The Gene Ontology: enhancements for 2011.

The Gene Ontology (GO) (http://www.geneontology.org) is a community bioinformatics resource that represents gene product function through the use of structured, controlled vocabularies. The number of GO annotations of gene products has increased due to curation efforts among GO Consortium (GOC) groups, including focused literature-based annotation and ortholog-based functional inference. The GO ontologies continue to expand and improve as a result of targeted ontology development, including the introduction of computable logical definitions and development of new tools for the streamlined addition of terms to the ontology. The GOC continues to support its user community through the use of e-mail lists, social media and web-based resources.

Resolving the ortholog conjecture: orthologs tend to be weakly, but significantly, more similar in function than paralogs.

The function of most proteins is not determined experimentally, but is extrapolated from homologs. According to the "ortholog conjecture", or standard model of phylogenomics, protein function changes rapidly after duplication, leading to paralogs with different functions, while orthologs retain the ancestral function. We report here that a comparison of experimentally supported functional annotations among homologs from 13 genomes mostly supports this model. We show that to analyze GO annotation effectively, several confounding factors need to be controlled: authorship bias, variation of GO term frequency among species, variation of background similarity among species pairs, and propagated annotation bias. After controlling for these biases, we observe that orthologs have generally more similar functional annotations than paralogs. This is especially strong for sub-cellular localization. We observe only a weak decrease in functional similarity with increasing sequence divergence. These findings hold over a large diversity of species; notably orthologs from model organisms such as E. coli, yeast or mouse have conserved function with human proteins.

Identification of novel functional TBP-binding sites and general factor repertoires.

Our current knowledge of the general factor requirement in transcription by the three mammalian RNA polymerases is based on a small number of model promoters. Here, we present a comprehensive chromatin immunoprecipitation (ChIP)-on-chip analysis for 28 transcription factors on a large set of known and novel TATA-binding protein (TBP)-binding sites experimentally identified via ChIP cloning. A large fraction of identified TBP-binding sites is located in introns or lacks a gene/mRNA annotation and is found to direct transcription. Integrated analysis of the ChIP-on-chip data and functional studies revealed that TAF12 hitherto regarded as RNA polymerase II (RNAP II)-specific was found to be also involved in RNAP I transcription. Distinct profiles for general transcription factors and TAF-containing complexes were uncovered for RNAP II promoters located in CpG and non-CpG islands suggesting distinct transcription initiation pathways. Our study broadens the spectrum of general transcription factor function and uncovers a plethora of novel, functional TBP-binding sites in the human genome.

