Is high dose rate brachytherapy reliable and effective treatment for prostate cancer patients? A review of the literature.

The intrinsic physical and radiobiological characteristics of High Dose Rate Brachytherapy (HDR-BT) are well suited to the treatment of prostate cancer. HDR-BT was initially used as a boost to external beam brachytherapy, but has subsequently been employed as the sole treatment, which is termed HDR monotherapy. This review summarizes the clinical outcomes and toxicity results of the principal studies and discusses the radiobiological basis supporting its use.

Biological evidence supports an early and complex emergence of the Isthmus of Panama.

The linking of North and South America by the Isthmus of Panama had major impacts on global climate, oceanic and atmospheric currents, and biodiversity, yet the timing of this critical event remains contentious. The Isthmus is traditionally understood to have fully closed by ca. 3.5 million years ago (Ma), and this date has been used as a benchmark for oceanographic, climatic, and evolutionary research, but recent evidence suggests a more complex geological formation. Here, we analyze both molecular and fossil data to evaluate the tempo of biotic exchange across the Americas in light of geological evidence. We demonstrate significant waves of dispersal of terrestrial organisms at approximately ca. 20 and 6 Ma and corresponding events separating marine organisms in the Atlantic and Pacific oceans at ca. 23 and 7 Ma. The direction of dispersal and their rates were symmetrical until the last ca. 6 Ma, when northern migration of South American lineages increased significantly. Variability among taxa in their timing of dispersal or vicariance across the Isthmus is not explained by the ecological factors tested in these analyses, including biome type, dispersal ability, and elevation preference. Migration was therefore not generally regulated by intrinsic traits but more likely reflects the presence of emergent terrain several millions of years earlier than commonly assumed. These results indicate that the dramatic biotic turnover associated with the Great American Biotic Interchange was a long and complex process that began as early as the Oligocene-Miocene transition.

TLR3-Mediated CD8+ Dendritic Cell Activation Is Coupled with Establishment of a Cell-Intrinsic Antiviral State.

Because of their unique capacity to cross-present Ags to CD8(+) T cells, mouse lymphoid tissue-resident CD8(+) dendritic cells (DCs) and their migratory counterparts are critical for priming antiviral T cell responses. High expression of the dsRNA sensor TLR3 is a distinctive feature of these cross-presenting DC subsets. TLR3 engagement in CD8(+) DCs promotes cross-presentation and the acquisition of effector functions required for driving antiviral T cell responses. In this study, we performed a comprehensive analysis of the TLR3-induced antiviral program and cell-autonomous immunity in CD8(+) DC lines and primary CD8(+) DCs. We found that TLR3-ligand polyinosinic-polycytidylic acid and human rhinovirus infection induced a potent antiviral protection against Sendai and vesicular stomatitis virus in a TLR3 and type I IFN receptor-dependent manner. Polyinosinic-polycytidylic acid-induced antiviral genes were identified by mass spectrometry-based proteomics and transcriptomics in the CD8(+) DC line. Nanostring nCounter experiments confirmed that these antiviral genes were induced by TLR3 engagement in primary CD8(+) DCs, and indicated that many are secondary TLR3-response genes requiring autocrine IFN-β stimulation. TLR3-activation thus establishes a type I IFN-dependent antiviral program in a DC subtype playing crucial roles in priming adaptive antiviral immune responses. This mechanism is likely to shield the priming of antiviral responses against inhibition or abrogation by the viral infection. It could be particularly relevant for viruses detected mainly by TLR3, which may not trigger type I IFN production by DCs that lack TLR3, such as plasmacytoid DCs or CD8(-) DCs.

