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.

Adaptive colour polymorphism of Acrida ungarica H. (Orthoptera: Acrididae) in a spatially heterogeneous environment

Intra-specific colour polymorphism provides a cryptic camouflage from predators in heterogeneous habitats. The orthoptera species, Acrida ungarica (Herbst, 1786) possess two well-distinguished colour morphs: brown and green and displays several disruptive colouration patterns within each morph to improve the crypsis. This study focused on how the features of the background environment relate to the proportion of the two morphs and to the intensity of disruptive colouration patterns in A. ungarica. As the two sexes are very distinct with respect to mass and length, we also distinctively tested the relationship for each sex. In accordance with the background matching hypothesis, we found that, for both sexes, the brown morph was in higher proportion at sites with a brown-dominant environment, and green morphs were in higher proportion in green-dominant environments. Globally, individuals in drier sites and in the drier year also had more intense disruptive colouration patterns, and brown morphs and females were also more striped. Colour patterns differed largely between populations and were significantly correlated with relevant environmental features. Even if A. ungarica is a polymorphic specialist, disruptive colouration still appears to provide strong benefits, particularly in some habitats. Moreover, because females are larger, they are less able to flee, which might explain the difference between sexes

An adaptive multiscale method for density-driven instabilities

Accurate modeling of flow instabilities requires computational tools able to deal with several interacting scales, from the scale at which fingers are triggered up to the scale at which their effects need to be described. The Multiscale Finite Volume (MsFV) method offers a framework to couple fine-and coarse-scale features by solving a set of localized problems which are used both to define a coarse-scale problem and to reconstruct the fine-scale details of the flow. The MsFV method can be seen as an upscaling-downscaling technique, which is computationally more efficient than standard discretization schemes and more accurate than traditional upscaling techniques. We show that, although the method has proven accurate in modeling density-driven flow under stable conditions, the accuracy of the MsFV method deteriorates in case of unstable flow and an iterative scheme is required to control the localization error. To avoid large computational overhead due to the iterative scheme, we suggest several adaptive strategies both for flow and transport. In particular, the concentration gradient is used to identify a front region where instabilities are triggered and an accurate (iteratively improved) solution is required. Outside the front region the problem is upscaled and both flow and transport are solved only at the coarse scale. This adaptive strategy leads to very accurate solutions at roughly the same computational cost as the non-iterative MsFV method. In many circumstances, however, an accurate description of flow instabilities requires a refinement of the computational grid rather than a coarsening. For these problems, we propose a modified iterative MsFV, which can be used as downscaling method (DMsFV). Compared to other grid refinement techniques the DMsFV clearly separates the computational domain into refined and non-refined regions, which can be treated separately and matched later. This gives great flexibility to employ different physical descriptions in different regions, where different equations could be solved, offering an excellent framework to construct hybrid methods.

The expansion of amino-acid repeats is not associated to adaptive evolution in mammalian genes.

BACKGROUND: The expansion of amino acid repeats is determined by a high mutation rate and can be increased or limited by selection. It has been suggested that recent expansions could be associated with the potential of adaptation to new environments. In this work, we quantify the strength of this association, as well as the contribution of potential confounding factors. RESULTS: Mammalian positively selected genes have accumulated more recent amino acid repeats than other mammalian genes. However, we found little support for an accelerated evolutionary rate as the main driver for the expansion of amino acid repeats. The most significant predictors of amino acid repeats are gene function and GC content. There is no correlation with expression level. CONCLUSIONS: Our analyses show that amino acid repeat expansions are causally independent from protein adaptive evolution in mammalian genomes. Relaxed purifying selection or positive selection do not associate with more or more recent amino acid repeats. Their occurrence is slightly favoured by the sequence context but mainly determined by the molecular function of the gene.

Nonspecific PCR amplification by high-fidelity polymerases: implications for next-generation sequencing of AFLP markers.

High-fidelity 'proofreading' polymerases are often used in library construction for next-generation sequencing projects, in an effort to minimize errors in the resulting sequence data. The increased template fidelity of these polymerases can come at the cost of reduced template specificity, and library preparation methods based on the AFLP technique may be particularly susceptible. Here, we compare AFLP profiles generated with standard Taq and two versions of a high-fidelity polymerase. We find that Taq produces fewer and brighter peaks than high-fidelity polymerase, suggesting that Taq performs better at selectively amplifying templates that exactly match the primer sequences. Because the higher accuracy of proofreading polymerases remains important for sequencing applications, we suggest that it may be more effective to use alternative library preparation methods.