PROTEOMICS OF OXIDATIVE LESIONS OCCURRING DURING TRANSFUSION-PURPOSED STORAGE OF ERYTHROCYTE CONCENTRATES

Erythrocyte concentrates (ECs) are the major labile blood product being transfused worldwide, aiming at curing anemia of diverse origins. In Switzerland, ECs are stored at 4 °C up to 42 days in saline-adenine-glucose-mannitol (SAGM). Such storage induces cellular lesions, altering red blood cells (RBCs) metabolism, protein content and rheological properties. A hot debate exists regarding the impact of the storage lesions, thus the age of ECs on transfusion-related clinical adverse outcomes. Several studies tend to show that poorer outcomes occur in patients receiving older blood products. However, no clear association was demonstrated up to date. While metabolism and early rheological changes are reversible through transfusion of the blood units, oxidized proteins cannot be repaired, and it is likely such irreversible damages would affect the quality of the blood product and the efficiency of the transfusion. In vivo, RBCs are constantly exposed to oxygen fluxes, and are thus well equipped to deal with oxidative challenges. Moreover, functional 20S proteasome complexes allow for recognition and proteolysis of fairly oxidized protein, and some proteins can be eliminated from RBCs by the release of microvesicles. The present PhD thesis is involved in a global research project which goal is to characterize the effect of processing and storage on the quality of ECs. Assessing protein oxidative damages during RBC storage is of major importance to understand the mechanisms of aging of stored RBCs. To this purpose, redox proteomic-based investigations were conducted here. In a first part, cysteine oxidation and protein carbonylation were addressed via 2D-DIGE and derivatization-driven immunodetection approaches, respectively. Then, the oxidized sub- proteomes were characterized through LC-MS/MS identification of proteins in spots of interest (cysteine oxidation) or affinity-purified carbonylated proteins. Gene ontology annotation allowed classifying targets of oxidation according to their molecular functions. In a third part, the P20S activity was evaluated throughout the storage period of ECs, and its susceptibility to highly oxidized environment was investigated. The potential defensive role of microvesiculation was also addressed through the quantification of eliminated carbonylated proteins. We highlighted distinct protein groups differentially affected by cysteine oxidation, either reversibly or irreversibly. In addition, soluble extracts showed a decrease in carbonylation at the beginning of the storage and membrane extracts revealed increasing carbonylation after 4 weeks of storage. Engaged molecular functions revealed that antioxidant (AO) are rather reversibly oxidized at their cysteine residue(s), but are irreversibly oxidized through carbonylation. In the meantime, the 20S proteasome activity is decreased by around 40 % at the end of the storage period. Incubation of fresh RBCs extracts with exogenous oxidized proteins showed a dose-dependent and protein-dependent inhibitory effect. Finally, we proved that the release of microvesicles allows the elimination of increasing quantities of carbonylated proteins. Taken together, these results revealed an oxidative pathway model of RBCs storage, on which further investigation towards improved storage conditions will be based. -- Les concentrés érythrocytaires (CE) sont le produit sanguin le plus délivré au monde, permettant de traiter différentes formes d'anémies. En Suisse, les CE sont stocké à 4 °C pendant 42 jours dans une solution saline d'adénine, glucose et mannitol (SAGM). Une telle conservation induit des lésions de stockage qui altèrent le métabolisme, les protéines et les propriétés rhéologique du globule rouge (GR). Un débat important concerne l'impact du temps de stockage des CE sur les risques de réaction transfusionnelles, certaines études tentant de démontrer que des transfusions de sang vieux réduiraient l'espérance de vie des patients. Cependant, aucune association concrète n'a été prouvée à ce jour. Alors que les modifications du métabolisme et changement précoces des propriétés rhéologiques sont réversibles suite à la transfusion du CE, les protéines oxydées ne peuvent être réparées, et il est probable que de telles lésions affectent la qualité et l'efficacité des produits sanguins. In vivo, les GR sont constamment exposés à l'oxygène, et sont donc bien équipés pour résister aux lésions oxydatives. De plus, les complexes fonctionnels de proteasome 20S reconnaissent et dégradent les protéines modérément oxydées, et certaines protéines peuvent être éliminées par les microparticules. Cette thèse de doctorat est imbriquée dans un projet de recherche global ayant pour objectif la caractérisation des effets de la préparation et du stockage sur la qualité des GR. Evaluer les dommages oxydatifs du GR pendant le stockage est primordial pour comprendre les mécanismes de vieillissement des produits sanguin. Dans ce but, des recherches orientées redoxomique ont été conduites. Dans une première partie, l'oxydation des cystéines et la carbonylation des protéines sont évaluées par électrophorèse bidimensionnelle différentielle et par immunodétection de protéines dérivatisées. Ensuite, les protéines d'intérêt ainsi que les protéines carbonylées, purifiées par affinité, sont identifiées par spectrométrie de masse en tandem. Les protéines cibles de l'oxydation sont classées selon leur fonction moléculaire. Dans une troisième partie, l'activité protéolytique du protéasome 20S est suivie durant la période de stockage. L'impact du stress oxydant sur cette activité a été évalué en utilisant des protéines exogènes oxydées in vitro. Le potentiel rôle défensif de la microvesiculation a également été étudié par la quantification des protéines carbonylées éliminées. Dans ce travail, nous avons observé que différents groupes de protéines sont affectés par l'oxydation réversible ou irréversible de leurs cystéines. De plus, une diminution de la carbonylation en début de stockage dans les extraits solubles et une augmentation de la carbonylation après 4 semaines dans les extraits membranaires ont été montrées. Les fonctions moléculaires engagées par les protéines altérées montrent que les défenses antioxydantes sont oxydées de façon réversible sur leurs résidus cystéines, mais sont également irréversiblement carbonylées. Pendant ce temps, l'activité protéolytique du protéasome 20S décroit de 40 % en fin de stockage. L'incubation d'extraits de GR en début de stockage avec des protéines oxydées exogènes montre un effet inhibiteur « dose-dépendant » et « protéine-dépendant ». Enfin, les microvésicules s'avèrent éliminer des quantités croissantes de protéines carbonylées. La synthèse de ces résultats permet de modéliser une voie oxydative du stockage des GRs, à partir de laquelle de futures recherches seront menées avec pour but l'amélioration des conditions de stockage.

