Copy number variation and chromatin structure

The functional consequences of structural variation in the human genome range from adaptation, to phenotypic variation, to predisposition to diseases. Copy number variation (CNV) was shown to influence the phenotype by modifying, in a somewhat dose-dependent manner, the expression of genes that map within them, as well as that of genes located on their flanks. To assess the possible mechanism(s) behind this neighboring effect, we compared histone modification status of cell lines from patients affected by Williams-Beuren, Williams-Beuren region duplication, Smith-Magenis or DiGeorge Syndrome and control individuals using a high-throughput version of chromatin immuno-precipitation method (ChIP), called ChlP-seq. We monitored monomethylation of lysine K20 on histone H4 and trimethylation of lysine K27 on histone H3, as proxies for open and condensed chromatin, respectively. Consistent with the changes in expression levels observed for multiple genes mapping on the entire length of chromosomes affected by structural variants, we also detected regions with modified histone status between samples, up- and downstream from the critical regions, up to the end of the rearranged chromosome. We also gauged the intrachromosomal interactions of these cell lines utilizing chromosome conformation capture (4C-seq) technique. We observed that a set of genes flanking the Williams-Beuren Syndrome critical region (WBSCR) were often looping together, possibly forming an interacting cluster with each other and the WBSCR. Deletion of the WBSCR disrupts the expression of this group of flanking genes, as well as long-range interactions between them and the rearranged interval. We conclude, that large genomic rearrangements can lead to changes in the state of the chromatin spreading far away from the critical region, thus possibly affecting expression globally and as a result modifying the phenotype of the patients. - Les conséquences fonctionnelles des variations structurelles dans le génome humain sont vastes, allant de l'adaptation, en passant par les variations phénotypiques, aux prédispositions à certaines maladies. Il a été démontré que les variations du nombre de copies (CNV) influencent le phénotype en modifiant, d'une manière plus ou moins dose-dépendante, l'expression des gènes se situant à l'intérieur de ces régions, mais également celle des gènes se trouvant dans les régions flanquantes. Afin d'étudier les mécanismes possibles sous-jacents à cet effet de voisinage, nous avons comparé les états de modification des histones dans des lignées cellulaires dérivées de patients atteints du syndrome de Williams-Beuren, de la duplication de la région Williams-Beuren, du syndrome de Smith-Magenis ou du syndrome de Di- George et d'individus contrôles en utilisant une version haut-débit de la méthode d'immunoprécipitation de la chromatine (ChIP), appelée ChIP-seq. Nous avons suivi la mono-méthylation de la lysine K20 sur l'histone H4 et la tri-méthylation de la lysine K27 sur l'histone H3, marqueurs respectifs de la chromatine ouverte et fermée. En accord avec les changements de niveaux d'expression observés pour de multiples gènes tout le long des chromosomes affectés par les CNVs, nous avons aussi détecté des régions présentant des modifications d'histones entre les échantillons, situées de part et d'autre des régions critiques, jusqu'aux extrémités du chromosome réarrangé. Nous avons aussi évalué les interactions intra-chromosomiques ayant lieu dans ces cellules par l'utilisation de la technique de capture de conformation des chromosomes (4C-seq). Nous avons observé qu'un groupe de gènes flanquants la région critique du syndrome de Williams-Beuren (WBSCR) forment souvent une boucle, constituant un groupe d'interactions privilégiées entre ces gènes et la WBSCR. La délétion de la WBSCR perturbe l'expression de ce groupe de gènes flanquants, mais également les interactions à grande échelle entre eux et la région réarrangée. Nous en concluons que les larges réarrangements génomiques peuvent aboutir à des changements de l'état de la chromatine pouvant s'étendre bien plus loin que la région critique, affectant donc potentiellement l'expression de manière globale et ainsi modifiant le phénotype des patients.

Analysis of HIV-1 expression level and sense of transcription by high-throughput sequencing of the infected cell.

Next-generation sequencing offers an unprecedented opportunity to jointly analyze cellular and viral transcriptional activity without prerequisite knowledge of the nature of the transcripts. SupT1 cells were infected with a vesicular stomatitis virus G envelope protein (VSV-G)-pseudotyped HIV vector. At 24 h postinfection, both cellular and viral transcriptomes were analyzed by serial analysis of gene expression followed by high-throughput sequencing (SAGE-Seq). Read mapping resulted in 33 to 44 million tags aligning with the human transcriptome and 0.23 to 0.25 million tags aligning with the genome of the HIV-1 vector. Thus, at peak infection, 1 transcript in 143 is of viral origin (0.7%), including a small component of antisense viral transcription. Of the detected cellular transcripts, 826 (2.3%) were differentially expressed between mock- and HIV-infected samples. The approach also assessed whether HIV-1 infection modulates the expression of repetitive elements or endogenous retroviruses. We observed very active transcription of these elements, with 1 transcript in 237 being of such origin, corresponding on average to 123,123 reads in mock-infected samples (0.40%) and 129,149 reads in HIV-1-infected samples (0.45%) mapping to the genomic Repbase repository. This analysis highlights key details in the generation and interpretation of high-throughput data in the setting of HIV-1 cellular infection.

