Transcriptional response to cardiac injury in the zebrafish: systematic identification of genes with highly concordant activity across in vivo models.

BACKGROUND: Zebrafish is a clinically-relevant model of heart regeneration. Unlike mammals, it has a remarkable heart repair capacity after injury, and promises novel translational applications. Amputation and cryoinjury models are key research tools for understanding injury response and regeneration in vivo. An understanding of the transcriptional responses following injury is needed to identify key players of heart tissue repair, as well as potential targets for boosting this property in humans. RESULTS: We investigated amputation and cryoinjury in vivo models of heart damage in the zebrafish through unbiased, integrative analyses of independent molecular datasets. To detect genes with potential biological roles, we derived computational prediction models with microarray data from heart amputation experiments. We focused on a top-ranked set of genes highly activated in the early post-injury stage, whose activity was further verified in independent microarray datasets. Next, we performed independent validations of expression responses with qPCR in a cryoinjury model. Across in vivo models, the top candidates showed highly concordant responses at 1 and 3 days post-injury, which highlights the predictive power of our analysis strategies and the possible biological relevance of these genes. Top candidates are significantly involved in cell fate specification and differentiation, and include heart failure markers such as periostin, as well as potential new targets for heart regeneration. For example, ptgis and ca2 were overexpressed, while usp2a, a regulator of the p53 pathway, was down-regulated in our in vivo models. Interestingly, a high activity of ptgis and ca2 has been previously observed in failing hearts from rats and humans. CONCLUSIONS: We identified genes with potential critical roles in the response to cardiac damage in the zebrafish. Their transcriptional activities are reproducible in different in vivo models of cardiac injury.

Evaluation of tumour vascularisation in two rat sarcoma models for studying isolated lung perfusion. Injection route determines the origin of tumour vessels.

Isolated cytostatic lung perfusion (ILP) is an attractive technique allowing delivery of a high-dose of cytostatic agents to the lungs while limiting systemic toxicity. In developing a rat model of ILP, we have analysed the effect of the route of tumour cell injection on the source of tumour vessels. Pulmonary sarcomas were established by injecting a sarcoma cell suspension either by the intravenous (i.v.) route or directly into the lung parenchyma. Ink perfusion through either pulmonary artery (PA) or bronchial arteries (BA) was performed and the characteristics of the tumour deposits defined. i.v. and direct injection methods induced pulmonary sarcoma nodules, with similar histological features. The intraparenchymal injection of tumour cells resulted in more reliable and reproducible tumour growth and was associated with a longer survival of the animals. i.v. injected tumours developed a PA-derived vascular tree whereas directly injected tumours developed a BA-derived vasculature.

Dimensionality of the Rosenberg self-esteem scale and its relationships with the three- and five-factor personality models

The authors investigated the dimensionality of the French version of the Rosenberg Self-Esteem Scale (RSES; Rosenberg, 1965) using confirmatory factor analysis. We tested models of 1 or 2 factors. Results suggest the RSES is a 1-dimensional scale with 3 highly correlated items. Comparison with the Revised NEO-Personality Inventory (NEO-PI-R; Costa, McCrae, & Rolland, 1998) demonstrated that Neuroticism correlated strongly and Extraversion and Conscientiousness moderately with the RSES. Depression accounted for 47% of the variance of the RSES. Other NEO-PI-R facets were also moderately related with self-esteem.

ADOS: an educational primary prevention programme for preventing excess body weight in adolescents.

OBJECTIVE: The prevalence of adolescent obesity has increased considerably over the past decade in Switzerland and has become a serious public health problem in Europe. Prevention of obesity using various comprehensive programmes appears to be very promising, although we must admit that several interventions had generally disappointing results compared with the objectives and target initially fixed. Holistic programmes including nutritional education combined with promotion of physical activity and behaviour modification constitute the key factors in the prevention of childhood and adolescent obesity. The purpose of this programme was to incorporate nutrition/physical education as well as psychological aspects in selected secondary schools (9th grade, 14-17 years). METHODS: The educational strategy was based on the development of a series of 13 practical workshops covering wide areas such as physical inactivity, body composition, sugar, energy density, invisible lipids, how to read food labels, is meal duration important? Do you eat with pleasure or not? Do you eat because you are hungry? Emotional eating. For teachers continuing education, a basic highly illustrated guide was developed as a companion booklet to the workshops. These materials were first validated by biology, physical education, dietician and psychologist teachers as well as school medical officers. RESULTS: Teachers considered the practical educational materials innovative and useful, motivational and easy to understand. Up to now (early 2008), the programme has been implemented in 50 classes or more from schools originating from three areas in the French part of Switzerland. Based on the 1-week pedometer value assessed before and after the 1 school-year programme, an initial evaluation indicated that overall physical placidity was significantly decreased as evidenced by a significant rise in the number of steps per day. CONCLUSION: Future evaluation will provide more information on the effectiveness of the ADOS programme.

