotactique pour les monocytes sanguins humains

À des concentrations de CRP allant de 5 à 160 g/mL, le DMEM a été utilisé comme milieu d'essai pour la chimiotaxie dans la chambre de microchimiotaxie. Le DMEM a servi de contrôle négatif et le FMLP (100 nmol/L) a été utilisé comme contrôle positif. La figure 3A montre une augmentation significative de la migration des monocytes avec des concentrations croissantes de CRP. La réponse chimiotactique maximale a été observée à une concentration de CRP de 40 g/mL. L'indice chimiotactique moyen à cette concentration était de 2,4. Des concentrations plus élevées de CRP ont entraîné une diminution de l'activité chimiotactique, représentant ainsi une réponse chimiotactique caractéristique. L'analyse en damier a indiqué une véritable réponse chimiotactique plutôt que chimiocinétique (figure 3B), car la migration des monocytes dépendait de la présence d'un gradient de CRP entre les faces supérieure et inférieure du filtre.

La CRP-R est exprimée par les monocytes et l'activité chimiotactique de la CRP est abolie par l'AcM anti-CRP-R

La coloration par immunofluorescence de monocytes fraîchement isolés avec l'AcM anti-CRP-R a montré une coloration positive intense des cellules focalisée sur la membrane cellulaire (Figure 4). L'anticorps IgM non pertinent à l'isotype correspondant à des concentrations équivalentes n'a révélé aucune coloration immunofluorescente (figure 4B). La préincubation des cellules avec la CRP (640 g/mL) à 4°C pendant 3 heures a nettement réduit la coloration immunofluorescente avec l'anti-CRP-R (Figure 4C).

La CRP (40 g/mL) a été offerte aux monocytes fraîchement isolés dans la chambre de microchimiotaxie. Les monocytes ont été autorisés à se lier à l'AcM anti-CRP-R à raison de 4 g/mL avant que les cellules ne soient utilisées dans le test de chimiotaxie. La figure 5 montre un blocage complet de la chimiotaxie médiée par la CRP. En revanche, l'anticorps IgM d'isotype non pertinent (4 g/mL) n'a pas inhibé la chimiotaxie médiée par la CRP. La viabilité cellulaire n'a pas été affectée par le mAb anti-CRP-R ou par la CRP elle-même, comme évalué par l'absorption d'exclusion de colorant bleu trypan (données non présentées).

Localisation de la CRP-R dans les lésions athéroscléreuses précoces

Le CRP-R s'est avéré être localisé dans toutes les lésions athéroscléreuses précoces étudiées. Cependant, la coloration CRP-R n'a été observée ni dans les lésions gélatineuses œdémateuses ni dans les épaississements intimaux adaptatifs et diffus sans aucun signe de développement de lésions athéroscléreuses. La manifestation prédominante de la CRP-R dans les lésions précoces était une coloration positive le long de la surface cellulaire des cellules spumeuses. Occasionnellement, il y avait aussi une forte coloration cytoplasmique. Dans les lésions athéroscléreuses initiales, les cellules CRP-R positives étaient localisées à côté de la surface luminale (Figure 6A et 6B). Dans les stries graisseuses, elles étaient évidentes dans la majeure partie de l'intima, y ​​compris la couche basale de l'intima adjacente à la média (Figure 6C). En général, il n'y avait pas de coloration CRP-R dans la média de l'artère. Une procédure de coloration similaire réalisée avec le mAb IgM non pertinent a donné des résultats négatifs avec tous les échantillons de tissus (figure 6D).

Discussion

Les preuves que la CRP peut jouer un rôle dans l'athérogenèse s'accumulent : (1) Les preuves épidémiologiques révèlent une association entre des taux plasmatiques élevés de CRP et l'athérosclérose et ses séquelles. 9 10 11 (2) La CRP présente une liaison in vitro aux LDL et, par conséquent, peut être piégée dans l'intima par les lipides déposés. 12 13 (3) La CRP active le système du complément par la voie classique. 14 15 La colocalisation de la CRP et de la C5b-9 dans les lésions athéroscléreuses précoces des artères coronaires humaines indique que la CRP peut entretenir un processus inflammatoire chronique en activant le complément dans la paroi artérielle. 19 (4) La CRP opsonise les particules biologiques, et la colocalisation de la CRP et des cellules spumeuses dans les stries graisseuses soutient le concept selon lequel la CRP est impliquée dans la formation des cellules spumeuses. 19