Database resources for the tuberculosis community.

Access to online repositories for genomic and associated "-omics" datasets is now an essential part of everyday research activity. It is important therefore that the Tuberculosis community is aware of the databases and tools available to them online, as well as for the database hosts to know what the needs of the research community are. One of the goals of the Tuberculosis Annotation Jamboree, held in Washington DC on March 7th-8th 2012, was therefore to provide an overview of the current status of three key Tuberculosis resources, TubercuList (tuberculist.epfl.ch), TB Database (www.tbdb.org), and Pathosystems Resource Integration Center (PATRIC, www.patricbrc.org). Here we summarize some key updates and upcoming features in TubercuList, and provide an overview of the PATRIC site and its online tools for pathogen RNA-Seq analysis.

Magnetic pill tracking : a novel non-invasive tool for investigation of human digestive motility

RESUME Les améliorations méthodologiques des dernières décennies ont permis une meilleure compréhension de la motilité gastro-intestinale. Il manque toutefois une méthode qui permette de suivre la progression du chyme le long du tube gastro-intestinal. Pour permettre l'étude de la motilité de tout le tractus digestif humain, une nouvelle technique, peu invasive, a été élaborée au Département de Physiologie, en collaboration avec l'EPFL. Appelée "Magnet Tracking", la technique est basée sur la détection du champ magnétique généré par des matériaux ferromagnétiques avalés. A cet usage, une pilule magnétique, une matrice de capteurs et un logiciel ont été développés. L'objet de ce travail est de démontrer la faisabilité d'un examen de la motilité gastro-intestinale chez l'Homme par cette méthode. L'aimant est un cylindre (ø 6x7 mm, 0.2 cm3) protégé par une gaine de silicone. Le système de mesure est constitué d'une matrice de 4x4 capteurs et d'un ordinateur portable. Les capteurs fonctionnent sur l'effet Hall. Grâce à l'interface informatique, l'évolution de la position de l'aimant est suivie en temps réel à travers tout le tractus digestif. Sa position est exprimée en fonction du temps ou reproduite en 3-D sous forme d'une trajectoire. Différents programmes ont été crées pour analyser la dynamique des mouvements de l'aimant et caractériser la motilité digestive. Dix jeunes volontaires en bonne santé ont participé à l'étude. L'aimant a été avalé après une nuit de jeûne et son séjour intra digestif suivi pendant 2 jours consécutifs. Le temps moyen de mesure était de 34 heures. Chaque sujet a été examiné une fois sauf un qui a répété sept fois l'expérience. Les sujets restaient en décubitus dorsal, tranquilles et pouvaient interrompre la mesure s'ils le désiraient. Ils sont restés à jeûne le premier jour. L'évacuation de l'aimant a été contrôlée chez tous les sujets. Tous les sujets ont bien supporté l'examen. Le marqueur a pu être détecté de l'oesophage au rectum. La trajectoire ainsi constituée représente une conformation de l'anatomie digestive : une bonne superposition de celle-ci à l'anatomie est obtenue à partir des images de radiologie conventionnelle (CT-scan, lavement à la gastrografine). Les mouvements de l'aimant ont été caractérisés selon leur périodicité, leur amplitude ou leur vitesse pour chaque segment du tractus digestif. Ces informations physiologiques sont bien corrélées à celles obtenues par des méthodes établies d'étude de la motilité gastro-intestinale. Ce travail démontre la faisabilité d'un examen de la motilité gastro-intestinal chez l'Homme par la méthode de Magnet Tracking. La technique fournit les données anatomiques et permet d'analyser en temps réel la dynamique des mouvements du tube digestif. Cette méthode peu invasive ouvre d'intéressantes perspectives pour l'étude de motilité dans des conditions physiologiques et pathologiques. Des expériences visant à valider cette approche en tant que méthode clinique sont en voie de réalisation dans plusieurs centres en Suisse et à l'étranger. SUMMARY Methodological improvements realised over the last decades have permitted a better understanding of gastrointestinal motility. Nevertheless, a method allowing a continuous following of lumina' contents is still lacking. In order to study the human digestive tract motility, a new minimally invasive technique was developed at the Department of Physiology in collaboration with Swiss Federal Institute of Technology. The method is based on the detection of magnetic field generated by swallowed ferromagnetic materials. The aim of our work was to demonstrate the feasibility of this new approach to study the human gastrointestinal motility. The magnet used was a cylinder (ø6x7mm, 0.2 cm3) coated with silicon. The magnet tracking system consisted of a 4x4 matrix of sensors based on the Hall effect Signals from the sensors were digitised and sent to a laptop computer for processing and storage. Specific software was conceived to analyse in real time the progression of the magnet through the gastrointestinal tube. Ten young and healthy volunteers were enrolled in the study. After a fasting period of 12 hours, they swallowed the magnet. The pill was then tracked for two consecutive days for 34 hours on average. Each subject was studied once except one who was studied seven times. Every subject laid on his back for the entire experiment but could interrupt it at anytime. Evacuation of the magnet was controlled in all subjects. The examination was well tolerated. The pill could be followed from the esophagus to the rectum. The trajectory of the magnet represented a "mould" of the anatomy of the digestive tube: a good superimposition with radiological anatomy (gastrografin contrast and CT) was obtained. Movements of the magnet were characterized by periodicity, velocity, and amplitude of displacements for every segment of the digestive tract. The physiological information corresponded well to data from current methods of studying gastrointestinal motility. This work demonstrates the feasibility of the new approach in studies of human gastrointestinal motility. The technique allows to correlate in real time the dynamics of digestive movements with the anatomical data. This minimally invasive method is ready for studies of human gastrointestinal motility under physiological as well as pathological conditions. Studies aiming at validation of this new approach as a clinically relevant tool are being realised in several centres in Switzerland and abroad. Abstract: A new minimally invasive technique allowing for anatomical mapping and motility studies along the entire human digestive system is presented. The technique is based on continuous tracking of a small magnet progressing through the digestive tract. The coordinates of the magnet are calculated from signals recorded by 16 magnetic field sensors located over the abdomen. The magnet position, orientation and trajectory are displayed in real time. Ten young healthy volunteers were followed during 34 h. The technique was well tolerated and no complication was encountered, The information obtained was 3-D con-figuration of the digestive tract and dynamics of the magnet displacement (velocity, transit time, length estimation, rhythms). In the same individual, repea-ted examination gave very reproducible results. The anatomical and physiological information obtained corresponded well to data from current methods and imaging. This simple, minimally invasive technique permits examination of the entire digestive tract and is suitable for both research and clinical studies. In combination with other methods, it may represent a useful tool for studies of Cl motility with respect to normal and pathological conditions.