Establishment of the epithelial-specific transcriptome of normal and malignant human breast cells based on MPSS and array expression data.

INTRODUCTION: Diverse microarray and sequencing technologies have been widely used to characterise the molecular changes in malignant epithelial cells in breast cancers. Such gene expression studies to identify markers and targets in tumour cells are, however, compromised by the cellular heterogeneity of solid breast tumours and by the lack of appropriate counterparts representing normal breast epithelial cells. METHODS: Malignant neoplastic epithelial cells from primary breast cancers and luminal and myoepithelial cells isolated from normal human breast tissue were isolated by immunomagnetic separation methods. Pools of RNA from highly enriched preparations of these cell types were subjected to expression profiling using massively parallel signature sequencing (MPSS) and four different genome wide microarray platforms. Functional related transcripts of the differential tumour epithelial transcriptome were used for gene set enrichment analysis to identify enrichment of luminal and myoepithelial type genes. Clinical pathological validation of a small number of genes was performed on tissue microarrays. RESULTS: MPSS identified 6,553 differentially expressed genes between the pool of normal luminal cells and that of primary tumours substantially enriched for epithelial cells, of which 98% were represented and 60% were confirmed by microarray profiling. Significant expression level changes between these two samples detected only by microarray technology were shown by 4,149 transcripts, resulting in a combined differential tumour epithelial transcriptome of 8,051 genes. Microarray gene signatures identified a comprehensive list of 907 and 955 transcripts whose expression differed between luminal epithelial cells and myoepithelial cells, respectively. Functional annotation and gene set enrichment analysis highlighted a group of genes related to skeletal development that were associated with the myoepithelial/basal cells and upregulated in the tumour sample. One of the most highly overexpressed genes in this category, that encoding periostin, was analysed immunohistochemically on breast cancer tissue microarrays and its expression in neoplastic cells correlated with poor outcome in a cohort of poor prognosis estrogen receptor-positive tumours. CONCLUSION: Using highly enriched cell populations in combination with multiplatform gene expression profiling studies, a comprehensive analysis of molecular changes between the normal and malignant breast tissue was established. This study provides a basis for the identification of novel and potentially important targets for diagnosis, prognosis and therapy in breast cancer.

A Novel Volume-Age-KPS (VAK) Glioblastoma Classification Identifies a Prognostic Cognate microRNA-Gene Signature.

BACKGROUND: Several studies have established Glioblastoma Multiforme (GBM) prognostic and predictive models based on age and Karnofsky Performance Status (KPS), while very few studies evaluated the prognostic and predictive significance of preoperative MR-imaging. However, to date, there is no simple preoperative GBM classification that also correlates with a highly prognostic genomic signature. Thus, we present for the first time a biologically relevant, and clinically applicable tumor Volume, patient Age, and KPS (VAK) GBM classification that can easily and non-invasively be determined upon patient admission. METHODS: We quantitatively analyzed the volumes of 78 GBM patient MRIs present in The Cancer Imaging Archive (TCIA) corresponding to patients in The Cancer Genome Atlas (TCGA) with VAK annotation. The variables were then combined using a simple 3-point scoring system to form the VAK classification. A validation set (N = 64) from both the TCGA and Rembrandt databases was used to confirm the classification. Transcription factor and genomic correlations were performed using the gene pattern suite and Ingenuity Pathway Analysis. RESULTS: VAK-A and VAK-B classes showed significant median survival differences in discovery (P = 0.007) and validation sets (P = 0.008). VAK-A is significantly associated with P53 activation, while VAK-B shows significant P53 inhibition. Furthermore, a molecular gene signature comprised of a total of 25 genes and microRNAs was significantly associated with the classes and predicted survival in an independent validation set (P = 0.001). A favorable MGMT promoter methylation status resulted in a 10.5 months additional survival benefit for VAK-A compared to VAK-B patients. CONCLUSIONS: The non-invasively determined VAK classification with its implication of VAK-specific molecular regulatory networks, can serve as a very robust initial prognostic tool, clinical trial selection criteria, and important step toward the refinement of genomics-based personalized therapy for GBM patients.

