DNA binding properties of peroxisome proliferator-activated receptor subtypes on various natural peroxisome proliferator response elements. Importance of the 5'-flanking region.

The three subtypes of the peroxisome proliferator-activated receptors (PPARalpha, beta/delta, and gamma) form heterodimers with the 9-cis-retinoic acid receptor (RXR) and bind to a common consensus response element, which consists of a direct repeat of two hexanucleotides spaced by one nucleotide (DR1). As a first step toward understanding the molecular mechanisms determining PPAR subtype specificity, we evaluated by electrophoretic mobility shift assays the binding properties of the three PPAR subtypes, in association with either RXRalpha or RXRgamma, on 16 natural PPAR response elements (PPREs). The main results are as follows. (i) PPARgamma in combination with either RXRalpha or RXRgamma binds more strongly than PPARalpha or PPARbeta to all natural PPREs tested. (ii) The binding of PPAR to strong elements is reinforced if the heterodimerization partner is RXRgamma. In contrast, weak elements favor RXRalpha as heterodimerization partner. (iii) The ordering of the 16 natural PPREs from strong to weak elements does not depend on the core DR1 sequence, which has a relatively uniform degree of conservation, but correlates with the number of identities of the 5'-flanking nucleotides with respect to a consensus element. This 5'-flanking sequence is essential for PPARalpha binding and thus contributes to subtype specificity. As a demonstration of this, the PPARgamma-specific element ARE6 PPRE is able to bind PPARalpha only if its 5'-flanking region is exchanged with that of the more promiscuous HMG PPRE.

Expression of killer cell immunoglobulin-like receptors (KIRs) by natural killer cells during acute CMV infection after kidney transplantation.

Human cytomegalovirus (CMV) infection may be a serious complication related to immunosuppression after solid organ transplantation. Due to their cytotoxicity, T-cells and natural killer (NK) cells target and clear the virus from CMV-infected cells. Although immunosuppressive drugs suppress T-cell proliferation and activation, they do not affect NK cells that are crucial for controlling the infection. The regulation of NK cells depends on a wide range of activating and inhibitory receptors such as the family of killer-cell immunoglobulin-like receptors (KIRs). Several human genetic studies have demonstrated the association of KIR genes with the clearance of infections. Since the respective activities of the different KIR proteins expressed by NK cells during CMV infection have not been extensively studied, we analyzed the expression of KIRs in a cohort of 22 CMV-IgG(+) renal transplant patients at the time of CMV reactivation, after antiviral therapy and 6 months later. Our data revealed a marked expression of KIR3DL1 during the acute phase of the reactivation. We set up an in vitro model in which NK cells, derived either from healthy donors or from transplanted patients, target allogeneic fibroblasts, CMV-infected or uninfected. Our results demonstrate a significant correlation between the lysis of CMV-infected fibroblasts and the expression of KIR3DL1. Blocking experiments with antibodies to MHC-I, to NKG2D and to NKG2C confirmed the importance of KIR3DL1. Consequently, our results suggest that KIR proteins and especially KIR3DL1 could play an important role during CMV-infection or CMV reactivation in immunosuppressed patients.

Changing landscapes of Switzerland: assessing effects of historic and future land uses and land covers on the occurrence of selected butterfly species

