The role of PLK-1 in asynchronous cell division of two-cell stage "C. elegans" embryos

Summary Acquisition of lineage-specific cell cycle duration is an important feature of metazoan development. In Caenorhabditis a/egans, differences in cell cycle duration are already apparent in two-cell stage embryos, when the larger anterior blastomere AB divides before the smaller posterior blastomere P1. This time difference is under the control of anterior-posterior (A-P) polarity cues set by the PAR proteins. The mechanism by which these cues regulate the cell cycle machinery differentially in AB and P1 are incompletely understood. Previous work established that retardation of P1 cell division is due in part to preferential activation of an ATL1/CHK-1 dependent checkpoint in P1 but how the remaining time difference is controlled was not known at the onset of my work. The principal line of work in this thesis established that differential timing relies also on a mechanism that promotes mitosis onset preferentially in AB. The polo-like kinase PLK-1, a positive regulator of mitotic entry, is distributed in an asymmetric manner in two-cell stage embryos, with more protein present in AB than in P1. We find that PLK-1 asymmetry is regulated by anterior-posterior (A-P) polarity cues through preferential protein retention in the embryo anterior. Importantly, mild inactivation of plk-1 by RNAi delays entry into mitosis in P1 but not in AB, in a manner that is independent of ATL-1/CHK-1. Together, these findings favor a model in which differential timing of mitotic entry in C. elegans embryos relies on two complementary mechanisms: ATL-1/CHK-1 dependent preferential retardation in P1 and PLK-1 dependent preferential promotion in AB, which together couple polarity cues and cell cycle progression during early development. Besides analyzing PLK-1 asymmetry and its role in differential timing of two-cells stage embryos, we also characterized t2190, a mutant that exhibits reduced differential timing between AB and P1. We found this mutant to be a new allele of par-1. Additionally, we analyzed the role of NMY-2 in regulating the asynchrony of two-cell stage embryos, which may be uncoupled from its role in A-P polarity establishment and carried out a preliminary analysis of the mechanism underlying CDC-25 asymmetry between AB and P,. Overall, our works bring new insights into the mechanism controlling cell cycle progression in early C. elegans embryos. As most of the players important in C. elegans are conserved in other organisms, analogous mechanisms may be utilized in polarized cells of other species. Résumé Au cours du développement, les processus de division cellulaire sont régulés dans l'espace et le temps afin d'aboutir à la formation d'un organisme fonctionnel. Chez les Métazoaires, l'un des mécanismes de contrôle s'effectue au niveau de la durée du cycle cellulaire, celle-ci étant specifiée selon la lignée cellulaire. L'embryon du nématode Caenorhabditis elegans apparaît comme un excellent modèle d'étude de la régulation temporelle du cycle cellulaire. En effet, suite à la première division du zygote, l'embryon est alors composé de deux cellules de taille et d'identité différentes, appelées blastomères AB et P1. Ces deux cellules vont ensuite se diviser de manière asynchrone, le grand blastomère antérieur AB se divisant plus rapidement que le petit blastomère postérieur P1. Cette asynchronie de division est sous le contrôle des protéines PAR qui sont impliquées dans l'établissement de l'axe antéro-postérieur de l'embryon. A ce jour, les mécanismes moléculaires gouvernant ce processus d'asynchronie ne sont que partiellement compris. Des études menées précédemment ont établit que le retard de division observé dans le petit blastomère postérieur P1 était dû, en partie, à l'activation préférentielle dans cette cellule de ATL-1/CHK-1, protéines contrôlant la réponse à des erreurs dans le processus de réplication de l'ADN. L'analyse des autres mécanismes responsables de la différence temporelle d'entrée en mitose des deux cellules a été entreprise au cours de cette thèse. Nous avons considéré la possibilité que l'asynchronie de division était du à l'entrée préférentielle en mitose du grand blastomère AB. Nous avons établi que la protéine kinase PLK-1 (polo-like kinase 1), impliquée dans la régulation positive de la mitose, était distribuée de manière asymétrique dans l'embryon deux cellules. PLK-1 est en effet enrichi dans le blastomère AB. Cette localisation asymétrique de PLK-1 est sous le contrôle des protéines PAR et semble établie via une rétention de PLK-1 dans la cellule AB. Par ailleurs, nous avons démontré que l'inactivation partielle de plk-7 par interférence à ARN (RNAi) conduit à un délai de l'entrée en mitose de la cellule P1 spécifiquement, indépendamment des protéines régulatrices ATL-1/CHK-1. En conclusion, nous proposons un modèle de régulation temporelle de l'entrée en mitose dans l'embryon deux cellules de C. elegans basé sur deux mécanismes complémentaires. Le premier implique l'activation préférentielle des protéines ATL-1/CHK-1, et conduit à un retard d'entrée en mitose spécifiquement dans la cellule P1. Le second est basé sur la localisation asymétrique de la protéine kinase PLK-1 dans la cellule AB et induit une entrée précoce en mitose de cette cellule. Par ailleurs, nous avons étudié un mutant appelé t2190 qui réduit la différence temporelle d'entrée en mitose entre les cellules AB et P1. Nous avons démontré que ce mutant correspondait à un nouvel allèle du Bene par-1. De plus, nous avons analysé le rôle de NMY-2, une protéine myosine qui agit comme moteur moléculaire sur les filaments d'active; dans la régulation de l'asynchronie de division des blastomères AB et P1, indépendamment de sa fonction dans l'établissement de l'axe antéro-postérieur. Par ailleurs, nous avons commencé l'étude du mécanisme moléculaire régulant la localisation asymétrique entre les cellules AB et P1 de la protéine phosphatase CDC25, qui est également un important régulateur de l'entrée en mitose. En conclusion, ce travail de thèse a permis une meilleure compréhension des mécanismes gouvernant la progression du cycle cellulaire dans l'embryon précoce de C. elegans. Etant donné que la plupart des protéines impliquées dans ces processus sont conservées chez d'autres organismes multicellulaires, il apparaît probable que les mécanismes moléculaires révélés dans cette étude soit aussi utilisés chez ceux-ci.