Intrinsic ROS-production capacity of nanoparticles

Engineered nanomaterials (ENMs) exhibit special physicochemical properties and thus are finding their way into an increasing number of industries, enabling products with improved properties. Their increased use brings a greater likelihood of exposure to the nanoparticles (NPs) that could be released during the life cycle of nano-abled products. The field of nanotoxicology has emerged as a consequence of the development of these novel materials, and it has gained ever more attention due to the urgent need to gather information on exposure to them and to understand the potential hazards they engender. However, current studies on nanotoxicity tend to focus on pristine ENMs, and they use these toxicity results to generalize risk assessments on human exposure to NPs. ENMs released into the environment can interact with their surroundings, change characteristics and exhibit toxicity effects distinct from those of pristine ENMs. Furthermore, NPs' large surface areas provide extra-large potential interfaces, thus promoting more significant interactions between NPs and other co-existing species. In such processes, other species can attach to a NP's surface and modify its surface functionality, in addition to the toxicity in normally exhibits. One particular occupational health scenario involves NPs and low-volatile organic compounds (LVOC), a common type of pollutant existing around many potential sources of NPs. LVOC can coat a NP's surface and then dominate its toxicity. One important mechanism in nanotoxicology is the creation of reactive oxygen species (ROS) on a NP's surface; LVOC can modify the production of these ROS. In summary, nanotoxicity research should not be limited to the toxicity of pristine NPs, nor use their toxicity to evaluate the health effects of exposure to environmental NPs. Instead, the interactions which NPs have with other environmental species should also be considered and researched. The potential health effects of exposure to NPs should be derived from these real world NPs with characteristics modified by the environment and their distinct toxicity. Failure to suitably address toxicity results could lead to an inappropriate treatment of nano- release, affect the environment and public health and put a blemish on the development of sustainable nanotechnologies as a whole. The main objective of this thesis is to demonstrate a process for coating NP surfaces with LVOC using a well-controlled laboratory design and, with regard to these NPs' capacity to generate ROS, explore the consequences of changing particle toxicity. The dynamic coating system developed yielded stable and replicable coating performance, simulating an important realistic scenario. Clear changes in the size distribution of airborne NPs were observed using a scanning mobility particle sizer, were confirmed using both liquid nanotracking analyses and transmission electron microscopy (TEM) imaging, and were verified thanks to the LVOC coating. Coating thicknesses corresponded to the amount of coating material used and were controlled using the parameters of the LVOC generator. The capacity of pristine silver NPs (Ag NPs) to generate ROS was reduced when they were given a passive coating of inert paraffin: this coating blocked the reactive zones on the particle surfaces. In contrast, a coating of active reduced-anthraquinone contributed to redox reactions and generated ROS itself, despite the fact that ROS generation due to oxidation by Ag NPs themselves was quenched. Further objectives of this thesis included development of ROS methodology and the analysis of ROS case studies. Since the capacity of NPs to create ROS is an important effect in nanotoxicity, we attempted to refine and standardize the use of 2'7-dichlorodihydrofluorescin (DCFH) as a chemical tailored for the characterization of NPs' capacity for ROS generation. Previous studies had reported a wide variety of results, which were due to a number of insufficiently well controlled factors. We therefore cross-compared chemicals and concentrations, explored ways of dispersing NP samples in liquid solutions, identified sources of contradictions in the literature and investigated ways of reducing artificial results. The most robust results were obtained by sonicating an optimal sample of NPs in a DCFH-HRP solution made of 5,M DCFH and 0.5 unit/ml horseradish peroxidase (HRP). Our findings explained how the major reasons for previously conflicting results were the different experimental approaches used and the potential artifacts appearing when using high sample concentrations. Applying our advanced DCFH protocol with other physicochemical characterizations and biological analyses, we conducted several case studies, characterizing aerosols and NP samples. Exposure to aged brake wear dust engenders a risk of potential deleterious health effects in occupational scenarios. We performed microscopy and elemental analyses, as well as ROS measurements, with acellular and cellular DCFH assays. TEM images revealed samples to be heterogeneous mixtures with few particles in the nano-scale. Metallic and non-metallic elements were identified, primarily iron, carbon and oxygen. Moderate amounts of ROS were detected in the cell-free fluorescent tests; however, exposed cells were not dramatically activated. In addition to their highly aged state due to oxidation, the reason aged brake wear samples caused less oxidative stress than fresh brake wear samples may be because of their larger size and thus smaller relative reactive surface area. Other case studies involving welding fumes and differently charged NPs confirmed the performance of our DCFH assay and found ROS generation linked to varying characteristics, especially the surface functionality of the samples. Les nanomatériaux manufacturés (ENM) présentent des propriétés physico-chimiques particulières et ont donc trouvés des applications dans un nombre croissant de secteurs, permettant de réaliser des produits ayant des propriétés améliorées. Leur utilisation accrue engendre un plus grand risque pour les êtres humains d'être exposés à des nanoparticules (NP) qui sont libérées au long de leur cycle de