Additive functions in boolean models of gene regulatory network modules.

Gene-on-gene regulations are key components of every living organism. Dynamical abstract models of genetic regulatory networks help explain the genome's evolvability and robustness. These properties can be attributed to the structural topology of the graph formed by genes, as vertices, and regulatory interactions, as edges. Moreover, the actual gene interaction of each gene is believed to play a key role in the stability of the structure. With advances in biology, some effort was deployed to develop update functions in Boolean models that include recent knowledge. We combine real-life gene interaction networks with novel update functions in a Boolean model. We use two sub-networks of biological organisms, the yeast cell-cycle and the mouse embryonic stem cell, as topological support for our system. On these structures, we substitute the original random update functions by a novel threshold-based dynamic function in which the promoting and repressing effect of each interaction is considered. We use a third real-life regulatory network, along with its inferred Boolean update functions to validate the proposed update function. Results of this validation hint to increased biological plausibility of the threshold-based function. To investigate the dynamical behavior of this new model, we visualized the phase transition between order and chaos into the critical regime using Derrida plots. We complement the qualitative nature of Derrida plots with an alternative measure, the criticality distance, that also allows to discriminate between regimes in a quantitative way. Simulation on both real-life genetic regulatory networks show that there exists a set of parameters that allows the systems to operate in the critical region. This new model includes experimentally derived biological information and recent discoveries, which makes it potentially useful to guide experimental research. The update function confers additional realism to the model, while reducing the complexity and solution space, thus making it easier to investigate.

Interactions between feather-degrading bacteria and an avian host : zebra finches (Taeniopygia guttata)

Abstract: Birds harbor a variety of bacteria on their plumage, some of which can degrade feathers in vitro. Whether these keratinolytic bacteria are active on live birds and can effect feather degradation on birds is debatable. The effect of such bacteria on the body condition and behavior of birds, is unknown. Using a community of feather-degrading bacteria (EB), we investigate the interaction between the activity and load of such bacteria, on the morphology, body condition, and behavior of zebra finches (Taeniopygia guttata). In Chapter 2, we find that the elevated loads of such microbes lead to a reduction in the expression of morphological traits, such as male bill color (a sexually selected trait) and uropygial gland volume, without reducing body mass, or evoking a cellular immune response. We also suggest the presence of a carotenoid based defense response in hosts, to such elevated loads of microbes and document a sex-based difference in the source of carotenoids used for such a response. In Chapter 3, we investigated the effect of EB loads on male mate choice of zebra finches, wherein male choice of females with elevated and un-altered bacterial loads, varied with male size. We found that larger males preferred females with higher bacterial load and smaller males preferred females with lower bacterial load. Chapter 4 demonstrates that the presence of melanin in feathers reduces the growth and activity of the community of feather-degrading bacteria (EB) and that the EB community can effect feather degradation in humid conditions, without broth. Additional results also demonstrate that the EB community consists of bacteria that can attach themselves to feathers on live birds and those that can live freely on avian plumage. Finally, chapter 5 demonstrates that the self-maintenance, social and sexual behaviors of birds are implicated in the infection and horizontal transmission of bacteria. It also suggests a linked oral - faecal - genital mode of transmission of pathogens in birds. These results demonstrate that differential loads of normal flora of vertebrate hosts can effect changes in their morphology and behavior. They also shed light on the role of feather-degrading bacteria in the evolution of melanin polymorphism in birds and suggest that bacteria can be active on live birds. This thesis also highlights the importance of social and, sexual behaviors of birds, in epidemiology. Résumé: Les Oiseaux ont dans leur plumage diverses bactéries dont certaines dégradent les plumes in vitro, néanmoins. Il n'est pas clair, au vu de précédentes études, si ces bactéries kératinolytiques sont actives sur des oiseaux vivants, et si celles-ci dégradent effectivement le plumage de leur hôte, L'effet de ces bactéries sur la condition corporelle ainsi que le comportement des oiseaux n'est pas connu. A l'aide d'une communauté de bactéries dégradant les plumes (EB), non pathogènes, nous examinons les interactions entre l'activité et la charge bactérienne sur la morphologie, la condition corporelle et le comportement du diamant mandarins (Taeniopygia guttata). Dans le chapitre 2, nous montrons qu'une charge élevée de ces microbes mène à une réduction de l'expression de certains traits morphologiques, tels que la couleur du bec chez le mâle (un trait soumis à sélection sexuelle), ainsi que le volume de la glande uropygienne, sans qu'il y ait une réduction de la masse corporelle, ni déclenchement d'une réponse immune cellulaire. Nos données suggèrent la présence d'une défense chez l'hôte à des charges élevées de bactéries basée sur la présence de caroténoïdes. Nous montrons, de plus une différence liée au sexe dans la source des caroténoïdes utilisé pour cette réponse. Dans le chapitre 3 nous examinons l'influence de la charge bactérienne EB sur le choix des mâles chez le diamant mandarins. Des femelles avec une charge bactérienne normale et augmentée sont choisies par les mâles et ce choix varie avec la taille des mâles. Nous avons mis en évidence que les grands mâles préfèrent les femelles avec une charge bactérienne plus élevée. Les petits mâles préfèrent les femelles avec une charge bactérienne réduite. Le chapitre 4 démontre que la présence de mélanine dans les plumes réduit la croissance et l'activité de la communauté de bactéries dégradant le plumage (EB), et que cette communauté EB peut dégrader les plumes dans des conditions humides, sans milieu de culture liquide. De plus nous montrons que cette communauté consiste en des bactéries qui peuvent s'attacher sur les plumes d'oiseaux vivants ainsi que des bactéries libres. Pour finir nous montrons dans le chapitre 5 que la maintenance corporelle, l'interaction sociale et le comportement sexuel de ces oiseaux sont impliqués dans l'infection et la transmission horizontale de ces bactéries. Nos données suggèrent une transmission orale-fécale-génitale des pathogènes chez les oiseaux. Ces résultats montrent que des charges différentes de la flore bactérienne habituelle et non pathogène de vertébrés peuvent affecter leur morphologie et leur comportement. Ils éclaircissent également le rôle des bactéries dégradant les plumes dans l'évolution du polymorphisme mélanique chez les oiseaux et suggèrent que ces bactéries peuvent être actives sur des oiseaux vivants. Cette thèse souligne également l'importance du comportement social et sexuel des oiseaux dans l'épidémiologie.