Summary Landscapes are continuously changing. Natural forces of change such as heavy rainfall and fires can exert lasting influences on their physical form. However, changes related to human activities have often shaped landscapes more distinctly. In Western Europe, especially modern agricultural practices and the expanse of overbuilt land have left their marks in the landscapes since the middle of the 20th century. In the recent years men realised that mare and more changes that were formerly attributed to natural forces might indirectly be the result of their own action. Perhaps the most striking landscape change indirectly driven by human activity we can witness in these days is the large withdrawal of Alpine glaciers. Together with the landscapes also habitats of animal and plant species have undergone vast and sometimes rapid changes that have been hold responsible for the ongoing loss of biodiversity. Thereby, still little knowledge is available about probable effects of the rate of landscape change on species persistence and disappearance. Therefore, the development and speed of land use/land cover in the Swiss communes between the 1950s and 1990s were reconstructed using 10 parameters from agriculture and housing censuses, and were further correlated with changes in butterfly species occurrences. Cluster analyses were used to detect spatial patterns of change on broad spatial scales. Thereby, clusters of communes showing similar changes or transformation rates were identified for single decades and put into a temporally dynamic sequence. The obtained picture on the changes showed a prevalent replacement of non-intensive agriculture by intensive practices, a strong spreading of urban communes around city centres, and transitions towards larger farm sizes in the mountainous areas. Increasing transformation rates toward more intensive agricultural managements were especially found until the 1970s, whereas afterwards the trends were commonly negative. However, transformation rates representing the development of residential buildings showed positive courses at any time. The analyses concerning the butterfly species showed that grassland species reacted sensitively to the density of livestock in the communes. This might indicate the augmented use of dry grasslands as cattle pastures that show altered plant species compositions. Furthermore, these species also decreased in communes where farms with an agricultural area >5ha have disappeared. The species of the wetland habitats were favoured in communes with smaller fractions of agricultural areas and lower densities of large farms (>10ha) but did not show any correlation to transformation rates. It was concluded from these analyses that transformation rates might influence species disappearance to a certain extent but that states of the environmental predictors might generally outweigh the importance of the corresponding rates. Information on the current distribution of species is evident for nature conservation. Planning authorities that define priority areas for species protection or examine and authorise construction projects need to know about the spatial distribution of species. Hence, models that simulate the potential spatial distribution of species have become important decision tools. The underlying statistical analyses such as the widely used generalised linear models (GLM) often rely on binary species presence-absence data. However, often only species presence data have been colleted, especially for vagrant, rare or cryptic species such as butterflies or reptiles. Modellers have thus introduced randomly selected absence data to design distribution models. Yet, selecting false absence data might bias the model results. Therefore, we investigated several strategies to select more reliable absence data to model the distribution of butterfly species based on historical distribution data. The results showed that better models were obtained when historical data from longer time periods were considered. Furthermore, model performance was additionally increased when long-term data of species that show similar habitat requirements as the modelled species were used. This successful methodological approach was further applied to assess consequences of future landscape changes on the occurrence of butterfly species inhabiting dry grasslands or wetlands. These habitat types have been subjected to strong deterioration in the recent decades, what makes their protection a future mission. Four spatially explicit scenarios that described (i) ongoing land use changes as observed between 1985 and 1997, (ii) liberalised agricultural markets, and (iii) slightly and (iv) strongly lowered agricultural production provided probable directions of landscape change. Current species-environment relationships were derived from a statistical model and used to predict future occurrence probabilities in six major biogeographical regions in Switzerland, comprising the Jura Mountains, the Plateau, the Northern and Southern Alps, as well as the Western and Eastern Central Alps. The main results were that dry grasslands species profited from lowered agricultural production, whereas overgrowth of open areas in the liberalisation scenario might impair species occurrence. The wetland species mostly responded with decreases in their occurrence probabilities in the scenarios, due to a loss of their preferred habitat. Further analyses about factors currently influencing species occurrences confirmed anthropogenic causes such as urbanisation, abandonment of open land, and agricultural intensification. Hence, landscape planning should pay more attention to these forces in areas currently inhabited by these butterfly species to enable sustainable species persistence. In this thesis historical data were intensively used to reconstruct past developments and to make them useful for current investigations. Yet, the availability of historical data and the analyses on broader spatial scales has often limited the explanatory power of the conducted analyses. Meaningful descriptors of former habitat characteristics and abundant species distribution data are generally sparse, especially for fine scale analyses. However, this situation can be ameliorated by broadening the extent of the study site and the used grain size, as was done in this thesis by considering the whole of Switzerland with its communes. Nevertheless, current monitoring projects and data recording techniques are promising data sources that might allow more detailed analyses about effects of long-term species reactions on landscape changes in the near future. This work, however, also showed the value of historical species distribution data as for example their potential to locate still unknown species occurrences. The results might therefore contribute to further research activities that investigate current and future species distributions considering the immense richness of historical distribution data. Résumé Les paysages changent continuellement. Des farces naturelles comme des pluies violentes ou des feux peuvent avoir une influence durable sur la forme du paysage. Cependant, les changements attribués aux activités humaines ont souvent modelé les paysages plus profondément. Depuis les années 1950 surtout, les pratiques agricoles modernes ou l'expansion des surfaces d'habitat et d'infrastructure ont caractérisé le développement du paysage en Europe de l'Ouest. Ces dernières années, l'homme a commencé à réaliser que beaucoup de changements «naturels » pourraient indirectement résulter de ses propres activités. Le changement de paysage le plus apparent dont nous sommes témoins de nos jours est probablement l'immense retraite des glaciers alpins. Avec les paysages, les habitats des animaux et des plantes ont aussi été exposés à des changements vastes et quelquefois rapides, tenus pour coresponsable de la continuelle diminution de la biodiversité. Cependant, nous savons peu des effets probables de la rapidité des changements du paysage sur la persistance et la disparition des espèces. Le développement et la rapidité du changement de l'utilisation et de la couverture du sol dans les communes suisses entre les années 50 et 90 ont donc été reconstruits au moyen de 10 variables issues des recensements agricoles et résidentiels et ont été corrélés avec des changements de présence des papillons diurnes. Des analyses de groupes (Cluster analyses) ont été utilisées pour détecter des arrangements spatiaux de changements à l'échelle de la Suisse. Des communes avec des changements ou rapidités comparables ont été délimitées pour des décennies séparées et ont été placées en séquence temporelle, en rendrent une certaine dynamique du changement. Les résultats ont montré un remplacement répandu d'une agriculture extensive des pratiques intensives, une forte expansion des faubourgs urbains autour des grandes cités et des transitions vers de plus grandes surfaces d'exploitation dans les Alpes. Dans le cas des exploitations agricoles, des taux de changement croissants ont été observés jusqu'aux années 70, alors que la tendance a généralement été inversée dans les années suivantes. Par contre, la vitesse de construction des nouvelles maisons a montré des courbes positives pendant les 50 années. Les analyses sur la réaction des papillons diurnes ont montré que les espèces des prairies sèches supportaient une grande densité de bétail. Il est possible que dans ces communes beaucoup des prairies sèches aient été fertilisées et utilisées comme pâturages, qui ont une autre composition floristique. De plus, les espèces ont diminué dans les communes caractérisées par une rapide perte des fermes avec une surface cultivable supérieure à 5 ha. Les espèces des marais ont été favorisées dans des communes avec peu de surface cultivable et peu de grandes fermes, mais n'ont pas réagi aux taux de changement. Il en a donc été conclu que la rapidité des changements pourrait expliquer les disparitions d'espèces dans certains cas, mais que les variables prédictives qui expriment des états pourraient être des descripteurs plus importants. Des informations sur la distribution récente des espèces sont importantes par rapport aux mesures pour la conservation de la nature. Pour des autorités occupées à définir des zones de protection prioritaires ou à autoriser des projets de construction, ces informations sont indispensables. Les modèles de distribution spatiale d'espèces sont donc devenus des moyens de décision importants. Les méthodes statistiques courantes comme les modèles linéaires généralisés (GLM) demandent des données de présence et d'absence des espèces. Cependant, souvent seules les données de présence sont disponibles, surtout pour les animaux migrants, rares ou cryptiques comme des papillons ou des reptiles. C'est pourquoi certains modélisateurs ont choisi des absences au hasard, avec le risque d'influencer le résultat en choisissant des fausses absences. Nous avons établi plusieurs stratégies, basées sur des données de distribution historique des papillons diurnes, pour sélectionner des absences plus fiables. Les résultats ont démontré que de meilleurs modèles pouvaient être obtenus lorsque les données proviennent des périodes de temps plus longues. En plus, la performance des modèles a pu être augmentée en considérant des données de distribution à long terme d'espèces qui occupent des habitats similaires à ceux de l'espèce cible. Vu le succès de cette stratégie, elle a été utilisée pour évaluer les effets potentiels des changements de paysage futurs sur la distribution des papillons des prairies sèches et marais, deux habitats qui ont souffert de graves détériorations. Quatre scénarios spatialement explicites, décrivant (i) l'extrapolation des changements de l'utilisation de sol tels qu'observés entre 1985 et 1997, (ii) la libéralisation des marchés agricoles, et une production agricole (iii) légèrement amoindrie et (iv) fortement diminuée, ont été utilisés pour générer des directions de changement probables. Les relations actuelles entre la distribution des espèces et l'environnement ont été déterminées par le biais des modèles statistiques et ont été utilisées pour calculer des probabilités de présence selon les scénarios dans six régions biogéographiques majeures de la Suisse, comportant le Jura, le Plateau, les Alpes du Nord, du Sud, centrales orientales et centrales occidentales. Les résultats principaux ont montré que les espèces des prairies sèches pourraient profiter d'une diminution de la production agricole, mais qu'elles pourraient aussi disparaître à cause de l'embroussaillement des terres ouvertes dû à la libéralisation des marchés agricoles. La probabilité de présence des espèces de marais a décrû à cause d'une perte générale des habitats favorables. De plus, les analyses ont confirmé que des causes humaines comme l'urbanisation, l'abandon des terres ouvertes et l'intensification de l'agriculture affectent actuellement ces espèces. Ainsi ces forces devraient être mieux prises en compte lors de planifications paysagères, pour que ces papillons diurnes puissent survivre dans leurs habitats actuels. Dans ce travail de thèse, des données historiques ont été intensivement utilisées pour reconstruire des développements anciens et pour les rendre utiles à des recherches contemporaines. Cependant, la disponibilité des données historiques et les analyses à grande échelle ont souvent limité le pouvoir explicatif des analyses. Des descripteurs pertinents pour caractériser les habitats anciens et des données suffisantes sur la distribution des espèces sont généralement rares, spécialement pour des analyses à des échelles fores. Cette situation peut être améliorée en augmentant l'étendue du site d'étude et la résolution, comme il a été fait dans cette thèse en considérant toute la Suisse avec ses communes. Cependant, les récents projets de surveillance et les techniques de collecte de données sont des sources prometteuses, qui pourraient permettre des analyses plus détaillés sur les réactions à long terme des espèces aux changements de paysage dans le futur. Ce travail a aussi montré la valeur des anciennes données de distribution, par exemple leur potentiel pour aider à localiser des' présences d'espèces encore inconnues. Les résultats peuvent contribuer à des activités de recherche à venir, qui étudieraient les distributions récentes ou futures d'espèces en considérant l'immense richesse des données de distribution historiques.