vie. En conséquence, la nanotoxicologie a émergé et gagné de plus en plus d'attention dû à la nécessité de recueillir les renseignements nécessaires sur l'exposition et les risques associés à ces nouveaux matériaux. Cependant, les études actuelles sur la nanotoxicité ont tendance à se concentrer sur les ENM et utiliser ces résultats toxicologiques pour généraliser l'évaluation des risques sur l'exposition humaine aux NP. Les ENM libérés dans l'environnement peuvent interagir avec l'environnement, changeant leurs caractéristiques, et montrer des effets de toxicité distincts par rapport aux ENM originaux. Par ailleurs, la grande surface des NP fournit une grande interface avec l'extérieur, favorisant les interactions entre les NP et les autres espèces présentes. Dans ce processus, d'autres espèces peuvent s'attacher à la surface des NP et modifier leur fonctionnalité de surface ainsi que leur toxicité. Un scénario d'exposition professionnel particulier implique à la fois des NP et des composés organiques peu volatils (LVOC), un type commun de polluant associé à de nombreuses sources de NP. Les LVOC peuvent se déposer sur la surface des NP et donc dominer la toxicité globale de la particule. Un mécanisme important en nanotoxicologie est la création d'espèces réactives d'oxygène (ROS) sur la surface des particules, et les LVOC peuvent modifier cette production de ROS. En résumé, la recherche en nanotoxicité ne devrait pas être limitée à la toxicité des ENM originaux, ni utiliser leur toxicité pour évaluer les effets sur la santé de l'exposition aux NP de l'environnement; mais les interactions que les NP ont avec d'autres espèces environnementales doivent être envisagées et étudiées. Les effets possibles sur la santé de l'exposition aux NP devraient être dérivés de ces NP aux caractéristiques modifiées et à la toxicité distincte. L'utilisation de résultats de toxicité inappropriés peut conduire à une mauvaise prise en charge de l'exposition aux NP, de détériorer l'environnement et la santé publique et d'entraver le développement durable des industries de la nanotechnologie dans leur ensemble. L'objectif principal de cette thèse est de démontrer le processus de déposition des LVOC sur la surface des NP en utilisant un environnement de laboratoire bien contrôlé et d'explorer les conséquences du changement de toxicité des particules sur leur capacité à générer des ROS. Le système de déposition dynamique développé a abouti à des performances de revêtement stables et reproductibles, en simulant des scénarios réalistes importants. Des changements clairs dans la distribution de taille des NP en suspension ont été observés par spectrométrie de mobilité électrique des particules, confirmé à la fois par la méthode dite liquid nanotracking analysis et par microscopie électronique à transmission (MET), et a été vérifié comme provenant du revêtement par LVOC. La correspondance entre l'épaisseur de revêtement et la quantité de matériau de revêtement disponible a été démontré et a pu être contrôlé par les paramètres du générateur de LVOC. La génération de ROS dû aux NP d'argent (Ag NP) a été diminuée par un revêtement passif de paraffine inerte bloquant les zones réactives à la surface des particules. Au contraire, le revêtement actif d'anthraquinone réduit a contribué aux réactions redox et a généré des ROS, même lorsque la production de ROS par oxydation des Ag NP avec l'oxygène a été désactivé. Les objectifs associés comprennent le développement de la méthodologie et des études de cas spécifique aux ROS. Etant donné que la capacité des NP à générer des ROS contribue grandement à la nanotoxicité, nous avons tenté de définir un standard pour l'utilisation de 27- dichlorodihydrofluorescine (DCFH) adapté pour caractériser la génération de ROS par les NP. Des etudes antérieures ont rapporté une grande variété de résultats différents, ce qui était dû à un contrôle insuffisant des plusieurs facteurs. Nous avons donc comparé les produits chimiques et les concentrations utilisés, exploré les moyens de dispersion des échantillons HP en solution liquide, investigué les sources de conflits identifiées dans les littératures et étudié les moyens de réduire les résultats artificiels. De très bon résultats ont été obtenus par sonication d'une quantité optimale d'échantillons de NP en solution dans du DCFH-HRP, fait de 5 nM de DCFH et de 0,5 unité/ml de Peroxydase de raifort (HRP). Notre étude a démontré que les principales raisons causant les conflits entre les études précédemment conduites dans la littérature étaient dues aux différentes approches expérimentales et à des artefacts potentiels dus à des concentrations élevées de NP dans les échantillons. Utilisant notre protocole DCFH avancé avec d'autres caractérisations physico-chimiques et analyses biologiques, nous avons mené plusieurs études de cas, caractérisant les échantillons d'aérosols et les NP. La vielle poussière de frein en particulier présente un risque élevé d'exposition dans les scénarios professionnels, avec des effets potentiels néfastes sur la santé. Nous avons effectué des analyses d'éléments et de microscopie ainsi que la mesure de ROS avec DCFH cellulaire et acellulaire. Les résultats de MET ont révélé que les échantillons se présentent sous la forme de mélanges de particules hétérogènes, desquels une faible proportion se trouve dans l'échelle nano. Des éléments métalliques et non métalliques ont été identifiés, principalement du fer, du carbone et de l'oxygène. Une quantité modérée de ROS a été détectée dans le test fluorescent acellulaire; cependant les cellules exposées n'ont pas été très fortement activées. La raison pour laquelle les échantillons de vielle poussière de frein causent un stress oxydatif inférieur par rapport à la poussière de frein nouvelle peut-être à cause de leur plus grande taille engendrant une surface réactive proportionnellement plus petite, ainsi que leur état d'oxydation avancé diminuant la réactivité. D'autres études de cas sur les fumées de soudage et sur des NP différemment chargées ont confirmé la performance de notre test DCFH et ont trouvé que la génération de ROS est liée à certaines caractéristiques, notamment la fonctionnalité de surface des échantillons.