Patterns of evolution of host proteins involved in retroviral pathogenesis.

BACKGROUND: Evolutionary analysis may serve as a useful approach to identify and characterize host defense and viral proteins involved in genetic conflicts. We analyzed patterns of coding sequence evolution of genes with known (TRIM5alpha and APOBEC3G) or suspected (TRIM19/PML) roles in virus restriction, or in viral pathogenesis (PPIA, encoding Cyclophilin A), in the same set of human and non-human primate species. RESULTS AND CONCLUSION: This analysis revealed previously unidentified clusters of positively selected sites in APOBEC3G and TRIM5alpha that may delineate new virus-interaction domains. In contrast, our evolutionary analyses suggest that PPIA is not under diversifying selection in primates, consistent with the interaction of Cyclophilin A being limited to the HIV-1M/SIVcpz lineage. The strong sequence conservation of the TRIM19/PML sequences among primates suggests that this gene does not play a role in antiretroviral defense.

Evolutionary and Functional Analyses of the Interaction between the Myeloid Restriction Factor SAMHD1 and the Lentiviral Vpx Protein.

SAMHD1 has recently been identified as an HIV-1 restriction factor operating in myeloid cells. As a countermeasure, the Vpx accessory protein from HIV-2 and certain lineages of SIV have evolved to antagonize SAMHD1 by inducing its ubiquitin-proteasome-dependent degradation. Here, we show that SAMHD1 experienced strong positive selection episodes during primate evolution that occurred in the Catarrhini ancestral branch prior to the separation between hominoids (gibbons and great apes) and Old World monkeys. The identification of SAMHD1 residues under positive selection led to mapping the Vpx-interaction domain of SAMHD1 to its C-terminal region. Importantly, we found that while SAMHD1 restriction activity toward HIV-1 is evolutionarily maintained, antagonism of SAMHD1 by Vpx is species-specific. The distinct evolutionary signature of SAMHD1 sheds light on the development of its antiviral specificity.