From rifting to passive margin - The examples of the Red Sea, Central Atlantic and Alpine Tethys

Evolution of the Red Sea/Gulf of Suez and the Central Atlantic rift systems shows that an initial, transtensive rifting phase, affecting a broad area around the future zone of crustal separation, was followed by a pre-oceanic rifting phase during which extensional strain was concentrated on the axial rift zone. This caused lateral graben systems to become inactive and they evolved into rift-rim basins. The transtensive phase of diffuse crustal extension is recognized in many intra-continental rifts. If controlling stress systems relax, these rifts abort and develop into palaeorifts. If controlling stress systems persist, transtensive rift systems can enter the pre-oceanic rifting stage, during which the rift zone narrows and becomes asymmetric as a consequence of simple-shear deformation at shallow crustal levels and pure shear deformation at lower crustal and mantle-lithospheric levels. Preceding crustal separation, extensional denudation of the lithospheric mantle is possible. Progressive lithospheric attenuation entails updoming of the asthenosphere and thermal doming of the rift shoulders. Their uplift provides a major clastic source for the rift basins and the lateral rift-rim basins. Their stratigraphic record provides a sensitive tool for dating the rift shoulder uplift. Asymmetric rifting leads to the formation of asymmetric continental margins, corresponding in a simple-shear model to an upper plate and a conjugate lower plate margin, as seen in the Central Atlantic passive margins of the United States and Morocco. This rifting model can be successfully applied to the analysis of the Alpine Tethys palaeo-margins (such as Rif and the Western Alps).

Regulation of chromosomal replication in Caulobacter crescentus.