Type I interferons protect T cells against NK cell attack mediated by the activating receptor NCR1.

Direct type I interferon (IFN) signaling on T cells is necessary for the proper expansion, differentiation, and survival of responding T cells following infection with viruses prominently inducing type I IFN. The reasons for the abortive response of T cells lacking the type I IFN receptor (Ifnar1(-/-)) remain unclear. We report here that Ifnar1(-/-) T cells were highly susceptible to natural killer (NK) cell-mediated killing in a perforin-dependent manner. Depletion of NK cells prior to lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) infection completely restored the early expansion of Ifnar1(-/-) T cells. Ifnar1(-/-) T cells had elevated expression of natural cytotoxicity triggering receptor 1 (NCR1) ligands upon infection, rendering them targets for NCR1 mediated NK cell attack. Thus, direct sensing of type I IFNs by T cells protects them from NK cell killing by regulating the expression of NCR1 ligands, thereby revealing a mechanism by which T cells can evade the potent cytotoxic activity of NK cells.

Generation of short-term murine natural killer cell clones to analyze Ly49 gene expression.

Natural killer (NK) cellsexpress receptors specific for class I major histocompatibility complex (MHC) molecules. In the mouse, the class I specific receptors identified to date belong to the polymorphic Ly49 receptor family. Engagement of Ly49 receptors with their respective MHC ligands results in negative regulation of NK cell effector functions, consistent with a critical role of these receptors in "missing self" recognition. The Ly49 receptors analyzed so far are clonally distributed such that multiple distinct Ly49 receptors can be expressed by individual NK cells (for review see refs. 1-3). The finding that most NK cells that express the Ly49A receptor do so from a single Ly49A allele (whereby expression can occur from the maternal or the paternal chromosome) may thus reflect a putative receptor distribution process that restricts the number of Ly49 receptors expressed in a single NK cell (3-5).

Ly49E-dependent inhibition of natural killer cells by urokinase plasminogen activator.

The Ly49 natural killer (NK)-cell receptor family comprises both activating and inhibitory members, which recognize major histocompatibility complex (MHC) class I or MHC class I-related molecules and are involved in target recognition. As previously shown, the Ly49E receptor fails to bind to a variety of soluble or cell-bound MHC class I molecules, indicating that its ligand is not an MHC class I molecule. Using BWZ.36 reporter cells, we demonstrate triggering of Ly49E by the completely distinct, non-MHC-related protein urokinase plasminogen activator (uPA). uPA is known to be secreted by a variety of cells, including epithelial and hematopoietic cells, and levels are up-regulated during tissue remodeling, infections, and tumorigenesis. Here we show that addition of uPA to Ly49E-positive adult and fetal NK cells inhibits interferon-gamma secretion and reduces their cytotoxic potential, respectively. These uPA-mediated effects are Ly49E-dependent, as they are reversed by addition of anti-Ly49E monoclonal antibody and by down-regulation of Ly49E expression using RNA interference. Our results suggest that uPA, besides its established role in fibrinolysis, tissue remodeling, and tumor metastasis, could be involved in NK cell-mediated immune surveillance and tumor escape.

A filtering method to correct time-lapse 3D ERT data and improve imaging of natural aquifer dynamics

We have developed a processing methodology that allows crosshole ERT (electrical resistivity tomography) monitoring data to be used to derive temporal fluctuations of groundwater electrical resistivity and thereby characterize the dynamics of groundwater in a gravel aquifer as it is infiltrated by river water. Temporal variations of the raw ERT apparent-resistivity data were mainly sensitive to the resistivity (salinity), temperature and height of the groundwater, with the relative contributions of these effects depending on the time and the electrode configuration. To resolve the changes in groundwater resistivity, we first expressed fluctuations of temperature-detrended apparent-resistivity data as linear superpositions of (i) time series of riverwater-resistivity variations convolved with suitable filter functions and (ii) linear and quadratic representations of river-water-height variations multiplied by appropriate sensitivity factors; river-water height was determined to be a reliable proxy for groundwater height. Individual filter functions and sensitivity factors were obtained for each electrode configuration via deconvolution using a one month calibration period and then the predicted contributions related to changes in water height were removed prior to inversion of the temperature-detrended apparent-resistivity data. Applications of the filter functions and sensitivity factors accurately predicted the apparent-resistivity variations (the correlation coefficient was 0.98). Furthermore, the filtered ERT monitoring data and resultant time-lapse resistivity models correlated closely with independently measured groundwater electrical resistivity monitoring data and only weakly with the groundwater-height fluctuations. The inversion results based on the filtered ERT data also showed significantly less inversion artefacts than the raw data inversions. We observed resistivity increases of up to 10% and the arrival time peaks in the time-lapse resistivity models matched those in the groundwater resistivity monitoring data.