THE ROLE OF SPINDLES FOR SLEEP: MANIPULATING OSCILLATORY ACTIVITY IN THE THALAMOCORTICAL NETWORK

Modern urban lifestyle encourages the prolongation of wakefulness, leaving less and less time for sleep. Although the exact functions of sleep remain one of the biggest mysteries in neuroscience, the society is well aware of the negative consequences of sleep loss on human physical and mental health and performance. Enhancing sleep's recuperative functions might allow shortening sleep duration while preserving the beneficial effects of sleep. During sleep, brain activity oscillates across a continuum of frequencies. Individual oscillations have been suggested to underlie distinct functions for sleep and cognition. Gaining control about individual oscillations might allow boosting their specific functions. Sleep spindles are 11 - 15 Hz oscillations characteristic for light non-rapid-eye-movement sleep (NREMS) and have been proposed to play a role in memory consolidation and sleep protection against environmental stimuli. The reticular thalamic nucleus (nRt) has been identified as the major pacemaker of spindles. Intrinsic oscillatory burst discharge in nRt neurons, arising from the interplay of low-threshold (T-type) Ca2+ channels (T channels) and small conductance type 2 (SK2) K+ channels (SK2 channels), underlies this pacemaking function. In the present work we investigated the impact of altered nRt bursting on spindle generation during sleep by studying mutant mice for SK2 channels and for CaV3.3 channels, a subtype of T channels. Using in vitro electrophysiology I showed that nRt bursting was abolished in CaV3.3 knock out (CaV3.3 KO) mice. In contrast, in SK2 channel over-expressing (SK2-OE) nRt cells, intrinsic repetitive bursting was prolonged. Compared to wildtype (WT) littermates, altered nRt burst discharge lead to weakened thalamic network oscillations in vitro in CaV3.3 KO mice, while oscillatory activity was prolonged in SK2-OE mice. Sleep electroencephalographic recordings in CaV3.3 KO and SK2-OE mice revealed that reduced or potentiated nRt bursting respectively weakened or prolonged sleep spindle activity at the NREMS - REMS transition. Furthermore, SK2-OE mice showed more consolidated NREMS and increased arousal thresholds, two correlates of good sleep quality. This thesis work suggests that CaV3.3 and SK2 channels may be targeted in order to modulate sleep spindle activity. Furthermore, it proposes a novel function for spindles in NREMS consolidation. Finally, it provides evidence that sleep quality may be improved by promoting spindle activity, thereby supporting the hypothesis that sleep quality can be enhanced by modulating oscillatory activity in the brain. Le style de vie moderne favorise la prolongation de l'éveil, laissant de moins en moins de temps pour le sommeil. Même si le rôle exact du sommeil reste un des plus grands mystères des neurosciences, la société est bien consciente des conséquences négatives que provoque un manque de sommeil, à la fois sur le plan de la santé physique et mentale ainsi qu'au niveau des performances cognitives. Augmenter les fonctions récupératrices du sommeil pourrait permettre de raccourcir la durée du sommeil tout en en conservant les effets bénéfiques. Durant le sommeil, on observe des oscillations à travers un continuum de fréquences. Il a été proposé que chaque oscillation pourrait être à l'origine de fonctions spécifiques pour le sommeil et la cognition. Pouvoir de contrôler les oscillations individuelles permettrait d'augmenter leurs fonctions respectives. Les fuseaux sont des oscillations de 11 à 15 Hz caractéristiques du sommeil à ondes lentes léger et il a été suggéré qu'elles jouent un rôle majeur pour la consolidation de la mémoire ainsi que dans la protection du sommeil contre les stimuli environnementaux. Le nucleus réticulaire du thalamus (nRt) a été identifié en tant que générateur de rythme des fuseaux. Les bouffées oscillatoires intrinsèques des neurones du nRt, provenant de l'interaction de canaux calciques à bas seuil de type T (canaux T) et de canaux potassiques à faible conductance de type 2 (canaux SK2), sont à l'origine de la fonction de générateur de rythme. Dans ce travail, j'ai étudié l'impact de la modulation de bouffées de nRT sur la génération des fuseaux pendant le sommeil en investiguant des souris génétiquement modifiées pour les canaux SK2 et les canaux CaV3.3, un sous-type de canaux T. En utilisant l'électrophysiologie in vitro j'ai démontré que les bouffées du nRT étaient abolies dans les souris knock-out du type CaV3.3 (CaV3.3 KO). D'autre part, dans les cellules nRT sur-exprimant les canaux SK2 (SK2-OE), les bouffées oscillatoires intrinsèques étaient prolongées. Par rapport aux souris wild type, les souris CaV3.3 KO ont montré un affaiblissement des oscillations thalamiques en réponse à un changement des bouffées de nRT, alors que l'activité oscillatoire était prolongée dans les souris SK2-OE. Des enregistrements EEG du sommeil dans des souris de type CaV3.3 KO et SK2-OE ont révélé qu'une réduction ou augmentation des bouffées nRT ont respectivement affaibli ou prolongé l'activité des fuseaux durant les transitions du sommeil à ondes lentes au sommeil paradoxal. De plus, les souris SK2-OE ont montré des signes de consolidation du sommeil à ondes lentes et un seuil augmenté pour le réveil, deux mesures qui corrèlent avec une bonne qualité du sommeil. Le travail de cette thèse propose que les canaux CaV3.3 et SK2 pourrait être ciblés pour moduler l'activité des fuseaux. De plus, je propose une fonction nouvelle pour les fuseaux dans la consolidation du sommeil à ondes lentes. Finalement je suggère que la qualité du sommeil peut être améliorée en promouvant l'activité des fuseaux, soutenant ainsi l'idée que la qualité du sommeil peut être améliorée en modulant l'activité oscillatoire dans le cerveau.

IκB-ζ controls the constitutive NF-κB target gene network and survival of ABC DLBCL.

Constitutive activation of the nuclear factor-κ B (NF-κB) pathway is a hallmark of the activated B-cell-like (ABC) subtype of diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL). Recurrent mutations of NF-κB regulators that cause constitutive activity of this oncogenic pathway have been identified. However, it remains unclear how specific target genes are regulated. We identified the atypical nuclear IκB protein IκB-ζ to be upregulated in ABC compared with germinal center B-cell-like (GCB) DLBCL primary patient samples. Knockdown of IκB-ζ by RNA interference was toxic to ABC but not to GCB DLBCL cell lines. Gene expression profiling after IκB-ζ knockdown demonstrated a significant downregulation of a large number of known NF-κB target genes, indicating an essential role of IκB-ζ in regulating a specific set of NF-κB target genes. To further investigate how IκB-ζ mediates NF-κB activity, we performed immunoprecipitations and detected a physical interaction of IκB-ζ with both p50 and p52 NF-κB subunits, indicating that IκB-ζ interacts with components of both the canonical and the noncanonical NF-κB pathway in ABC DLBCL. Collectively, our data demonstrate that IκB-ζ is essential for nuclear NF-κB activity in ABC DLBCL, and thus might represent a promising molecular target for future therapies.

Identification and functional characterization of Rca1, a transcription factor involved in both antifungal susceptibility and host response in Candida albicans.