Prophylactic isolated limb perfusion for localized, high-risk limb melanoma: results of a multicenter randomized phase III trial. European Organization for Research and Treatment of Cancer Malignant Melanoma Cooperative Group Protocol 18832, the World Health Organization Melanoma Program Trial 15, and the North American Perfusion Group Southwest Oncology Group-8593.

PURPOSE: Patients with primary cutaneous melanoma > or = 1.5 mm in thickness are at high risk of having regional micrometastases at the time of initial surgical treatment. A phase III international study was designed to evaluate whether prophylactic isolated limb perfusion (ILP) could prevent regional recurrence and influence survival. PATIENTS AND METHODS: A total of 832 assessable patients from 16 centers entered the study; 412 were randomized to wide excision (WE) only and 420 to WE plus ILP with melphalan and mild hyperthermia. Median age was 50 years, 68% of patients were female, 79% of melanomas were located on a lower limb, and 47% had a thickness > or = 3 mm. RESULTS: Median follow-up duration is 6.4 years. There was a trend for a longer disease-free interval (DFI) after ILP. The difference was significant for patients who did not undergo elective lymph node dissection (ELND). The impact of ILP was clearly on the occurrence-as first site of progression - of in-transit metastases (ITM), which were reduced from 6.6% to 3.3%, and of regional lymph node (RLN) metastases, with a reduction from 16.7% to 12.6%. There was no benefit from ILP in terms of time to distant metastasis or survival. Side effects were higher after ILP, but transient in most patients. There were two amputations for limb toxicity after ILP. CONCLUSION: Prophylactic ILP with melphalan cannot be recommended as an adjunct to standard surgery in high-risk primary limb melanoma.

Is intra-operative blood fllow predictive for early failure of radiocephalic arteriovenous fistula ?

Rapport de Synthèse : Introduction : Depuis plus de 50 ans, les fistules artérioveineuses radiocéphaliques (FAV) restent le meilleur accès d'hémodialyse en termes de perméabilité et de complications. Néanmoins, l'échec précoce dû aux thromboses ou à la non maturation entraîne leur abandon chez un nombre significatif de patients. Cette étude prospective est destinée à investiguer la mesure peropératoire du débit sanguin dans les FAV comme valeur prédictive d'échec précoce. Méthode : Nous avons sélectionné des patients nécessitant la confection d'une FAV pour hémodialyse en se basant sur le repérage veineux effectué par ultrason dans la période préopératoire. La mesure du débit sanguin dans la FAV a été réalisée systématiquement après la réalisation de l'anastomose en utilisant une sonde mesurant le temps de transit des globules rouges. Durant le suivi, le débit a été estimé par ultrason à des intervalles réguliers. Résultats : Nous avons réalisés 58 FAV chez 58 patients avec un suivi moyen de 30 jours. La thrombose et non maturation a été observée chez 8 patients (14%) et 4 patients (7%) respectivement. La valeur de débit peropératoire des fistules sans échec précoce était significativement plus élevée que dans les fistules avec échec précoce (230 v. 98 mL/min ; Ρ = 0.007), tout comme à une semaine (753 vs 228 mL/min ; P=0.0008) et 4 semaines (915 vs 245 mL/min, P<0.0001j. La mesure du débit avec une valeur seuil à 120 mL/min présente une sensibilité de 67%, une spécificité de 75% et une valeur prédictive positive de 91%. Conclusions : Un débit sanguin < 120mL/min a une bonne valeur prédictive positive d'échec précoce dans les FAV. Durant la procédure, cette valeur seuil, doit être utilisée pour sélectionner de manière appropriée les FAV nécessitant durant la même intervention une correction immédiate afin d'améliorer le débit. Une étude consécutive devra investiguer les origines des débits faibles des FAV objectivés durant leur confection.