Identification of particular groups of microRNAs that positively or negatively impact on beta cell function in obese models of type 2 diabetes.

AIMS/HYPOTHESIS: MicroRNAs are key regulators of gene expression involved in health and disease. The goal of our study was to investigate the global changes in beta cell microRNA expression occurring in two models of obesity-associated type 2 diabetes and to assess their potential contribution to the development of the disease. METHODS: MicroRNA profiling of pancreatic islets isolated from prediabetic and diabetic db/db mice and from mice fed a high-fat diet was performed by microarray. The functional impact of the changes in microRNA expression was assessed by reproducing them in vitro in primary rat and human beta cells. RESULTS: MicroRNAs differentially expressed in both models of obesity-associated type 2 diabetes fall into two distinct categories. A group including miR-132, miR-184 and miR-338-3p displays expression changes occurring long before the onset of diabetes. Functional studies indicate that these expression changes have positive effects on beta cell activities and mass. In contrast, modifications in the levels of miR-34a, miR-146a, miR-199a-3p, miR-203, miR-210 and miR-383 primarily occur in diabetic mice and result in increased beta cell apoptosis. These results indicate that obesity and insulin resistance trigger adaptations in the levels of particular microRNAs to allow sustained beta cell function, and that additional microRNA deregulation negatively impacting on insulin-secreting cells may cause beta cell demise and diabetes manifestation. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: We propose that maintenance of blood glucose homeostasis or progression toward glucose intolerance and type 2 diabetes may be determined by the balance between expression changes of particular microRNAs.

PSMA-Specific CAR-Engineered T Cells Eradicate Disseminated Prostate Cancer in Preclinical Models.

Immunology-based interventions have been proposed as a promising curative chance to effectively attack postoperative minimal residual disease and distant metastatic localizations of prostate tumors. We developed a chimeric antigen receptor (CAR) construct targeting the human prostate-specific membrane antigen (hPSMA), based on a novel and high affinity specific mAb. As a transfer method, we employed last-generation lentiviral vectors (LV) carrying a synthetic bidirectional promoter capable of robust and coordinated expression of the CAR molecule, and a bioluminescent reporter gene to allow the tracking of transgenic T cells after in vivo adoptive transfer. Overall, we demonstrated that CAR-expressing LV efficiently transduced short-term activated PBMC, which in turn were readily stimulated to produce cytokines and to exert a relevant cytotoxic activity by engagement with PSMA+ prostate tumor cells. Upon in vivo transfer in tumor-bearing mice, CAR-transduced T cells were capable to completely eradicate a disseminated neoplasia in the majority of treated animals, thus supporting the translation of such approach in the clinical setting.

Violent adolescents and their educational environment : a multilevel analysis ; et, Youths carrying a weapon or using a weapon in a fight : what makes the difference ?