The identification of novel transcription factors associated with antifungal response may allow the discovery of fungus-specific targets for new therapeutic strategies. A collection of 241 Candida albicans transcriptional regulator mutants was screened for altered susceptibility to fluconazole, caspofungin, amphotericin B, and 5-fluorocytosine. Thirteen of these mutants not yet identified in terms of their role in antifungal response were further investigated, and the function of one of them, a mutant of orf19.6102 (RCA1), was characterized by transcriptome analysis. Strand-specific RNA sequencing and phenotypic tests assigned Rca1 as the regulator of hyphal formation through the cyclic AMP/protein kinase A (cAMP/PKA) signaling pathway and the transcription factor Efg1, but also probably through its interaction with a transcriptional repressor, most likely Tup1. The mechanisms responsible for the high level of resistance to caspofungin and fluconazole observed resulting from RCA1 deletion were investigated. From our observations, we propose that caspofungin resistance was the consequence of the deregulation of cell wall gene expression and that fluconazole resistance was linked to the modulation of the cAMP/PKA signaling pathway activity. In conclusion, our large-scale screening of a C. albicans transcription factor mutant collection allowed the identification of new effectors of the response to antifungals. The functional characterization of Rca1 assigned this transcription factor and its downstream targets as promising candidates for the development of new therapeutic strategies, as Rca1 influences host sensing, hyphal development, and antifungal response.

Neuronal Thy-1 induces astrocyte adhesion by engaging syndecan-4 in a cooperative interaction with alphavbeta3 integrin that activates PKCalpha and RhoA.

Clustering of alphavbeta3 integrin after interaction with the RGD-like integrin-binding sequence present in neuronal Thy-1 triggers formation of focal adhesions and stress fibers in astrocytes via RhoA activation. A putative heparin-binding domain is present in Thy-1, raising the possibility that this membrane protein stimulates astrocyte adhesion via engagement of an integrin and the proteoglycan syndecan-4. Indeed, heparin, heparitinase treatment and mutation of the Thy-1 heparin-binding site each inhibited Thy-1-induced RhoA activation, as well as formation of focal adhesions and stress fibers in DI TNC(1) astrocytes. These responses required both syndecan-4 binding and signaling, as evidenced by silencing syndecan-4 expression and by overexpressing a syndecan-4 mutant lacking the intracellular domain, respectively. Furthermore, lack of RhoA activation and astrocyte responses in the presence of a PKC inhibitor or a dominant-negative form of PKCalpha implicated PKCalpha and RhoA activation in these events. Therefore, combined interaction of the astrocyte alphavbeta3-integrin-syndecan-4 receptor pair with Thy-1, promotes adhesion to the underlying matrix via PKCalpha- and RhoA-dependent pathways. Importantly, signaling events triggered by such receptor cooperation are shown here to be the consequence of cell-cell rather than cell-matrix interactions. These observations are likely to be of widespread biological relevance because Thy-1-integrin binding is reportedly relevant to melanoma invasion, monocyte transmigration through endothelial cells and host defense mechanisms.

Phosphorylation modulates FOXC2 transcriptional program by controlling the high-order interaction with DNA.

Phosphorylation of transcription factors is a rapid and reversible process linking cell signaling and control of gene expression, therefore understanding how it controls the transcription factor functions is one of the challenges of functional genomics. We performed such analysis for the forkhead transcription factor FOXC2 mutated in human hereditary disease lymphedemadistichiasis and important for the development of venous and lymphatic valves and lymphatic collecting vessels. We found that FOXC2 is phosphorylated in a cell-cycle dependent manner on eight evolutionary conserved serine/threonine residues, seven of which are clustered within a 70 amino acid domain. Surprisingly, the mutation of phosphorylation sites or a complete deletion of the domain did not affect the transcriptional activity of FOXC2 in a synthetic reporter assay. However, overexpression of the wild type or phosphorylation-deficient mutant resulted in overlapping but distinct gene expression profiles suggesting that binding of FOXC2 to individual sites under physiological conditions is affected by phosphorylation. To gain a direct insight into the role of FOXC2 phosphorylation, we performed comparative genome-wide location analysis (ChIP-chip) of wild type and phosphorylation-deficient FOXC2 in primary lymphatic endothelial cells. The effect of loss of phosphorylation on FOXC2 binding to genomic sites ranged from no effect to nearly complete inhibition of binding, suggesting a mechanism for how FOXC2 transcriptional program can be differentially regulated depending on FOXC2 phosphorylation status. Based on these results, we propose an extension to the enhanceosome model, where a network of genomic context-dependent DNA-protein and protein-protein interactions not only distinguishes a functional site from a nonphysiological site, but also determines whether binding to the functional site can be regulated by phosphorylation. Moreover, our results indicate that FOXC2 may have different roles in quiescent versus proliferating lymphatic endothelial cells in vivo.

Recovery of biological motion perception and network plasticity after cerebellar tumor removal.

Visual perception of body motion is vital for everyday activities such as social interaction, motor learning or car driving. Tumors to the left lateral cerebellum impair visual perception of body motion. However, compensatory potential after cerebellar damage and underlying neural mechanisms remain unknown. In the present study, visual sensitivity to point-light body motion was psychophysically assessed in patient SL with dysplastic gangliocytoma (Lhermitte-Duclos disease) to the left cerebellum before and after neurosurgery, and in a group of healthy matched controls. Brain activity during processing of body motion was assessed by functional magnetic resonance imaging (MRI). Alterations in underlying cerebro-cerebellar circuitry were studied by psychophysiological interaction (PPI) analysis. Visual sensitivity to body motion in patient SL before neurosurgery was substantially lower than in controls, with significant improvement after neurosurgery. Functional MRI in patient SL revealed a similar pattern of cerebellar activation during biological motion processing as in healthy participants, but located more medially, in the left cerebellar lobules III and IX. As in normalcy, PPI analysis showed cerebellar communication with a region in the superior temporal sulcus, but located more anteriorly. The findings demonstrate a potential for recovery of visual body motion processing after cerebellar damage, likely mediated by topographic shifts within the corresponding cerebro-cerebellar circuitry induced by cerebellar reorganization. The outcome is of importance for further understanding of cerebellar plasticity and neural circuits underpinning visual social cognition.