Regional-scale debris-flow risk assessment for an alpine valley

In this paper, we perform a societal and economic risk assessment for debris flows at the regional scale, for lower Valtellina, Northern Italy. We apply a simple empirical debris-flow model, FLOW-R, which couples a probabilistic flow routing algorithm with an energy line approach, providing the relative probability of transit, and the maximum kinetic energy, for each cell. By assessing a vulnerability to people and to other exposed elements (buildings, public facilities, crops, woods, communication lines), and their economic value, we calculated the expected annual losses both in terms of lives (societal risk) and goods (direct economic risk). For societal risk assessment, we distinguish for the day and night scenarios. The distribution of people at different moments of the day was considered, accounting for the occupational and recreational activities, to provide a more realistic assessment of risk. Market studies were performed in order to assess a realistic economic value to goods, structures, and lifelines. As terrain unit, a 20 m x 20 m cell was used, in accordance with data availability and the spatial resolution requested for a risk assessment at this scale. Societal risk the whole area amounts to 1.98 and 4.22 deaths/year for the day and the night scenarios, respectively, with a maximum of 0.013 deaths/year/cell. Economic risk for goods amounts to 1,760,291 ?/year, with a maximum of 13,814 ?/year/cell.

Assessment of occlusive arterial disease of abdominal aorta and lower extremities arteries : value of multidetector CT angiography using and adaptative acquisition method

Rapport de synthèse : Objectif : Le but de ce travail est d`étudier l'angiographie par scanner multi-barrette (AS) dans l'évaluation de l'artériopathie oblitérante (AOMI) de l'aorte abdominale et des membres inférieurs utilisant une méthode adaptative d'acquisition pour optimiser le rehaussement artériel en particulier pour le lit artériel distal et les artères des pieds. Matériels et méthodes : Trente-quatre patients pressentant une AOMI ont bénéficié d'une angiographie trans-cathéter (ATC) et d'une AS dans un délai inférieur ou égal à 15 jours. L'AS a été effectuée du tronc coeliaque jusqu'aux artères des pieds en une seule acquisition utilisant une haute résolution spatiale (16x0.625 mm). La vitesse de table et le temps de rotation pour chaque examen ont été choisis selon le temps de transit du produit de contraste, obtenu après un bolus test. Une quantité totale de 130 ml de contraste à 4 ml/s a été utilisée. L'analyse des images de l'AS a été effectuée par deux observateurs et les données ATC ont été interprétées de manière indépendante par deux autres observateurs. L'analyse a inclus la qualité de l'image et la détection de sténose supérieure ou égale à 50 % par patient et par segment artériel. La sensibilité et la spécificité de l'AS ont été calculées en considérant l'ATC comme examen de référence. La variabilité Interobservateur a été mesurée au moyen d'une statistique de kappa. Résultas : L'ATC a été non-conclusive dans 0.7 % des segments, tandis que l'AS était conclusive dans tous les segments. Sur l'analyse par patient, la sensibilité et la spécificité totales pour détecter une sténose significative égale ou supérieure à 50 % étaient de 100 %. L'analyse par segment a montré des sensibilités et de spécificités variant respectivement de 91 à 100 % et de 81 à 100 %. L'analyse des artères distales des pieds a révélé une sensibilité de 100 % et une spécificité de 90 %. Conclusion : L'angiographie par CT multi-barrettes utilisant cette méthode adaptative d'acquisition améliore la qualité de l'image et fournit une technique non-invasive et fiable pour évaluer L'AOMI, y compris les artères distales des pieds.

First insights into the transcriptome and development of new genomic tools of a widespread circum-Mediterranean tree species, Pinus halepensis Mill.