Dans la présente étude, nous avons étudié un rôle potentiel de la CRP dans le recrutement des monocytes dans l'athérogenèse humaine. Nous décrivons la distribution des monocytes, de la CRP et des CRP-R dans les zones gélatineuses œdémateuses et les lésions athérosclérotiques précoces non seulement en démontrant que le dépôt de CRP dans la paroi artérielle précède l'infiltration des monocytes, mais aussi en démontrant l'immunoréactivité de CRP-R sur les monocytes infiltrants et les cellules spumeuses. De plus, nous avons démontré in vitro que la CRP est chimiotactique pour les monocytes sanguins humains dans une chambre de microchimiothérapie Boyden, et en utilisant une analyse en damier, nous avons démontré que cette réponse est chimiotactique plutôt que chimiocinétique. Nous avons également des preuves au moyen d'une coloration immunofluorescente avec l'AcM anti-CRP-R que les monocytes sanguins humains expriment des CRP-R spécifiques. De plus, nous démontrons que la chimiotaxie des monocytes médiée par la CRP est abolie par un mAb anti-CRP-R spécifique.

Le fait que les cellules spumeuses dans les lésions précoces se colorent positivement pour la CRP-R ainsi que pour la CRP 19 est cohérent avec l'hypothèse selon laquelle la CRP participe à la formation des cellules spumeuses en opsonisant les particules lipidiques. La colocalisation de la CRP avec les LDL dites dégradées enzymatiquement (E-LDL) 32 35 36 a été récemment démontrée dans les lésions athéroscléreuses précoces. 13 Bien qu'il existe des preuves que la formation de cellules spumeuses par les E-LDL est en partie due à l'absorption des lipoprotéines via une voie médiée par les récepteurs charognards, 32 l'absorption cellulaire des E-LDL peut être accompagnée par l'absorption de la CRP liée et médiée par la CRP- R. Cette hypothèse est étayée par la coloration cytoplasmique, qui est parfois observée avec l'AcM anti-CRP-R et qui est cohérent avec les résultats antérieurs démontrant que la CRP liée au récepteur est internalisée par les macrophages via la voie endosomale et est partiellement dégradée, suivie d'un recyclage. du CRP-R. 37 L'engloutissement des débris cellulaires par les monocytes après opsonisation avec la CRP pourrait fournir une explication supplémentaire de la coloration CRP-R-positive dans les cellules spumeuses, dans la mesure où nous avons observé une colocalisation partielle du dépôt de CRP avec quelques noyaux apoptotiques dans les lésions athéroscléreuses précoces évaluées par la désoxynucléotidyl transférase terminale –marquage dUTP nick end médié (MT et al, données non publiées, 2000).

La CRP peut être un composant important des protéines plasmatiques recouvrant la paroi artérielle précédant la lésion dite athéroscléreuse initiale, qui est caractérisée par la première apparition de cellules spumeuses macrophages dérivées des monocytes. L'infiltration de monocytes dans la paroi artérielle est un processus en 2 étapes qui implique d'abord l'adhérence à l'endothélium activé et la migration dirigée vers un gradient chimiotactique ensuite. 4 La CRP déposée de manière diffuse peut générer un gradient chimiotactique dans la paroi artérielle, attirant les monocytes qui ont transmigré dans l'endothélium.

L'inhibition de la chimiotaxie induite par la CRP par l'Acm anti-CRP-R in vitro fournit une base pour une utilisation future de cet anticorps dans un modèle animal expérimental pour tenter d'inhiber la chimiotaxie des monocytes dans la paroi artérielle. D'autres études sont nécessaires pour aborder l'implication d'autres récepteurs, en particulier les récepteurs Fcγ (FcγRI/CD64 et FcγRII/CD32), dans la chimiotaxie médiée par la CRP. De plus, le rôle de la CRP dite modifiée dans l'athérogenèse attend d'être étudié. Cette CRP dénaturée a récemment été détectée dans le tissu vasculaire normal et a des propriétés biologiques et des effets sur les cellules notablement différents de ceux de la CRP native. 38 Néanmoins, l'accumulation précoce de CRP native dans les zones insudées peut expliquer en partie certains des phénomènes de formation de lésions athéroscléreuses qui sont jusqu'à présent incompris. Premièrement, en plus d'autres chimiotactiques, par exemple la protéine chimiotactique des monocytes-1, la CRP peut agir comme chimiotactique pour les monocytes sanguins in vivo. Deuxièmement, la CRP est connue pour inhiber la chimiotaxie des neutrophiles 23 26 27 et la liaison des neutrophiles aux cellules endothéliales. Ce dernier est provoqué par la stimulation du clivage et de l'excrétion de la L-sélectine des membranes des neutrophiles. 39 Cela peut bien expliquer pourquoi il n'y a pratiquement pas de neutrophiles dans la lésion, bien que de puissants chimiotactiques des neutrophiles, par exemple C5a, doivent être générés dans la lésion.

