Adaptive diversity in heterogeneous environments for populations regulated by a mixture of soft and hard selection

The stable co-existence of two haploid genotypes or two species is studied in a spatially heterogeneous environment submitted to a mixture of soft selection (within-patch regulation) and hard selection (outside-patch regulation) and where two kinds of resource are available. This is analysed both at an ecological time-scale (short term) and at an evolutionary time-scale (long term). At an ecological scale, we show that co-existence is very unlikely if the two competitors are symmetrical specialists exploiting different resources. In this case, the most favourable conditions are met when the two resources are equally available, a situation that should favour generalists at an evolutionary scale. Alternatively, low within-patch density dependence (soft selection) enhances the co-existence between two slightly different specialists of the most available resource. This results from the opposing forces that are acting in hard and soft regulation modes. In the case of unbalanced accessibility to the two resources, hard selection favours the most specialized genotype, whereas soft selection strongly favours the less specialized one. Our results suggest that competition for different resources may be difficult to demonstrate in the wild even when it is a key factor in the maintenance of adaptive diversity. At an evolutionary scale, a monomorphic invasive evolutionarily stable strategy (ESS) always exists. When a linear trade-off exists between survival in one habitat versus that in another, this ESS lies between an absolute adjustment of survival to niche size (for mainly soft-regulated populations) and absolute survival (specialization) in a single niche (for mainly hard-regulated populations). This suggests that environments in agreement with the assumptions of such models should lead to an absence of adaptive variation in the long term.

Genetic architecture of ambulatory blood pressure in the general population: insights from cardiovascular gene-centric array.

Genetic determinants of blood pressure are poorly defined. We undertook a large-scale, gene-centric analysis to identify loci and pathways associated with ambulatory systolic and diastolic blood pressure. We measured 24-hour ambulatory blood pressure in 2020 individuals from 520 white European nuclear families (the Genetic Regulation of Arterial Pressure of Humans in the Community Study) and genotyped their DNA using the Illumina HumanCVD BeadChip array, which contains ≈50 000 single nucleotide polymorphisms in >2000 cardiovascular candidate loci. We found a strong association between rs13306560 polymorphism in the promoter region of MTHFR and CLCN6 and mean 24-hour diastolic blood pressure; each minor allele copy of rs13306560 was associated with 2.6 mm Hg lower mean 24-hour diastolic blood pressure (P=1.2×10(-8)). rs13306560 was also associated with clinic diastolic blood pressure in a combined analysis of 8129 subjects from the Genetic Regulation of Arterial Pressure of Humans in the Community Study, the CoLaus Study, and the Silesian Cardiovascular Study (P=5.4×10(-6)). Additional analysis of associations between variants in gene ontology-defined pathways and mean 24-hour blood pressure in the Genetic Regulation of Arterial Pressure of Humans in the Community Study showed that cell survival control signaling cascades could play a role in blood pressure regulation. There was also a significant overrepresentation of rare variants (minor allele frequency: <0.05) among polymorphisms showing at least nominal association with mean 24-hour blood pressure indicating that a considerable proportion of its heritability may be explained by uncommon alleles. Through a large-scale gene-centric analysis of ambulatory blood pressure, we identified an association of a novel variant at the MTHFR/CLNC6 locus with diastolic blood pressure and provided new insights into the genetic architecture of blood pressure.

Genome-wide association and genetic functional studies identify autism susceptibility candidate 2 gene (AUTS2) in the regulation of alcohol consumption.

Alcohol consumption is a moderately heritable trait, but the genetic basis in humans is largely unknown, despite its clinical and societal importance. We report a genome-wide association study meta-analysis of ∼2.5 million directly genotyped or imputed SNPs with alcohol consumption (gram per day per kilogram body weight) among 12 population-based samples of European ancestry, comprising 26,316 individuals, with replication genotyping in an additional 21,185 individuals. SNP rs6943555 in autism susceptibility candidate 2 gene (AUTS2) was associated with alcohol consumption at genome-wide significance (P = 4 × 10(-8) to P = 4 × 10(-9)). We found a genotype-specific expression of AUTS2 in 96 human prefrontal cortex samples (P = 0.026) and significant (P < 0.017) differences in expression of AUTS2 in whole-brain extracts of mice selected for differences in voluntary alcohol consumption. Down-regulation of an AUTS2 homolog caused reduced alcohol sensitivity in Drosophila (P < 0.001). Our finding of a regulator of alcohol consumption adds knowledge to our understanding of genetic mechanisms influencing alcohol drinking behavior.