Effect of n-3 fatty acids on cerebral markers and the inflammatory response in sepsis

Introduction ICM+ software encapsulates our 20 years' experience in brain monitoring. It collects data from a variety of bedside monitors and produces time trends of parameters defi ned using confi gurable mathematical formulae. To date it is being used in nearly 40 clinical research centres worldwide. We present its application for continuous monitoring of cerebral autoregulation using near-infrared spectroscopy (NIRS). Methods Data from multiple bedside monitors are processed by ICM+ in real time using a large selection of signal processing methods. These include various time and frequency domain analysis functions as well as fully customisable digital fi lters. The fi nal results are displayed in a variety of ways including simple time trends, as well as time window based histograms, cross histograms, correlations, and so forth. All this allows complex information from bedside monitors to be summarized in a concise fashion and presented to medical and nursing staff in a simple way that alerts them to the development of various pathological processes. Results One hundred and fi fty patients monitored continuously with NIRS, arterial blood pressure (ABP) and intracranial pressure (ICP), where available, were included in this study. There were 40 severely headinjured adult patients, 27 SAH patients (NCCU, Cambridge); 60 patients undergoing cardiopulmonary bypass (John Hopkins Hospital, Baltimore) and 23 patients with sepsis (University Hospital, Basel). In addition, MCA fl ow velocity (FV) was monitored intermittently using transcranial Doppler. FV-derived and ICP-derived pressure reactivity indices (PRx, Mx), as well as NIRS-derived reactivity indices (Cox, Tox, Thx) were calculated and showed signifi cant correlation with each other in all cohorts. Errorbar charts showing reactivity index PRx versus CPP (optimal CPP chart) as well as similar curves for NIRS indices versus CPP and ABP were also demonstrated. Conclusions ICM+ software is proving to be a very useful tool for enhancing the battery of available means for monitoring cerebral vasoreactivity and potentially facilitating autoregulation guided therapy. Complexity of data analysis is also hidden inside loadable profi les, thus allowing investigators to take full advantage of validated protocols including advanced processing formulas.

Monitoring of biological markers indicative of doping: the athlete biological passport

The athlete biological passport (ABP) was recently implemented in anti-doping work and is based on the individual and longitudinal monitoring of haematological or urine markers. These may be influenced by illicit procedures performed by some athletes with the intent to improve exercise performance. Hence the ABP is a valuable tool in the fight against doping. Actually, the passport has been defined as an individual and longitudinal observation of markers. These markers need to belong to the biological cascade influenced by the application of forbidden hormones or more generally, affected by biological manipulations which can improve the performance of the athlete. So far, the haematological and steroid profile modules of the ABP have been implemented in major sport organisations, and a further module is under development. The individual and longitudinal monitoring of some blood and urine markers are of interest, because the intraindividual variability is lower than the corresponding interindividual variability. Among the key prerequisites for the implementation of the ABP is its prospect to resist to the legal and scientific challenges. The ABP should be implemented in the most transparent way and with the necessary independence between planning, interpretation and result management of the passport. To ensure this, the Athlete Passport Management Unit (APMU) was developed and the WADA implemented different technical documents associated to the passport. This was carried out to ensure the correct implementation of a profile which can also stand the challenge of any scientific or legal criticism. This goal can be reached only by following strictly important steps in the chain of production of the results and in the management of the interpretation of the passport. Various technical documents have been then associated to the guidelines which correspond to the requirements for passport operation. The ABP has been completed very recently by the steroid profile module. As for the haematological module, individual and longitudinal monitoring have been applied and the interpretation cascade is also managed by a specific APMU in a similar way as applied in the haematological module. Thus, after exclusion of any possible pathology, specific variation from the individual norms will be then considered as a potential misuse of hormones or other modulators to enhance performance.

Mating frequency of ant queens with alternative dispersal strategies, as revealed by microsatellite analysis of sperm

In social Hymenoptera (ants, bees, and wasps), the number of males that mate with the same queen affects social and genetic organization of the colony. However, the selective forces leading to single mating in certain conditions and multiple mating in others remain enigmatic. In this study, I investigated whether queens of the wood ant Formica paralugubris adopting different dispersal strategies varied in their mating frequency (the number of males with whom they mated). The frequency of multiple mating was determined by using microsatellite markers to genotype the sperm stored in the spermatheca of queens, and the validity of this method was confirmed by analysing mother-offspring combinations obtained from experimental single-queen colonies. Dispersing queens, which may found new colonies, did not mate with more males than queens that stayed within polygynous colonies, where the presence of numerous reproductive individuals ensured a high level of genetic diversity. Hence, this study provides no support to the hypotheses that multiple mating is beneficial because it increases genetic variability within colonies. Most of the F. paralugubris queens mated with a single male, whatever their dispersal strategy and life history. Moreover, multiple mating had little effect on colony genetic structure: the effective mating frequency was 1.11 when calculated from within-brood relatedness, and 1.13 when calculated from the number of mates detected in the sperm. Hence, occasional multiple mating by F. paralugubris queens may have no adaptive significance.