DNA mismatch repair gene MSH6 implicated in determining age at natural menopause.

The length of female reproductive lifespan is associated with multiple adverse outcomes, including breast cancer, cardiovascular disease and infertility. The biological processes that govern the timing of the beginning and end of reproductive life are not well understood. Genetic variants are known to contribute to ∼50% of the variation in both age at menarche and menopause, but to date the known genes explain <15% of the genetic component. We have used genome-wide association in a bivariate meta-analysis of both traits to identify genes involved in determining reproductive lifespan. We observed significant genetic correlation between the two traits using genome-wide complex trait analysis. However, we found no robust statistical evidence for individual variants with an effect on both traits. A novel association with age at menopause was detected for a variant rs1800932 in the mismatch repair gene MSH6 (P = 1.9 × 10(-9)), which was also associated with altered expression levels of MSH6 mRNA in multiple tissues. This study contributes to the growing evidence that DNA repair processes play a key role in ovarian ageing and could be an important therapeutic target for infertility.

NLRC5 deficiency selectively impairs MHC class I- dependent lymphocyte killing by cytotoxic T cells.

Nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors (NLRs) are intracellular proteins involved in innate-driven inflammatory responses. The function of the family member NLR caspase recruitment domain containing protein 5 (NLRC5) remains a matter of debate, particularly with respect to NF-κB activation, type I IFN, and MHC I expression. To address the role of NLRC5, we generated Nlrc5-deficient mice (Nlrc5(Δ/Δ)). In this article we show that these animals exhibit slightly decreased CD8(+) T cell percentages, a phenotype compatible with deregulated MHC I expression. Of interest, NLRC5 ablation only mildly affected MHC I expression on APCs and, accordingly, Nlrc5(Δ/Δ) macrophages efficiently primed CD8(+) T cells. In contrast, NLRC5 deficiency dramatically impaired basal expression of MHC I in T, NKT, and NK lymphocytes. NLRC5 was sufficient to induce MHC I expression in a human lymphoid cell line, requiring both caspase recruitment and LRR domains. Moreover, endogenous NLRC5 localized to the nucleus and occupied the proximal promoter region of H-2 genes. Consistent with downregulated MHC I expression, the elimination of Nlrc5(Δ/Δ) lymphocytes by cytotoxic T cells was markedly reduced and, in addition, we observed low NLRC5 expression in several murine and human lymphoid-derived tumor cell lines. Hence, loss of NLRC5 expression represents an advantage for evading CD8(+) T cell-mediated elimination by downmodulation of MHC I levels-a mechanism that may be exploited by transformed cells. Our data show that NLRC5 acts as a key transcriptional regulator of MHC I in lymphocytes and support an essential role for NLRs in directing not only innate but also adaptive immune responses.

Matrix metalloproteinase 9 (MMP-9/gelatinase B) proteolytically cleaves ICAM-1 and participates in tumor cell resistance to natural killer cell-mediated cytotoxicity.

Shedding of intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1) is believed to play a role in tumor cell resistance to cell-mediated cytotoxicity. However, the mechanism whereby ICAM-1 is shed from the surface of tumor cells remains unclear. In this study, we have addressed the possibility that matrix metalloproteinases are implicated in ICAM-1 shedding. Our observations suggest a functional relationship between ICAM-1 and matrix metalloproteinase 9 (MMP-9) whereby ICAM-1 provides a cell surface docking mechanism for proMMP-9, which, upon activation, proteolytically cleaves the extracellular domain of ICAM-1 leading to its release from the cell surface. MMP-9-dependent shedding of ICAM-1 is found to augment tumor cell resistance to natural killer (NK) cell-mediated cytotoxicity. Taken together, our observations propose a mechanism for ICAM-1 shedding from the cell surface and provide support for MMP involvement in tumor cell evasion of immune surveillance.

Study of the regulation of antifungal activity in plant-associated pseudomas fluorescens