Transition to parenthood: The role of social interaction and endogenous networks

Empirical studies indicate that the transition to parenthood is influenced by an individual's peer group. To study the mechanisms creating interdepen- dencies across individuals' transition to parenthood and its timing we apply an agent-based simulation model. We build a one-sex model and provide agents with three different characteristics regarding age, intended education and parity. Agents endogenously form their network based on social closeness. Network members then may influence the agents' transition to higher parity levels. Our numerical simulations indicate that accounting for social inter- actions can explain the shift of first-birth probabilities in Austria over the period 1984 to 2004. Moreover, we apply our model to forecast age-specific fertility rates up to 2016.

Restoration of lymphoid organ integrity through the interaction of lymphoid tissue-inducer cells with stroma of the T cell zone.

The generation of lymphoid microenvironments in early life depends on the interaction of lymphoid tissue-inducer cells with stromal lymphoid tissue-organizer cells. Whether this cellular interface stays operational in adult secondary lymphoid organs has remained elusive. We show here that during acute infection with lymphocytic choriomeningitis virus, antiviral cytotoxic T cells destroyed infected T cell zone stromal cells, which led to profound disruption of secondary lymphoid organ integrity. Furthermore, the ability of the host to respond to secondary antigens was lost. Restoration of the lymphoid microanatomy was dependent on the proliferative accumulation of lymphoid tissue-inducer cells in secondary lymphoid organs during the acute phase of infection and lymphotoxin alpha(1)beta(2) signaling. Thus, crosstalk between lymphoid tissue-inducer cells and stromal cells is reactivated in adults to maintain secondary lymphoid organ integrity and thereby contributes to the preservation of immunocompetence.