Sex-linked genetic markers in the shrews of the Sorex araneus group : from free gene flow to speciation

SUMMARY: The shrews of the Sorex araneus group are morphologically .very similar, but have undergone a spectacular chromosomal evolution. Altogether, the shrews of this group present a complete array of every possible level of chromosomal and genetic differentiation. In South-Western Europe, four species are recognised: S. antiriorii, S. araneus, S. coronatus and S. granarius, which differ essentially by the amount and the composition of Robertsonian metacentric chromosomés. Additionally, several chromosome races of S. araneus are also present in the same region (i.e. Bretolet, Carlit, Cordon, Jura and Vaud). The objective of this thesis was to examine the genetic relationships between populations, races and /or species of the Sorex araneus group with a special emphasis onsex-specific markers (mtDNA and Y chromosome). We first investigate the evolutionary history of the shrews of the Sorex araneus group distributed in the South-Western Europe. The results of. these analyses confirmed the difficulty to draw a single dichotomic tree within this group. Incongruent mtDNA and Y chromosome phylogenies suggest further that genetic and chromosomal evolution are in this group partially independent processes and that the evolutionary history of the south-western European populations of the S. araneus group can only be understood if we consider secondary contacts between taxa, after their divergence (with genetic exchanges by means of hybridization and / or introgression). Using one male-inherited, one female inherited and eight biparentally inherited markers, we investigate the population genetic structure of the Valais shrew (Sorex antinorii). Overall there results suggest that two already well-differentiated genetic lineages colonized the Swiss Alps after the last glacial period and came into contact in the Rhône Valley. After the Valais shrew (Sorex antinorii) reached the Swiss Alps, it came into contact with the common shrew (Sorex araneus). When two species come into contact and hybridize, endogenous counter-selection of hybrids is usually first expressed as a reduced fertility or viability in hybrids of the heterogametic sex, a mechanism know as Haldane's rule (Haldane 1922). We first evaluated the extent of introgression for Y chromosome, mtDNA and autosomal markers in a hybrid zone between S. antinoriii and S. araneus. The overall level of genetic and karyotypic differentiation between the two species must be strong .enough to allow the detection asymmetric introgression. Secondly, we compared the levels of gene flow between chromosome common to both species and chromosome differently rearranged in each of them. We detected a significantly stronger genetic structure in rearranged chromosomes. Over a 10-year period, we even observed a decrease of genetic structure for common chromosomes. These results strongly support the role of chromosomal rearrangements in the reproductive barrier between S. araneus and S. anfinorii. Overall, this thesis underlines the need to use different inherited (paternally, maternally and / or biparentally) and chromosomally located (on common vs. on rearranged chromosomes) markers to obtain more accurate pictures of genetic relationships between populations or species. RÉSUMÉ: Les musaraignes du groupe Sorex araneus sont morphologiquement très proches, mais ont connu une spectaculaire évolution chromosomique. Prises dans leur ensemble, les musaraignes de ce groupe présentent tous les nivaux possibles de différenciation génétique et chromosomique. Dans le sud-ouest de l'Europe, quatre espèces appartenant à ce groupe sont présentes : S. antinorii, S. araneus, S. coronatus et S. granarius. Celles-ci diffèrent essentiellement par leur caryotype dont la variabilité est principalement due à des fusions Robertsoniennes. De plus, plusieurs races chromosomiques appartenant à S. araneus sont aussi présentes dans la même région (i.e. les races Bretolet, Carlit, Cordon, Jura et Vaud). L'objectif de cette thèse était d'examiner les relations génétiques entre populations, races et/ou espèces du groupe S. araneus, en utilisant particulièrement des marqueurs liés aux sexes (ADN mitochondrial et Chromosome Y). Nous avons dans un premier temps retracé l'histoire évolutive des musaraignes de ce groupe dans le sud-ouest de l'Europe. Les résultats dé ces analyses confirment qu'il est difficile de tracer un simple arbre dichotomique au sein de ce groupe. Les arbres phylogénétiques obtenus sur l'ADN mitochondrial et le chromosome Y sont incongruents et suggèrent de plus que l'évolution génétique et chromosomique sont des processus indépendants. L'histoire évolutive -des populations de ce groupe ne peut. être comprise qu'en considérant des contacts secondaires entre taxa postérieure à leur divergence et induisant des échanges génétiques par hybridation et/ou introgression. Par la suite, nous avons examiné la structure génétique des populations de la musaraigne du Valais, S. antinorii, en utilisant un marqueur transmis par les mâles, un marqueur transmis par les femelles et huit marqueurs transmis par les 2 sexes. Nos résultats suggèrent que deux lignées génétiquement bien différenciées aient colonisé les Alpes Suisses, après les dernières glaciations et entrent en contact dans là Vallée du Rhône. Après avoir franchi les Alpes Suisses, la musaraigne du Valais est entrée en contact avec là musaraigne commune (S. araneus). Lorsque deux espèces entrent en contact et s'hybrident, la sélection contre les hybrides implique habituellement une baisse de fertilité ou de viabilité des hybrides du sexe hétérogamétique (i.e. les mâles XY chez les mammifères). Ce mécanisme est connu sous le nom de règle de Haldane (Haldane 1922) et implique une plus forte structuration génétique de marqueurs males - spécifiques que des marqueurs femelles spécifiques. Nous avons donc évalué le degré d'introgression des marqueurs situés sur le chromosome Y, sur l'ADN mitochondrial et sur des autosomes dans une zone hybride entre S. araneus et S. antinorii. Le niveau de différenciation chromosomique et génétique entre les 2 espèces doit être suffisamment fort pour ne pas permettre la détection d'une introgression asymétrique entre les sexes. Dans un second temps, nous avons comparé les niveaux de flux de gênes mesurés à l'échelle du chromosome, pour des chromosomes communs aux deux espèces et pour des chromosomes différemment arrangées dans chacune des deux espèces. Nous avons détecté une structure génétique significativement plus forte sur les chromosomes réarrangés et comme la zone hybride a été étudiée à dix années d'intervalle, nous observons même une diminution de la structure génétique pour les chromosomes communs au cours du temps.. Ces résultats soutiennent fortement l'hypothèse d'un rôle des réarrangements chromosomiques dans l'établissement d'une barrière reproductive entre S. araneus et S. antinorii. Ainsi cette thèse souligne l'utilité d'utiliser des marqueurs génétiques avec différents modes de transmission. (par les mâles, par les femelles et/ou par les 2 sexes) ou localisés au niveau du chromosome (chromosomes communs vs chromosomes réarrangés) afin d'obtenir une image plus juste ou du moins plus complète des relations génétiques entre populations ou espèces.