Rapport de synthèse : Cette recherche s'intéresse (1) au port et à l'utilisation d'armes chez les adolescents ainsi que (2) aux rôles des facteurs environnementaux et individuels dans la violence juvénile. Les données étaient tirés de SMASH 2002 (Swiss multicenter adolescent survey on health 2002), étude dans laquelle un échantillon représentatif de 7548 étudiants et apprentis âgés entre 16 et 20 ans vivant en Suisse ont été interrogés Dans une première étude, les adolescents ayant porté une arme (couteau, masse, coup de poing américain, pistolet/autre arme à feu, spray) durant l'année précédant l'enquête étaient comparés avec ceux n'ayant pas porté d'arme. Ensuite, dans le sous-échantillon de porteurs d'armes, ceux ayant uniquement porté l'arme étaient comparés avec ceux ayant utilisé une arme dans une bagarre. Des facteurs individuels, familiaux, scolaires et sociaux ont été étudiés à l'aide d'analyses bivariées et multivariées. 13.7% des jeunes vivant en Suisse ont porté une arme dans l'année précédant l'enquête. 6.2% des filles porteuses d'armes et 19.9% des garçons porteurs d'armes ont fait usage de l'arme dans une bagarre. Chez les garçons et chez les filles, les porteurs d'armes étaient plus souvent délinquants et victimes de violence physique. Les garçons porteurs d'armes étaient plus souvent des apprentis, à la recherche de sensations fortes, porteurs de tatouages, avaient une mauvaise relation avec leurs parents, étaient dans des bagarres sous l'influence de substances, et avaient des relations sexuelles à risque. En comparaison avec les porteuses d'armes, les filles utilisatrices d'armes étaient plus souvent fumeuses quotidiennes. Les garçons ayant utilisé leur arme étaient plus souvent nés à l'étranger, vivaient dans un milieu urbain, étaient des apprentis, avaient un mauvais contexte scolaire, avaient des relations sexuelles à risque et étaient impliqués dans des bagarres sous l'influence de substances. Nos résultats montrent que porter une arme est un comportement relativement fréquent chez les adolescents vivant en Suisse et qu'une proportion non négligeable de ces porteurs d'armes ont utilisé l'arme dans une bagarre. De ce fait, une discussion sur le port d'arme devrait être incluse dans l'entretien clinique ainsi que dans les programmes de prévention visant les adolescents. Dans une deuxième étude, la violence juvénile était définie comme présente si l'adolescent avait commis au moins un des quatre délits suivants durant l'année précédant l'enquête: attaquer un adulte, arracher ou voler quelque chose, porter une arme ou utiliser une arme dans une bagarre. Des niveaux écologiques étaient testés et résultaient en un modèle à trois niveaux pour les garçons (niveau individuel, niveau classe et niveau école) et, à cause d'une faible prévalence de la violence chez les filles, en un modèle à un niveau (individuel) pour les filles. Des variables dépendantes étaient attribuées à chaque niveau, en se basant sur la littérature. Le modèle multiniveaux des garçons montrait que le niveau école (10%) et le niveau classe (24%) comptaient pour plus d'un tiers de la variance inter-individuelle dans le comportement violent. Les facteurs associés à ce comportement chez les filles étaient être victime de violence physique et la recherche de sensations fortes. Pour les garçons, les facteurs explicatifs de la violence étaient pratiquer des relations sexuelles à risque, être à la recherche de sensations fortes, être victime de violence physique, avoir une mauvaise relation avec les parents, être déprimé et vivre dans une famille monoparentale au niveau individuel, la violence et les actes antisociaux au niveau de la classe et être apprenti au niveau de l'école. Des interventions au niveau de la classe ainsi qu'un règlement explicit en ce qui concerne la violence et d'autres comportements à risque dans des écoles devraient être prioritaires pour la prévention de la violence chez les adolescents. En outre, la prévention devrait tenir compte des différences entre les sexes.

Combining food web and species distribution models for improved community projections

The ability to model biodiversity patterns is of prime importance in this era of severe environmental crisis. Species assemblage along environmental gradient is subject to the interplay of biotic interactions in complement to abiotic environmental filtering. Accounting for complex biotic interactions for a wide array of species remains so far challenging. Here, we propose to use food web models that can infer the potential interaction links between species as a constraint in species distribution models. Using a plant-herbivore (butterfly) interaction dataset, we demonstrate that this combined approach is able to improve both species distribution and community forecasts. Most importantly, this combined approach is very useful in rendering models of more generalist species that have multiple potential interaction links, where gap in the literature may be recurrent. Our combined approach points a promising direction forward to model the spatial variation of entire species interaction networks. Our work has implications for studies of range shifting species and invasive species biology where it may be unknown how a given biota might interact with a potential invader or in future climate.

Ichthyosen : Pathophysiologische Modelle der epidermalen Differenzierung [The ichthyoses : Pathophysiological models of epidermal differentiation].

The ichthyoses are a heterogeneous group of monogenetically inherited disorders of cornification, and characterized clinically by scaling or hyperkeratosis. Historically, they were classified by clinical features and inheritance patterns. As a result of the recent molecular biological revolution, the ichthyoses are now recognized as comprising many diverse entities. Importantly, identical phenotypes may be caused by mutations in multiple genes, while mutations in a single gene may result in multiple and sometimes widely divergent phenotypes. The considerable complexity of this clinically and genetically heterogeneous group of disorders has prompted the need for a new classification. A classification that uses terminology based on a combination of the clinical and molecular genetic details, for instance loricrin keratoderma, is desirable. In this chapter we will use in principle the nosology adopted recently by an international group of experts at the First Ichthyosis Consensus Conference in Sorèz, France.