Glutamatergic regulation of mitochondrial ion dynamics in astrocytes

Résumé grand public :Le cerveau se compose de cellules nerveuses appelées neurones et de cellules gliales dont font partie les astrocytes. Les neurones communiquent entre eux par signaux électriques et en libérant des molécules de signalisation comme le glutamate. Les astrocytes ont eux pour charge de capter le glucose depuis le sang circulant dans les vaisseaux sanguins, de le transformer et de le transmettre aux neurones pour qu'ils puissent l'utiliser comme source d'énergie. L'astrocyte peut ensuite utiliser ce glucose de deux façons différentes pour produire de l'énergie : la première s'opère dans des structures appelées mitochondries qui sont capables de produire plus de trente molécules riches en énergie (ATP) à partir d'une seule molécule de glucose ; la seconde possibilité appelée glycolyse peut produire deux molécules d'ATP et un dérivé du glucose appelé lactate. Une théorie couramment débattue propose que lorsque les astrocytes capturent le glutamate libéré par les neurones, ils libèrent en réponse du lactate qui servirait de base énergétique aux neurones. Cependant, ce mécanisme n'envisage pas une augmentation de l'activité des mitochondries des astrocytes, ce qui serait pourtant bien plus efficace pour produire de l'énergie.En utilisant la microscopie par fluorescence, nous avons pu mesurer les changements de concentrations ioniques dans les mitochondries d'astrocytes soumis à une stimulation glutamatergique. Nous avons démontré que les mitochondries des astrocytes manifestent des augmentations spontanées et transitoires de leur concentrations ioniques, dont la fréquence était diminuée au cours d'une stimulation avec du glutamate. Nous avons ensuite montré que la capture de glutamate augmentait la concentration en sodium et acidifiait les mitochondries des astrocytes. En approfondissant ces mécanismes, plusieurs éléments ont suggéré que l'acidification induite diminuerait le potentiel de synthèse d'énergie d'origine mitochondriale et la consommation d'oxygène dans les astrocytes. En résumé, l'ensemble de ces travaux suggère que la signalisation neuronale impliquant le glutamate dicte aux astrocytes de sacrifier temporairement l'efficacité de leur métabolisme énergétique, en diminuant l'activité de leurs mitochondries, afin d'augmenter la disponibilité des ressources énergétiques utiles aux neurones.Résumé :La remarquable efficacité du cerveau à compiler et propager des informations coûte au corps humain 20% de son budget énergétique total. Par conséquent, les mécanismes cellulaires responsables du métabolisme énergétique cérébral se sont adéquatement développés pour répondre aux besoins énergétiques du cerveau. Les dernières découvertes en neuroénergétique tendent à démontrer que le site principal de consommation d'énergie dans le cerveau est situé dans les processus astrocytaires qui entourent les synapses excitatrices. Un nombre croissant de preuves scientifiques a maintenant montré que le transport astrocytaire de glutamate est responsable d'un coût métabolique important qui est majoritairement pris en charge par une augmentation de l'activité glycolytique. Cependant, les astrocytes possèdent également un important métabolisme énergétique de type mitochondrial. Par conséquent, la localisation spatiale des mitochondries à proximité des transporteurs de glutamate suggère l'existence d'un mécanisme régulant le métabolisme énergétique astrocytaire, en particulier le métabolisme mitochondrial.Afin de fournir une explication à ce paradoxe énergétique, nous avons utilisé des techniques d'imagerie par fluorescence pour mesurer les modifications de concentrations ioniques spontanées et évoquées par une stimulation glutamatergique dans des astrocytes corticaux de souris. Nous avons montré que les mitochondries d'astrocytes au repos manifestaient des changements individuels, spontanés et sélectifs de leur potentiel électrique, de leur pH et de leur concentration en sodium. Nous avons trouvé que le glutamate diminuait la fréquence des augmentations spontanées de sodium en diminuant le niveau cellulaire d'ATP. Nous avons ensuite étudié la possibilité d'une régulation du métabolisme mitochondrial astrocytaire par le glutamate. Nous avons montré que le glutamate initie dans la population mitochondriale une augmentation rapide de la concentration en sodium due à l'augmentation cytosolique de sodium. Nous avons également montré que le relâchement neuronal de glutamate induit une acidification mitochondriale dans les astrocytes. Nos résultats ont indiqué que l'acidification induite par le glutamate induit une diminution de la production de radicaux libres et de la consommation d'oxygène par les astrocytes. Ces études ont montré que les mitochondries des astrocytes sont régulées individuellement et adaptent leur activité selon l'environnement intracellulaire. L'adaptation dynamique du métabolisme énergétique mitochondrial opéré par le glutamate permet d'augmenter la quantité d'oxygène disponible et amène au relâchement de lactate, tous deux bénéfiques pour les neurones.Abstract :The remarkable efficiency of the brain to compute and communicate information costs the body 20% of its total energy budget. Therefore, the cellular mechanisms responsible for brain energy metabolism developed adequately to face the energy needs. Recent advances in neuroenergetics tend to indicate that the main site of energy consumption in the brain is the astroglial process ensheating activated excitatory synapses. A large body of evidence has now shown that glutamate uptake by astrocytes surrounding synapses is responsible for a significant metabolic cost, whose metabolic response is apparently mainly glycolytic. However, astrocytes have also a significant mitochondrial oxidative metabolism. Therefore, the location of mitochondria close to glutamate transporters raises the question of the existence of mechanisms for tuning their energy metabolism, in particular their mitochondrial metabolism.To tackle these issues, we used real time imaging techniques to study mitochondrial ionic alterations occurring at resting state and during glutamatergic stimulation of mouse cortical astrocytes. We showed that mitochondria of intact resting astrocytes exhibited individual spontaneous and selective alterations of their electrical potential, pH and Na+ concentration. We found that glutamate decreased the frequency of mitochondrial Na+ transient activity by decreasing the cellular level of ATP. We then investigated a possible link between glutamatergic transmission and mitochondrial metabolism in astrocytes. We showed that glutamate triggered a rapid Na+ concentration increase in the mitochondrial population as a result of plasma-membrane Na+-dependent uptake. We then demonstrated that neuronally released glutamate also induced a mitochondrial acidification in astrocytes. Glutamate induced a pH-mediated and cytoprotective decrease of mitochondrial metabolism that diminished oxygen consumption. Taken together, these studies showed that astrocytes contain mitochondria that are individually regulated and sense the intracellular environment to modulate their own activity. The dynamic regulation of astrocyte mitochondrial energy output operated by glutamate allows increasing oxygen availability and lactate production both being beneficial for neurons.

Analysis of the regulation of Nodal function by SPC-mediated cleavage during early mammalian development

RÉSUMÉ Après implantation dans l'utérus, le foetus de mammifère est composé de trois populations différentes de cellules: l'epiblast, l'ectoderme extraembryonnaire et l'endoderme viscéral. Pendant la gastrulation, les cellules de l'epiblast donnent naissance aux trois lignées germinales: l'ectoderme, le mésoderme et l'endodermes. Les lignées germinales produisent par la suite les différents tissus et organes du corps embryonnaire et adulte. Les cellules de l'ectoderme extraembryonnaire donnent par la suite le composant foetal du placenta qui est essentiel à la survie de l'embryon dans l'utérus. L'épiblast et l'ectoderme extraembryonnaire sont entourés par l'endoderme viscéral et forment une structure connue sous le nom de bouton embryonnaire. L'endoderme viscéral joue un rôle important dans l'embryogenèse car il comporte une sous-population de cellules appelées l'endoderme viscéral antérieur dont les signaux influencent l'épiblast adjacent et déterminent le futur axe antéro-postérieur de l'embryon. La protéine de signalisation Nodal de la famille des TGFß est essentielle dans l'épiblast pour spécifier le mésendoderme, l'endoderme viscéral antérieur, ainsi que pour maintenir les cellules souche de l'ectoderme extraembryonnaire. Ainsi, dans les embryons mutants pour Nodal, aucun axe antéro-postérieur n'est établi, les lignées germinales ne sont pas spécifiés et le placenta ne se développe pas. Au niveau moléculaire, comme pour les protéines de la famille des TGFß, Nodal est initialement synthétisée sous forme de précurseur avant d'être clivée de façon endoproteolytique par des protéanes sécrétées, les proprotéines convertases du type subtilisin (SPC), qui suppriment la partie inhibitrice N-terminale du pro peptide. Dans ce contexte, le projet de ma thèse a été d'analyser l'influence des SPC sur la fonction de Nodal en employant une combinaison d'approches génétiques et biochimiques. Premièrement, nous avons constaté que le clivage du précurseur par les protéases active Nodal, mais en même temps augmente son turn-over et diminue la portée de son action. Deuxièmement, dans l'embryon, il apparaît que Nodal est activé par l'action combinée de Furin et de PACE4, deux protéases sécrétées qui sont spécifiquement exprimées dans les cellules de l'ectoderme extraembryonnaire, donc adjacentes au domaine d'expression de Nodal. De manière similaire aux mutants de Nodal, les embryons mutants pour les deux protéases ne forment pas d'endoderme viscéral antérieur et ne gastrulent pas. Cependant, certains gènes cible de Nodal restent exprimés, suggérant que toutes les activités de Nodal ne sont pas dépendent du clivage par les SPCs. En effet, la génération et l'analyse de mutants portant un allèle knock-in qui code pour une forme mutante de Nodal résistante aux SPC, ont montré que ces mutants ont les caractères phénotypique des mutants de Nodal seulement de façon partielle. La formation de mésoderme est partiellement induite, et de façon remarquable, la forme de Nodal résistante aux SPC est capable d'agir à une distance de sa source, maintenant l'expression de ses propres protéases et d'autres gènes essentiels pour la spécification de l'ectoderme extraembryonnaire. Ensemble, ces résultats prouvent que par leur action directe les protéases extraembryonnaire modulent la signalisation de Nodal pendant le développement mammifère précoce. SUMMARY : Early after implantation in the uterus, the mammalian conceptus is composed of three different cell populations: the epiblast, the extraembryonic ectoderm and the visceral endoderm. During gastrulation, epiblast cells give rise to the three embryonic germ layers: the ectoderm, the mesoderm and the endoderm. These germ layers then generate the different tissues and organs of the embryonic and adult bodies. In parallel, extraembryonic ectoderm cells give rise to the fetal component of the placenta, which is essential for the survival of the embryo in the uterus. Both the epiblast and extraembryonic ectoderm are surrounded by the visceral endoderm to form a structure known as the egg cylinder. The visceral endoderm plays an important role as it harbours a subpopulation of cells called the anterior visceral endoderm, from which signals influence the adjacent epiblast and determine the future antero-posterior embryonic axis. The TGFß-related signalling protein Nodal is required within the epiblast to specify the mesoderm, the endoderm,the anterior visceral endoderm and is also essential to maintain stem cells in the extraembryonic ectoderm. Thus, in Nodal null conceptuses, no antero-posterior axis is established, the germ layers are not specified and the placenta does not develop. At the molecular level, Nodal, like related proteins of the TGFß family, is initially synthesized as a precursor and undergoes endoproteolytic cleavage by secreted proteases of the subtilisin-like proprotein convertases (SPC) to remove an inhibitory N-terminal pro peptide. In the embryo, Nodal is activated by the combined action of Furin and PACE4, two secreted SPCs that are specifically expressed in cells of the extraembryonic ectoderm, thus adjacent to the Nodal expression domain. Similar to Nodal null .embryos, mutant embryos lacking both these proteases fail to specify the anterior visceral endoderm and to undergo gastrulation. However, these mutants still express a subset of Nodal target genes, suggesting that part of Nodal activity is independent on cleavage by SPCs. Indeed, by generating and analyzing mutants with a knock-in allele that encodes an SPC-resistant mutant form of Nodal, I could show that they retain a subset of Nodal activities. Mesoderm formation is partially induced, but most remarkably, SPC-resistant Nodal form is able to act at a distance from its source, maintaining the expression of its proteases and of other genes essential for maintenance of the extraembryonic ectoderm.