The alpha-proteobacterium Caulobacter crescentus is characterized by its asymmetric cell division, which gives rise to a replicating stalked cell and a non-replicating swarmer cell. Thus, the initiation of chromosomal replication is tightly regulated, temporally and spatially, to ensure that it is coordinated with cell differentiation and cell cycle progression. Waves of DnaA and CtrA activities control when and where the initiation of DNA replication will take place in C. crescentus cells. The conserved DnaA protein initiates chromosomal replication by directly binding to sites within the chromosomal origin (Cori), ensuring that DNA replication starts once and only once per cell cycle. The CtrA response regulator represses the initiation of DNA replication in swarmer cells and in the swarmer compartment of pre-divisional cells, probably by competing with DnaA for binding to Cori. CtrA and DnaA are controlled by multiple redundant regulatory pathways that include DNA methylation-dependent transcriptional regulation, temporally regulated proteolysis and the targeting of regulators to specific locations within the cell. Besides being critical regulators of chromosomal replication, CtrA and DnaA are also master transcriptional regulators that control the expression of many genes, thus connecting DNA replication with other events of the C. crescentus cell cycle.

Dimethylarginines, homocysteine metabolism, and cerebrospinal fluid markers for Alzheimer's disease.

Dimethylarginine and homocysteine metabolism are closely linked and alterations of both were observed in plasma and cerebrospinal fluid (CSF) of patients with Alzheimer's disease (AD). CSF parameters of homocysteine metabolism have recently been found to be associated with the CSF level of the AD biomarker phosphorylated tau (ptau) in AD patients. To investigate possible relationships between homocysteine and dimethylarginine metabolism and the AD CSF biomarkers ptau181 and amyloid-β 1-42 (Aβ42), we assessed parameters of homocysteine metabolism (CSF homocysteine, S-adenosylmethionine (SAM), S-adenosylhomocysteine (SAH), 5-methyltetrahydrofolate (5-MTHF)) and dimethylarginine metabolism (plasma and CSF asymmetric dimethylarginine (ADMA), symmetric dimethylarginine, L-arginine) as well as CSF Aβ42 and ptau181 in 98 controls and 51 AD patients. Multivariate linear regression analyses were performed to assess associations between the considered parameters. SAH concentrations show significant associations to CSF ADMA levels, and CSF ADMA and L-arginine to ptau181, but not to Aβ42 concentrations in AD patients. When including concentrations of homocysteine, 5-MTHF, SAM, and SAH into the analysis, CSF ADMA concentrations independently predicted ptau181 levels in AD patients but homocysteine-related metabolites were associated with ptau181 only when ADMA was removed from the analysis model. These results suggest that CSF ADMA may interact with CNS homocysteine metabolism and may contribute to neurodegeneration and accumulation of phosphorylated tau in AD. Functional and interventional studies are needed to further proof this hypothesis.

Light-mediated polarization of the PIN3 auxin transporter for the phototropic response in Arabidopsis.

Phototropism is an adaptation response, through which plants grow towards the light. It involves light perception and asymmetric distribution of the plant hormone auxin. Here we identify a crucial part of the mechanism for phototropism, revealing how light perception initiates auxin redistribution that leads to directional growth. We show that light polarizes the cellular localization of the auxin efflux carrier PIN3 in hypocotyl endodermis cells, resulting in changes in auxin distribution and differential growth. In the dark, high expression and activity of the PINOID (PID) kinase correlates with apolar targeting of PIN3 to all cell sides. Following illumination, light represses PINOID transcription and PIN3 is polarized specifically to the inner cell sides by GNOM ARF GTPase GEF (guanine nucleotide exchange factor)-dependent trafficking. Thus, differential trafficking at the shaded and illuminated hypocotyl side aligns PIN3 polarity with the light direction, and presumably redirects auxin flow towards the shaded side, where auxin promotes growth, causing hypocotyls to bend towards the light. Our results imply that PID phosphorylation-dependent recruitment of PIN proteins into distinct trafficking pathways is a mechanism to polarize auxin fluxes in response to different environmental and endogenous cues.