Towards the validation of "in silico" models and physicochemical filters to identify and characterize new chemical entities

Summary: Lipophilicity plays an important role in the determination and the comprehension of the pharmacokinetic behavior of drugs. It is usually expressed by the partition coefficient (log P) in the n-octanol/water system. The use of an additional solvent system (1,2-dichlorethane/water) is necessary to obtain complementary information, as the log Poct values alone are not sufficient to explain ail biological properties. The aim of this thesis is to develop tools allowing to predict lipophilicity of new drugs and to analyze the information yielded by those log P values. Part I presents the development of theoretical models used to predict lipophilicity. Chapter 2 shows the necessity to extend the existing solvatochromic analyses in order to predict correctly the lipophilicity of new and complex neutral compounds. In Chapter 3, solvatochromic analyses are used to develop a model for the prediction of the lipophilicity of ions. A global model was obtained allowing to estimate the lipophilicity of neutral, anionic and cationic solutes. Part II presents the detailed study of two physicochemical filters. Chapter 4 shows that the Discovery RP Amide C16 stationary phase allows to estimate lipophilicity of the neutral form of basic and acidic solutes, except of lipophilic acidic solutes. Those solutes present additional interactions with this particular stationary phase. In Chapter 5, 4 different IANI stationary phases are investigated. For neutral solutes, linear data are obtained whatever the IANI column used. For the ionized solutes, their retention is due to a balance of electrostatic and hydrophobie interactions. Thus no discrimination is observed between different series of solutes bearing the same charge, from one column to an other. Part III presents two examples illustrating the information obtained thanks to Structure-Properties Relationships (SPR). Comparing graphically lipophilicity values obtained in two different solvent systems allows to reveal the presence of intramolecular effects .such as internai H-bond (Chapter 6). SPR is used to study the partitioning of ionizable groups encountered in Medicinal Chemistry (Chapter7). Résumé La lipophilie joue un .rôle important dans la détermination et la compréhension du comportement pharmacocinétique des médicaments. Elle est généralement exprimée par le coefficient de partage (log P) d'un composé dans le système de solvants n-octanol/eau. L'utilisation d'un deuxième système de solvants (1,2-dichloroéthane/eau) s'est avérée nécessaire afin d'obtenir des informations complémentaires, les valeurs de log Poct seules n'étant pas suffisantes pour expliquer toutes les propriétés biologiques. Le but de cette thèse est de développer des outils permettant de prédire la lipophilie de nouveaux candidats médicaments et d'analyser l'information fournie par les valeurs de log P. La Partie I présente le développement de modèles théoriques utilisés pour prédire la lipophilie. Le chapitre 2 montre la nécessité de mettre à jour les analyses solvatochromiques existantes mais inadaptées à la prédiction de la lipophilie de nouveaux composés neutres. Dans le chapitre 3, la même méthodologie des analyses solvatochromiques est utilisée pour développer un modèle permettant de prédire la lipophilie des ions. Le modèle global obtenu permet la prédiction de la lipophilie de composés neutres, anioniques et cationiques. La Partie II présente l'étude approfondie de deux filtres physicochimiques. Le Chapitre 4 montre que la phase stationnaire Discovery RP Amide C16 permet la détermination de la lipophilie de la forme neutre de composés basiques et acides, à l'exception des acides très lipophiles. Ces derniers présentent des interactions supplémentaires avec cette phase stationnaire. Dans le Chapitre 5, 4 phases stationnaires IAM sont étudiées. Pour les composés neutres étudiés, des valeurs de rétention linéaires sont obtenues, quelque que soit la colonne IAM utilisée. Pour les composés ionisables, leur rétention est due à une balance entre des interactions électrostatiques et hydrophobes. Donc aucune discrimination n'est observée entre les différentes séries de composés portant la même charge d'une colonne à l'autre. La Partie III présente deux exemples illustrant les informations obtenues par l'utilisation des relations structures-propriétés. Comparer graphiquement la lipophilie mesurée dans deux différents systèmes de solvants permet de mettre en évidence la présence d'effets intramoléculaires tels que les liaisons hydrogène intramoléculaires (Chapitre 6). Cette approche des relations structures-propriétés est aussi appliquée à l'étude du partage de fonctions ionisables rencontrées en Chimie Thérapeutique (Chapitre 7) Résumé large public Pour exercer son effet thérapeutique, un médicament doit atteindre son site d'action en quantité suffisante. La quantité effective de médicament atteignant le site d'action dépend du nombre d'interactions entre le médicament et de nombreux constituants de l'organisme comme, par exemple, les enzymes du métabolisme ou les membranes biologiques. Le passage du médicament à travers ces membranes, appelé perméation, est un paramètre important à optimiser pour développer des médicaments plus puissants. La lipophilie joue un rôle clé dans la compréhension de la perméation passive des médicaments. La lipophilie est généralement exprimée par le coefficient de partage (log P) dans le système de solvants (non miscibles) n-octanol/eau. Les valeurs de log Poct seules se sont avérées insuffisantes pour expliquer la perméation à travers toutes les différentes membranes biologiques du corps humain. L'utilisation d'un système de solvants additionnel (le système 1,2-dichloroéthane/eau) a permis d'obtenir les informations complémentaires indispensables à une bonne compréhension du processus de perméation. Un grand nombre d'outils expérimentaux et théoriques sont à disposition pour étudier la lipophilie. Ce travail de thèse se focalise principalement sur le développement ou l'amélioration de certains de ces outils pour permettre leur application à un champ plus large de composés. Voici une brève description de deux de ces outils: 1)La factorisation de la lipophilie en fonction de certaines propriétés structurelles (telle que le volume) propres aux composés permet de développer des modèles théoriques utilisables pour la prédiction de la lipophilie de nouveaux composés ou médicaments. Cette approche est appliquée à l'analyse de la lipophilie de composés neutres ainsi qu'à la lipophilie de composés chargés. 2)La chromatographie liquide à haute pression sur phase inverse (RP-HPLC) est une méthode couramment utilisée pour la détermination expérimentale des valeurs de log Poct.