Regulation of gammadelta versus alphabeta T lymphocyte differentiation by the transcription factor SOX13.

alphabeta and gammadelta T cells originate from a common, multipotential precursor population in the thymus, but the molecular mechanisms regulating this lineage-fate decision are unknown. We have identified Sox13 as a gammadelta-specific gene in the immune system. Using Sox13 transgenic mice, we showed that this transcription factor promotes gammadelta T cell development while opposing alphabeta T cell differentiation. Conversely, mice deficient in Sox13 expression exhibited impaired development of gammadelta T cells but not alphabeta T cells. One mechanism of SOX13 function is the inhibition of signaling by the developmentally important Wnt/T cell factor (TCF) pathway. Our data thus reveal a dominant pathway regulating the developmental fate of these two lineages of T lymphocytes.

Regulation of free corticosterone and CBG capacity under different environmental conditions in altricial nestlings.

The concentration of circulating glucocorticoids is regulated in response to environmental and endogenous conditions. Total circulating corticosterone, the main glucocorticoid in birds, consists of a fraction which is bound to corticosterone-binding globulins (CBG) and a free fraction. There is increasing evidence that the environment modulates free corticosterone levels through varying the concentration of CBG, but experimental evidence is lacking. To test the hypothesis that the regulation of chronic stress in response to endogenous and environmental conditions involves variation in both corticosterone release and CBG capacity, we performed an experiment with barn owl (Tyto alba) nestlings in two different years with pronounced differences in environmental conditions and in nestlings experimentally fed ad libitum. In half of the individuals we implanted a corticosterone-releasing pellet to artificially increase corticosterone levels and in the other half we implanted a placebo pellet. We then repeatedly collected blood samples to measure the change in total and free corticosterone levels as well as CBG capacity. The increase in circulating total corticosterone after artificial corticosterone administration varied with environmental conditions and with the food regime of the nestlings. The highest total corticosterone levels were found in nestlings growing up in poor environmental conditions and the lowest in ad libitum fed nestlings. CBG was highest in the year with poor environmental conditions, so that, contrary to total corticosterone, free corticosterone levels were low under poor environmental conditions. When nestlings were fed ad libitum total corticosterone, CBG and free corticosterone did not increase when administering corticosterone. These results suggest that depending on the individual history an animal experienced during development the HPA-axis is regulated differently.

Gac/Rsm signal transduction pathway of gamma-proteobacteria: from RNA recognition to regulation of social behaviour.

In many gamma-proteobacteria, the conserved GacS/GacA (BarA/UvrY) two-component system positively controls the expression of one to five genes specifying small RNAs (sRNAs) that are characterized by repeated unpaired GGA motifs but otherwise appear to belong to several independent families. The GGA motifs are essential for binding small, dimeric RNA-binding proteins of a single conserved family designated RsmA (CsrA). These proteins, which also occur in bacterial species outside the gamma-proteobacteria, act as translational repressors of certain mRNAs when these contain an RsmA/CsrA binding site at or near the Shine-Dalgarno sequence plus additional binding sites located in the 5' untranslated leader mRNA. Recent structural data have established that the RsmA-like protein RsmE of Pseudomonas fluorescens makes specific contacts with an RNA consensus sequence 5'-(A)/(U)CANGGANG(U)/(A)-3' (where N is any nucleotide). Interaction with an RsmA/CsrA protein promotes the formation of a short stem supporting an ANGGAN loop. This conformation hinders access of 30S ribosomal subunits and hence translation initiation. The output of the Gac/Rsm cascade varies widely in different bacterial species and typically involves management of carbon storage and expression of virulence or biocontrol factors. Unidentified signal molecules co-ordinate the activity of the Gac/Rsm cascade in a cell population density-dependent manner.