RésuméEn agriculture d'énormes pertes sont causées par des champignons telluriques pathogènes tels que Thielaviopsis, Fusarium, Gaeumannomyces et Rhizoctonia ou encore l'oomycète Pythium. Certaines bactéries dites bénéfiques, comme Pseudomonas fluorescens, ont la capacité de protéger les plantes de ces pathogènes par la colonisation de leur racines, par la production de métabolites secondaires possédants des propriétés antifongiques et par l'induction des mécanismes de défenses de la plante colonisée. P. fluorescens CHAO, une bactérie biocontrôle isolée d'un champ de tabac à Payerne, a la faculté de produire un large spectre de métabolites antifongiques, en particulier le 2,4- diacétylphloroglucinol (DAPG), la pyolutéorine (PLT), le cyanure d'hydrogène (HCN), la pyrrolnitrine (PRN) ainsi que des chélateurs de fer.La plante, par sécrétion racinaire, produit des rhizodéposites, source de carbone et d'azote, qui profitent aux populations bactériennes vivant dans la rhizosphere. De plus, certains stresses biotiques et abiotiques modifient cette sécrétion racinaire, en terme quantitatif et qualitatif. De leur côté, les bactéries bénéfiques, améliorent, de façon direct et/ou indirect, la croissance de la plante hôte. De nombreux facteurs biotiques et abiotiques sont connus pour réguler la production de métabolites secondaires chez les bactéries. Des études récentes ont démontré l'importance de la communication entre la plante et les bactéries bénéfiques afin que s'établisse une interaction profitant à chacun des deux partis. Il est ainsi vraisemblable que les populations bactériennes associées aux racines soient capables d'intégrer ces signaux et d'adapter spécifiquement leur comportement en conséquence.La première partie de ce travail de thèse a été la mise au point d'outils basés sur la cytométrie permettant de mesurer l'activité antifongique de cellules bactériennes individuelles dans un environnent naturel, les racines des plantes. Nous avons démontré, grâce à un double marquage aux protéines autofluorescentes GFP et mCherry, que les niveaux d'expression des gènes impliqués dans la biosynthèse des substances antifongiques DAPG, PLT, PRN et HCN ne sont pas les mêmes dans des milieux de cultures liquides que sur les racines de céréales. Par exemple, l'expression de pltA (impliqué dans la biosynthèse du PLT) est quasiment abolie sur les racines de blé mais atteint un niveau relativement haut in vitro. De plus cette étude a mis en avant l'influence du génotype céréalien sur l'expression du gène phlA qui est impliqué dans la biosynthèse du DAPG.Une seconde étude a révélé la communication existant entre une céréale (orge) infectée par le pathogène tellurique Pythium ultimum et P. fluorescens CHAO. Un système de partage des racines nous a permis de séparer physiquement le pathogène et la bactérie bénéfique sur la plante. Cette méthode a donné la possibilité d'évaluer l'effet systémique, causé par l'attaque du pathogène, de la plante sur la bactérie biocontrôle. En effet, l'infection par le phytopathogène modifie la concentration de certains composés phénoliques dans les exsudats racinaires stimulant ainsi l'expression de phi A chez P.fluorescens CHAO.Une troisième partie de ce travail focalise sur l'effet des amibes qui sont des micro-prédateurs présents dans la rhizosphere. Leur présence diminue l'expression des gènes impliqués dans la biosynthèse du DAPG, PLT, PRN et HCN chez P.fluorescens CHAO, ceci en culture liquide et sur des racines d'orge. De plus, des molécules provenant du surnageant d'amibes, influencent l'expression des gènes requis pour la biosynthèse de ces antifongiques. Ces résultats illustrent que les amibes et les bactéries de la rhizosphere ont développé des stratégies pour se reconnaître et adapter leur comportement.La dernière section de ce travail est consacrée à l'acide indole-acétique (LA.A), une phytohormone connue pour son effet stimulateur sur phlA. Une étude moléculaire détaillée nous a démontré que cet effet de l'IAA est notamment modulé par une pompe à efflux (FusPl) et de son régulateur transcriptionnel (MarRl). De plus, les gènes fusPl et marRl sont régulés par d'autres composés phénoliques tels que le salicylate (un signal végétal) et l'acide fusarique (une phytotoxine du pathogène Fusarium).En résumé, ce travail de thèse illustre la complexité des interactions entre les eucaryotes et procaryotes de la rhizosphère. La reconnaissance mutuelle et l'instauration d'un dialogue moléculaire entre une plante hôte et ses bactéries bénéfiques associées? sont indispensables à la survie des deux protagonistes et semblent être hautement spécifiques.SummaryIn agriculture important crop losses result from the attack of soil-borne phytopathogenic fungi, including Thielaviopsis, Fusarium, Gaeumannomyces and Rhizoctonia, as well as from the oomycete Pythium. Certain beneficial microorganisms of the rhizosphere, in particular Pseudomonas fluorescens, have the ability to protect plants against phytopathogens by the intense colonisation of roots, by the production of antifungal exoproducts, and by induction of plant host defences. P. fluorescens strain CHAO, isolated from a tobacco field near Payerne, produces a large array of antifungal exoproducts, including 2,4-diacetylphloroglucinol (DAPG), pyoluteorin (PLT), hydrogen cyanide (HCN), pyrrolnitrin (PRN) and iron chelators. Plants produce rhizodeposites via root secretion and these represent a relevant source of carbon and nitrogen for rhizosphere microorganisms. Various biotic and abiotic stresses influence the quantity and the quality of released exudates. One the other hand, beneficial bacteria directly or indirectly promote plant growth. Biotic and abiotic factors regulate exoproduct production in biocontrol microorganisms. Recent studies have highlighted the importance of communication in establishing a fine-tuned mutualist interaction between plants and their associated beneficial bacteria. Bacteria may be able to integrate rhizosphere signals and adapt subsequently their behaviour.In a first part of the thesis, we developed a new method to monitor directly antifungal activity of individual bacterial cells in a natural environment, i.e. on roots of crop plants. We were able to demonstrate, via a dual-labelling system involving green and red fluorescent proteins (GFP, mCherry) and FACS-based flow cytometry, that expression levels of biosynthetic genes for the antifungal compounds DAPG, PLT, PRN, and HCN are highly different in liquid culture and on roots of cereals. For instance, expression of pltA (involved in PLT biosynthesis) was nearly abolished on wheat roots whereas it attained a relatively high level under in vitro conditions. In addition, we established the importance of the cereal genotype in the expression of phi A (involved in DAPG biosynthesis) in P. fluorescens CHAO.A second part of this work highlighted the systemic communication that exists between biocontrol pseudomonads and plants following attack by a root pathogen. A split-root system, allowing physical separation between the soil-borne oomycete pathogen Phytium ultimum and P. fluorescens CHAO on barley roots, was set up. Root infection by the pathogen triggered a modification of the concentration of certain phenolic root exudates in the healthy root part, resulting in an induction ofphlA expression in P. fluorescens CHAO.Amoebas are micro-predators of the rhizosphere that feed notably on bacteria. In the third part of the thesis, co-habitation of Acanthamoeba castellanii with P. fluorescens CHAO in culture media and on barley roots was found to significantly reduce bacterial expression of genes involved in the biosynthesis of DAPG, PLT, HCN and PRN. Interestingly, molecular cues present in supernatant of A. castelanii induced the expression of these antifungal genes. These findings illustrate the strategies of mutual recognition developed by amoeba and rhizosphere bacteria triggering responses that allow specific adaptations of their behaviour.The last section of the work focuses on indole-3-acetic acid (IAA), a phytohormone that stimulates the expression of phi A. A detailed molecular study revealed that the IAA-mediated effect on phi A is notably modulated by an efflux pump (FusPl) and its transcriptional regulator (MarRl). Remarkably, transcription of fusPl and marRl was strongly upregulated in presence of other phenolic compounds such as salicylate (a plant signal) and fusaric acid (a phytotoxin of the pathogenic fungus Fusarium).To sum up, this work illustrates the great complexity of interactions between eukaryotes and prokaryotes taking place in the rhizosphere niche. The mutual recognition and the establishment of a molecular cross-talk between the host plant and its associated beneficial bacteria are essential for the survival of the two partners and these interactions appear to be highly specific.