Sociogenetics of fire ants

RÉSUMÉ GRAND PUBLIC La complexité des sociétés d'insectes (telles que les abeilles, les termites ou les fourmis) a depuis longtemps fasciné l'Homme. Depuis le débfit du XIXème siècle, de nombreux travaux observationnels, comportementaux et théoriques leur on été consacrés afin de mieux les décrire et comprendre. L'avènement de la biologie moléculaire à la fin du XXèrne siècle a offert de nouveaux outils scientifiques pour identifier et étudier les gènes et molécules impliqués dans le développement et le comportement des êtres vivants. Alors que la majorité de ces études s'est focalisée sur des organismes de laboratoire tel que la mouche ou les nématodes, l'utilisation de ces outils est restée marginale jusqu'à présent dans l'étude des sociétés d'insectes. Lors de ma thèse, j'ai développé des outils moléculaires permettant de déterminer le niveau d'activité de zo,ooo gènes chez la fourmi de feu, Solenopsis invicta, ainsi qu'une base de données et un portail en ligne regroupant les informations relatives à l'étude génétique des fourmis: Fourmidable. J'ai ensuite utilisé ces outils dans le cadre d'une étude comportementale chez la fourmis S. invicta. Dans les sociétés d'insectes, une hiérarchie peut déterminer le statut reproducteur des individus. Suite à la mort d'un dominant, les subordonnés entrent en compétition en vue d'améliorer leur statut. Un tel phénomène se produit au sein des colonies de S. invicta contenant une unique reine mère, des milliers d'ouvrières et des centaines de reines vierges ailées. A la mort de la reine mère, un grand nombre de reines vierges tentent de la remplacer en arrachant leurs ailes et en activant leurs organes reproducteurs plutôt que de partir en vol nuptial. Ces tentatives sont le plus souvent arrêtées par les ouvrières qui exécutent la plupart de ces reines sur la base de signaux olfactifs produits lors de l'activation des organes reproducteurs. Afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués, j'ai étudié l'activité de gènes au sein des reines au début de ce processus. J'ai ainsi déterminé que des gènes impliqués dans communication olfactive, le développement des organes reproducteurs et la métabolisation de l'hormone juvénile sont activês à ce moment là. La vitesse à laquelle les reines perdent leurs ailes ainsi que les niveaux d'expression de gènes sont ensuite liés à leur probabilité de survie. ABSTRACT : Honeybees, termites and ants occupy the "pinnacle of social evolution" with societies of a complexity that rivals our own. Humans have long been fascinated by social insects, but studying them has been mostly limited to observational and behavioral experiments. The advent of molecular biology first made it possible to investigate the molecular-genetic basis of development in model systems such as the fruit fly Drosophila melarcogaster or the roundworm Caenorhabditis elegans and subsequently their behavior. Molecular and genomic tools are now becoming available for the study of social insects as well. To permit genomic research on the fire ant, Solenopsis invicta, we developed a cDNA microarray that can simultaneously determine the expression levels of approximately 1oooo genes. These genes were assembled and bioinformatically annotated using custom pipelines. The obtained data formed the cornerstones for Fourmidable, a web portal centralizing sequence, gene annotation and gene expression data as well as laboratory protocols for research on ants. In many animals living in groups the reproductive status of individuals is determined by their social status. In species with social hierarchies, the death of dominant individuals typically upheaves the social hierarchy and provides an opportunity for subordinate individuals to improve their social status. Such a phenomenon occurs in the monogyne form of S. invicta, where colonies typically contain a single wingless reproductive queen, thousands of workers and hundreds of winged non-reproductive virgin queens. Upon the death of the mother queen, many virgin queens shed their wings and initiate reproductive development instead of departing on a mating flight. Workers progressively execute almost all of them over the following weeks. The workers base their collective decision on pheromonal cues associated with the onset of reproductive development of the virgin queens which occurs after orphaning. We used the aforementioned tools to determine that genes putatively involved in processes including olfactory signaling, reproductive development and Juvenile Hormone metabolism are differentially expressed at the onset of competition. Additionally, we found that queens that initiate reproductive development faster and, to a certain extent, shed their wings faster after orphaning are more likely to become replacement queens. These results provide candidate genes that are putatively linked to competition outcome. To determine the extent to which specific genes affect different aspects of life in ant colonies, functional tests such as gene activation and silencing will still be required. We conclude by discussing some of the challenges and opportunities for molecular-genetic research on ants. RÉSUMÉ Les sociétés d'abeilles, de termites et de fourmis sont d'une complexité proche de celle de la nôtre et ont depuis longtemps fasciné l'Homme. Cependant, leur étude était jusqu'à présent limitée aux observations et expériences comportementales. L'avènement de la biologie moléculaire a d'abord rendu possible l'étude moléculaire et génétique du développement d'organismes modèles tels que la mouche Drosophila melanogaster ou le nématode Caenorhabditis elegans, puis dans un second temps de leur comportement. De telles études deviennent désormais possibles pour les insectes sociaux. Nous avons développé une puce à ADN permettant de déterminer simultanément les niveaux d'expression de 1oooo gènes de la fourmi de feu, Solenopsís invicta. Ces gènes ont été séquencés puis assemblés et annotés à l'aide de pipelines que nous avons développés. En se basant sur les informations obtenues, nous avons créé un portail web, Fourmidable. Ce portail vise à centraliser toutes les informations de séquence, d'annotation et d'expression de gènes, ainsi que les protocoles de laboratoire utilisés pour la recherche sur les fourmis. Par la suite, nous avons utilisé les outils développés pour étudier un aspect particulier de S. invicta. Chez les animaux grégaires, une hiérarchie sociale peut déterminer le statut reproducteur des individus. Suite à la mort d'un individu dominant, les individus subordonnés peuvent entrer en compétition en vue d'améliorer leur statut. Un tel phénomène se produit au sein des colonies monogynes de S. invicta, qui contiennent habituellement une unique reine mère, des milliers d'ouvrières et des centaines de reines vierges ailées. Suite à la mort de la reine mère, dominante, un grand nombre de reines vierges, subordonnées, perdent leurs ailes et activent leurs organes reproducteurs au lieu de partir en vol nuptial. Au cours des semaines suivantes, les ouvrières exécutent la plupart de ces reines sur la base de signaux olfactifs produits lors de l'activation des organes reproducteurs. Afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués, nous avons étudié l'expression de gènes au début de cette compétition. Nous avons identifié 297 gènes différemment exprimés, dont l'annotation indique qu'ils seraient impliqués dans des processus biologiques dont la communication olfactive, le développement des organes reproducteurs et la métabolisation de l'hormone juvénile. Par la suite, nous avons déterminé que la vitesse à laquelle les reines perdent leurs ailes en début de compétition ainsi que les niveaux d'expression de gènes sont corrélés à la probabilité de survie des reines. Nous concluons en discutant des opportunités offertes par la recherche génétique sur les fourmis ainsi que les défis qu'elle devra surmonter.