Endogenous and exogenous regulation of monocyte responses

Mononuclear phagocytes are essential for the innate response to pathogens and for the repair of injured tissue. The cells - which can be broadly divided into circulating monocytes and tissue-resident macrophages and dendritic cells - are selectively equipped to protect the host by mediating pleiotropic and tissue-specific functions. The properties of some mononuclear phagocytes, however, also contribute to the development and the progression of inflammatory diseases. Consequently, current research investigates mononuclear phagocytes into greater detail with the aim to clarify their contributions to pathophysiologic inflammation. Recent studies indicate that circulating monocytes can be divided into distinct populations, which differ in their tissue tropism and functional commitment. Also, tissue macrophages and dendritic cells have been found to adopt context-dependent phenotypes, which can range from "pro-" to "anti-" inflammatory. These findings have markedly contributed to our understanding of the functional heterogeneity of mononuclear phagocyte populations. Yet, in many cases, the factors that control the quantity and/or quality of phagocyte responses in vivo remain largely unknown. The goal of this thesis was to identify cell endogenous and cell exogenous factors that dictate the fate of mononuclear phagocyte populations. To this end we made use of the recent identification of phenotypic markers, which permit to track mononuclear cell types and their lineage precursors. A main approach consisted to define candidate regulatory factors of certain types of mononuclear phagocytes and then to manipulate the expression of these factors in mice so as to address their functions and causal contributions on mononuclear phagocyte lineages in vivo. Human patient material was further used to validate findings. First, we investigated a microRNA and a transcription factor as candidate cell endogenous co- regulators of monocyte subset responses. Second, we studied a tumor-derived hormone as a candidate exogenous factor that amplifies the production of a population of mononuclear phagocytes with tumor-promoting functions. The endogenous and exogenous factors identified in this research appear to act as effective regulators of mononuclear phagocyte responses in vivo and thus may be exploited in future therapeutic approaches to regulate disease-associated inflammation. - Les phagocytes mononucléaires sont essentiels pour la réponse innée aux pathogènes et pour la réparation des tissus lésés. Ces cellules - qui peuvent être largement divisées en deux groupes, les monocytes circulant dans le sang et les macrophages et cellules dendritiques résidant dans les tissus - sont capables de protéger l'hôte en exerçant des fonctions pléiotropiques. Cependant, les propriétés de certains phagocytes mononucléaires contribuent également au développement et à la progression des maladies inflammatoires. Par conséquent, la recherche actuelle étudie les phagocytes mononucléaires plus en détail afin de clarifier leurs contributions à l'inflammation pathophysiologique. Des études récentes indiquent que les monocytes circulants peuvent être divisés en populations distinctes, qui diffèrent dans leur tropisme tissulaire et dans leurs fonctions biologiques. En outre, les macrophages et les cellules dendritiques peuvent adopter des phénotypes dépendants de l'environnement dans lequel ils se trouvent; ces phénotypes peuvent aller du type "pro-" au type "anti-" inflammatoire. Ces récentes découvertes ont contribué à notre compréhension sur l'hétérogénéité fonctionnelle des phagocytes mononucléaires. Pourtant, dans de nombreux cas, les facteurs qui contrôlent la quantité et/ou la qualité des réponses produites par ces cellules restent encore largement inconnus. L'objectif de cette thèse a consisté à identifier de nouveaux facteurs (endogènes ou exogènes) qui contrôlent les phagocytes mononucléaires. Dans ce but, nous avons fait usage de l'identification récente de marqueurs qui permettent d'identifier différents types de phagocytes mononucléaires ainsi que des cellules (souches) dont ils sont issus. Notre approche a consisté à définir des facteurs candidats qui pourraient contrôler certains phagocytes mononucléaires, puis à manipuler l'expression de ces facteurs chez la souris de manière à tester leurs fonctions et leur contributions in vivo. Nous avons également utilisé des échantillons biologiques de patients pour vérifier nos résultats chez l'homme. Tout d'abord, nous avons étudié un microARN et un facteur de transcription pour déterminer si ces deux facteurs opèrent en tant que co-régulateurs d'un certain type de monocytes. Deuxièmement, nous avons considéré une hormone produite par certaines tumeurs afin d'examiner son rôle dans la production d'une population de macrophages qui favorisent la progression des tumeurs. Les facteurs endogènes et exogènes identifiés dans cette recherche semblent agir comme régulateurs dominants de réponses produites par certains phagocytes mononucléaires et pourraient donc être exploités dans de futures approches thérapeutiques afin de contrôler les réponses immunitaires inflammatoires associées a certaines maladies.

Genetic polymorphisms of the main transcription factors for adiponectin gene promoter in regulation of adiponectin levels: association analysis in three European cohorts.

Adiponectin serum concentrations are an important biomarker in cardiovascular epidemiology with heritability etimates of 30-70%. However, known genetic variants in the adiponectin gene locus (ADIPOQ) account for only 2%-8% of its variance. As transcription factors are thought to play an under-acknowledged role in carrying functional variants, we hypothesized that genetic polymorphisms in genes coding for the main transcription factors for the ADIPOQ promoter influence adiponectin levels. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) at these genes were selected based on the haplotype block structure and previously published evidence to be associated with adiponectin levels. We performed association analyses of the 24 selected SNPs at forkhead box O1 (FOXO1), sterol-regulatory-element-binding transcription factor 1 (SREBF1), sirtuin 1 (SIRT1), peroxisome-proliferator-activated receptor gamma (PPARG) and transcription factor activating enhancer binding protein 2 beta (TFAP2B) gene loci with adiponectin levels in three different European cohorts: SAPHIR (n = 1742), KORA F3 (n = 1636) and CoLaus (n = 5355). In each study population, the association of SNPs with adiponectin levels on log-scale was tested using linear regression adjusted for age, sex and body mass index, applying both an additive and a recessive genetic model. A pooled effect size was obtained by meta-analysis assuming a fixed effects model. We applied a significance threshold of 0.0033 accounting for the multiple testing situation. A significant association was only found for variants within SREBF1 applying an additive genetic model (smallest p-value for rs1889018 on log(adiponectin) = 0.002, β on original scale = -0.217 µg/ml), explaining ∼0.4% of variation of adiponectin levels. Recessive genetic models or haplotype analyses of the FOXO1, SREBF1, SIRT1, TFAPB2B genes or sex-stratified analyses did not reveal additional information on the regulation of adiponectin levels. The role of genetic variations at the SREBF1 gene in regulating adiponectin needs further investigation by functional studies.

The evolution of unicoloniality in ant societies : recognition, dispersal and population genetic structure