Glioprotective impact of cell-permeable peptides in preclinical models of amyotrophic lateral sclerosis

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disorder characterized by progressive degeneration of upper and lower motor neurons. It is mostly sporadic, but about 2% of cases are associated with mutations in the gene encoding the enzyme superoxide dismutase 1 (SOD1). A major constraint to the comprehension of the pathogenesis of ALS has been long represented by the conviction that this disorder selectively affects motor neurons in a cell-autonomous manner. However, the failure to identify the events underlying the neurodegenerative process and the increased knowledge of the complex cellular interactions necessary for the correct functioning of the CNS has recently focused the attention on the contribution to neurodegeneration of glial cells, including astrocytes. Astrocytes can hurt motor neurons directly by secreting neurotoxic factors, but they can also play a deleterious role indirectly by losing functions that are supportive for neurons. Recently, we reported that a subpopulation of astrocytes degenerates in the spinal cord of hSOD1G93A transgenic mouse model of ALS. Mechanistic studies in cultured astrocytes revealed that such effect is mediated by the excitatory amino acid glutamate.On the bsis of these observations, we next used the established cell culture model as a tool to screen the glioprotective effect of innovative drugs, namely cell-permeable therapeutics. These consist of peptidic effector moieties coupled to the selective intracellular peptide transporter TAT protein. We initially validated the usefulness of these molecules demonstrating that a control fluorescent peptide enters astrocytes in culture and is retained within the cells up to 24-48 h, according to the timing of our cytotoxicity experiments. We then tested the impact of specific intracellular peptides with antiapoptotic properties on glutamate-treated hSOD1G93A- expressing astrocytes and we identified one molecule that protects the cells from death. Chronic treatment of ALS mice with this peptide had a positive impact on the outcome of the disease.

Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

Evolutionary and convergence stability for continuous phenotypes in finite populations derived from two-allele models.

The evolution of a quantitative phenotype is often envisioned as a trait substitution sequence where mutant alleles repeatedly replace resident ones. In infinite populations, the invasion fitness of a mutant in this two-allele representation of the evolutionary process is used to characterize features about long-term phenotypic evolution, such as singular points, convergence stability (established from first-order effects of selection), branching points, and evolutionary stability (established from second-order effects of selection). Here, we try to characterize long-term phenotypic evolution in finite populations from this two-allele representation of the evolutionary process. We construct a stochastic model describing evolutionary dynamics at non-rare mutant allele frequency. We then derive stability conditions based on stationary average mutant frequencies in the presence of vanishing mutation rates. We find that the second-order stability condition obtained from second-order effects of selection is identical to convergence stability. Thus, in two-allele systems in finite populations, convergence stability is enough to characterize long-term evolution under the trait substitution sequence assumption. We perform individual-based simulations to confirm our analytic results.