Repeated sprinting on natural grass impairs vertical stiffness but does not alter plantar loading in soccer players.

This study aimed to determine changes in spring-mass model (SMM) characteristics, plantar pressures, and muscle activity induced by the repetition of sprints in soccer-specific conditions; i.e., on natural grass with soccer shoes. Thirteen soccer players performed 6 × 20 m sprints interspersed with 20 s of passive recovery. Plantar pressure distribution was recorded via an insole pressure recorder device divided into nine areas for analysis. Stride temporal parameters allowed to estimate SMM characteristics. Surface electromyographic activity was monitored for vastus lateralis, rectus femoris, and biceps femoris muscles. Sprint time, contact time, and total stride duration lengthened from the first to the last repetition (+6.7, +12.9, and +9.3%; all P < 0.05), while flight time, swing time, and stride length remained constant. Stride frequency decrease across repetitions approached significance (-6.8%; P = 0.07). No main effect of the sprint number or any significant interaction between sprint number and foot region was found for maximal force, mean force, peak pressure and mean pressure (all P > 0.05). Center of mass vertical displacement increased (P < 0.01) with time, together with unchanged (both P > 0.05) peak vertical force and leg compression. Vertical stiffness decreased (-15.9%; P < 0.05) across trials, whereas leg stiffness changes were not significant (-5.9%; P > 0.05). Changes in root mean square activity of the three tested muscles over sprint repetitions were not significant. Although repeated sprinting on natural grass with players wearing soccer boots impairs their leg-spring behavior (vertical stiffness), there is no substantial concomitant alterations in muscle activation levels or plantar pressure patterns.

Positive impact of inhibitory Ly49 receptor-MHC class I interaction on NK cell development.

NK cells can kill MHC-different or MHC-deficient but not syngeneic MHC-expressing target cells. This MHC class I-specific tolerance is acquired during NK cell development. MHC recognition by murine NK cells largely depends on clonally distributed Ly49 family receptors, which inhibit NK cell function upon ligand engagement. We investigated whether these receptors play a role for the development of NK cells and provide evidence that the expression of a Ly49 receptor transgene on developing NK cells endowed these cells with a significant developmental advantage over NK cells lacking such a receptor, but only if the relevant MHC ligand was present in the environment. The data suggest that the transgenic Ly49 receptor accelerates and/or rescues the development of NK cells which would otherwise fail to acquire sufficient numbers of self-MHC-specific receptors. Interestingly, the positive effect on NK cell development is most prominent when the MHC ligand is simultaneously present on both hemopoietic and nonhemopoietic cells. These findings correlate with functional data showing that MHC class I ligand on all cells is required to generate functionally mature NK cells capable of reacting to cells lacking the respective MHC ligand. We conclude that the engagement of inhibitory MHC receptors during NK cell development provides signals that are important for further NK cell differentiation and/or maturation.

Ecotoxicological approaches to assess the long-term effects of four anticancer drugs and metabolites on Daphnia pulex