En résumé, nos données suggèrent qu'en plus de l'activation du complément, la stimulation de la chimiotaxie des monocytes et l'inhibition de la chimiotaxie des neutrophiles peuvent être des mécanismes inflammatoires importants induits par le dépôt de CRP dans la paroi artérielle. À la lumière des preuves croissantes que la CRP est intimement impliquée dans les processus d'athérogenèse, nos données suggèrent un rôle précoce de la CRP dans la promotion de la progression des zones insudées en lésions athéroscléreuses précoces manifestes.

Figure 1. CRP et monocytes dans des coupes séquentielles d'artères coronaires humaines. La lumière est dans le coin supérieur droit. La démarcation entre l'intima et la média est indiquée par des flèches. Barre=50µm. Les panneaux A à D sont des coupes séquentielles de 2 épaississements intimaux adaptatifs sans (A et B) et avec (C et D) une zone gélatineuse œdémateuse. L'épaississement intimal dans les panneaux C et D est plus prononcé que dans les panneaux A et B (même grossissement). A, coloration CRP, démontrant l'absence de dépôt de protéines dans l'intima. B, coloration CD68, démontrant une seule cellule positive à côté de la surface luminale (petite pointe de flèche). C, tache de CRP, démontrant un dépôt diffus de CRP dans la zone insudée de l'intima (insert, mAb CRP-8 préabsorbé avec CRP en phase solide). D, coloration CD68, ne montrant pas plus de 2 ou 3 petits macrophages à côté de la surface luminale (petite pointe de flèche). Les panneaux E et F sont des coupes séquentielles d'une lésion athéroscléreuse initiale au sein d'un épaississement intimal adaptatif. E, tache de CRP, démontrant un dépôt diffus de CRP dans la moitié externe de la couche fibroélastique et la couche fibromusculaire de l'intima adjacente à la média. Notez que certains macrophages présentent également une coloration CRP positive (petites pointes de flèche). F, coloration CD68, démontrant une seule couche de cellules spumeuses macrophages à côté de la surface luminale (petites pointes de flèches).

Figure 2. Initial atherosclerotic lesion within an adaptive intimal thickening of a human coronary artery stained simultaneously for CRP (brown color, large arrowheads) and the macrophage marker CD68 (red color, small arrowheads). Lumen is in upper right corner. The demarcation between intima and media is indicated by an arrow. Bar=25 μm. As in Figure 1E and 1F , note the single intermittent layer of macrophage foam cells next to the luminal surface and the diffuse deposition of CRP in the outer half of the fibroelastic layer and in the fibromuscular layer of the intima adjacent to the media.

Figure 3. CRP and monocyte chemotaxis. A, Bar graphs showing the average chemotactic index in response to increasing CRP concentrations (n=6). Maximum chemotactic response was observed at a CRP concentration of 40 μg/mL. DMEM was used as a negative control FMLP (10 − 7 mmol/L) served as a positive control. Increase in monocyte migration up to the concentration of 40 μg/mL was demonstrated to be significant at a level of P<0.001 (ANOVA). Étudiant t tests were performed to compare the various CRP concentrations vs control (*P<0.05). B, Checkerboard analysis. Serial dilutions of CRP were applied above and under the filter, and migration was quantified by counting, for each well, the number of migrated monocytes in 5 random high-power fields. The results demonstrate true chemotactic activity because monocyte migration depends on the presence of a CRP gradient between the upper and lower face of the filter, and migration is not significantly modified by increasing concentrations of CRP on both sides of the filter.

Figure 4. A, Immunofluorescent staining of freshly isolated monocytes (CRP-R stain with RC10.2). Note the intense cell membrane–focused positive stain of cells. B, Staining with irrelevant isotype-matched mouse mAb, confirming specificity of the anti–CRP-R mAb. C, Preincubation with CRP (640 μg/mL) for 3 hours at 4°C before staining with RC10.2. A marked reduction of immunofluorescence is revealed.

Figure 5. Effect of RC10.2 on monocyte migration. The antibody (4 μg/mL) abolishes CRP-mediated monocyte migration. Average chemotactic indices are for 3 independent experiments (P<0.05).