The radiosensitizing activity of the SMAC-mimetic, Debio 1143, is TNFα-mediated in head and neck squamous cell carcinoma.

BACKGROUND AND PURPOSE: Second mitochondria-derived activator of caspase (SMAC)-mimetics are a new class of targeted drugs that specifically induce apoptotic cancer cell death and block pro-survival signaling by antagonizing selected members of the inhibitor of apoptosis protein (IAP) family. MATERIAL AND METHODS: The present study was designed to investigate the radiosensitizing effect and optimal sequence of administration of the novel SMAC-mimetic Debio 1143 in vitro and in vivo. Apoptosis, alteration of DNA damage repair (DDR), and tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) signaling were examined. RESULTS: In vitro, Debio 1143 displayed anti-proliferative activity and enhanced intrinsic radiation sensitivity in 5/6 head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) cell lines in a synergistic manner. In vivo, Debio 1143 dose-dependently radio-sensitized FaDu and SQ20B xenografts, resulting in complete tumor regression in 8/10 FaDu-xenografted mice at the high dose level. At the molecular level, Debio 1143 combined with radiotherapy (RT) induced enhancement of caspase-3 activity, increase in Annexin V-positive cells and karyopyknosis, and increase in TNF-α mRNA levels. Finally, in a neutralization experiment using a TNF-α-blocking antibody and a caspase inhibitor, it was shown that the radiosensitizing effect of Debio 1143 is mediated by caspases and TNF-α. CONCLUSIONS: These results demonstrate that the novel SMAC-mimetic Debio 1143 is a radiosensitizing agent that is worthy of further investigation in clinical trials in combination with radiotherapy.