Aleppo pine (Pinus halepensis Mill.) is a relevant conifer species for studying adaptive responses to drought and fire regimes in the Mediterranean region. In this study, we performed Illumina next-generation sequencing of two phenotypically divergent Aleppo pine accessions with the aims of (i) characterizing the transcriptome through Illumina RNA-Seq on trees phenotypically divergent for adaptive traits linked to fire adaptation and drought, (ii) performing a functional annotation of the assembled transcriptome, (iii) identifying genes with accelerated evolutionary rates, (iv) studying the expression levels of the annotated genes and (v) developing gene-based markers for population genomic and association genetic studies. The assembled transcriptome consisted of 48,629 contigs and covered about 54.6 Mbp. The comparison of Aleppo pine transcripts to Picea sitchensis protein-coding sequences resulted in the detection of 34,014 SNPs across species, with a Ka /Ks average value of 0.216, suggesting that the majority of the assembled genes are under negative selection. Several genes were differentially expressed across the two pine accessions with contrasted phenotypes, including a glutathione-s-transferase, a cellulose synthase and a cobra-like protein. A large number of new markers (3334 amplifiable SSRs and 28,236 SNPs) have been identified which should facilitate future population genomics and association genetics in this species. A 384-SNP Oligo Pool Assay for genotyping with the Illumina VeraCode technology has been designed which showed an high overall SNP conversion rate (76.6%). Our results showed that Illumina next-generation sequencing is a valuable technology to obtain an extensive overview on whole transcriptomes of nonmodel species with large genomes.

Gene duplication, population genomics, and species-level differentiation within a tropical mountain shrub.

Gene duplication leads to paralogy, which complicates the de novo assembly of genotyping-by-sequencing (GBS) data. The issue of paralogous genes is exacerbated in plants, because they are particularly prone to gene duplication events. Paralogs are normally filtered from GBS data before undertaking population genomics or phylogenetic analyses. However, gene duplication plays an important role in the functional diversification of genes and it can also lead to the formation of postzygotic barriers. Using populations and closely related species of a tropical mountain shrub, we examine 1) the genomic differentiation produced by putative orthologs, and 2) the distribution of recent gene duplication among lineages and geography. We find high differentiation among populations from isolated mountain peaks and species-level differentiation within what is morphologically described as a single species. The inferred distribution of paralogs among populations is congruent with taxonomy and shows that GBS could be used to examine recent gene duplication as a source of genomic differentiation of nonmodel species.

Cryptic diversity among Western Palearctic tree frogs: postglacial range expansion, range limits, and secondary contacts of three European tree frog lineages (Hyla arborea group).

We characterize divergence times, intraspecific diversity and distributions for recently recognized lineages within the Hyla arborea species group, based on mitochondrial and nuclear sequences from 160 localities spanning its whole distribution. Lineages of H. arborea, H. orientalis, H. molleri have at least Pliocene age, supporting species level divergence. The genetically uniform Iberian H. molleri, although largely isolated by the Pyrenees, is parapatric to H. arborea, with evidence for successful hybridization in a small Aquitanian corridor (southwestern France), where the distribution also overlaps with H. meridionalis. The genetically uniform H. arborea, spread from Crete to Brittany, exhibits molecular signatures of a postglacial range expansion. It meets different mtDNA clades of H. orientalis in NE-Greece, along the Carpathians, and in Poland along the Vistula River (there including hybridization). The East-European H. orientalis is strongly structured genetically. Five geographic mitochondrial clades are recognized, with a molecular signature of postglacial range expansions for the clade that reached the most northern latitudes. Hybridization with H. savignyi is suggested in southwestern Turkey. Thus, cryptic diversity in these Pliocene Hyla lineages covers three extremes: a genetically poor, quasi-Iberian endemic (H. molleri), a more uniform species distributed from the Balkans to Western Europe (H. arborea), and a well-structured Asia Minor-Eastern European species (H. orientalis).