Prominent use of distal 5' transcription start sites and discovery of a large number of additional exons in ENCODE regions.

This report presents systematic empirical annotation of transcript products from 399 annotated protein-coding loci across the 1% of the human genome targeted by the Encyclopedia of DNA elements (ENCODE) pilot project using a combination of 5' rapid amplification of cDNA ends (RACE) and high-density resolution tiling arrays. We identified previously unannotated and often tissue- or cell-line-specific transcribed fragments (RACEfrags), both 5' distal to the annotated 5' terminus and internal to the annotated gene bounds for the vast majority (81.5%) of the tested genes. Half of the distal RACEfrags span large segments of genomic sequences away from the main portion of the coding transcript and often overlap with the upstream-annotated gene(s). Notably, at least 20% of the resultant novel transcripts have changes in their open reading frames (ORFs), most of them fusing ORFs of adjacent transcripts. A significant fraction of distal RACEfrags show expression levels comparable to those of known exons of the same locus, suggesting that they are not part of very minority splice forms. These results have significant implications concerning (1) our current understanding of the architecture of protein-coding genes; (2) our views on locations of regulatory regions in the genome; and (3) the interpretation of sequence polymorphisms mapping to regions hitherto considered to be "noncoding," ultimately relating to the identification of disease-related sequence alterations.