MDCT arthrography of the hip: value of the adaptive statistical iterative reconstruction technique and potential for radiation dose reduction.

OBJECTIVE: The purpose of this article is to assess the effect of the adaptive statistical iterative reconstruction (ASIR) technique on image quality in hip MDCT arthrography and to evaluate its potential for reducing radiation dose. SUBJECTS AND METHODS: Thirty-seven patients examined with hip MDCT arthrography were prospectively randomized into three different protocols: one with a regular dose (volume CT dose index [CTDIvol], 38.4 mGy) and two with a reduced dose (CTDIvol, 24.6 or 15.4 mGy). Images were reconstructed using filtered back projection (FBP) and four increasing percentages of ASIR (30%, 50%, 70%, and 90%). Image noise and contrast-to-noise ratio (CNR) were measured. Two musculoskeletal radiologists independently evaluated several anatomic structures and image quality parameters using a 4-point scale. They also jointly assessed acetabular labrum tears and articular cartilage lesions. RESULTS: With decreasing radiation dose level, image noise statistically significantly increased (p=0.0009) and CNR statistically significantly decreased (p=0.001). We also found a statistically significant reduction in noise (p=0.0001) and increase in CNR (p≤0.003) with increasing percentage of ASIR; in addition, we noted statistically significant increases in image quality scores for the labrum and cartilage, subchondral bone, overall diagnostic quality (up to 50% ASIR), and subjective noise (p≤0.04), and statistically significant reductions for the trabecular bone and muscles (p≤0.03). Regardless of the radiation dose level, there were no statistically significant differences in the detection and characterization of labral tears (n=24; p=1) and cartilage lesions (n=40; p≥0.89) depending on the ASIR percentage. CONCLUSION: The use of up to 50% ASIR in hip MDCT arthrography helps to reduce radiation dose by approximately 35-60%, while maintaining diagnostic image quality comparable to that of a regular-dose protocol using FBP.