Thermoregulation and microhabitat choice in the polymorphic asp viper (Vipera aspis).

In ectotherms, thermoregulation strongly depends on environmental conditions, as well as on intrinsic factors, such as skin colour. Indeed, due to its physical properties, melanin pigments allow melanistic morphs to benefit of a more efficient thermoregulation compared to non-melanistic ones. Despite thermal benefits of melanism have often been highlighted under experimental conditions, such field data remain scarce. In this study, we investigated the influence of colouration on body temperature and microhabitat choice in a montane population of colour polymorphic asp viper (Vipera aspis) characterized by a strong presence of melanism (64%). Results highlighted a difference in internal body temperature, but only within gravid females, with melanistic individuals having higher body temperatures compared to non-melanistic ones. No differences were found when considering both sexes. We also showed that melanistic and non-melanistic vipers were found in different microhabitat types, i.e. melanistic snakes used areas marked by a scarcer sun exposure and by higher vegetation cover compared to non-melanistic ones. This result has important implications. Indeed, besides providing a possible explanation for the lack of difference in body temperature (except for gravid females), it confirms that melanistic individuals can potentially use their efficient thermoregulation in order to inhabit less exposed and thermally unfavourable microhabitats.

Influence of PTPN2 and pre-existing immunity on the generation of effector and memory CD8 T cells

Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection envers les maladies infectieuses. Au cours d'une réponse à une infection primaire, des cellules B et des cellules T spécifiques, dirigées contre le pathogène en question, sont générées et certaines d'entre elles deviennent des cellules dites mémoires. Leur fonction est de nous protéger contre une nouvelle infection avec le même pathogène, une infection secondaire. Dans certaines situations, comme c'est par exemple le cas avec la grippe, les pathogènes ne sont pas toujours complètement identiques et les cellules mémoires ne sont pas à même d'assurer leur rôle protecteur et d'empêcher une réinfection. Pourtant, on ne sait à l'heure actuelle que très peu comment une immunité acquise, mais non protectrice, influence le développement d'une réponse immunitaire ultérieure. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié comment les cellules T mémoires cytotoxiques altèrent la réponse de cellules T cytotoxiques nouvellement induites. Au cours d'une réaction immunitaire dirigée contre une infection primaire, un vaste répertoire de lymphocytes T est créé, constitué de cellules T possédant divers degrés d'affinité pour le pathogène. Lors d'une infection secondaire, seules les cellules T ayant une forte affinité pour le pathogène participent à la réponse. Nous avons pu démontrer que ce phénomène de restriction du répertoire des cellules T est principalement causé par les cellules T mémoires qui sont à même de reconnaître un antigène pathogénique présent dans les deux infections. Dans un deuxième projet, nous avons étudié comment l'absence de PTPN2 influence la réponse des cellules T. Chez l'homme, une mutation dans le gène de PTPN2 est associée à des maladies auto-immunes et résulte en une activité réduite de cette phosphatase dans les lymphocytes T. Nous avons montré que la baisse d'activité de la phosphatase PTNP2 conduit à une meilleure expansion des cellules T ayant une qualité comparable à des cellules T auto-antigène spécifiques. De plus, nous avons observé que la survie de ces cellules T effectues ayant une phosphatase diminuée est nettement améliorée. Cela peut conduire à une réponse immunitaire plus efficace ou, éventuellement, à une pathologie auto-immune plus grave. En outre, nos résultats montrent qu'en manipulant l'activité de cette phosphatase, il est possible d'augmenter l'efficacité du transfert des cellules T dans un hôte receveur. Un tel transfert de cellules T est pratiqué chez des patients atteints de tumeurs. Nos travaux suggèrent que la manipulation de la phosphatase PTPN2 pourrait donc représenter une approche thérapeutique novatrice et prometteuse. -- Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection contre les maladies. Les cellules T CD8+ ont une importance primordiale pour le contrôle d'infections primaires causées par des virus ou bactéries, mais également contre certaines tumeurs. Par conséquent, mieux comprendre les exigences nécessaires à l'induction de bonnes réponses des cellules T CD8 pourrait nous permettre de construire des vaccins contre les pathogènes contre lesquels nous n'avons pour l'instant pas de vaccins mais aussi d'améliorer les réactions immunitaires dirigées anti-tumorales. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'influence qu'une immunité préexistante a sur la réponse des cellules T CD8. Nous sommes souvent exposés à des pathogènes qui sont similaires mais pas identiques à ceux que nous avons rencontrés auparavant. De telles infections hétérologues ne sont pas l'objet de beaucoup d'études et certains exemples indiquent même qu'une immunité préexistante partielle peut mener à une aggravation de la maladie. Nous avons étudié le répertoire des lymphocytes T CD8 qui sont générés lors d'une rencontre avec un nouvel antigène, et ce en comparant infection primaire et secondaire. En utilisant le modèle expérimental d'infections à Listeria monocytogenes, nous avons pu montrer que lors d'une infection primaire, un répertoire diversifié comprenant des cellules T CD8 de forte et faible affinité est constitué. Au contraire, dans le cas d'une infection secondaire, le répertoire des cellules T est fortement limité et seulement les lymphocytes T de forte affinité sont impliqués dans la réponse immunitaire. Nous avons pu démontrer que ces Rangements sont provoqués par des cellules T CD8 mémoires capables de reconnaître un antigène présent dans les deux infections. Cette augmentation du seuil d'activation des cellules effectrices est majoritairement causée par les lymphocytes T CD8 mémoires non transférables. Ces observations indiquent que les vaccins visant à induire des cellules T anti-tumorales de faible affinité seraient inefficaces si le vaccin contient des épitopes contre lesquels il existe une mémoire immunologique. Les réponses immunitaires conduites par les cellules T contre les antigènes tumoraux dépendent des cellules T CD8 de faible réactivité contre les antigènes tumoraux puisque les cellules à forte réactivité sont éliminées par les mécanismes de tolérance. Nous basant sur l'existence dans la littérature de preuves indiquant que PTPN2 influence la réponse des cellules T de faible affinité, nous nous sommes