Fluid-rock interaction during late stages of the Alpine exhumation

Résumé de la thèseLa fracturation des roches au cours de phases compressives ou extensives est un souvent évoquée pour expliquer la circulation de fluide au sein des roches cristallines. Dans le cadre de cette thèse, la circulation des fluides lors de l'exhumation tardive des Alpes a été étudiée en utilisant deux approches différentes: analyses structurales de la déformation fragile d'une part et analyses géochimiques des roches et des minéraux (isotopes stables, datations U/Pb, thermochronologie (U-Th)/He) d'autre part. Cette approche combinée a permis de mieux comprendre l'interaction existante entre les fluides métamorphiques et les fluides météoriques, ainsi que leur interaction avec les roches encaissantes. Le travail a été effectué dans la zone Pennique du Valais suisse.La première partie était focalisée sur la déformation fragile, le but étant de définir les différents types de déformations existantes et de déterminer l'âge relatif des différentes familles de failles. Dans la région d'étude, quatre domaines ont été distingués. Chacun d'eux comportent deux types de structures fragiles, certaines sont minéralisées alors que d'autre non. Au sein de chaque domaine, la direction principale des structures minéralisées correspond à l'orientation des accidents tectoniques majeurs de la région (Aosta- Ranzola Line au Sud, Rhône Line au Nord et Simplon Fault Zone à l'Est), alors que les structures non- minéralisées montrent des orientations plus variables. Ainsi, le premier type de structure est interprété comme résultant d'une dislocation tectonique alors que le deuxième type de structure résulterait d'une dislocation gravitaire locale. Il n'est néanmoins pas possible de classer chronologiquement la formation de ces deux types de structure ni d'attribuer un âge relatif aux changements d'orientation des contraintes majeures.La deuxième étude a été effectuée dans la région de la zone de faille du Simplon. Dans cette zone, la composition isotopique des minéraux ayant cristallisé à l'intérieur des fractures tardives permet de distinguer différents types de circulation de fluide. Les valeurs δ180 du quartz de la roche encaissante ainsi que ceux des veines tardives du bloque inférieur de la faille sont comparables. Ces valeurs indiquent un rééquilibrage et un tamponnage isotopique des fluides tardifs au contact de la roche encaissante lors de la fracturation de cette dernière et de la cristallisation des veines tardives. La même situation est observée dans la partie nord du bloque supérieur ainsi que dans sa partie sud. Ceci n'est néanmoins pas le cas pour la partie centrale du bloque supérieur où les valeurs isotopiques des minéraux dans les veines tardives sont approximativement 3 %o plus basses (avec des valeurs extrêmes négatifs), indiquant une contribution d'eau météorique aux fluides circulant dans les veines. Ces données suggèrent qu'une infiltration d'eau météorique a pu avoir lieu dans le bloque supérieur, où la fracturation des roches est plus intensive car le déplacement relatif le long de la faille y fut plus important, et la température maximale du métamorphisme plus basse. La troisième contribution traite de la géo-thermochronologie de la zone de contact entre la klippe de la Dent Blanche et la nappe de Tsaté. De petits zircons euhédraux ont été trouvés dans un plan de faille minéralisé (parallèle à la Faille du Rhône, voir première partie de l'étude), riche en hématite et quartz, de la zone d'étude. Les analyses U/Pb donnent des âges radiométriques autour de 270 - 280 Ma aux zircons extraits de la minéralisation ainsi que ceux extraits de la roche encaissante, ce qui correspond à l'âge de la nappe de la Dent Blanche et non celui de la nappe du Tsaté qui est elle-même classiquement interprétée comme une ophiolite Jurassique de l'Océan Liguro-Piémontais. Ces données suggèrent que les zircons contenus dans la veine ont été hérités de la roche encaissante. Les résultats (U-Th)/He indiquent un âge de refroidissement différent pour la roche encaissante (25.5 ± 2.0 Ma) que celui de la minéralisation (17.7 ±1.4 Ma). Le thermomètre isotopique quartz-hématite indique une température d'équilibre, et donc de mise en place de la minéralisation, d'environ 170 °C, température très proche de la température de -180 °C de fermeture du zircon pour le système (U-Th)/He. Ceci suggère que l'âge de refroidissement des zircons de la minéralisation correspond aussi à l'âge de formation de la faille.Thesis abstractFluid circulation in fractured rocks is a common process in geology, and it is generally the consequence of faulting and fracturing during both tectonic compression and extension. This thesis is focused on fluid circulation during late stages of the Alpine exhumation. After a structural analysis of the late brittle deformation of the studied samples, several analytical methods (stable isotope investigations, U/Pb radiometric dating, (U-Th)/He thermochronology) have been applied to understand the interaction of metamorphic and meteoric fluids with one another as well as with the host rock. This thesis is articulated around three study directions. All studies were conducted in the Penninic Zone of the Valais, Switzerland. The first study deals with late, brittle deformation and focuses on the different deformation styles and on the relative age of the different families of fractures. In order to do this, late brittle structures observed in four different domains have been subdivided as a function of the existence (or not) and type of mineralization. Comparisons between mineralized and non-mineralized strike directions for all four domains show that mineralized structures follow the strike orientation of major tectonic movements indicated in the Penninic Zone of the Valais (Aosta-Ranzola Line to the S, Rhône Line to the Ν and Simplon Fault Zone to the E), whereas non-mineralized fractures have a more variable strike orientation. This difference could be interpreted as indicative of tectonic-related faulting (mineralized structures) vs. local, collapse-related faulting (non-mineralized fractures), but it is not strong enough to indicate a relative age of the late brittle structures, and/or a change in the orientation of the strain field in post-Miocene times. The second studied area is focused on the Simplon Fault Zone (SFZ). Stable isotope analyses of minerals filling these late fractures indicate that there are two different fluid circulation systems in the footwall and hanging wall of the SFZ. In the footwall, δ180 values of quartz from both the host rock and the late veins range from +10 %o to +12 %o. This is consistent with buffering of circulating fluids by the host rock during fracturing and vein precipitation. In the hanging wall, δΙ80 values for quartz crystals from the host rock and the late veins are similar in both the northern and southern parts of the detachment that are both affected by the same degree of metamorphism (greenschist to the Ν and amphibolite to the S). This is not the case in the central part of the SFZ, where there is a jump from amphibolite facies in the footwall to greenschist facies in the hanging wall. δ,80 values for quartz from the hanging wall late veins are approximately 3.0 %o lower (down to negative values in some cases) than the values observed in the footwall These data suggest that infiltration of meteoric water may have occurred in the most fractured parts of the hanging wall, where relative displacement on the SFZ was the greatest and the peak temperature lower. In the less fractured footwall the δ180 values reflect a host rock-buffered system.The third study is focused on geo-thermochronology at the contact between the Dent Blanche nappe and the Tsaté nappe where small, euhedral zircons were found in a hematite- and quartz-rich mineralization on a late normal fault plane parallel to the Rhône Line (see first part of the study). U/Pb analysis indicates that the zircons - both in the late mineralization and in the host rock - have absolute radiometric ages clustering around 270 - 280 Ma, which is the accepted age for intrusive rocks from the Austroalpine Dent Blanche units but not for the Tsaté nappe. The latter is classically interpreted as an ophiolitic remnant of the Jurassic Liguro-Piemontais Ocean. U/Pb analyses suggest that zircons in late mineralization are all inherited from the host rock; however, results of (U-Th)/He analyses indicate that cooling ages for the host rocks are different to the cooling ages for the zircons in late mineralization. Indeed, the calculated cooling age for the Arolla gneiss is 25.5 ± 2.0 Ma, whilst the cooling age for the associated mineralized fault plane is 17.7 ±1.4 Ma. Oxygen stable isotope fractionation between quartz and hematite in the same late mineralization corresponds to temperatures of about 170 °C. The proximity of the calculated emplacement temperature for the mineralization and the lower accepted closure temperature for zircon in the (U-Th)/He system (-180 °C) imply that the age of 17.7 ± 1.4 Ma can also be interpreted as the formation age of this late brittle fault.Résumé grand publicLa circulation des fluides dans les roches fracturées est typique de nombreux processus géologiques, et très souvent est la conséquence de la fracturation des roches. Cette thèse aborde la question de la circulation des fluides pendant les dernières phases du soulèvement des Alpes. Après une analyse structurale de la fracturation directement sur le terrain, plusieurs méthodes géochimiques ont été appliquées pour comprendre l'interaction entre les différents fluides circulants, et avec leur propre roche mère. L'étude, concentrée sur trois directions principales, a été conduite dans la zone Pennique du Valais suisse. La première partie traite de la déformation cassante dans le secteur cité. L'analyse détaillée des fractures a permis de les subdiviser en structures minéralisées et non-minéralisées, sur quatre domaines différents. La comparaison entre les directions des structures minéralisées et non-minéralisées a permis de montrer que les premières suivent l'orientation des accidents tectoniques majeurs de la région, alors que les structures non- minéralisées ont une orientation plus variable. Cette différence pourrait être interprétée comme indication d'une dislocation tectonique (structures minéralisées) contre une dislocation gravitaire locale (structures non-minéralisées), mais elle n'est pas assez forte pour indiquer un âge relatif des structures tardives et/ou un changement de l'orientation des contraintes après -20 Ma vers le présent.A partir de ces observations, la deuxième étude est concentrée dans la région de la faille du Simplon. Les analyses géochimiques sur les minéraux remplissant les structures tardives indiquent qu'il y a deux différents systèmes de circulation des fluides dans les deux parties (toit et mur) de la faille. Dans le mur, les valeurs isotopiques des minéraux cristallisés à partir d'un fluide tardif sont les mêmes de ceux de la roche mère, donc il y a eu rééquilibration chimique entre fluide et roche pendant la fracturation de cette dernière et la précipitation des minéraux. Dans le toit, les valeurs isotopiques dans la roche mère et dans les minéraux des veines tardives sont comparables dans les parties Ν et S de la faille, où les roches du toit et du mur ont atteint une température maximale - pendant phase prograde de la formation des Alpes - comparable. Au contraire, dans la partie centrale, où le mur a atteint des températures maximales plus élevées par rapport au toit, les valeurs géochimiques des minéralisations tardives du toit sont parfois plus basses que les valeurs observées dans le mur. Ces données suggèrent que l'infiltration de l'eau de surface aurait pu se produire dans la partie plus fracturée du toit, où le déplacement relatif le long de la faille était majeur et les températures maximales mineures. Au contraire, les données géochimiques du mur de la partie centrale indiquent un système isotopique équilibré par la roche mère.La troisième partie de ce travail se base sur l'étude géochimique intégrée des isotopes stables d'Oxygène et radioactifs du Plomb, Uranium, Thorium et Hélium, auprès d'une faille normale minéralisée et des roches de la région à cheval entre deux nappes, la nappe de la Dent Blanche et la nappe de Tsaté. Ici, des petits zircons ont été trouvés dans la minéralisation citée, riche en hématite et quartz. L'analyse radiométrique Uranium/Plomb a montré que les zircons dans la minéralisation et dans les roches autour ont des âges comparables (autour 280 Ma). Cela signifie que les zircons dans la minéralisation tardive ont été hérités de la roche mère pendant la fracturation et la circulation des fluides tardives. De l'autre coté, les résultats des analyses Uranium-Thorium/Hélium indiquent que les âges de refroidissement pour les roches mères sont différents comparés aux âges de refroidissement pour les zircons dans la minéralisation tardive: ces derniers sont plus jeunes d'environ 8 Ma (autour 25 Ma et autour 17 Ma respectivement). Les analyses des isotopes de l'oxygène sur quartz et hématite dans la même minéralisation donnent une température de mise en place de cette dernière d'environ 170° C. La température de fermeture du système chimique des zircons dans le système (Uranium-Thorium)/Hélium est d'environ 180 °C: la proximité de ces deux températures implique que l'âge de refroidissement de la minéralisation tardive peut également être interprété comme âge de formation de la faille.