Development of a 3D very high-resolution seismic reflection system for lacustrine settings - a case study over a thrust fault zone in Lake Geneva

Un système efficace de sismique tridimensionnelle (3-D) haute-résolution adapté à des cibles lacustres de petite échelle a été développé. Dans le Lac Léman, près de la ville de Lausanne, en Suisse, des investigations récentes en deux dimension (2-D) ont mis en évidence une zone de faille complexe qui a été choisie pour tester notre système. Les structures observées incluent une couche mince (<40 m) de sédiments quaternaires sub-horizontaux, discordants sur des couches tertiaires de molasse pentées vers le sud-est. On observe aussi la zone de faille de « La Paudèze » qui sépare les unités de la Molasse du Plateau de la Molasse Subalpine. Deux campagnes 3-D complètes, d?environ d?un kilomètre carré, ont été réalisées sur ce site de test. La campagne pilote (campagne I), effectuée en 1999 pendant 8 jours, a couvert 80 profils en utilisant une seule flûte. Pendant la campagne II (9 jours en 2001), le nouveau système trois-flûtes, bien paramétrés pour notre objectif, a permis l?acquisition de données de très haute qualité sur 180 lignes CMP. Les améliorations principales incluent un système de navigation et de déclenchement de tirs grâce à un nouveau logiciel. Celui-ci comprend un contrôle qualité de la navigation du bateau en temps réel utilisant un GPS différentiel (dGPS) à bord et une station de référence près du bord du lac. De cette façon, les tirs peuvent être déclenchés tous les 5 mètres avec une erreur maximale non-cumulative de 25 centimètres. Tandis que pour la campagne I la position des récepteurs de la flûte 48-traces a dû être déduite à partir des positions du bateau, pour la campagne II elle ont pu être calculées précisément (erreur <20 cm) grâce aux trois antennes dGPS supplémentaires placées sur des flotteurs attachés à l?extrémité de chaque flûte 24-traces. Il est maintenant possible de déterminer la dérive éventuelle de l?extrémité des flûtes (75 m) causée par des courants latéraux ou de petites variations de trajet du bateau. De plus, la construction de deux bras télescopiques maintenant les trois flûtes à une distance de 7.5 m les uns des autres, qui est la même distance que celle entre les lignes naviguées de la campagne II. En combinaison avec un espacement de récepteurs de 2.5 m, la dimension de chaque «bin» de données 3-D de la campagne II est de 1.25 m en ligne et 3.75 m latéralement. L?espacement plus grand en direction « in-line » par rapport à la direction «cross-line» est justifié par l?orientation structurale de la zone de faille perpendiculaire à la direction «in-line». L?incertitude sur la navigation et le positionnement pendant la campagne I et le «binning» imprécis qui en résulte, se retrouve dans les données sous forme d?une certaine discontinuité des réflecteurs. L?utilisation d?un canon à air à doublechambre (qui permet d?atténuer l?effet bulle) a pu réduire l?aliasing observé dans les sections migrées en 3-D. Celui-ci était dû à la combinaison du contenu relativement haute fréquence (<2000 Hz) du canon à eau (utilisé à 140 bars et à 0.3 m de profondeur) et d?un pas d?échantillonnage latéral insuffisant. Le Mini G.I 15/15 a été utilisé à 80 bars et à 1 m de profondeur, est mieux adapté à la complexité de la cible, une zone faillée ayant des réflecteurs pentés jusqu?à 30°. Bien que ses fréquences ne dépassent pas les 650 Hz, cette source combine une pénétration du signal non-aliasé jusqu?à 300 m dans le sol (par rapport au 145 m pour le canon à eau) pour une résolution verticale maximale de 1.1 m. Tandis que la campagne I a été acquise par groupes de plusieurs lignes de directions alternées, l?optimisation du temps d?acquisition du nouveau système à trois flûtes permet l?acquisition en géométrie parallèle, ce qui est préférable lorsqu?on utilise une configuration asymétrique (une source et un dispositif de récepteurs). Si on ne procède pas ainsi, les stacks sont différents selon la direction. Toutefois, la configuration de flûtes, plus courtes que pour la compagne I, a réduit la couverture nominale, la ramenant de 12 à 6. Une séquence classique de traitement 3-D a été adaptée à l?