Introduction Societies of ants, bees, wasps and termites dominate many terrestrial ecosystems (Wilson 1971). Their evolutionary and ecological success is based upon the regulation of internal conflicts (e.g. Ratnieks et al. 2006), control of diseases (e.g. Schmid-Hempel 1998) and individual skills and collective intelligence in resource acquisition, nest building and defence (e.g. Camazine 2001). Individuals in social species can pass on their genes not only directly trough their own offspring, but also indirectly by favouring the reproduction of relatives. The inclusive fitness theory of Hamilton (1963; 1964) provides a powerful explanation for the evolution of reproductive altruism and cooperation in groups with related individuals. The same theory also led to the realization that insect societies are subject to internal conflicts over reproduction. Relatedness of less-than-one is not sufficient to eliminate all incentive for individual selfishness. This would indeed require a relatedness of one, as found among cells of an organism (Hardin 1968; Keller 1999). The challenge for evolutionary biology is to understand how groups can prevent or reduce the selfish exploitation of resources by group members, and how societies with low relatedness are maintained. In social insects the evolutionary shift from single- to multiple queens colonies modified the relatedness structure, the dispersal, and the mode of colony founding (e.g. (Crozier & Pamilo 1996). In ants, the most common, and presumably ancestral mode of reproduction is the emission of winged males and females, which found a new colony independently after mating and dispersal flights (Hölldobler & Wilson 1990). The alternative reproductive tactic for ant queens in multiple-queen colonies (polygyne) is to seek to be re-accepted in their natal colonies, where they may remain as additional reproductives or subsequently disperse on foot with part of the colony (budding) (Bourke & Franks 1995; Crozier & Pamilo 1996; Hölldobler & Wilson 1990). Such ant colonies can contain up to several hundred reproductive queens with an even more numerous workforce (Cherix 1980; Cherix 1983). As a consequence in polygynous ants the relatedness among nestmates is very low, and workers raise brood of queens to which they are only distantly related (Crozier & Pamilo 1996; Queller & Strassmann 1998). Therefore workers could increase their inclusive fitness by preferentially caring for their closest relatives and discriminate against less related or foreign individuals (Keller 1997; Queller & Strassmann 2002; Tarpy et al. 2004). However, the bulk of the evidence suggests that social insects do not behave nepotistically, probably because of the costs entailed by decreased colony efficiency or discrimination errors (Keller 1997). Recently, the consensus that nepotistic behaviour does not occur in insect colonies was challenged by a study in the ant Formica fusca (Hannonen & Sundström 2003b) showing that the reproductive share of queens more closely related to workers increases during brood development. However, this pattern can be explained either by nepotism with workers preferentially rearing the brood of more closely related queens or intrinsic differences in the viability of eggs laid by queens. In the first chapter, we designed an experiment to disentangle nepotism and differences in brood viability. We tested if workers prefer to rear their kin when given the choice between highly related and unrelated brood in the ant F. exsecta. We also looked for differences in egg viability among queens and simulated if such differences in egg viability may mistakenly lead to the conclusion that workers behave nepotistically. The acceptance of queens in polygnous ants raises the question whether the varying degree of relatedness affects their share in reproduction. In such colonies workers should favour nestmate queens over foreign queens. Numerous studies have investigated reproductive skew and partitioning of reproduction among queens (Bourke et al. 1997; Fournier et al. 2004; Fournier & Keller 2001; Hammond et al. 2006; Hannonen & Sundström 2003a; Heinze et al. 2001; Kümmerli & Keller 2007; Langer et al. 2004; Pamilo & Seppä 1994; Ross 1988; Ross 1993; Rüppell et al. 2002), yet almost no information is available on whether differences among queens in their relatedness to other colony members affects their share in reproduction. Such data are necessary to compare the relative reproductive success of dispersing and non-dispersing individuals. Moreover, information on whether there is a difference in reproductive success between resident and dispersing queens is also important for our understanding of the genetic structure of ant colonies and the dynamics of within group conflicts. In chapter two, we created single-queen colonies and then introduced a foreign queens originating from another colony kept under similar conditions in order to estimate the rate of queen acceptance into foreign established colonies, and to quantify the reproductive share of resident and introduced queens. An increasing number of studies have investigated the discrimination ability between ant workers (e.g. Holzer et al. 2006; Pedersen et al. 2006), but few have addressed the recognition and discrimination behaviour of workers towards reproductive individuals entering colonies (Bennett 1988; Brown et al. 2003; Evans 1996; Fortelius et al. 1993; Kikuchi et al. 2007; Rosengren & Pamilo 1986; Stuart et al. 1993; Sundström 1997; Vásquez & Silverman in press). These studies are important, because accepting new queens will generally have a large impact on colony kin structure and inclusive fitness of workers (Heinze & Keller 2000). In chapter three, we examined whether resident workers reject young foreign queens that enter into their nest. We introduced mated queens into their natal nest, a foreign-female producing nest, or a foreign male-producing nest and measured their survival. In addition, we also introduced young virgin and mated queens into their natal nest to examine whether the mating status of the queens influences their survival and acceptance by workers. On top of polgyny, some ant species have evolved an extraordinary social organization called 'unicoloniality' (Hölldobler & Wilson 1977; Pedersen et al. 2006). In unicolonial ants, intercolony borders are absent and workers and queens mix among the physically separated nests, such that nests form one large supercolony. Super-colonies can become very large, so that direct cooperative interactions are impossible between individuals of distant nests. Unicoloniality is an evolutionary paradox and a potential problem for kin selection theory because the mixing of queens and workers between nests leads to extremely low relatedness among nestmates (Bourke & Franks 1995; Crozier & Pamilo 1996; Keller 1995). A better understanding of the evolution and maintenance of unicoloniality requests detailed information on the discrimination behavior, dispersal, population structure, and the scale of competition. Cryptic genetic population structure may provide important information on the relevant scale to be considered when measuring relatedness and the role of kin selection. Theoretical studies have shown that relatedness should be measured at the level of the `economic neighborhood', which is the scale at which intraspecific competition generally takes place (Griffin & West 2002; Kelly 1994; Queller 1994; Taylor 1992). In chapter four, we conducted alarge-scale study to determine whether the unicolonial ant Formica paralugubris forms populations that are organised in discrete supercolonies or whether there is a continuous gradation in the level of aggression that may correlate with genetic isolation by distance and/or spatial distance between nests. In chapter five, we investigated the fine-scale population structure in three populations of F. paralugubris. We have developed mitochondria) markers, which together with the nuclear markers allowed us to detect cryptic genetic clusters of nests, to obtain more precise information on the genetic differentiation within populations, and to separate male and female gene flow. These new data provide important information on the scale to be considered when measuring relatedness in native unicolonial populations.

Regulation of sodium transport in the cortical collecting duct : physiological role of GILZ in vitro and in vivo : characterisation of Na+ transport in the mCCDcl1 cell line