Figure 6. CRP-R in early atherosclerotic lesions of human coronary arteries. Lumen is in upper right corner. Demarcation between intima and media is indicated by arrows. Bar=50 μm (A and B) and 25 μm (C and D). A and B, Initial atherosclerotic lesion within an adaptive intimal thickening, identifying CRP-R–bearing foam cells next to the luminal surface (A, CPR-R stain) as being macrophages (B, CD68 stain). C and D, Fatty streak within an adaptive intimal thickening, confirming specificity of the anti–CRP-R mAb (C, CRP-R stain D, staining with irrelevant isotype-matched mouse mAb directed against Aspergillus niger glucose oxidase).

This study was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 451, project A4). We gratefully acknowledge Dr David Bowyer and Dr Nikolaus Marx for critical reading of the manuscript and the blood transfusion service of Ulm University for providing buffy coats. We thank Armin Imhof for help with statistical analysis. This work contains data from the MD thesis of Carsten Rist.


What If Humans Had Eagle Vision?

If you swapped your eyes for an eagle's, you could see an ant crawling on the ground from the roof of a 10-story building. You could make out the expressions on basketball players' faces from the worst seats in the arena. Objects directly in your line of sight would appear magnified, and everything would be brilliantly colored, rendered in an inconceivable array of shades.

The more scientists learn about eagle vision, the more awesome it sounds. Thanks to developing technologies, some aspects of their eyesight may eventually be achievable for humans. Others, we can only imagine.

Eagles and other birds of prey can see four to five times farther than the average human can, meaning they have 20/5 or 20/4 vision under ideal viewing conditions. Scientists have to cook up special experiments to judge eagles' eyesight &mdash your optometrist's alphabet eye charts are of no use, after all &mdash and one common setup involves training the birds to fly down a long tunnel toward two TV screens. One screen displays a striped pattern, and the birds get a treat when they land on it. Scientists test their acuity by varying the width of the stripes and determining from what distance the eagles begin to veer in the correct direction.

According to William Hodos, a distinguished professor emeritus at the University of Maryland who has studied the visual acuity of birds since the 1970s, two eyeball features confer eagles' sharper vision. First, their retinas are more densely coated with light-detecting cells called cones than human retinas, enhancing their power to resolve fine details just as higher pixel density increases the resolving power of cameras.

Second, they have a much deeper fovea, a cone-rich structure in the backs of the eyes of both humans and eagles that detects light from the center of our visual field. "Our fovea is a little shell or bowl, while in hawk or eagle it's a convex pit. Some investigators think this deep fovea allows their eyes to act like a telephoto lens, giving them extra magnification in the center of their field of view," Hodos told Life's Little Mysteries.

On top of sharp focus and a central magnifier, eagles, like all birds, also have superior color vision. They see colors as more vivid than we do, can discriminate between more shades, and can also see ultraviolet light &mdash an ability that evolved to help them detect the UV-reflecting urine trails of small prey. But there's no way to know what these extra colors, including ultraviolet, look like. "Suppose you wanted to describe the color of a tomato to someone who was born blind. You couldn't do it. We can't even guess what they're subjective sensation of ultraviolet light is," Hodos said. [Red-Green & Blue-Yellow: The Stunning Colors You Can't See]

Life with 20/5 vision

Eagle vision wouldn't change how we perform most daily activities &mdash such as reading computer screens or the newspaper, or finding milk in a crowded refrigerator &mdash but how we perceive the world and use our eyes would certainly be different. It's perhaps easiest to consider our new powers in the context of how eagles use them: for hunting.

On top of the ability to see farther and perceive more colors, we would also have nearly double the field of view. With our eyes angled 30 degrees away from the midline of our faces like an eagle's, we would see almost all the way behind our heads with a 340-degree visual field (compared to normal humans' 180 degree field) this would confer a clear advantage in hunting and self-defense.

With eagle eyes, we would swivel our heads constantly. To locate prey or any other object of interest in the distance, you'd periodically turn your head to the side to sweep your fovea (telephoto lens) across your field of view. After spotting what you're looking for in this manner, you'd redirect your head toward it and use stereoscopic vision &mdash combining the viewpoints of both eyes to gauge distance &mdash to calibrate the speed of your approach.

Enhanced perception and hunting prowess would likely come with a few drawbacks. "I would say that birds probably have a greater proportion of their brain volume devoted to visual processing than other groups of animals. Now the question of what it comes at the expense of: most birds appear not to have a well-developed sense of smell or taste," Hodos said.