échantillonnage à haute fréquence et elle a été complétée par deux programmes qui transforment le format non-conventionnel de nos données de navigation en un format standard de l?industrie. Dans l?ordre, le traitement comprend l?incorporation de la géométrie, suivi de l?édition des traces, de l?harmonisation des «bins» (pour compenser l?inhomogénéité de la couverture due à la dérive du bateau et de la flûte), de la correction de la divergence sphérique, du filtrage passe-bande, de l?analyse de vitesse, de la correction DMO en 3-D, du stack et enfin de la migration 3-D en temps. D?analyses de vitesse détaillées ont été effectuées sur les données de couverture 12, une ligne sur deux et tous les 50 CMP, soit un nombre total de 600 spectres de semblance. Selon cette analyse, les vitesses d?intervalles varient de 1450-1650 m/s dans les sédiments non-consolidés et de 1650-3000 m/s dans les sédiments consolidés. Le fait que l?on puisse interpréter plusieurs horizons et surfaces de faille dans le cube, montre le potentiel de cette technique pour une interprétation tectonique et géologique à petite échelle en trois dimensions. On distingue cinq faciès sismiques principaux et leurs géométries 3-D détaillées sur des sections verticales et horizontales: les sédiments lacustres (Holocène), les sédiments glacio-lacustres (Pléistocène), la Molasse du Plateau, la Molasse Subalpine de la zone de faille (chevauchement) et la Molasse Subalpine au sud de cette zone. Les couches de la Molasse du Plateau et de la Molasse Subalpine ont respectivement un pendage de ~8° et ~20°. La zone de faille comprend de nombreuses structures très déformées de pendage d?environ 30°. Des tests préliminaires avec un algorithme de migration 3-D en profondeur avant sommation et à amplitudes préservées démontrent que la qualité excellente des données de la campagne II permet l?application de telles techniques à des campagnes haute-résolution. La méthode de sismique marine 3-D était utilisée jusqu?à présent quasi-exclusivement par l?industrie pétrolière. Son adaptation à une échelle plus petite géographiquement mais aussi financièrement a ouvert la voie d?appliquer cette technique à des objectifs d?environnement et du génie civil.<br/><br/>An efficient high-resolution three-dimensional (3-D) seismic reflection system for small-scale targets in lacustrine settings was developed. In Lake Geneva, near the city of Lausanne, Switzerland, past high-resolution two-dimensional (2-D) investigations revealed a complex fault zone (the Paudèze thrust zone), which was subsequently chosen for testing our system. Observed structures include a thin (<40 m) layer of subhorizontal Quaternary sediments that unconformably overlie southeast-dipping Tertiary Molasse beds and the Paudèze thrust zone, which separates Plateau and Subalpine Molasse units. Two complete 3-D surveys have been conducted over this same test site, covering an area of about 1 km2. In 1999, a pilot survey (Survey I), comprising 80 profiles, was carried out in 8 days with a single-streamer configuration. In 2001, a second survey (Survey II) used a newly developed three-streamer system with optimized design parameters, which provided an exceptionally high-quality data set of 180 common midpoint (CMP) lines in 9 days. The main improvements include a navigation and shot-triggering system with in-house navigation software that automatically fires the gun in combination with real-time control on navigation quality using differential GPS (dGPS) onboard and a reference base near the lake shore. Shots were triggered at 5-m intervals with a maximum non-cumulative error of 25 cm. Whereas the single 48-channel streamer