intéressés à comprendre comment PTPN2 impacte les réponses des cellules T CD8 en général. Nous avons remarqué que des cellules T CD8 déficientes en PTPN2 exhibent une meilleure capacité à proliférer suite à une faible ou courte stimulation du récepteur des lymphocytes T. La phase effectrice est prolongée et la contraction retardée résultant ainsi à globalement plus de cellules effectrices. Ce phénomène est également accompagné d'une meilleure survie des cellules effectrices de différentiation terminale. Une fois transférées dans un nouvel hôte receveur, les cellules effectrices terminales KLRG1+CD127- déficientes en phosphatase PTPN2 peuvent survivre et se transformer en cellules mémoires CD127+ fonctionnelles. De façon inattendue, nous avons découvert que l'élimination de PTPN2 améliore l'efficacité du transfert et la formation des cellules mémoires ainsi que leur capacité protectrice. Manipuler l'activité de cette phosphatase apparaît donc comme une approche intéressante et prometteuse pour la thérapie cellulaire par transfert adoptif de lymphocytes T. Nos observations montrent que la manipulation d'un facteur intrinsèque, l'absence de PTPN2, peut, dans certaines circonstances, améliorer la réponse des cellules T. Une meilleure connaissance des mécanismes contrôlant la réponse des lymphocytes T CD8 pourrait donc permettre la manipulation de ces derniers et conduire à des réponses immunitaires plus vigoureuses. Si ces réponses sont déclenchées par l'utilisation de vaccins, il est nécessaire de considérer l'historique d'une exposition préalable à des agents pathogènes ou à des vaccins puisque celle-ci peut, comme nous l'avons démontré, influencer le répertoire des cellules T recrutées dans la réponse immunitaire et, par conséquent, modifier l'aptitude de notre système immunitaire à faire face à une infection. -- Our immune system plays an important role in the protection from disease. CD8 T cells are critical for the control of primary infections with most viruses and certain bacteria as well as against some tumors. Therefore, better knowledge of CD8 T cell responses might enable us to generate vaccines against pathogens for which currently no vaccines are available or to improve anti-tumor immune responses. In the first part of this thesis we addressed the issue how previously acquired immunity impacts on the response of CD8 T cells. We are often exposed to pathogens that are related but not identical to the previously encountered ones. Such heterologous infections are not well studied and there are some indications that partial pre-existing immunity may in some cases even lead to an enhancement of disease. We specifically studied the T cell repertoire of CD8 T cells that are responding to a newly encountered antigen in secondary compared to primary infections. Using the experimental model of Listeria monocytogenes infections, we showed that in primary infections a wide repertoire including high and low affinity CD8 T cells is recruited into the immune response. In contrast to this, in secondary infections, the T cell repertoire is severely restricted and only T cells of high affinity are responding. We were able to pinpoint this difference to the presence of memory CD8 T cells that recognize an antigen that is shared between the two subsequent infections. This increase in the activation threshold was most effectively mediated via non-transferable memory CD8 T cells. This would argue that vaccines targeting low affinity tumor-specific T cells would fail if the vaccine contains previously encountered CD8 T cell epitopes. T cell mediated immune responses to tumor antigen rely often on T cells which weakly react to tumor antigen as high affinity T cells are eliminated by tolerance mechanisms. Following indication in the literature that PTPN2 impacts on the response of such weakly antigen-reactive T cells, we investigated how PTPN2 impacts in general the response of CD8 T cells. We observed that CD8 T cells lacking PTPN2 show an enhanced expansion following weak or short-term T cell receptor stimulation. The effector phase is prolonged and contraction delayed thus resulting in overall more effector cells. This is accompanied by a better survival of terminal effector cells. When transferred into new recipients, KLRG1+CD127- terminal effector cells lacking PTPN2 can survive and convert into CD127+ functional memory cells. Surprisingly, we discovered that elimination of PTPN2 enhances the transfer efficacy and formation of memory cells as well as the protective capacity. Targeting PTPN2 might thus be a promising approach for adoptive T cell therapy. Our observations show how the manipulation of an intrinsic factor, the absence of PTPN2, can enhance T cell responses under certain circumstances. A better understanding of underlying mechanisms for the control of CDS T cell responses might enable the manipulation of these and allow for more powerful responses. If these responses are induced through vaccines it is imperative that the previous history of exposure to pathogens or vaccines is considered as it can, as we have shown in this thesis, influence the recruited T cell repertoire and thus possibly the ability to handle the infection.