Distinct requirements for activation-induced cell surface expression of preformed Fas/CD95 ligand and cytolytic granule markers in T cells.

Fas (CD95/Apo-1) ligand is a potent inducer of apoptosis and one of the major killing effector mechanisms of cytotoxic T cells. Thus, Fas ligand activity has to be tightly regulated, involving various transcriptional and post-transcriptional processes. For example, preformed Fas ligand is stored in secretory lysosomes of activated T cells, and rapidly released by degranulation upon reactivation. In this study, we analyzed the minimal requirements for activation-induced degranulation of Fas ligand. T cell receptor activation can be mimicked by calcium ionophore and phorbol ester. Unexpectedly, we found that stimulation with phorbol ester alone is sufficient to trigger Fas ligand release, whereas calcium ionophore is neither sufficient nor necessary. The relevance of this process was confirmed in primary CD4(+) and CD8(+) T cells and NK cells. Although the activation of protein kinase(s) was absolutely required for Fas ligand degranulation, protein kinase C or A were not involved. Previous reports have shown that preformed Fas ligand co-localizes with other markers of cytolytic granules. We found, however, that the activation-induced degranulation of Fas ligand has distinct requirements and involves different mechanisms than those of the granule markers CD63 and CD107a/Lamp-1. We conclude that activation-induced degranulation of Fas ligand in cytotoxic lymphocytes is differently regulated than other classical cytotoxic granule proteins.

The adaptive function of melanin-based coloration in the tawny owl (Strix aluco) ; the proximate role of the melanocortin system