system of Survey I requires extrapolation of receiver positions from the boat position, for Survey II they could be accurately calculated (error <20 cm) with the aid of three additional dGPS antennas mounted on rafts attached to the end of each of the 24- channel streamers. Towed at a distance of 75 m behind the vessel, they allow the determination of feathering due to cross-line currents or small course variations. Furthermore, two retractable booms hold the three streamers at a distance of 7.5 m from each other, which is the same distance as the sail line interval for Survey I. With a receiver spacing of 2.5 m, the bin dimension of the 3-D data of Survey II is 1.25 m in in-line direction and 3.75 m in cross-line direction. The greater cross-line versus in-line spacing is justified by the known structural trend of the fault zone perpendicular to the in-line direction. The data from Survey I showed some reflection discontinuity as a result of insufficiently accurate navigation and positioning and subsequent binning errors. Observed aliasing in the 3-D migration was due to insufficient lateral sampling combined with the relatively high frequency (<2000 Hz) content of the water gun source (operated at 140 bars and 0.3 m depth). These results motivated the use of a double-chamber bubble-canceling air gun for Survey II. A 15 / 15 Mini G.I air gun operated at 80 bars and 1 m depth, proved to be better adapted for imaging the complexly faulted target area, which has reflectors dipping up to 30°. Although its frequencies do not exceed 650 Hz, this air gun combines a penetration of non-aliased signal to depths of 300 m below the water bottom (versus 145 m for the water gun) with a maximum vertical resolution of 1.1 m. While Survey I was shot in patches of alternating directions, the optimized surveying time of the new threestreamer system allowed acquisition in parallel geometry, which is preferable when using an asymmetric configuration (single source and receiver array). Otherwise, resulting stacks are different for the opposite directions. However, the shorter streamer configuration of Survey II reduced the nominal fold from 12 to 6. A 3-D conventional processing flow was adapted to the high sampling rates and was complemented by two computer programs that format the unconventional navigation data to industry standards. Processing included trace editing, geometry assignment, bin harmonization (to compensate for uneven fold due to boat/streamer drift), spherical divergence correction, bandpass filtering, velocity analysis, 3-D DMO correction, stack and 3-D time migration. A detailed semblance velocity analysis was performed on the 12-fold data set for every second in-line and every 50th CMP, i.e. on a total of 600 spectra. According to this velocity analysis, interval velocities range from 1450-1650 m/s for the unconsolidated sediments and from 1650-3000 m/s for the consolidated sediments. Delineation of several horizons and fault surfaces reveal the potential for small-scale geologic and tectonic interpretation in three dimensions. Five major seismic facies and their detailed 3-D geometries can be distinguished in vertical and horizontal sections: lacustrine sediments (Holocene) , glaciolacustrine sediments (Pleistocene), Plateau Molasse, Subalpine Molasse and its thrust fault zone. Dips of beds within Plateau and Subalpine Molasse are ~8° and ~20°, respectively. Within the fault zone, many highly deformed structures with dips around 30° are visible. Preliminary tests with 3-D preserved-amplitude prestack depth migration demonstrate that the excellent data quality of Survey II allows application of such sophisticated techniques even to high-resolution seismic surveys. In general, the adaptation of the 3-D marine seismic reflection method, which to date has almost exclusively been used by the oil exploration industry, to a smaller geographical as well as financial scale has helped pave the way for applying this technique to environmental and engineering purposes.