Long-distance wound signalling in arabidopsis

The leaves of all plants use elaborate and inducible defence systems to protect themselves. A wide variety of such defences are known and they include defence chemicals such as alkaloids, phenolics and terpenes, physical structures ranging from fibre cells to silica deposits, and a wide variety of defence proteins many of which target digestive processes in herbivores. It has long been known that the defence responses of plants under attack by insects are not restricted to the site of attack. Instead, if a leaf is damaged, defence can be triggered in other parts of the plant body, for example in distal leaves or even in roots and flowers. This raises the question of what are the organ-to-organ signals that coordinate this process. Several hypotheses have been proposed. These include the long-distance transfer of chemical signals through the plant vasculature, hydraulic signals that may transit through the xylem, and electrical signals that would move through living tissues such as the phloem. Much evidence for each of these scenarios has been published. In this thesis we took advantage of the fact that many plant defence responses are regulated by a signal transduction pathway based on a molecule called jasmonic acid. We used this molecule, one of its derivatives (jasmonoyl-isoleucine), and some of the genes it regulates as markers. Using these we investigated the possible role of the electrical signals in the leaf- to-leaf activation of the jasmonate pathway. We found that feeding insects stimulate easily detected electrical activity in the leaves of Arabidopsis thaliana and we used non-invasive surface electrodes to record this activity. This approach showed that jasmonate pathway activity and the electrical activity provoked by mechanical wounding occurred within identical spatial boundaries. Measurements of the apparent speed of surface potentials agreed well with previous velocity estimates for the speed of leaf-to-leaf signals that activate the jasmonate pathway. Using this knowledge we were able to investigate the effects of current injection into Arabidopsis leaves. This resulted in the strong expression of many jasmonate-regulated genes. All these results showed that electrical activity and the activation of jasmonate signalling were highly correlated. In order to test for possible causal links between the two processes, we conducted a small-scale reverse genetic screen on a series of T-DNA insertion mutants in ion channel genes and in other genes encoding proteins such as proton pumps. This screen, which was based on surface potential measurements, revealed that mutations in genes related to ionotropic glutamate receptors in animals had impaired electrical activity after wounding. Combining mutation of two of these glutamate-receptor-like genes in a double mutant reduced the response of leaves to current injection. When a leaf of this double mutant was wounded it failed to transmit a long-distance signal to a distal leaf. This result distinguished the double mutant from the wild-type plant and provides the first genetic evidence that electrical signalling is necessary to coordinate defence responses between organs in plants. - Les feuilles des plantes disposent de systèmes de défense inductibles très élaborés. Un grand nombre de ces systèmes de défenses sont connus et sont basés sur des composés chimiques comme les alcaloïdes, les composés phénoliques ou les terpènes, des systèmes physiques allant de la production de cellules fibreuses aux cristaux de silice ainsi qu'un grand nombre de protéines de défense ciblant le processus digestif des herbivores. Il est connu dépuis longtemps que la réponse défensive de la plante face à l'attaque pas un insecte n'est pas seulement localisée au niveau de la zone d'attaque. A la place, si une feuille est attaquée, les systèmes de défense peuvent être activés ailleurs dans la plante, comme par exemple dans d'autres feuilles, les racines ou même les fleurs. Ces observations soulèvent la question de la nature des signaux d'organes à organes qui régulent ces systèmes. Plusieurs hypothèses ont été formulées; une ou plusieures molécules pourraient être véhiculées dans la plante grâce au système vasculaire, un signal hydraulique transmis au travers du xylème ou encore des signaux électriques transmis par les cellules comme dans le phloème par exemple. De nombreuses études ont été publiées sur ces différentes hypothèses. Dans ce travail de thèse, nous avons choisi d'utiliser à notre avantage le fait que de nombreuses réponses de défense de la plante sont régulées par une même voie de signalisation utilisant l'acide jasmonique. Nous avons utilisé comme marqueurs cette molécule, un de ses dérivés (le jasmonoyl-isoleucine) ainsi que certains des gènes que l'acide jasmonique régule. Nous avons alors testé l'implication de la transmission de signaux électriques dans l'activation de la voie du jasmonate de feuille à feuille. Nous avons découvert que les insectes qui se nourrissent de feuilles d'Arabidopsis thaliana activent un signal électrique que nous avons pu mesurer grâce à une technique non invasive d'électrodes de surface. Les enregistrements ont montré que la génération de signaux électriques et l'activation de la voie du jasmonate avaient lieu aux mêmes endroits. La mesure de la vitesse de déplacement des impulsions électriques correspond aux estimations faites concernant l'activation de la voie du jasmonate. Grâce à cela, nous avons pu tester l'effet d'injection de courant électrique dans les feuilles d'Arabidopsis. La conséquence a été une forte expression de nombreux gènes de la voie du jasmonate, suggérant une forte corrélation entre l'activité électrique et l'activation de la voie du jasmonate. Afin de tester le lien de cause entre ces deux phénomènes, nous avons entrepris un criblage génétique sur une série de mutants d'insertion à l'ADN-T dans des gènes de canaux ioniques et d'autres gènes d'intérêt comme les gènes des pompes à protons. Ce criblage, basé sur la mesure de potentiels de surface, a permis de montrer que plusieurs mutations de gènes liés aux récepteurs au glutamate ionotropique présentent une baisse drastique de leurs activités électriques après une blessure mécanique des feuilles par rapport au type sauvage. Par la combinaison de deux mutations de ces récepteurs au glutamate en un double mutant, on obtient une réponse à la stimulation électrique encore plus faible. Quand une feuille du double mutant est blessée, elle est incapable de transmettre un signal à longue distance vers une feuille éloignée. Ce résultat permet de distinguer le double mutant de la plante sauvage et amène la première preuve génétique que l'activité électrique est nécessaire pour coordonner les réponses de défense entre les organes chez les plantes.

Non-invasive and non-occlusive blood pressure estimation via a chest sensor.