Novel secreted proteases of Aspergillus fumigatus

Objectives: Sequencing and annotation of the genome of Aspergillus fumigatus has dramatically changed our knowledge about the proteins potentially encoded by the fungus. Own analysis have resulted in at least 47 of them contain a signal for secretion. Among those list we want to characterize those enzymes that may have impact on fungal growth outside and particularly inside the host. We thereby want to learn more about their function in general and to identify possible novel drug targets suited to combat invasive aspergillosis. Methods: Four groups of secreted proteases have been chosen for further analysis: 1 Serine-carboxyl proteases (sedolisins). Four of them were expressed in yeast and partly in bacteria. Substrate-specificity studies and kinetics as well as protein characterization of the yeast derived proteases were performed according to standard methods. Enzyme specific polyclonal antibodies were raised in rabbits using the peptides expressed in bacteria. Expression of proteases in A. fumigatus was investigated with these antibodies and gene knockout mutants for each enzyme as a control. All the following mentioned proteases will be investigated accordingly. 2 Two metalloproteases from the M12-family, ADAM-A and ADAM-B. Both proteases are likely membrane associated and may have inherent sheddase function as their counterparts in mammals. 3 One metalloprotease of the M43 family. An orthologue of this protease in Coccidioides posadasii is known to posses immunomodulating activities. 4 One putative endoprotease of the S28-family. An orthologue in Aspergillus niger is known to digest proline-rich proteins. In A. fumigatus this enzyme may facilitate invasion through proline-rich proteins like collagen. Results: All sedolisins expressed in yeast were proteolytically active: Three of them were characterized as tripeptidyl-peptidases whereas one enzyme is an endoprotease. Corresponding knockout mutants did not reveal a specific phenotype. Expression and investigations on all above mentioned proteases as well as generation of corresponding knockout mutants and double knockout mutants for the ADAMs, respectively, is underway. Promising candidates will be investigated in animal studies for reduced virulence. Conclusions : The real existence of so far hypothetical proteases predicted by the genome project was already demonstrated for the sedolisins by a reverse genetic approach (from gene to protein). With the aim of improving basic knowledge on function of other proteases potentially crucial for fungal growth and thus for pathogenesis, other hypothetical enzymes will be investigated. Those enzymes may turn out to be ideal drug targets for antimycotic chemotherapy.

Epidémiologie de la psychiatrie de consultation-liaison du Centre Psychosocial Neuchâtelois dans le service de Médecine interne de l'Hôpital de la Chaux-de-Fonds en 1994 et 1998 : Interactions et régulations

Résumé La psychiatrie de consultation-liaison (CL) connaît depuis une décennie un essor majeur en Europe sous l'impulsion des recherches multicentriques du groupe European Consultation Liaison Psychiatry - ECLVV (Huyse). En Suisse, la discipline reste à développer par manque de consultants spécialisés selon le rapport 2000 de l'Association des professeurs titulaires de chaires. Néanmoins une harmonisation progressive des standards européens de documentation et d'évaluation apparaît progressivement, notamment dans les travaux du Service de Psychiatrie de Liaison du Centre Hospitalier Universitaire Vaudois. Afin d'améliorer sa pratique de consultation-liaison qui restait jusqu'alors frustrante par un sentiment de débordement et d'absence de feed-back des interventions, le Centre Psychosocial Neuchâtelois de La Chaux-de-Fonds (CPS) a constitué une base de données informatisée de CL à des fins de recherche-action selon les recommandations du groupe ECLVV. Nous avons comparé les valeurs de prévalence de notre activité de CL dans le service de médecine interne de l'Hôpital de La Chaux-de-Fonds en 1994, année du début de l'informatisation des données du CPS, et en 1998, année des plus récents résultats exploitables. La taille de l'échantillon était de 78 cas pour 1994 et de 108 cas pour 1998. Les résultats de notre étude épidémiologique rétrospective et descriptive montraient une augmentation en volume des demandes de CL, une diversification et une complexification des cas. Cette charge croissante sur la psychiatrie de consultation-liaison s'observait également dans les données de la littérature. La réponse psychiatrique du CPS montrait une modestie de moyens et du pragmatisme dans le style des interventions. Ces dernières étaient essentiellement de nature de psychiatrie générale et d'urgence, focalisée sur les tentatives de suicides. Les tentamens, ici comme ailleurs, restent le noyau dur de toute pratique de psychiatrie à l'hôpital général. L'état de lieu de notre pratique de consultation-liaison issu de ce travail a permis de créer une base de données simplifée étendue à l'ensemble des demandes de consultation au CPS afin de réguler le flux de toutes ses interventions face aux demandes toujours croissantes. Dans ce sens, notre étude a montré la nécessité de formaliser les demandes de consultation psychiatrique à l'hôpital général afin d'optimaliser les réponses des consultants.