The aquatic environment is exposed continuously and increasingly to chemical substances such as pharmaceuticals. These medical compounds are released into the environment after having being consumed and body-excreted by patients. Pharmaceutical residues are synthetic molecules that are not always removed by traditional sewage treatment processes and thus escape degradation. Among pharmaceuticals that escape sewage treatment plants (STPs), the anticancer drugs were measured in STP effluents and natural waters. In the aquatic environment, their long-term effects at low concentrations are sparsely known on non-target species. Tamoxifen is an anticancer drug that is widely prescribed worldwide for the prevention and treatment of hormone receptor-positive breast cancers. Two of its metabolites, i.e., endoxifen and 4-hydroxy- tamoxifen (4OHTam), have high pharmacological potency in vivo and such as tamoxifen, they are excreted via faeces by patients. Tamoxifen was measured in STP effluents and natural waters but, to the best of our knowledge, its metabolites concentrations in waters have never been reported. Imatinib is another and recent anticancer compound that targets specific tumour cells. This pharmaceutical is also body excreted and because of its increasing use in cancer treatment, imatinib may reach the natural water. The effects of tamoxifen and imatinib are unknown upon more than one generation of aquatic species. And the effects of 4OHTam, endoxifen have never been studied in ecotoxicology so far. The aims of this thesis were threefold. First, the sensitivity of D. pulex exposed to tamoxifen, 4OHTam, endoxifen or imatinib was assessed using ecotoxicological experiments. Ecotoxicology is the science that considers the toxic effects of natural or synthetic substances, such as pharmaceuticals, on organisms, populations, community and ecosystem. Acute and multigenerational (2-4 generations) tests were performed on daphnids considering several studied endpoints, such as immobilisation, size, reproduction, viability and intrinsic rate of natural increase. Additional prospective assays were designed to evaluate whether 1) low concentrations of tamoxifen and 4OHTam were able to induce toxic effects when used in combination, and 2) daphnids were able to recover when offspring were withdrawn from solutions carrying the pharmaceutical. Second, the stability of tamoxifen, 4OHTam and endoxifen in incubation medium was evaluated in solution exempted from daphnids. Because the nominal concentrations of tamoxifen, 4OHTam and endoxifen did not correspond to the measured, we provide a predictive method to estimate the concentrations of these chemicals during long-term ecotoxicological tests. Finally, changes in protein expressions were analysed in D. pulex exposed 2 or 7 seven days to tamoxifen using ecotoxicoproteomic experiments with a shot-gun approach inducing a peptide fractionation step. Our results show that tamoxifen, 4OHTam and endoxifen induced adverse effects in D. pulex at environmentally relevant concentrations. At very low concentrations, these molecules displayed unusual and teratogenic effects because morphological abnormalities were observed in offspring, such as thick and short antennas, curved spines, premature neonates and aborted eggs. Tamoxifen was the most toxic compound among the test chemicals, followed by 4OHTam, endoxifen and imatinib. Tamoxifen no-observed effect concentrations (NOECs) that were calculated for size, reproduction and intrinsic rate were below or in the range of the concentrations measured in natural waters, i.e., between 0.12 µg/L and 0.67 µg/L. For instance, the tamoxifen NOECs that were calculated for reproduction were between 0.67 and 0.72 µg/L, whereas the NOEC was < 0.15 µg/L when based on morphological abnormalities. The NOECs of 4OHTam were higher but still in the same order of magnitude as tamoxifen environmental concentrations, with a value of 1.48 µg/L. Endoxifen NOEC for the intrinsic rate of natural increase (r) and the reproduction were 0.4 and 4.3 µg/L, respectively. Daphnids that were withdrawn from tamoxifen and 4OHTam were not able to recover. Also, the reproduction of D. pulex was reduced when the treated animals were exposed to the combination of tamoxifen and 4OHTam while no effects were observed when these chemicals were tested individually at the same concentration. Among the anticancer drugs that were tested during this thesis, imatinib was the less toxic molecule towards D. pulex. No effects on size and reproduction were observed within two generations, except for the first whose reproduction decreased at the highest test concentration, i.e., 626 µg/L. Our results also underline the need to use measured or predicted concentrations instead of the nominal during aquatic experiments, particularly when lipophilic molecules are tested. Indeed, notable differences between nominal (i.e., theoretical) and measured concentrations were found with tamoxifen, 4OHTam and endoxifen at all test concentrations. A cost and time sustainable method was proposed to predict the test exposure levels of these chemicals during long-term experiments. This predictive method was efficient particularly for low concentrations, which corresponded to the test concentrations in multigenerational tests. In the ecotoxicoproteomic experiments a total of 3940 proteins were identified and quantified in D. pulex exposed to tamoxifen. These results are currently the largest dataset from D. pulex that is published and the results of proteomic analyses are available for the scientific community. Among these 3940 proteins, 189 were significantly different from controls. After protein annotation, we assumed that treated daphnids with tamoxifen had shifted cost-energy functions, such as reproduction, to maintain their basic metabolism necessary to survive. This metabolic cost hypothesis was supported by the presence of proteins involved in oxidative stress. Biomarkers for early detection of tamoxifen harmful effects on D. pulex were not discovered but the proteins of the vitellogenin-2 family (E9H8K5) and the ryanodine receptor (E9FTU9) are promising potential biomarkers because their expression was already modified after 2 days of treatment. In this thesis, the effects of tamoxifen, 4OHTam and endoxifen on daphnids raise questions about the potential impact of tamoxifen and 4OHTam in other aquatic ecosystems, and therefore, about metabolites in ecotoxicology. Because the NOECs were environmentally relevant, these results suggest that tamoxifen and 4OHTam may be interesting pharmaceuticals to consider in risk assessment. Our findings also emphasize the importance of performing long-term experiments and of considering multi-endpoints instead of the standard reproductive endpoint. Finally, we open the discussion about the importance to measure test exposures or not, during ecotoxicological studies. -- Les milieux aquatiques sont exposés continuellement à un nombre croissant de substances chimiques, notamment les médicaments issus de la médecine vétérinaire et humaine. Chez les patients, les substances administrées sont utilisées par le corps avant d'être éliminées par l'intermédiaire des excrétas dans le système d'eaux usées de la ville. Ces eaux rejoignent ensuite une station de traitement afin d'y éliminer les déchets. Dans le cas des molécules chimiques, il arrive que les processus de traitement d'eaux usées ne soient pas suffisamment efficaces et que ces molécules ne soient pas dégradées. Elles sont alors libérées dans le milieu aquatique avec les effluents de la station d'épuration. Une fois dans l'environnement, ces résidus de médicaments sont susceptibles d'induire des effets sur la faune et la flore aquatique, dont les conséquences à long terme et à faibles concentrations sont peu connues. Les anticancéreux sont une famille de médicaments qui peuvent échapper aux traitements des stations d'épuration et qui sont retrouvées dans le milieu aquatique naturel. Parmi ces substances, le tamoxifen est une molécule utilisée dans le monde entier pour prévenir et traiter les cancers hormonaux dépendant du sein, notamment. Une fois ingéré, le tamoxifen est transformé par le foie en métabolites dont deux d'entre eux, le 4-hydroxy-tamoxifen (4OHTam) et l'endoxifen, possèdent un affinité pour les récepteurs aux estrogènes et une efficacité sur les cellules tumorales supérieure au tamoxifen lui- même. Tout comme la molécule mère, ces métabolites sont principalement éliminés par l'intermédiaire des fèces. Le tamoxifen a déjà été mesuré dans les effluents de stations d'épuration et dans les eaux naturelles, mais aucune valeur n'a été reportée pour ses métabolites jusqu'à présent. Un autre anticancéreux, également éliminé par voie biliaire et susceptible d'atteindre l'environnement, est l'imatinib. Cette récente molécule a révolutionné le traitement et la survie des patients souffrant de leucémie myéloïde chronique et de tumeur stromales gastrointestinales. Les effets du tamoxifen et de l'imatinib sur plusieurs générations d'organismes aquatiques, tels que les microcrustacés Daphnia, sont inconnus et le 4OHTam et l'endoxifen n'ont même jamais été testés en écotoxicologie. Cette thèse s'est articulée autour de trois objectifs principaux. Premièrement, la sensibilité des D. pulex exposés au tamoxifen, 4OHTam, endoxifen et imatinib a été évaluée par l'intermédiaire de tests aigus et de tests sur deux à quatre générations. La mobilité, la taille, la reproduction, la viabilité et la croissance potentielle de la population ont été relevées au cours de ces expériences. Des tests supplémentaires, à but prospectifs, ont également été réalisés afin d'évaluer 1) la capacité de récupération des daphnies, lorsque leurs descendants ont été placés dans un milieu exempté de tamoxifen ou de 4OHTam, 2) les effets chez les daphnies exposées à une solution contenant de faibles concentration de tamoxifen et de 4OHTam mélangés. Le deuxième objectif a été d'évaluer la stabilité du tamoxifen, 4OHTam et endoxifen dilué dans le milieu des daphnies. Après analyses, les concentrations mesurées ne correspondaient pas aux concentrations nominales (c.-à-d., théoriques) et il a été nécessaire de développer une méthode efficace de prédiction des niveaux d'exposition lors de tests de longue durée réalisés avec ces trois molécules. Finalement, des changements dans l'expression des protéines chez des daphnies exposées au tamoxifen ont été investigués par l'intermédiaire d'expériences écotoxicoprotéomiques avec une approche dite de shot-gun avec une étape de fractionnement des protéines. Les résultats obtenus dans cette thèse montrent que le tamoxifen, le 4OHTam et l'endoxifen induisent des effets indésirables chez les daphnies à des niveaux d'exposition proches ou identiques aux concentrations du tamoxifen mesurées dans l'environnement, c'est-à-dire 0.12 et 0.67 µg/L de tamoxifen. Ces molécules ont induit des effets inhabituels tels que la production de : nouveau-nés anormaux, avec des antennes et des queues déformées, des prématurés et des oeufs avortés. Le tamoxifen fut la molécule la plus toxique pour les D. pulex suivie du 4OHTam, de l'endoxifen et enfin de l'imatinib. Lors des expériences sur plusieurs générations, les concentrations n'ayant statistiquement pas d'effet (c.à.d. NOEC en anglais) sur la taille, la reproduction et la croissance intrinsèque de la population étaient du même ordre de grandeur que les concentrations environnementales du tamoxifen. Par exemple, les NOECs du tamoxifen calculées pour la reproduction étaient de 0.67 et 0.72 µg/L, tandis que celle calculée sur la base des anomalies chez les nouveau-nés était < 0.15 µg/L. Les NOECs du 4OHTam se situaient entre 0.16 et 1.48 µg/L et celles de l'endoxifen pour la croissance intrinsèque de la population, ainsi que pour la reproduction, étaient de 0.4 et 4.3 µg/L, respectivement. Dans l'expérience basée sur la récupération des daphnies, la taille et la reproduction ont diminué bien que la descendance fût placée dans un milieu sans substances chimiques. Les daphnies exposées au mélange de tamoxifen et de 4OHTam ont produit moins de nouveau-nés que les contrôles, alors que ces concentrations n'ont pas induit d'effets lorsque testées individuellement. Finalement, l'imatinib n'a pas montré d'effets sur les deux générations testées. Seule la première génération exposée à la plus haute concentration (626 µg/L) a montré une diminution de la reproduction. Les résultats obtenus lors de l'évaluation de la stabilité du tamoxifen, 4OHTam et endoxifen dans le milieu des daphnies ont souligné l'importance d'utiliser des concentrations mesurées ou prédites en écotoxicologie. En effet, des différences notables entre concentrations nominales et mesurées ont été observées à toutes les concentrations et l'hypothèse d'un phénomène d'adsorption sur le verre des récipients a été posée. De ce fait, il a été nécessaire d'élaborer une méthode prédictive efficace et acceptable, en terme de temps et de coûts. Une régression polynomiale basée sur des concentrations mesurées et nominales a permis de prédire avec efficacité les faibles niveaux d'exposition utilisés lors d'expériences écotoxicologiques à long terme, sur plusieurs générations. Suite aux expériences d'écotoxicoprotéomiques, un total de 3940 protéines ont été identifiées et quantifiées chez des daphnies exposées au tamoxifen. Ce nombre est actuellement la plus large série de données publiées et mises à disposition pour la communauté scientifique. Parmi ces protéines, 189 sont significatives et possiblement reliées à des processus de reproduction et de stress. Sur cette base, nous avons émis l'hypothèse que les individus subissant un stress, lié à l'exposition au tamoxifen, ont utilisé leur énergie de base pour favoriser leur survie plutôt que la reproduction. Enfin, la détermination de bio-marqueurs exprimant des dommages précoces des daphnies exposées au tamoxifen n'a pas abouti en tant que telle, mais des protéines prometteuses, telle que la famille de viellogenin-2 (E9H8K5) et le récepteur à la ryanodine (E9FTU9), ont été exprimées après deux jours d'exposition déjà. Ces protéines pourraient faire l'objet d'investigations écotoxicoprotéomiques futures. Les résultats de cette thèse posent certaines questions quant au risque du tamoxifen, du 4OHTam et de l'endoxifen sur la faune et la flore aquatique et plus particulièrement sur les anticancéreux présents dans l'environnement. Les effets toxiques de ces molécules ont été observés à des concentrations environnementales et sur plusieurs générations. La question de considérer les métabolites, et ainsi les pro-médicaments, en écotoxicologie est soulevée, notamment parce que ces molécules peuvent être plus actives et efficaces que la molécule mère. Les expériences chroniques, sur plusieurs générations sont également à favoriser car elles offrent un meilleur reflet de la réalité environnementale que des essais aigus ou d'une génération. L'utilisation de la protéomique permet d'agrandir les connaissances sur les effets des médicaments à un niveau inférieur de l'organisation biologique et ainsi, de mieux comprendre de potentiels mécanismes d'action ou de déterminer de potentiels biomarqueurs. Finalement, il semble important de discuter de l'opportunité de mesurer les concentrations qui sont testées en écotoxicologie afin de ne pas sous-estimer le risque pour la faune et la flore aquatique.