It's more difficult to say how your more sophisticated cognitive processes would fare. "Birds have areas that sembler to function like the cortex [the part of our brains responsible for memory, language and complex thought], but it's arguable. But in terms of their ability to solve problems and so on, they match what many mammals can do. Many birds have superb memory," he said. [The 5 Smartest Non-Primates on the Planet]

Maximizing our potential

Eagles' high-flying lifestyle requires better vision than humans need, and the physical properties of our eyeballs limit us to 20/10 or 20/8 vision at best. Natural vision that good is extremely rare, but research by David Williams, director of the Center for Visual Science at the University of Rochester, and his colleagues may soon enable laser eye surgeons to achieve 20/10-or-better vision for a large percentage of patients, placing their visual acuity halfway between that of humans and eagles.

Williams and his colleagues use an instrument called a wavefront sensor to detect distortions in human vision. They shoot light into the eye and observe how it bounces back through hundreds of tiny lenses in the sensor. The aberrations in patterns created by those lenses serve as a map of the eye's mistakes. Customized surgical techniques are being developed to implement the results of patients' wavefront measurements, in order to correct their vision beyond 20/20.

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The Impact of School Start Times on Adolescent Health and Academic Performance

“All life on earth has evolved under a rhythmically en changeant cycle of light and darkness, and organisms from single-celled bacteria up to man possess an internal representation of time. These 24 hour cycles, termed circadian rhythms, persist in the absence of external cues, and provide a means of anticipating changes in the environment rather than passively responding to them. In mammals, including man, light provides the critical input to the circadian system, synchronising the body clock to prevailing conditions.” ( 248 ) — RUSSELL FOSTER , Ph.D., F.R.S. , C.B.E. , Chair of Circadian Neuroscience, Head of Nuffield Laboratory of Ophthalmology, Oxford University [circadian: circa = about die = day].

“[Y]oung people have special needs during adolescent development that are related directly to their intrinsic sleep cycles.” (6) Adolescence commences at puberty’s onset ( 2 ) i.e., when children attain Tanner stage 2 (sexual maturation rating). (249, Stang & Story, Adolescent Growth and Development, publish. in, Guidelines for Adolescent Nutrition Services (Stang & Story, edits., Univ. Minn. 2005) p. 1.) The normal age range of pubertal onset is between 8 and 13 years in girls and between 9 years 6 months and 13 years, 6 months in boys. (249) ”The timing and tempo of puberty vary widely, even among healthy children.” (250)

While the end of puberty is defined as the point of cessation of bone growth, the end of adolescence is “defined less clearly, by a mixture of physical, psychological, social, and mental measures. One conspicuous property of adolescence is the apparently unsaturable capacity to stay up late and to sleep in.” (250.3) Individuals reach a maximum in their “‘lateness’” at around the age of 20. (250.3) At about 19.5 years in girls and at about 20.9 years in boys, there is an “abrupt change in the timing of sleep[,]” generally accepted as the “first biological marker of the end of adolescence.” (250.3 , see ns. 7, 103, 250.4.)

Circadian Rhythms & Homeostasis

Although sleep/wake patterns have long been known to delay in adolescents, behavioral factors (e.g., jobs, social diversions, scholastic obligations) were assumed to be entirely responsible. ( 21 , 192) In 1913, for example, Stanford Psychology Department Chair Lewis Terman and his co-author, Adele Hocking, noted a shift from “vesperal” to “matinal” sleeping during adolescence, attributing the change to increasing homework. (250.7) In the 1970s, researchers recognized that sleep patterns “change fundamentally at the transition to adolescence.” ( 5 )

In 1993, Carskadon, et al., (1) and Andrade, et al., (1.5) determined that the circadian system undergoes developmental biological changes when puberty arrives. (1, 1.5, 193) Other researchers have made “similar observations, together providing converg[ing] evidence that the circadian phase undergoes a delay in association with puberty[.]” ( Carskadon , Maturation of processes regulating sleep in adolescents, publish. in, Sleep in Children: Developmental Changes in Sleep Patterns ( Marcus , Carroll , & Donnelly, edits., Informa Healthcare, 2nd ed. 2008) p. 100 see also, n. 2.5.) Recent studies demonstrate “adolescent changes in sleep (delayed sleep phase and disrupted sleep) are evident prior to the bodily changes associated with puberty.” (Wolfson & Richards, Young Adolescents: Struggles with Insufficient Sleep, publish. in, Sleep and Development (Oxford Univ. Press, El Sheikh edit. 2011) p. 268, citing n. 250.5 .)