Multigenerational effects of the anticancer drug tamoxifen and its metabolite 4-hydroxy-tamoxifen on Daphnia pulex.

Tamoxifen and its metabolite 4-hydroxy-tamoxifen (4OHTam) are two potent molecules that have anticancer properties on breast cancers. Their medical use is expected to increase with the increasing global cancer rate. After consumption, patients excrete tamoxifen and the 4OHTam metabolite into wastewaters, and tamoxifen has been already detected in wastewaters and natural waters. The concentrations of 4OHTam in waters have never been reported. A single study reported 4OHTam effects on the microcrustacean Daphnia pulex. The effects of tamoxifen and 4OHTam over more than two generations are unknown in aquatic invertebrates. The main goal of this study was to assess the long-term sensitivity of the microcrustacean D. pulex over four generations, based on size, reproduction, viability and the intrinsic rate of natural increase (r). Additional experiments were carried out to observe whether the effects of tamoxifen and 4OHTam were reversible in the next generation after descendants were withdrawn from chemical stress (i.e., recovery experiment), and whether the lowest test concentration of each chemical induced toxic effects when both concentrations were combined (i.e., mixture experiments). Our results showed that tamoxifen and 4OHTam induced the adverse effects at environmentally relevant concentrations. Tamoxifen and 4OHTam impaired size, viability, reproduction and the r in four generations of treated D. pulex, but these effects were not clearly magnified over generations. Tamoxifen was more potent than 4OHTam on D. pulex. When used in a mixture, the combination of tamoxifen and 4OHTam induced effects in offspring, whereas no effects were observed when these chemicals were tested individually. In the recovery experiment, the reproduction and size were reduced in offspring withdrawn from chemical exposures. Our results suggested that tamoxifen and its metabolite may be a relevant pharmaceutical to consider in risk assessment.

Environmental influence on the phenotype of ant workers revealed by common garden experiment

Many organism traits vary along environmental gradients. Common garden experiments provide powerful means to disentangle the role of intrinsic factors, such as genetic or maternal effects, from extrinsic environmental factors in shaping phenotypic variation. Here, we investigate body size and lipid content variation in workers of the socially polymorphic ant Formica selysi along several independent elevation gradients in Switzerland. We compare field-collected workers and workers sampled as eggs from the same colonies but reared in common laboratory conditions. Overall, field-collected workers from high elevation are larger than those from low elevation, but the trend varies substantially among valleys. The same pattern is recovered when the eggs are reared in a common garden, which indicates that body size variation along elevation gradients and valleys is partly explained by genetic or maternal effects. However, both body size and lipid content exhibit significantly greater variation in field-collected workers than in laboratory-reared workers. Hence, much of the phenotypic variation results from a plastic response to the environment, rather than from genetic differences. Eggs from different elevations also show no significant difference in development time in the common garden. Overall, selection on individual worker phenotypes is unlikely to drive the altitudinal distribution of single- and multiple-queen colonies in this system, as phenotypic variation tends to be plastic and can be decoupled from social structure. This study provides insights into the interplay between individual phenotypic variation and social organization and how the two jointly respond to differing environmental conditions.

Pleiotropy and the low cost of individual traits promote cooperation.

The evolution of cooperation is thought to be promoted by pleiotropy, whereby cooperative traits are coregulated with traits that are important for personal fitness. However, this hypothesis faces a key challenge: what happens if mutation targets a cooperative trait specifically rather than the pleiotropic regulator? Here, we explore this question with the bacterium Pseudomonas aeruginosa, which cooperatively digests complex proteins using elastase. We empirically measure and theoretically model the fate of two mutants-one missing the whole regulatory circuit behind elastase production and the other with only the elastase gene mutated-relative to the wild-type (WT). We first show that, when elastase is needed, neither of the mutants can grow if the WT is absent. And, consistent with previous findings, we show that regulatory gene mutants can grow faster than the WT when there are no pleiotropic costs. However, we find that mutants only lacking elastase production do not outcompete the WT, because the individual cooperative trait has a low cost. We argue that the intrinsic architecture of molecular networks makes pleiotropy an effective way to stabilize cooperative evolution. Although individual cooperative traits experience loss-of-function mutations, these mutations may result in weak benefits, and need not undermine the protection from pleiotropy.