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.

Animal Toxins: How is Complexity Represented in Databases?

Peptide toxins synthesized by venomous animals have been extensively studied in the last decades. To be useful to the scientific community, this knowledge has been stored, annotated and made easy to retrieve by several databases. The aim of this article is to present what type of information users can access from each database. ArachnoServer and ConoServer focus on spider toxins and cone snail toxins, respectively. UniProtKB, a generalist protein knowledgebase, has an animal toxin-dedicated annotation program that includes toxins from all venomous animals. Finally, the ATDB metadatabase compiles data and annotations from other databases and provides toxin ontology.

Comparison of Strategies to Detect Epistasis from eQTL Data.

Genome-wide association studies have been instrumental in identifying genetic variants associated with complex traits such as human disease or gene expression phenotypes. It has been proposed that extending existing analysis methods by considering interactions between pairs of loci may uncover additional genetic effects. However, the large number of possible two-marker tests presents significant computational and statistical challenges. Although several strategies to detect epistasis effects have been proposed and tested for specific phenotypes, so far there has been no systematic attempt to compare their performance using real data. We made use of thousands of gene expression traits from linkage and eQTL studies, to compare the performance of different strategies. We found that using information from marginal associations between markers and phenotypes to detect epistatic effects yielded a lower false discovery rate (FDR) than a strategy solely using biological annotation in yeast, whereas results from human data were inconclusive. For future studies whose aim is to discover epistatic effects, we recommend incorporating information about marginal associations between SNPs and phenotypes instead of relying solely on biological annotation. Improved methods to discover epistatic effects will result in a more complete understanding of complex genetic effects.

Animal Toxins: How is Complexity Represented in Databases?

Peptide toxins synthesized by venomous animals have been extensively studied in the last decades. To be useful to the scientific community, this knowledge has been stored, annotated and made easy to retrieve by several databases. The aim of this article is to present what type of information users can access from each database. ArachnoServer and ConoServer focus on spider toxins and cone snail toxins, respectively. UniProtKB, a generalist protein knowledgebase, has an animal toxin-dedicated annotation program that includes toxins from all venomous animals. Finally, the ATDB metadatabase compiles data and annotations from other databases and provides toxin ontology.

Comparative Genomics Suggests that the Fungal Pathogen Pneumocystis Is an Obligate Parasite Scavenging Amino Acids from Its Host's Lungs.

Pneumocystis jirovecii is a fungus causing severe pneumonia in immuno-compromised patients. Progress in understanding its pathogenicity and epidemiology has been hampered by the lack of a long-term in vitro culture method. Obligate parasitism of this pathogen has been suggested on the basis of various features but remains controversial. We analysed the 7.0 Mb draft genome sequence of the closely related species Pneumocystis carinii infecting rats, which is a well established experimental model of the disease. We predicted 8'085 (redundant) peptides and 14.9% of them were mapped onto the KEGG biochemical pathways. The proteome of the closely related yeast Schizosaccharomyces pombe was used as a control for the annotation procedure (4'974 genes, 14.1% mapped). About two thirds of the mapped peptides of each organism (65.7% and 73.2%, respectively) corresponded to crucial enzymes for the basal metabolism and standard cellular processes. However, the proportion of P. carinii genes relative to those of S. pombe was significantly smaller for the "amino acid metabolism" category of pathways than for all other categories taken together (40 versus 114 against 278 versus 427, P<0.002). Importantly, we identified in P. carinii only 2 enzymes specifically dedicated to the synthesis of the 20 standard amino acids. By contrast all the 54 enzymes dedicated to this synthesis reported in the KEGG atlas for S. pombe were detected upon reannotation of S. pombe proteome (2 versus 54 against 278 versus 427, P<0.0001). This finding strongly suggests that species of the genus Pneumocystis are scavenging amino acids from their host's lung environment. Consequently, they would have no form able to live independently from another organism, and these parasites would be obligate in addition to being opportunistic. These findings have implications for the management of patients susceptible to P. jirovecii infection given that the only source of infection would be other humans.