SUMMARY Regulation of sodium excretion by the kidney is a key mechanism in the long term regulation of blood pressure, and when altered it constitutes a risk factor for the appearance of arterial hypertension. Aldosterone, which secretion depends upon salt intake in the diet, is a steroid hormone that regulates sodium reabsorption in the distal part of the nephron (functional unit of the kidney) by modulating gene transcription. It has been shown that it can act synergistically with the peptidic hormone insulin through the interaction of their signalisation pathways. Our work consisted of two distinct parts: 1) the in vitro and in vivo characterisation of Glucocorticoid-Induced Leucine Zipper (GILZ) (an aldosterone-induced gene) mechanism of action; 2) the in vitro characterisation of insulin mechanism of action and its interaction with aldosterone. GILZ mRNA, coded by the TSC22D3 gene, is strongly induced by aldosterone in the cell line of principal cells of the cortical collecting duct (CCD) mpkCCDc14, suggesting that GILZ is a mediator of aldosterone response. Co-expression of GILZ and the amiloride-sensitive epithelial sodium channel ENaC in vitro in the Xenopus oocyte expression system showed that GILZ has no direct effect on the ENaC-mediated Na+ current in basal conditions. To define the role of GILZ in the kidney and in other organs (colon, heart, skin, etc.), a conditional knock-out mouse is being produced and will allow the in vivo study of its role. Previous data showed that insulin induced a transepithelial sodium transport at supraphysiological concentrations. Insulin and the insulin-like growth factor 1 (IGF-1) are able to bind to each other receptor with an affinity 50 to 100 times lower than to their cognate receptor. Our starting hypothesis was that the insulin effect observed at these supraphysiological concentrations is actually mediated by the IGF receptor type 1 (IGF-1R). In a new cell line that presents all the characteristics of the principal cells of the CCD (mCCDc11) we have shown that both insulin and IGF-1 induce a physiologically significant increase of Na+ transport through the activation of IGF-1R. Aldosterone and insulin/IGF-1 have an additive effect on Na+ transport, through the activation of the PI3-kinase (PI3-K) pathway and the phosphorylation of the serum- and glucocorticoid-induced kinase 1 (Sgk1) by the IGF-1R, and the induction of Sgk1 expression by aldosterone. Thus, Sgk1 integrates IGF-1/insulin and aldosterone effects. We suggest that IGF-1 is physiologically relevant in the modulation of sodium balance, while insulin can only regulate Na+ transport at supraphysiological conditions. Both hormones would bind to the IGF-1R and induce Na+ transport by activating the PI3-K PDK1/2 - Sgk1 pathway. We have shown for the first time that Sgk1 is expressed and phosphorylated in principal cells of the CCD in basal conditions, although the mechanism that maintains Sgk1 phosphorylation is not known. This new role for IGF-1 suggests that it could be a salt susceptibility gene. In effect, IGF-1 stimulates Na+ and water transport in the kidney in vivo. Moreover, 35 % of the acromegalic patients (overproduction of growth hormone and IGF-1) are hypertensives (higher proportion than in normal population), and genetic analysis suggest a link between the IGF-1 gene locus and blood pressure. RÉSUMÉ La régulation de l'excrétion rénale de sodium (Na+) joue un rôle principal dans le contrôle à long terme de la pression sanguine, et ses altérations constituent un facteur de risque de l'apparition d'une hypertension artérielle. L'aldosterone, dont la sécrétion dépend de l'apport en sel dans la diète, est une hormone stéroïdienne qui régule la réabsorption de Na+ dans la partie distale du nephron (unité fonctionnelle du rein) en contrôlant la transcription de gènes. Elle peut agir de façon synergistique avec l'hormone peptidique insuline, probablement via l'interaction de leurs voies de signalisation cellulaire. Le but de notre travail comportait deux volets: 1) caractériser in vitro et in vivo le mécanisme d'action du Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ) (un gène induit par l'aldosterone); 2) caractériser in vitro le mécanisme d'action de l'insuline et son interaction avec l'aldosterone. L'ARNm de GILZ, codé par le gène TSC22D3, est induit par l'aldosterone dans la lignée cellulaire de cellules principales du tubule collecteur cortical (CCD) mpkCCDc14, suggérant que GILZ est un médiateur potentiel de la réponse à l'aldosterone. La co-expression in vitro de GILZ et du canal à Na+ sensible à l'amiloride ENaC dans le système d'expression de l'oocyte de Xénope a montré que GILZ n'a pas d'effet sur les courants sodiques véhiculées par ENaC en conditions basales. Une souris knock-out conditionnelle de GILZ est en train d'être produite et permettra l'étude in vivo de son rôle dans le rein et d'autres organes. Des expériences préliminaires ont montré que l'insuline induit un transport transépithelial de Na+ à des concentrations supraphysiologiques. L'insuline et l'insulin-like growth factor 1 (IGF-1) peuvent se lier à leurs récepteurs réciproques avec une affinité 50 à 100 fois moindre qu'à leur propre récepteur. Nous avons donc proposé que l'effet de l'insuline soit médié par le récepteur à l'IGF type 1 (IGF-1R). Dans une nouvelle lignée cellulaire qui présente toutes les caractéristiques des cellules principales du CCD (mCCDc11) nous avons montré que les deux hormones induisent une augmentation physiologiquement significative du transport du Na+ par l'activation des IGF-1 R. Aldosterone et insuline/IGF-1 ont un effet additif sur le transport de Na+, via l'activation de la voie de la PI3-kinase et la phosphorylation de la serum- and glucocorticoid-induced kinase 1 (Sgk1) par l'IGF-1R, dont l'expression est induite par l'aldosterone. Sgk1 intègre les effets de l'insuline et l'aldosterone. Nous proposons que l'IGF-1 joue un rôle dans la modulation physiologique de la balance sodique, tandis que l'insuline régule le transport de Na+ à des concentrations supraphysiologiques. Les deux hormones agissent en se liant à l'IGF-1R et induisent le transport de Na+ en activant la cascade de signalisation PI3-K - PDK1/2 - Sgk1. Nous avons montré pour la première fois que Sgk1 est exprimée et phosphorylée dans des conditions basales dans les cellules principales du CCD, mais le mécanisme qui maintient sa phosphorylation n'est pas connu. Ce nouveau rôle pour l'IGF-1 suggère qu'il pourrait être un gène impliqué de susceptibilité au sel. Aussi, l'IGF-1 stimule le transport rénal de Na+ in vivo. De plus, 35 % des patients atteints d'acromégalie (surproduction d'hormone de croissance et d'IGF-1) sont hypertensifs (prévalence plus élevée que la population normale), et des analyses génétiques suggèrent un lien entre le locus du gène de l'IGF-1 et la pression sanguine. RÉSUMÉ GRAND PUBLIC Nos ancêtres se sont génétiquement adaptés pendant des centaines de millénaires à un environnement pauvre en sel (chlorure de sodium) dans la savane équatoriale, où ils consommaient moins de 0,1 gramme de sel par jour. On a commencé à ajouter du sel aux aliments avec l'apparition de l'agriculture (il y a 5000 à 10000 années), et aujourd'hui une diète omnivore, qui inclut des plats préparés, contient plusieurs fois la quantité de sodium nécessaire pour notre fonction physiologique normale (environ 10 grammes par jour). Le corps garde sa concentration constante dans le sang en s'adaptant à une consommation très variable de sel. Pour ceci, il module son excrétion soit directement, soit en sécrétant des hormones régulatrices. Le rein joue un rôle principal dans cette régulation puisque l'excrétion urinaire de sel change selon la diète et peut aller d'une quantité dérisoire à plus de 36 grammes par jour. L'attention qu'on prête au sel est liée à sa relation avec l'hypertension essentielle. Ainsi, le contrôle rénal de l'excrétion de sodium et d'eau est le principal mécanisme dans la régulation de la pression sanguine, et une ingestion excessive de sel pourrait être l'un des facteurs-clé déclenchant l'apparition d'un phénotype hypertensif. L'hormone aldosterone diminue l'excrétion de sodium par le rein en modulant l'expression de gènes qui pourraient être impliqués dans la sensibilité au sel. Dans une lignée cellulaire de rein l'expression du gène TSC22D3, qui se traduit en la protéine Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ), est fortement induite par l'aldosterone. Ceci suggère que GILZ est un médiateur potentiel de l'effet de l'aldosterone, et pourrait être impliqué dans la sensibilité au sel. Pour analyser la fonction de GILZ dans le rein plusieurs approches ont été utilisées. Par exemple, une souris dans laquelle GILZ est spécifiquement inactivé dans le rein est en train d'être produite et permettra l'étude du rôle de GILZ dans l'organisme. De plus, on a montré que GILZ, en conditions basales, n'a pas d'effet direct sur la protéine transportant le sodium à travers la membrane des cellules, le canal sodique épithélial ENaC. On a aussi essayé de trouver des protéines qui interagissent directement avec GILZ utilisant une technique appelée du « double-hybride dans la levure », mais aucun candidat n'a émergé. Des études ont montré que, à de hautes concentrations, l'insuline peut aussi diminuer l'excrétion de sodium. A ces concentrations, elle peut activer son récepteur spécifique, mais aussi le récepteur d'une autre hormone, l'Insulin-Like Growth Factor 1 (IGF-1). En plus, l'infusion d'IGF-1 augmente la rétention rénale de sodium et d'eau, et des mutations du gène codant pour l'IGF-1 sont liées aux différents niveaux de pression sanguine. On a utilisé une nouvelle lignée cellulaire de rein développée dans notre laboratoire, appelée mCCDc11, pour analyser l'importance relative des deux hormones dans l'induction du transport de sodium. On a montré que les deux hormones induisent une augmentation significative du transport de sodium par l'activation de récepteurs à l'IGF-1 et non du récepteur à l'insuline. On a montré qu'à l'intérieur de la cellule leur activation induit une augmentation du transport sodique par le biais du canal ENaC en modifiant la quantité de phosphates fixés sur la protéine Serumand Glucocorticoid-induced Kinase 1 (Sgk1). On a finalement montré que l'IGF-1 et l'aldosterone ont un effet additif sur le transport de sodium en agissant toutes les deux sur Sgk1, qui intègre leurs effets dans le contrôle du transport de sodium dans le rein.