Colour polymorphism is common in wild population. One of the main questioning of evolutionary biologists is to understand how different colour variants could have evolved and be maintained in fluctuating environments, a selective process that forces individuals to constantly adapt their strategies in order to survive. This issue is particularly true for traits that are genetically inherited. Natural selection erodes genotypes with lowest fitness (less adapted), reducing in turn global genetic variation within population. In this context, the study of the evolution and maintenance of melanin- based coloration is relevant since inter-individual variation in the deposition of these pigments is common in animal and plant kingdoms and is under strong genetic control. In this thesis, I focus on the specific case of the tawny owl (Strix aluco), a species displaying continuous variation in reddish pheomelanin-based coloration. Interestingly, empirical studies highlighted covariations between melanin-based coloration and important behavioural, physiological and life history traits. Recently, a genetic model pointed out the melanocortin system and their pleiotropic effects as a potential regulator of these covariations. Accordingly, this PhD thesis further investigates colour-specific behavioural, physiological, or life history strategies, while examining the proximate mechanisms underlying these reaction norms. We found that differently coloured tawny owls differently resolve fundamental trade-off between offspring number and quality (Chapter 1), light melanic individuals producing many low- quality offspring and dark, melanic ones producing few high-quality offspring. These reproductive strategies are likely to induce alternative physiological constraints. Indeed, we demonstrated that light melanic individuals produced higher levels of reactive oxygen species (ROS, Chapter 2), but also expressed higher levels of antioxidant (GSH, Chapters 2 & 3). Interestingly, we showed that light melanic breeding females could modulate their POMC prohormone levels according to the environmental conditions, while dark reddish ones produced constant levels of this prohormone {Chapter 4). Finally, we highlighted colour-specific patterns of prohormone convertase 1 (PCI) gene expression (Chapter 5), an enzyme responsible for POMC prohormone processing to ACTH and a- MSH, for instance. Altogether, these results provide strong evidence of colour-specific strategies, light and melanic tawny owls better coping with stressful and relaxed environments, respectively. Variation in melanin-based coloration is likely to be maintained by the heterogeneity of our study area and strong environmental stochasticity within and between years, these process favouring differently coloured tawny owls at different periods of time. From a proximate point of view, this PhD thesis supports the hypothesis that covariations between phenotypic traits and melanin-based coloration stems from the melanocortin system, especially the fundamental role of POMC gene expression and its processing to melanocortin peptides. - Le polymorphisme de couleur est une variation phénotypique très fréquente dans la nature. En biologie évolutive, une des problématiques clés est donc de comprendre comment différent morphes de couleur peuvent être apparus et maintenus au cours du temps dans des environnements aussi variables que les nôtres, surtout que ces fluctuations forcent ces morphes à s'adapter constamment pour assurer leur survie. Cette thématique est particulièrement réelle lorsque les variations phénotypiques sont héréditaires et donc sous forte influence génétique. La sélection naturelle a en effet le pouvoir d'éroder rapidement la variation génétique en éliminant les génotypes mal adaptés. Dans ce sens, l'étude de l'évolution, et de la maintenance de la coloration mélanique est donc tout à fait pertinente car la variation de coloration entre individus est très répandue à travers les règnes animal et végétal et sous forte influence génétique. Dans cette thèse, je me suis concentré sur le cas spécifique de la chouette hulotte (Strix aluco), une espèce présentant une variation continue dans la déposition de pigments pheomélaniques roux. De précédentes études ont déjà montré que cette variation de coloration était associée avec des variations de traits comportementaux, physiologiques ou d'histoire de vie. Récemment, une étude a souligné l'importance du système des mélanocortines et de leurs effets pléiotropes dans la régulation de ces covariations. En conséquence, cette thèse de doctoral a pour but d'étudier un peu plus les stratégies comportementales, physiologiques ou d'histoire de vie spécifiques à chaque morphe de couleur, tout en examinant un peu plus les mécanismes proximaux potentiellement à la base de ces normes de réactions. Nous constatons tout d'abord que les morphes de couleurs étaient associés à différentes stratégies dans la résolution de compromis telle que la production de beaucoup de jeunes ou des jeunes de qualité (Chapitre 1). Les morphes gris (dit peu mélaniques) ont tendance à produire beaucoup de jeunes mains de moindre qualité, alors que les morphes roux (dit fortement mélaniques) produisent moins de jeunes mais de meilleure qualité. Ces stratégies sont susceptibles alors d'induire certaines contraintes physiologiques. Par exemple, nous montrons que les morphes gris produisent plus de dérivés réactifs de l'oxygène (ROS, Chapitre 2), mais aussi plus d'antioxydants (GSH, Chapitres 2 & 3). Nous montrons ensuite que les femelles grises ont une plus grande capacité à moduler leur niveau de POMC prohormone dans le sang en fonction des conditions environnementales, alors que les femelles rousses gardent un niveau constant (Chapitre 4). Finalement, nous démontrons que les patterns d'expression du gène codant pour la prohormone convertase 1 varient chez des jeunes issus de parents gris ou roux (Chapitre 5). Ceci est particulièrement intéressant car cette enzyme permet de scinder la POMC prohormone en plusieurs peptides importants tels que l'ACTH ou l'a-MSH. En conclusion, ces résultats démontrent qu'il y a bel et bien des stratégies évolutives différentes entre les morphes de couleurs, les chouettes hulottes grises et rousses étant respectivement plus adaptés à des environnements stressants ou favorables. L'hétérogénéité de notre zone d'étude et la stochasticité environnementale qui caractérise ses habitats pourraient donc agir comme une source de sélection temporelle, laquelle favoriserait les différents morphes de couleurs à diverses périodes. D'un point de vue plus proximale maintenant, cette thèse de doctorat soutient l'hypothèse que les covariations observées entre la coloration mélanique et des traits phénotypiques importants sont modulées par les effets pléiotropes du système des mélanocortines, et met en avant le rôle prépondérant que pourrait jouer l'expression du gène POMC et sa post traduction en mélanocortines.

Pulse wave amplitude drops during sleep are reliable surrogate markers of changes in cortical activity