“Growing evidence supports the conjecture that endogenous circadian period and light sensitivity of the circadian system are altered during puberty in humans and animals. Such changes could explain the development of delayed sleep phase during puberty.” ( 103 )

The sleep pressure rate, or homeostatic drive—the biological trigger that causes sleepiness—slows down in adolescence. (26, 103) “Homeostasis relates to the neurobiological need to sleep the longer the period of wakefulness, the more pressure builds for sleep and the more difficult it is to resist[.]” (222) Adolescents develop a resistance to sleep pressure that permits them to stay up later. ( 103 ) At the same time, their circadian phase becomes relatively delayed, which provides them with a drive to stay awake later in the evening and to sleep later in the morning. ( 103 ) The magnitude of the delay is greater on non–school days. (1.5, 20, 21, 65, 147, 193) Additionally, rising time on non–school days gets later as adolescence progresses. (1.5, 21, 183.5)

The preferred sleep onset time for most adolescents is 11 p.m. ou plus tard. (2, 7, 8, 9, 54) In adults, by contrast, the ideal sleep onset time may range from 8 p.m. to midnight. (269) Bedtime gets later on school and non–school days with increasing adolescent age. (21, 65, 193) The circadian system and melatonin, a sleep-inducing hormone, direct a sleep cycle in teens which operates from approximately 11 p.m. to 8 a.m., or later. (2, 3, 6, 7, 8, 9, 54) The pubertal stage correlates with the “circadian phase marker” such that more mature children show a “later phase of melatonin secretion offset[]” ( Carskadon , Maturation of processes regulating sleep in adolescents, publish. in, Sleep in Children: Developmental Changes in Sleep Patterns , supra , p. 100 [the presence of melatonin may be measured in salivary levels], n. omitted see also, n. 21 ), generally leaving students in the upper grades the most sleep-deprived. (67, 107, 145)

While some individuals may be able to fall asleep earlier than 11 p.m. (Smolensky & Lamberg, The Body Clock: Guide to Better Health (Henry Holt & Co., 2000) [melatonin secretion may occur by 10:30 p.m. in older adolescents and by about 9:30 p.m. in younger adolescents] p. 88), others may not secrete melatonin until midnight or later. ( 251 , 252 , see, Terman & McMahan , Chronotherapy: Resetting Your Inner Clock to Boost Mood, Alertness, and Quality Sleep (Penguin Group 2012) p. 199 [adolescent “inner clock … shifts in the direction of signaling sleep at midnight or 1 a.m. and waking up at 9 or 10 a.m.”].) For most adolescents, melatonin continues in peak production until about 7 a.m., then stops at about 8 a.m. ( 24 , 252 ) In adults, levels peak at about 4 a.m. ( 24 ) Therefore, waking a teenager at 7 a.m. is “equivalent” to waking an adult at 4 a.m. ( 20 , 24 , see also, Cardinali, Chronoeducation: How the Biological Clock Influences the Learning Process, publish. in, The Educated Brain: Essays in Neuroeducation (Battro, Fischer, & Léna, edit., Cambridge Univ. Press 2008) pp. 115, 121.)

“The teenage body is nocturnal[.]” (268) According to Stanford sleep expert Dr. William Dement, adolescents’ “biological rhythms are set in such a way that they really can’t wake up earlier. It’s like telling a person they have to jump eight feet. They just can’t.” ( 184 )

“Many parents and teachers become frustrated that adolescents seem to create their own problem of not getting enough sleep by choosing a late bedtime, despite their complaints of sleepiness in the morning. However, there are multiple factors that contribute to later bedtimes, and it is increasingly clear that adolescents stay awake later largely for biological, not social, reasons. As with adults, the physiological factor that most powerfully regulates the timing of waking and sleeping in adolescents is the circadian rhythm, a hard-wired ‘clock’ in the suprachiasmatic nucleus of the brain.” ( 2 )

Phase delayed sleep/wake patterns prevail among adolescents globally. ( 253 , 254 , 255 , 256 , 257 , 258 , 259 ) “[A] delay in the timing of sleep during the second decade of life has been observed in over 16 countries on 6 continents, in cultures ranging from pre-industrial to modern.” ( 103 ) For some teens, “the biological urge to stay up late continues into their forties.” (Terman & McMahan, Chronotherapy: Resetting Your Inner Clock to Boost Mood, Alertness, and Quality Sleep, supra, p. 199.) Most children and adolescents, however, sleep increasingly later until the age of approximately 20, when there is an “abrupt shift in sleep schedules” and “mid-point times” become increasingly earlier again. (250.3, 265) Until then, scientists have repeatedly observed that adhering to Poor Richard’s judgment—“ ‘early to bed, early to rise’—may be difficult in the presence of a biologically driven phase preference.” ( 1 , 7 , 32 )