Regulation of Rat and Human T-cell Immune Response by Pharmacologically Modified Dendritic Cells.

BACKGROUND: The central function of dendritic cells (DC) in inducing and preventing immune responses makes them ideal therapeutic targets for the induction of immunologic tolerance. In a rat in vivo model, we showed that dexamethasone-treated DC (Dex-DC) induced indirect pathway-mediated regulation and that CD4+CD25+ T cells were involved in the observed effects. The aim of the present study was to investigate the mechanisms underlying the acquired immunoregulatory properties of Dex-DC in the rat and human experimental systems. METHODS: After treatment with dexamethasone (Dex), the immunogenicity of Dex-DC was analyzed in T-cell proliferation and two-step hyporesponsiveness induction assays. After carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester labeling, CD4+CD25+ regulatory T-cell expansion was analyzed by flow cytometry, and cytokine secretion was measured by ELISA. RESULTS: In this study, we demonstrate in vitro that rat Dex-DC induced selective expansion of CD4+CD25+ regulatory T cells, which were responsible for alloantigen-specific hyporesponsiveness. The induction of regulatory T-cell division by rat Dex-DC was due to secretion of interleukin (IL)-2 by DC. Similarly, in human studies, monocyte-derived Dex-DC were also poorly immunogenic, were able to induce T-cell anergy in vitro, and expand a population of T cells with regulatory functions. This was accompanied by a change in the cytokine profile in DC and T cells in favor of IL-10. CONCLUSION: These data suggest that Dex-DC induced tolerance by different mechanisms in the two systems studied. Both rat and human Dex-DC were able to induce and expand regulatory T cells, which occurred in an IL-2 dependent manner in the rat system.

1D.03: Inactive matrix GLA protein is associated with renal resistive index in a population-based study

OBJECTIVE: Renal resistive index (RRI) varies directly with renal vascular stiffness and pulse pressure. RRI correlates positively with arteriolosclerosis in damaged kidneys and predicts progressive renal dysfunction. Matrix Gla-protein (MGP) is a vascular calcification inhibitor that needs vitamin K to be activated. Inactive MGP, known as desphospho-uncarboxylated MGP (dp-ucMGP), can be measured in plasma and has been associated with various cardiovascular (CV) markers, CV outcomes and mortality. In this study we hypothesize that increased RRI is associated with high levels of dp-ucMGP. DESIGN AND METHOD: We recruited participants via a multi-center family-based cross-sectional study in Switzerland exploring the role of genes and kidney hemodynamics in blood pressure regulation. Dp-ucMGP was quantified in plasma samples by sandwich ELISA. Renal doppler sonography was performed using a standardized protocol to measure RRIs on 3 segmental arteries in each kidney. The mean of the 6 measures was reported. Multiple regression analysis was performed to estimate associations between RRI and dp-ucMGP adjusting for sex, age, pulse pressure, mean pressure, renal function and other CV risk factors. RESULTS: We included 1035 participants in our analyses. Mean values were 0.64 ± 0.06 for RRI and 0.44 ± 0.21 (nmol/L) for dp-ucMGP. RRI was positively associated with dp-ucMGP both before and after adjustment for sex, age, body mass index, pulse pressure, mean pressure, heart rate, renal function, low and high density lipoprotein, smoking status, diabetes, blood pressure and cholesterol lowering drugs, and history of CV disease (P < 0.001). CONCLUSIONS: RRI is independently and positively associated with high levels of dp-ucMGP after adjustment for pulse pressure and common CV risk factors. Further studies are needed to determine if vitamin K supplementation can have a positive effect on renal vascular stiffness and kidney function.