<br/><br/>La sismique réflexion est une méthode d?investigation du sous-sol avec un très grand pouvoir de résolution. Elle consiste à envoyer des vibrations dans le sol et à recueillir les ondes qui se réfléchissent sur les discontinuités géologiques à différentes profondeurs et remontent ensuite à la surface où elles sont enregistrées. Les signaux ainsi recueillis donnent non seulement des informations sur la nature des couches en présence et leur géométrie, mais ils permettent aussi de faire une interprétation géologique du sous-sol. Par exemple, dans le cas de roches sédimentaires, les profils de sismique réflexion permettent de déterminer leur mode de dépôt, leurs éventuelles déformations ou cassures et donc leur histoire tectonique. La sismique réflexion est la méthode principale de l?exploration pétrolière. Pendant longtemps on a réalisé des profils de sismique réflexion le long de profils qui fournissent une image du sous-sol en deux dimensions. Les images ainsi obtenues ne sont que partiellement exactes, puisqu?elles ne tiennent pas compte de l?aspect tridimensionnel des structures géologiques. Depuis quelques dizaines d?années, la sismique en trois dimensions (3-D) a apporté un souffle nouveau à l?étude du sous-sol. Si elle est aujourd?hui parfaitement maîtrisée pour l?imagerie des grandes structures géologiques tant dans le domaine terrestre que le domaine océanique, son adaptation à l?échelle lacustre ou fluviale n?a encore fait l?objet que de rares études. Ce travail de thèse a consisté à développer un système d?acquisition sismique similaire à celui utilisé pour la prospection pétrolière en mer, mais adapté aux lacs. Il est donc de dimension moindre, de mise en oeuvre plus légère et surtout d?une résolution des images finales beaucoup plus élevée. Alors que l?industrie pétrolière se limite souvent à une résolution de l?ordre de la dizaine de mètres, l?instrument qui a été mis au point dans le cadre de ce travail permet de voir des détails de l?ordre du mètre. Le nouveau système repose sur la possibilité d?enregistrer simultanément les réflexions sismiques sur trois câbles sismiques (ou flûtes) de 24 traces chacun. Pour obtenir des données 3-D, il est essentiel de positionner les instruments sur l?eau (source et récepteurs des ondes sismiques) avec une grande précision. Un logiciel a été spécialement développé pour le contrôle de la navigation et le déclenchement des tirs de la source sismique en utilisant des récepteurs GPS différentiel (dGPS) sur le bateau et à l?extrémité de chaque flûte. Ceci permet de positionner les instruments avec une précision de l?ordre de 20 cm. Pour tester notre système, nous avons choisi une zone sur le Lac Léman, près de la ville de Lausanne, où passe la faille de « La Paudèze » qui sépare les unités de la Molasse du Plateau et de la Molasse Subalpine. Deux campagnes de mesures de sismique 3-D y ont été réalisées sur une zone d?environ 1 km2. Les enregistrements sismiques ont ensuite été traités pour les transformer en images interprétables. Nous avons appliqué une séquence de traitement 3-D spécialement adaptée à nos données, notamment en ce qui concerne le positionnement. Après traitement, les données font apparaître différents faciès sismiques principaux correspondant notamment aux sédiments lacustres (Holocène), aux sédiments glacio-lacustres (Pléistocène), à la Molasse du Plateau, à la Molasse Subalpine de la zone de faille et la Molasse Subalpine au sud de cette zone. La géométrie 3-D détaillée des failles est visible sur les sections sismiques verticales et horizontales. L?excellente qualité des données et l?interprétation de plusieurs horizons et surfaces de faille montrent le potentiel de cette technique pour les investigations à petite échelle en trois dimensions ce qui ouvre des voies à son application dans les domaines de l?environnement et du génie civil.