Probing the interaction between feline immunodeficiency virus and CD134 by using the novel monoclonal antibody 7D6 and the CD134 (Ox40) ligand.

The feline immunodeficiency virus (FIV) targets activated CD4-positive helper T cells preferentially, inducing an AIDS-like immunodeficiency in its natural host species, the domestic cat. The primary receptor for FIV is CD134, a member of the tumor necrosis factor receptor superfamily, and all primary viral strains tested to date use CD134 for infection. We examined the expression of CD134 in the cat using a novel anti-feline CD134 monoclonal antibody (MAb), 7D6, and showed that as in rats and humans, CD134 expression is restricted tightly to CD4+, and not CD8+, T cells, consistent with the selective targeting of these cells by FIV. However, FIV is also macrophage tropic, and in chronic infection the viral tropism broadens to include B cells and CD8+ T cells. Using 7D6, we revealed CD134 expression on a B220-positive (B-cell) population and on cultured macrophages but not peripheral blood monocytes. Moreover, macrophage CD134 expression and FIV infection were enhanced by activation in response to bacterial lipopolysaccharide. Consistent with CD134 expression on human and murine T cells, feline CD134 was abundant on mitogen-stimulated CD4+ T cells, with weaker expression on CD8+ T cells, concordant with the expansion of FIV into CD8+ T cells with progression of the infection. The interaction between FIV and CD134 was probed using MAb 7D6 and soluble CD134 ligand (CD134L), revealing strain-specific differences in sensitivity to both 7D6 and CD134L. Infection with isolates such as PPR and B2542 was inhibited well by both 7D6 and CD134L, suggesting a lower affinity of interaction. In contrast, GL8, CPG, and NCSU were relatively refractory to inhibition by both 7D6 and CD134L and, accordingly, may have a higher-affinity interaction with CD134, permitting infection of cells where CD134 levels are limiting.