La datation des traces digitales (partie I): revue critique

« Quel est l'âge de cette trace digitale?» Cette question est relativement souvent soulevée au tribunal, lorsque la personne suspectée admet avoir laissé ses empreintes digitales sur une scène de crime mais prétend l'avoir fait à un autre moment que celui du crime et pour une raison innocente. Au travers de différents exemples américains et européens, ce premier article met en évidence le manque de consensus actuel dans les réponses données à cette question par les experts du domaine. Cette disparité dans le traitement des cas de datation de traces digitales est sans doute due au fait qu'aucune méthodologie n'est pour l'heure validée et acceptée par l'ensemble de la communauté forensique. En effet, cet article recense les études menées sur la datation des traces digitales sous forme d'une revue critique et met ainsi en évidence le fait que la plupart de ces méthodes souffrent de problèmes limitant leur application pratique. Toutefois, cette revue permet également d'identifier une approche ayant le potentiel d'apporter des réponses pratiques aux questions de datation, à savoir l'approche se basant sur l'étude du vieillissement de composés cibles intrinsèques aux traces digitales. Cette approche prometteuse ouvre des pistes afin de proposer une méthodologique formelle de datation des traces digitales. Une telle proposition permettrait d'apporter une information pertinente à la justice et fera l'objet de la seconde partie de cet article.