Regulation of bistable ICEclc transfer in pseudomonas knackmussii B13

L'élément génétique intégratif et conjugatif auto-transférable de 103 kb qui se trouve dans le génome de Pseudomonas knackmussii B13 (ICEc/c) confère la capacité de dégrader le 3-chlorobenzoate et le 2-aminophénol. L'élément ICE c/c peut être transféré par conjugaison de la souche B13 à diverses bêta- et gamma- protéobactéries. Seule une sous-population de 3 à 5% des cellules transfère l'élément, les cellules dites "compétentes pour le transfert". L'acquisition de la compétence pour le transfert est vraisemblablement la conséquence d'une régulation bistable, conduisant une partie des cellules au transfert de l'élément ICE c/c tandis que, dans les autres, l'élément reste quiescent et ne se transfère pas. À ce jour, les mécanismes et les acteurs moléculaires qui régulent l'activation bistable de l'élément sont restés inconnus. Mon travail de doctorat visait à identifier les éléments bistables du régulon de la compétence pour le transfert et d'analyser les fondements moléculaires de la bistabilité de l'élément ICE c/c chez P. knackmussii. Le premier chapitre introduit le thème du transfert génétique horizontal avec un accent particulier sur les éléments intégratifs et conjugatifs (ICE) et ICEcIc. L'état actuel des connaissances sur l'organisation génétique, la régulation, l'intégration et le transfert de différents modèles de ICEs est exposé en détail. En outre, je m'étends sur les phénomènes d'hétérogénéité et de bistabilité phénotyplques, qu'on peut distinguer dans une population isogénique dans des conditions de culture homogènes, et qui sont susceptibles de jouer un rôle dans le transfert de l'élément ICE c/c, dans la mesure où il ne s'active et n'est transférable que dans une très petite sous-population de cellules. Dans le chapitre 2, je présente une analyse globale des régions promotrices minimales des gènes appartenant au régulon de la compétence pour le transfert de l'élément ICE c/c. Nous avons étudié les caractéristiques d'expression des promoteurs et, s'ils s'avéraient bistables, leur activation dans le temps par comparaison avec le mutant lntB13. Pour ce faire, nous avons utilisé des fusions de promoteurs avec des gènes rapporteurs et testé l'expression bistable chez P. knackmussii par microscopie à épifluorescence. Pour six promoteurs présentant une expression bistable, nous avons employé de la microscopie temporelle pour déterminer la chronologie de leur expression par rapport à Pint et PinR. Parmi eux, nous avons identifié deux gènes exprimés précocement et trois gènes exprimés tardivement dans le processus d'acquisition de la compétence de transfert. Dans le chapitre 3, j'expose une analyse d'expression génétique pour l'un des groupes de gènes dont la transcription est la plus élevée dans la région conservée de ICE c/c, les gènes orf81655-orf68241 contenus dans une région de 14 kb. Nous montrons d'abord que cet opéron fait partie du même régulon bistable que intB13 et inrR et analysons les caractéristiques génétiques qui conduisent à une transcription élevée. Nous étudions les fonctions biologiques de ce groupe de gènes par des délétlons ciblées et montrons que certaines d'entre elles empêchent le transfert de l'élément. Nous approfondissons la caractérlsatlon de I'orf8l655 en construisant une fusion transcrlptionnelle avec le gène codant pour la protéine fluorescente verte (egfp) (en utilisant le système minl-Tn5). L'expression de Vorf81655 dans des cellules individuelles est comparée au signal mesuré par hybridation in situ en fluorescence (FISH) sur le ARN messager du gène. En utilisant FISH, des délétlons du promoteur et de l'analyse directe de transcription, nous avons localisé la région promotrice du groupe de gènes. En outre, nous avons utilisé des mutations dirigées pour comprendre la bistabilité de cette région promotrice, caractérisée par une transcription très élevée et une traduction lente de l'ARN messager.  Dans le chapitre 4, nous nous efforçons de comprendre comment la bistabilité est générée au sein du régulon te de l'élément ICE c/c. Pour ce faire, nous avons tenté de reconstituer une expression bistable, dans un hôte qui ne présente pas de bistabilité naturellement, à partir d'éléments génétiques individuels. L'hôte choisi est Pseudomonas putida dans lequel nous avons introduit une copie unique de Pint, PinR ou PaipA fusionnés à la egfp, construits qui permettent d'observer l'apparition de bistabilité. Nous avons ensuite construit différents assemblages de composants génétiques de l'élément ICE c/c, en nous concentrant sur la région parA-inrR. En effet, nous avons pu démontrer qu'une expression bistable apparaît dans P. putida grâce à ces éléments en l'absence de l'élément ICE c/c complet. À noter que la plupart des construits génétiques activent PaipA ou P|,,R, mais qu'un seul recrée la bistabilité de Pint, ce qui suggère que la région parA-inrR permet à la fois d'engendrer la bistabilité et d'opérer la transition entre les promoteurs précoces et les promoteurs tardifs du régulon de la bistabilité. Dans le chapitre 5, nous concluons sur une discussion de la pertinence de nos résultats et sur de futures perspectives de recherche. -- The 103-kb self-transmissible integrative and conjugative element (ICE) of Pseudomonas knackmussii B13 (ICEc/c) confers the capacity to degrade 3- chlorobenzoate and 2-aminophenol. ICEc/c can be conjugated from strain B13 to a variety of Beta- and Gammaproteobacteria. Interestingly, ICE c/c transfer is observed in a subpopulatlon of cells (3-5%) only, the so-called 'transfer competent' cells. The formation of transfer competence (tc) is thought to be the consequence of a 'bistable' decision, which forces those cells to follow the developmental path which leads to ICEc/c transfer, whereas in others ICE c/c remains silent and does not transfer. So far, the mechanisms and molecular partners generating this bistable transfer activation in cells of P. knackmussii B13 remain mostly unidentified. This thesis aimed at understanding the extent of the tc bistability regulon and to dissect the molecular basis of bistabillty formation of ICEc/c in P. knackmussii. The first chapter is a general Introduction on horizontal gene transfer (HGT) with particular emphasis on ICEs and ICE c/c. The emphasis is made on the current knowledge about the HGT gene organization, regulation and specific integration and transfer aspects of the different ICEs models. Furthermore, I focus on the phenomena of phenotypic heterogeneity and bistability (the property of two distinguishable phenotypes existing within an isogenic population under homogeneous conditions), which may play a particular role in ICEc/c behaviour, since ICE activation and transfer only occurs in a very small subpopulation of cells. In Chapter Two, I focus on a global analysis of the different core promoters that might belong to the ICEc/c tc pathway regulon. We studied both expression patterns of ICEc/c promoters and, once being identified as "bistable", their temporal activation compared to that of intB13. In order to do this, we used promoter reporter fusions and tested blstability expression in P. knackmussii using epifluorescence microscopy. For the 6 promoters that showed bistable expression, we used time-lapse microscopy to study the timing of promoter expression in comparison to that of P,,,t or PlnR. We could establish two "early" and 3 "late" phase promoters in the process of transfer competence. In Chapter Three, I focused my attention on analysis of gene expression of one of the most highly transcribed gene clusters in the conserved core region of ICEc/c, a 14-kb gene cluster formed by the genes orf81655-orf68241. First we showed that this operon is part of the same bistability 'regulon' as intB13 and inrR, and analysed the genetic features that lead to high transcription. We studied the potential biological function of this cluster for ICE c/c by making specific gene deletions, showing that some interrupt ICEc/c transfer. We further analysed the orfdl655 promoter by constructing transcriptional egfp fusion reporter strains using the miniTn5 delivery system. Expression of the orf81655 promoter in single cells was compared to signals measured by Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) on orfSl655 mRNA. We localized the promoter region of the gene cluster using FISH, promoter deletions, and by direct transcript analysis. We further used site-directed mutagenesis to understand the bistability character of the promoter region and the extremely high transcription but low translation from this mRNA. In Chapter Four, we set out to understand how bistability is generated in the tc pathway of ICEc/c. For this we tried rebuilding bistable expression from ICEc/c individual gene components in a host, which normally does not display bistability. As host we used P. putida without ICEc/c but with a single copy Pint-, PlnR- or PalpA- egfp fusion that enabled us to verify bistability formation. Subsequently, we built different assemblages of ICEc/c gene components, focusing on the parA-inrR region. Indeed, we found that bistable expression can be build from those components in P. putida without ICEc/c. Interestingly, most genetic constructs activated PaipA or PlnR, but only one resulted in bistable activation of PinT. This suggests that the parA-inrR region acts as a bistability "generator", but also as a bistability "relay" from early to late promoters in the tc pathway hierarchy. In the final fifth chapter, we conclude with a discussion of the relevance of the present thesis and the resulting perspectives for future studies.