Tumor-host interactions Part 1: Stromal signatures of breast and prostate cancer Part 2: GLG1 and the control of the secretory pathway in tumor cells

Tumor-host interaction is a key determinant during cancer progression, from primary tumor growth to metastatic dissemination. At each step, tumor cells have to adapt to and subvert different types of microenvironment, leading to major phenotypic and genotypic alterations that affect both tumor and surrounding stromal compartments. Understanding the molecular mechanisms that govern tumor-host interplay may be essential for better comprehension of tumorigenesis in an effort to improve current anti-cancer therapies. The present work is composed of two projects that address tumor-host interactions from two different perspectives, the first focusing on the characterization of tumor-associated stroma and the second on membrane trafficking in tumor cells. Part 1. To selectively address stromal gene expression changes during cancer progression, oligonucleotide-based Affymetrix microarray technology was used to analyze the transcriptomes of laser-microdissected stromal cells derived from invasive human breast and prostate carcinoma. Comparison showed that invasive breast and prostate cancer elicit distinct, tumor-specific stromal responses, with a limited panel of shared induced and/or repressed genes. Both breast and prostate tumor-specific deregulated stromal gene sets displayed statistically significant survival-predictive ability for their respective tumor type. By contrast, a stromal gene signature common to both tumor types did not display prognostic value, although expression of two individual genes within this common signature was found to be associated with patient survival. Part 2. GLG1 is known as an E-selectin ligand and an intracellular FGF receptor, depending on cell type and context. Immunohistochemical and immunofluorescence analyses showed that GLG1 is primarily localized in the Golgi of human tumor cells, a central location in the biosynthetic/secretory pathways. GLG1 has been shown to interact with and to recruit the ARF GEF BIGI to the Golgi membrane. Depletion of GLG1 or BIGI markedly reduced ARF3 membrane localization and activation, and altered the Golgi structure. Interestingly, these perturbations did not impair constitutive secretion in general, but rather seemed to impair secretion of a specific subset of proteins that includes MMP-9. Thus, GLG1 coordinates ARF3 activation by recruiting BIGI to the Golgi membrane, thereby affecting secretion of specific molecules. - Les interactions tumeur-hôte constituent un élément essentiel à la progression tumorale, de la croissance de la tumeur primaire à la dissémination des métastases. A chaque étape, les cellules tumorales doivent s'adapter à différents types de microenvironnement et les détourner à leur propre avantage, donnant lieu à des altérations phénotypiques et génotypiques majeures qui affectent aussi bien la tumeur elle-même que le compartiment stromal environnant. L'étude des mécanismes moléculaires qui régissent les interactions tumeur-hôte constitue une étape essentielle pour une meilleure compréhension du processus de tumorigenèse dans le but d'améliorer les thérapies anti cancer existantes. Le travail présenté ici est composé de deux projets qui abordent la problématique des interactions tumeur-hôte selon différentes perspectives, le premier se concentrant sur la caractérisation du stroma tumoral et le second sur le trafic intracellulaire des cellules tumorales. Partie 1. Pour examiner les changements d'expression des gènes dans le stroma en réponse à la progression du cancer, des puces à ADN Affymetrix ont été utilisées afin d'analyser les transcriptomes des cellules stromales issues de carcinomes invasifs du sein et de la prostate et collectées par microdissection au laser. L'analyse comparative a montré que les cancers invasifs du sein et de la prostate provoquent des réponses stromales spécifiques à chaque type de tumeur, et présentent peu de gènes induits ou réprimés de façon similaire. L'ensemble des gènes dérégulés dans le stroma associé au cancer du sein, ou à celui de la prostate, présente une valeur pronostique pour les patients atteints d'un cancer du sein, respectivement de la prostate. En revanche, la signature stromale commune aux deux types de cancer n'a aucune valeur prédictive, malgré le fait que l'expression de deux gènes présents dans cette liste soit liée à la survie des patients. Partie 2. GLG1 est connu comme un ligand des sélectines E ainsi que comme récepteur intracellulaire pour des facteurs de croissances FGFs selon le type de cellule dans lequel il est exprimé. Des analyses immunohistochimiques et d'immunofluorescence ont montré que dans les cellules tumorales, GLG1 est principalement localisé au niveau de l'appareil de Golgi, une place centrale dans la voie biosynthétique et sécrétoire. Nous avons montré que GLG1 interagit avec la protéine BIGI et participe à son recrutement à la membrane du Golgi. L'absence de GLG1 ou de BIGI réduit drastiquement le pool d'ARF3 associé aux membranes ainsi que la quantité d'ARF3 activés, et modifie la structure de l'appareil de Golgi. Il est particulièrement intéressant de constater que ces perturbations n'ont pas d'effet sur la sécrétion constitutive en général, mais semblent plutôt affecter la sécrétion spécifique d'un sous-groupe défini de protéines comprenant MMP-9. GLG1 coordonne donc l'activation de ARF3 en recrutant BIGI à la membrane du Golgi, agissant par ce moyen sur la sécrétion de molécules spécifiques.