Rapport de synthèseLe syndrome d'apnées obstructives du sommeil (SAOS) est une pathologie respiratoire fréquente. Sa prévalence est estimée entre 2 et 5% de la population adulte générale. Ses conséquences sont importantes. Notamment, une somnolence diurne, des troubles de la concentration, des troubles de la mémoire et une augmentation du risque d'accident de la route et du travail. Il représente également un facteur de risque cardiovasculaire indépendant.Ce syndrome est caractérisé par la survenue durant le sommeil d'obstructions répétées des voies aériennes supérieures. L'arrêt ou la diminution d'apport en oxygène vers les poumons entraîne des épisodes de diminution de la saturation en oxygène de l'hémoglobine. Les efforts ventilatoires visant à lever l'obstacle présent sur les voies aériennes causent de fréquents réveils à l'origine d'une fragmentation du sommeil.La polysomnographie (PSG) représente le moyen diagnostic de choix. Il consiste en l'enregistrement dans un laboratoire du sommeil et en présence d'un technicien diplômé, du tracé électroencéphalographique (EEG), de l'électrooculogramme (EOG), de l'électromyogramme mentonnier (EMG), du flux respiratoire nasal, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de l'électrocardiogramme (ECG), des mouvements thoraciques et abdominaux, de la position du corps et des mouvements des jambes. L'examen est filmé par caméra infrarouge et les sons sont enregistrés.Cet examen permet entre autres mesures, de déterminer les événements respiratoires obstructifs nécessaires au diagnostic de syndrome d'apnée du sommeil. On définit une apnée lors d'arrêt complet du débit aérien durant au moins 10 secondes et une hypopnée en cas, soit de diminution franche de l'amplitude du flux respiratoire supérieure à 50% durant au moins 10 secondes, soit de diminution significative (20%) de l'amplitude du flux respiratoire pendant au minimum 10 secondes associée à un micro-éveil ou à une désaturation d'au moins 3% par rapport à la ligne de base. La détection des micro-éveils se fait en utilisant les dérivations électroencéphalographiques, électromyographiques et électrooculographiques. Il existe des critères visuels de reconnaissance de ces éveils transitoire: apparition de rythme alpha (8.1 à 12.0 Hz) ou beta (16 à 30 Hz) d'une durée supérieure à 3 secondes [20-21].Le diagnostic de S AOS est retenu si l'on retrouve plus de 5 événements respiratoires obstructifs par heure de sommeil associés soit à une somnolence diurne évaluée selon le score d'Epworth ou à au moins 2 symptômes parmi les suivants: sommeil non réparateur, étouffements nocturne, éveils multiples, fatigue, troubles de la concentration. Le S AOS est gradué en fonction du nombre d'événements obstructifs par heure de sommeil en léger (5 à 15), modéré (15 à 30) et sévère (>30).La polysomnographie (PSG) comporte plusieurs inconvénients pratiques. En effet, elle doit être réalisée dans un laboratoire du sommeil avec la présence permanente d'un technicien, limitant ainsi son accessibilité et entraînant des délais diagnostiques et thérapeutiques. Pour ces mêmes raisons, il s'agit d'un examen onéreux.La polygraphie respiratoire (PG) représente l'alternative diagnostique au gold standard qu'est l'examen polysomnographique. Cet examen consiste en l'enregistrement en ambulatoire, à savoir au domicile du patient, du flux nasalrespiratoire, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de la position du corps et du ronflement (par mesure de pression).En raison de sa sensibilité et sa spécificité moindre, la PG reste recommandée uniquement en cas de forte probabilité de SAOS. Il existe deux raisons principales à l'origine de la moindre sensibilité de l'examen polygraphique. D'une part, du fait que l'état de veille ou de sommeil n'est pas déterminé avec précision, il y a dilution des événements respiratoires sur l'ensemble de l'enregistrement et non sur la période de sommeil uniquement. D'autre part, en l'absence de tracé EEG, la quantification des micro-éveils est impossible. Il n'est donc pas possible dans l'examen poly graphique, de reconnaître une hypopnée en cas de diminution de flux respiratoire de 20 à 50% non associée à un épisode de désaturation de l'hémoglobine de 3% au moins. Alors que dans l'examen polysomnographique, une telle diminution du flux respiratoire pourrait être associée à un micro-éveil et ainsi comptabilisée en tant qu'hypopnée.De ce constat est né la volonté de trouver un équivalent de micro-éveil en polygraphie, en utilisant les signaux à disposition, afin d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique.Or plusieurs études ont démontrés que les micro-éveils sont associés à des réactions du système nerveux autonome. Lors des micro-éveils, on met en évidence la survenue d'une vasoconstriction périphérique. La variation du tonus sympathique associée aux micro-éveils peut être mesurée par différentes méthodes. Les variations de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie représentant un marqueur fiable de la vasoconstriction périphérique associée aux micro-réveils, il paraît donc opportun d'utiliser ce marqueur autonomique disponible sur le tracé des polygraphies ambulatoires afin de renforcer la sensibilité de cet examen.Le but de l'étude est d'évaluer la sensibilité des variations