The clinical demand for a device to monitor Blood Pressure (BP) in ambulatory scenarios with minimal use of inflation cuffs is increasing. Based on the so-called Pulse Wave Velocity (PWV) principle, this paper introduces and evaluates a novel concept of BP monitor that can be fully integrated within a chest sensor. After a preliminary calibration, the sensor provides non-occlusive beat-by-beat estimations of Mean Arterial Pressure (MAP) by measuring the Pulse Transit Time (PTT) of arterial pressure pulses travelling from the ascending aorta towards the subcutaneous vasculature of the chest. In a cohort of 15 healthy male subjects, a total of 462 simultaneous readings consisting of reference MAP and chest PTT were acquired. Each subject was recorded at three different days: D, D+3 and D+14. Overall, the implemented protocol induced MAP values to range from 80 ± 6 mmHg in baseline, to 107 ± 9 mmHg during isometric handgrip maneuvers. Agreement between reference and chest-sensor MAP values was tested by using intraclass correlation coefficient (ICC = 0.78) and Bland-Altman analysis (mean error = 0.7 mmHg, standard deviation = 5.1 mmHg). The cumulative percentage of MAP values provided by the chest sensor falling within a range of ±5 mmHg compared to reference MAP readings was of 70%, within ±10 mmHg was of 91%, and within ±15mmHg was of 98%. These results point at the fact that the chest sensor complies with the British Hypertension Society (BHS) requirements of Grade A BP monitors, when applied to MAP readings. Grade A performance was maintained even two weeks after having performed the initial subject-dependent calibration. In conclusion, this paper introduces a sensor and a calibration strategy to perform MAP measurements at the chest. The encouraging performance of the presented technique paves the way towards an ambulatory-compliant, continuous and non-occlusive BP monitoring system.

Dose reconstruction in the context of tomotherapy

In vivo dosimetry is a way to verify the radiation dose delivered to the patient in measuring the dose generally during the first fraction of the treatment. It is the only dose delivery control based on a measurement performed during the treatment. In today's radiotherapy practice, the dose delivered to the patient is planned using 3D dose calculation algorithms and volumetric images representing the patient. Due to the high accuracy and precision necessary in radiation treatments, national and international organisations like ICRU and AAPM recommend the use of in vivo dosimetry. It is also mandatory in some countries like France. Various in vivo dosimetry methods have been developed during the past years. These methods are point-, line-, plane- or 3D dose controls. A 3D in vivo dosimetry provides the most information about the dose delivered to the patient, with respect to ID and 2D methods. However, to our knowledge, it is generally not routinely applied to patient treatments yet. The aim of this PhD thesis was to determine whether it is possible to reconstruct the 3D delivered dose using transmitted beam measurements in the context of narrow beams. An iterative dose reconstruction method has been described and implemented. The iterative algorithm includes a simple 3D dose calculation algorithm based on the convolution/superposition principle. The methodology was applied to narrow beams produced by a conventional 6 MV linac. The transmitted dose was measured using an array of ion chambers, as to simulate the linear nature of a tomotherapy detector. We showed that the iterative algorithm converges quickly and reconstructs the dose within a good agreement (at least 3% / 3 mm locally), which is inside the 5% recommended by the ICRU. Moreover it was demonstrated on phantom measurements that the proposed method allows us detecting some set-up errors and interfraction geometry modifications. We also have discussed the limitations of the 3D dose reconstruction for dose delivery error detection. Afterwards, stability tests of the tomotherapy MVCT built-in onboard detector was performed in order to evaluate if such a detector is suitable for 3D in-vivo dosimetry. The detector showed stability on short and long terms comparable to other imaging devices as the EPIDs, also used for in vivo dosimetry. Subsequently, a methodology for the dose reconstruction using the tomotherapy MVCT detector is proposed in the context of static irradiations. This manuscript is composed of two articles and a script providing further information related to this work. In the latter, the first chapter introduces the state-of-the-art of in vivo dosimetry and adaptive radiotherapy, and explains why we are interested in performing 3D dose reconstructions. In chapter 2 a dose calculation algorithm implemented for this work is reviewed with a detailed description of the physical parameters needed for calculating 3D absorbed dose distributions. The tomotherapy MVCT detector used for transit measurements and its characteristics are described in chapter 3. Chapter 4 contains a first article entitled '3D dose reconstruction for narrow beams using ion chamber array measurements', which describes the dose reconstruction method and presents tests of the methodology on phantoms irradiated with 6 MV narrow photon beams. Chapter 5 contains a second article 'Stability of the Helical TomoTherapy HiArt II detector for treatment beam irradiations. A dose reconstruction process specific to the use of the tomotherapy MVCT detector is presented in chapter 6. A discussion and perspectives of the PhD thesis are presented in chapter 7, followed by a conclusion in chapter 8. The tomotherapy treatment device is described in appendix 1 and an overview of 3D conformai- and intensity modulated radiotherapy is presented in appendix 2. - La dosimétrie in vivo est une technique utilisée pour vérifier la dose délivrée au patient en faisant une mesure, généralement pendant la première séance du traitement. Il s'agit de la seule technique de contrôle de la dose délivrée basée sur une mesure réalisée durant l'irradiation du patient. La dose au patient est calculée au moyen d'algorithmes 3D utilisant des images volumétriques du patient. En raison de la haute précision nécessaire lors des traitements de radiothérapie, des organismes nationaux et internationaux tels que l'ICRU et l'AAPM recommandent l'utilisation de la dosimétrie in vivo, qui est devenue obligatoire dans certains pays dont la France. Diverses méthodes de dosimétrie in vivo existent. Elles peuvent être classées en dosimétrie ponctuelle, planaire ou tridimensionnelle. La dosimétrie 3D est celle qui fournit le plus d'information sur la dose délivrée. Cependant, à notre connaissance, elle n'est généralement pas appliquée dans la routine clinique. Le but de cette recherche était de déterminer s'il est possible de reconstruire la dose 3D délivrée en se basant sur des mesures de la dose transmise, dans le contexte des faisceaux étroits. Une méthode itérative de reconstruction de la dose a été décrite et implémentée. L'algorithme itératif contient un algorithme simple basé sur le principe de convolution/superposition pour le calcul de la dose. La dose transmise a été mesurée à l'aide d'une série de chambres à ionisations alignées afin de simuler la nature linéaire du détecteur de la tomothérapie. Nous avons montré que l'algorithme itératif converge rapidement et qu'il permet de reconstruire la dose délivrée avec une bonne précision (au moins 3 % localement / 3 mm). De plus, nous avons démontré que cette méthode permet de détecter certaines erreurs de positionnement du patient, ainsi que des modifications géométriques qui peuvent subvenir entre les séances de traitement. Nous avons discuté les limites de cette méthode pour la détection de certaines erreurs d'irradiation. Par la suite, des tests de stabilité du détecteur MVCT intégré à la tomothérapie ont été effectués, dans le but de déterminer si ce dernier peut être utilisé pour la dosimétrie in vivo. Ce détecteur a démontré une stabilité à court et à long terme comparable à d'autres détecteurs tels que les EPIDs également utilisés pour l'imagerie et la dosimétrie in vivo. Pour finir, une adaptation de la méthode de reconstruction de la dose a été proposée afin de pouvoir l'implémenter sur une installation de tomothérapie. Ce manuscrit est composé de deux articles et d'un script contenant des informations supplémentaires sur ce travail. Dans ce dernier, le premier chapitre introduit l'état de l'art de la dosimétrie in vivo et de la radiothérapie adaptative, et explique pourquoi nous nous intéressons à la reconstruction 3D de la dose délivrée. Dans le chapitre 2, l'algorithme 3D de calcul de dose implémenté pour ce travail est décrit, ainsi que les paramètres physiques principaux nécessaires pour le calcul de dose. Les caractéristiques du détecteur MVCT de la tomothérapie utilisé pour les mesures de transit sont décrites dans le chapitre 3. Le chapitre 4 contient un premier article intitulé '3D dose reconstruction for narrow beams using ion chamber array measurements', qui décrit la méthode de reconstruction et présente des tests de la méthodologie sur des fantômes irradiés avec des faisceaux étroits. Le chapitre 5 contient un second article intitulé 'Stability of the Helical TomoTherapy HiArt II detector for treatment beam irradiations'. Un procédé de reconstruction de la dose spécifique pour l'utilisation du détecteur MVCT de la tomothérapie est présenté au chapitre 6. Une discussion et les perspectives de la thèse de doctorat sont présentées au chapitre 7, suivies par une conclusion au chapitre 8. Le concept de la tomothérapie est exposé dans l'annexe 1. Pour finir, la radiothérapie «informationnelle 3D et la radiothérapie par modulation d'intensité sont présentées dans l'annexe 2.