Individuals are inherently “larks” or “owls” who naturally prefer earlier or later daily schedules i.e., morningness or eveningness chronotypes. ( 260 , 261 ) Females tend to be more ‘morning type’ due to a tendency to have a shorter circadian period. ( 266 )

“Chronotype refers to when an individual’s endogenous circadian clock synchronises (entrains) to the 24 h day. When shielded from environmental time cues, i.e. cycles of light and darkness, circadian clocks ‘run free’, with a period of about one day (hence ‘circa-dian’). In nature, they are entrained to the earth’s 24 h light–dark cycle, with individual clocks entraining differently —some very late (‘owls’), others very early (‘larks’), and the majority in between. The chronotype is predominantly defined via behavior, e.g. activity onset in animals which strongly correlates with sleep offset.” (250.3)

“There is a difference of about 65 minutes in the peaks of body temperature rhythm between morning and evening types, and morning types secrete significantly more adrenaline in the morning than do evening types. Furthermore, the timing of mood and activity rhythms differs by several hours between distinct morning and evening types.” (264)

Although phase delay generally shifts adolescents to the owl’s schedule, ( 260 ) individuals retain biological preferences for morning or evening activities. ( 261 ) “For around 40% of teens, this natural tendency toward an eveningness chronotype is so severe that it is practically impossible for them to fall asleep much before midnight even under the most supportive of parental/familial conditions and bedtime routines[.]” (250.1)

There may be variation within chronotypes, placing some at mid-range, others at extremes. ( 262 ) Extreme “owls” may fall asleep when extreme “larks” awaken. ( 263 ) Mid-range types may slightly favor morning or evening activities, but can occasionally manage either. (Smolensky & Lamberg, The Body Clock: Guide to Better Health, supra, pp. 40-41, 55 [referring to mid-range types as “hummingbirds”].)

Morning-type individuals tend to awaken about two hours earlier than evening types and have peaks earlier in time (phase advanced) for variables such as melatonin secretion, body temperature, and self-reported alertness. (267) Morning- and “neither-type individuals” also have shorter latencies to fall asleep in response to a forced nap than do evening types. (267) The underlying physiology that differentiates morning and evening-type individuals is the length of their circadian period or “clock” (tau). (267) Morning-type individuals have shorter values of tau which are actually close to a 24-h period, while evening-type individuals have values that are somewhat longer than 24 h. (267)

“Our daily life is organized by three different clocks: a solar clock, providing light and warmer temperatures during the day a social clock, which we see or hear first thing on a working day and a biological clock, which we sense most vividly when jet lagged, during shift work, or when adjusting to daylight savings time. When shielded from the solar and the social clock (constant conditions), the biological clock ‘runs free.’ In real life, however, circadian clocks are usually synchronized (entrained) to the 24 h of the solar clock. The major environmental signal for entrainment (zeitgeber) is light that, in mammals, can reach the biological clock only through the eyes[.]” (263, citations omitted.)

“Long after the initial discovery of circadian rhythms, it was assumed that human beings had evolved to the point where circadian rhythms were no longer impacted by the light-dark environment. The finding by Lewy et al. that bright white light delivered to the human eye at night could inhibit melatonin production—and even shift the melatonin production rhythm—demonstrated that this earlier belief about lighting was false.” (278) (The totally blind generally have circadian rhythms that are “free-running” — i.e., not entrained to environmental time cues, oscillating on a cycle slightly longer than 24 hours.) (279)

Nearly all adolescents in the U.S. have at least one electronic item such as a television, computer, telephone, or music device in their bedrooms. ( 25 , 105 ) The brightness of a television or computer screen may interfere with melatonin release, because release occurs only under dark conditions. ( 105 ) In turn, regulation of the sleep-wake cycle may be disturbed. ( 105 ) A 2014 survey of 9,089 high school students in three states found that students with either a phone or computer in their bedrooms were less likely to capture eight hours of sleep than students without these items in their bedrooms. (309) Electronic device multitasking also appears to be a good predictor of diminished sleep. ( 105 ) Video gaming may be particularly disruptive to adolescent sleep. ( 108)

As little as five hours exposure to normal levels of indoor lighting, and not just very bright light, can reset the human biological clock, a finding which indicates that many people in industrialized countries may be constantly sleep deprived and in a permanent state of jet lag. ( 280 ) A study of Brazilian adolescents living without electricity showed a delay in sleep, however, those living in nearby electrified homes delayed sleep to a greater degree and slept less. (Carskadon, Maturation of processes regulating sleep in adolescents, publish. in, Sleep in Children: Developmental Changes in Sleep Patterns, supra, p. 96.)