de l'amplitude de l'onde de pouls pour détecter des micro-réveils corticaux afin de trouver un moyen d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique et de renforcer ainsi sont pouvoir diagnostic.L'objectif est de démontrer qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde pouls est concomitante à une activation corticale correspondant à un micro¬réveil. Cette constatation pourrait permettre de déterminer une hypopnée, en polygraphie, par une diminution de 20 à 50% du flux respiratoire sans désaturation de 3% mais associée à une baisse significative de l'amplitude de pouls en postulant que l'événement respiratoire a entraîné un micro-réveil. On retrouve par cette méthode les mêmes critères de scoring d'événements respiratoires en polygraphie et en polysomnographie, et l'on renforce la sensibilité de la polygraphie par rapport au gold standard polysomnographique.La méthode consiste à montrer en polysomnographie qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie est associée à une activation du signal électroencéphalographique, en réalisant une analyse spectrale du tracé EEG lors des baisses d'amplitude du signal d'onde de pouls.Pour ce faire nous avons réalisé une étude rétrospective sur plus de 1000 diminutions de l'amplitude de l'onde de pouls sur les tracés de 10 sujets choisis de manière aléatoire parmi les patients référés dans notre centre du sommeil (CIRS) pour suspicion de trouble respiratoire du sommeil avec somnolence ou symptomatologie diurne.Les enregistrements nocturnes ont été effectués de manière standard dans des chambres individuelles en utilisant le système d'acquisition Embla avec l'ensemble des capteurs habituels. Les données ont été par la suite visuellement analysées et mesurées en utilisant le software Somnologica version 5.1, qui fournit un signal de l'amplitude de l'onde de pouls (puise wave amplitude - PWA).Dans un premier temps, un technicien du sommeil a réalisé une analyse visuelle du tracé EEG, en l'absence des données du signal d'amplitude d'onde de pouls. Il a déterminé les phases d'éveil et de sommeil, les stades du sommeil et les micro¬éveils selon les critères standards. Les micro-éveils sont définis lors d'un changement abrupt dans la fréquence de l'EEG avec un pattern d'ondes thêta-alpha et/ou une fréquence supérieure à 16 Hz (en l'absence de fuseau) d'une durée d'au minimum trois secondes. Si cette durée excède quinze secondes, l'événement correspond à un réveil.Puis, deux investigateurs ont analysé le signal d'amplitude d'onde de pouls, en masquant les données du tracé EEG qui inclut les micro-éveils. L'amplitude d'onde de pouls est calculée comme la différence de valeur entre le zénith et le nadir de l'onde pour chaque cycle cardiaque. Pour chaque baisse de l'amplitude d'onde de pouls, la plus grande et la plus petite amplitude sont déterminées et le pourcentage de baisse est calculé comme le rapport entre ces deux amplitudes. On retient de manière arbitraire une baisse d'au moins 20% comme étant significative. Cette limite a été choisie pour des raisons pratiques et cliniques, dès lors qu'elle représentait, à notre sens, la baisse minimale identifiable à l'inspection visuelle. Chaque baisse de PWA retenue est divisée en 5 périodes contiguës de cinq secondes chacune. Deux avant, une pendant et deux après la baisse de PWA.Pour chaque période de cinq secondes, on a pratiqué une analyse spectrale du tracé EEG correspondant. Le canal EEG C4-A1 est analysé en utilisant la transformée rapide de Fourier (FFT) pour chaque baisse de PWA et pour chaque période de cinq secondes avec une résolution de 0.2 Hz. La distribution spectrale est catégorisée dans chaque bande de fréquence: delta (0.5 à 4.0 Hz); thêta (4.1 à 8.0Hz); alpha (8.1 à 12.0 Hz); sigma (12.1 à 16 Hz) et beta (16.1 à 30.0 Hz). La densité de puissance (power density, en μΥ2 ) pour chaque bande de fréquence a été calculée et normalisée en tant que pourcentage de la puissance totale. On a déterminé, ensuite, la différence de densité de puissance entre les 5 périodes par ANOVA on the rank. Un test post hoc Tukey est été utilisé pour déterminer si les différences de densité de puissance étaient significatives. Les calculs ont été effectués à l'aide du software Sigmastat version 3.0 (Systat Software San Jose, California, USA).Le principal résultat obtenu dans cette étude est d'avoir montré une augmentation significative de la densité de puissance de l'EEG pour toutes les bandes de fréquence durant la baisse de l'amplitude de l'onde de pouls par rapport à la période avant et après la baisse. Cette augmentation est par ailleurs retrouvée dans la plupart des bande de fréquence en l'absence de micro-réveil visuellement identifié.Ce résultat témoigné donc d'une activation corticale significative associée à la diminution de l'onde de pouls. Ce résulat pourrait permettre d'utiliser les variations de l'onde de pouls dans les tracés de polygraphie comme marqueur d'une activation corticale. Cependant on peut dire que ce marqueur est plus sensible que l'analyse visuelle du tracé EEG par un technicien puisque qu'on notait une augmentation de lactivité corticale y compris en l'absence de micro-réveil visuellement identifié. L'application pratique de ces résultats nécessite donc une étude prospective complémentaire.