Network-guided analysis of genes with altered somatic copy number and gene expression reveals pathways commonly perturbed in metastatic melanoma.

Cancer genomes frequently contain somatic copy number alterations (SCNA) that can significantly perturb the expression level of affected genes and thus disrupt pathways controlling normal growth. In melanoma, many studies have focussed on the copy number and gene expression levels of the BRAF, PTEN and MITF genes, but little has been done to identify new genes using these parameters at the genome-wide scale. Using karyotyping, SNP and CGH arrays, and RNA-seq, we have identified SCNA affecting gene expression ('SCNA-genes') in seven human metastatic melanoma cell lines. We showed that the combination of these techniques is useful to identify candidate genes potentially involved in tumorigenesis. Since few of these alterations were recurrent across our samples, we used a protein network-guided approach to determine whether any pathways were enriched in SCNA-genes in one or more samples. From this unbiased genome-wide analysis, we identified 28 significantly enriched pathway modules. Comparison with two large, independent melanoma SCNA datasets showed less than 10% overlap at the individual gene level, but network-guided analysis revealed 66% shared pathways, including all but three of the pathways identified in our data. Frequently altered pathways included WNT, cadherin signalling, angiogenesis and melanogenesis. Additionally, our results emphasize the potential of the EPHA3 and FRS2 gene products, involved in angiogenesis and migration, as possible therapeutic targets in melanoma. Our study demonstrates the utility of network-guided approaches, for both large and small datasets, to identify pathways recurrently perturbed in cancer.