Although light treatments have served to modify circadian timing in some populations, a 2005 study reported early morning light treatments did not change adolescent sleep/wake cycles or improve daytime performance during weekdays. ( 6 ) “Natural circadian patterns are very resistant to change.” (Wahlstrom, Accommodating the Sleep Patterns of Adolescents Within Current Educational Structures: An Uncharted Path, publish. in, Adolescent Sleep Patterns, Biological, Social, and Psychological Influences, supra, p. 173.) By contrast, carefully controlling light exposure, including wearing eyeshades to exclude evening light, has been successful in modifying adolescent circadian timing. (5, 8) However, this approach may be less than practical for most teenagers.

Inadequate exposure to short-wavelength (blue) light further delays the adolescent sleep/wake cycle, pushing back the onset of melatonin by about six minutes for each morning light-deprived day. ( 281 ) Mariana Figueiro , Ph.D., Assistant Professor and Program Director at Rensselaer Polytechnic Institute’s Lighting Research Center, explains:

“ ‘As teenagers spend more time indoors, they miss out on essential morning light needed to stimulate the body’s 24-hour biological system, which regulates the sleep/wake cycle[.]’ [¶] The problem is that today’s middle and high schools have rigid schedules requiring teenagers to be in school very early in the morning. These students are likely to miss the morning light because they are often traveling to and arriving at school before the sun is up or as it’s just rising. ’This disrupts the connection between daily biological rhythms, called circadian rhythms, and the earth’s natural 24-hour light/dark cycle[.]’ ” ( 282 )

In addition, Figueiro contends schools are unlikely to provide adequate electric light or daylight to stimulate this biological or circadian system, which regulates body temperature, alertness, appetite, hormones and sleep patterns. (282) Our biological system responds to light much differently than our visual system. (282) It is much more sensitive to blue light. (282) Therefore, having enough light in the classroom to read and study does not guarantee sufficient light to stimulate our biological system. (282)


INDIRECT VIRULENCE FACTORS

As we know, the ability of B. mandrillaris to produce human diseases is a multifactorial process and among other factors, is dependent on their ability to survive outside its mammalian host for various times and under diverse environmental conditions (high osmolarity, varying temperatures, food deprivation, and resistance to chemotherapeutic drugs). It is most likely the cyst stage that allows B. mandrillaris to overcome such conditions. Consequently, the ability of B. mandrillaris to switch its phenotype can be considered as contributory factors toward disease and are indicated as indirect virulence factors.


There are a number of graphical tools we have at our disposal to assess approximate normality based on observations of a variable of interest. There are also some formal tests we can apply. Here we focus on the graphical tools.

18.11.1 Comparing histograms to theoretical normals

One of the simplest approaches to assessing approximate normality for a variable of interest is to plot a histogram of the observed variable, and then to overlay on that histogram the probability density function you would expect for a normal distribution with the same mean and standard deviation.

In the example below I show a histogram of heights from a sample of 100 men, overlain with the PDF of a normal distribution with the mean and standard deviation as estimated from the sample.

The histogram matches fairly well to the theoretical normal, but histograms are rather course visualizations when sample sizes are modst.

18.11.2 Normal probability plot

A second graphical tool for assessing normality is a “normal probability plot”. A normal probability plot is a type of scatter plot for which the x-axis represents theoretical quantiles of a normal distribution, and the y-axis represents the observed quantiles of our observed data. If the observed data perfectly matched the normal distribution with the same mean and standard deviation, then all the points should fall on a straight line. Deviations from normality are represented by runs of points off the line.

The ggplot functions geom_qq() and gome_qq_line() take care of the necessary calculations required to generate a normal probability plot. Here is the normal probability plot for the male height data:

This plot suggests that the male heights are approximately normally distributed, though there are maybe a few more very short men and a few less very tall men in our sample then we would expect under perfect normality.

18.11.3 Comparing the empirical CDF to the theoretical CDF

A third visual approach is to estimate a cumulative distribution function (CDF) for the variable of interest from the data and compare this to the theoertical cumulative distribution function you’d expected for a normal distribution (as provided by pnorm() ). When you estimate a cumulative distribution function from data, this is a called an “empirical CDF”.

The function ggplot::stat_ecdf estimates the empirical CDF for us and plots it, we can combine this with stat_function() to plot the theoertical CDF using pnorm, as shown below for the height data.

Here the match between the empirical CDF and the theoretical CDF is pretty good, again suggesting that the data is approximately normal.


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