Brain surface non-rigid registration in auditory processing

Résumé: Le développement rapide de nouvelles technologies comme l'imagerie médicale a permis l'expansion des études sur les fonctions cérébrales. Le rôle principal des études fonctionnelles cérébrales est de comparer l'activation neuronale entre différents individus. Dans ce contexte, la variabilité anatomique de la taille et de la forme du cerveau pose un problème majeur. Les méthodes actuelles permettent les comparaisons interindividuelles par la normalisation des cerveaux en utilisant un cerveau standard. Les cerveaux standards les plus utilisés actuellement sont le cerveau de Talairach et le cerveau de l'Institut Neurologique de Montréal (MNI) (SPM99). Les méthodes de recalage qui utilisent le cerveau de Talairach, ou celui de MNI, ne sont pas suffisamment précises pour superposer les parties plus variables d'un cortex cérébral (p.ex., le néocortex ou la zone perisylvienne), ainsi que les régions qui ont une asymétrie très importante entre les deux hémisphères. Le but de ce projet est d'évaluer une nouvelle technique de traitement d'images basée sur le recalage non-rigide et utilisant les repères anatomiques. Tout d'abord, nous devons identifier et extraire les structures anatomiques (les repères anatomiques) dans le cerveau à déformer et celui de référence. La correspondance entre ces deux jeux de repères nous permet de déterminer en 3D la déformation appropriée. Pour les repères anatomiques, nous utilisons six points de contrôle qui sont situés : un sur le gyrus de Heschl, un sur la zone motrice de la main et le dernier sur la fissure sylvienne, bilatéralement. Evaluation de notre programme de recalage est accomplie sur les images d'IRM et d'IRMf de neuf sujets parmi dix-huit qui ont participés dans une étude précédente de Maeder et al. Le résultat sur les images anatomiques, IRM, montre le déplacement des repères anatomiques du cerveau à déformer à la position des repères anatomiques de cerveau de référence. La distance du cerveau à déformer par rapport au cerveau de référence diminue après le recalage. Le recalage des images fonctionnelles, IRMf, ne montre pas de variation significative. Le petit nombre de repères, six points de contrôle, n'est pas suffisant pour produire les modifications des cartes statistiques. Cette thèse ouvre la voie à une nouvelle technique de recalage du cortex cérébral dont la direction principale est le recalage de plusieurs points représentant un sillon cérébral. Abstract : The fast development of new technologies such as digital medical imaging brought to the expansion of brain functional studies. One of the methodolgical key issue in brain functional studies is to compare neuronal activation between individuals. In this context, the great variability of brain size and shape is a major problem. Current methods allow inter-individual comparisions by means of normalisation of subjects' brains in relation to a standard brain. A largerly used standard brains are the proportional grid of Talairach and Tournoux and the Montreal Neurological Insititute standard brain (SPM99). However, there is a lack of more precise methods for the superposition of more variable portions of the cerebral cortex (e.g, neocrotex and perisyvlian zone) and in brain regions highly asymmetric between the two cerebral hemipsheres (e.g. planum termporale). The aim of this thesis is to evaluate a new image processing technique based on non-linear model-based registration. Contrary to the intensity-based, model-based registration uses spatial and not intensitiy information to fit one image to another. We extract identifiable anatomical features (point landmarks) in both deforming and target images and by their correspondence we determine the appropriate deformation in 3D. As landmarks, we use six control points that are situated: one on the Heschl'y Gyrus, one on the motor hand area, and one on the sylvian fissure, bilaterally. The evaluation of this model-based approach is performed on MRI and fMRI images of nine of eighteen subjects participating in the Maeder et al. study. Results on anatomical, i.e. MRI, images, show the mouvement of the deforming brain control points to the location of the reference brain control points. The distance of the deforming brain to the reference brain is smallest after the registration compared to the distance before the registration. Registration of functional images, i.e fMRI, doesn't show a significant variation. The small number of registration landmarks, i.e. six, is obvious not sufficient to produce significant modification on the fMRI statistical maps. This thesis opens the way to a new computation technique for cortex registration in which the main directions will be improvement of the registation algorithm, using not only one point as landmark, but many points, representing one particular sulcus.

Autosomal dominant dopa-responsive parkinsonism in a multigenerational Swiss family.

AIM: To describe a large family with autosomal dominant parkinsonism. BACKGROUND: Seven genes are directly implicated in autosomally inherited parkinsonism. However, there are several multigenerational large families known with no identifiable mutation. MATERIAL AND METHODS: Family members were evaluated clinically, by history and chart review. Genetic investigation included SCA2, SCA3, UCHL1, SNCA, LRRK2, PINK1, PRKN, PGRN, FMR1 premutation, and MAPT. The proband underwent brain fluorodopa PET (FD-PET) scan, and one autopsy was available. RESULTS: Eleven patients had a diagnosis of Parkinson's disease (PD), nine women. Mean age of onset was 52 with tremor-predominant dopa-responsive parkinsonism. Disease progression was slow but severe motor fluctuations occurred. One patient required subthalamic nucleus deep-brain stimulation with a good motor outcome. One patient had mental retardation, schizophrenia and became demented, and another patient was demented. Three patients and also two unaffected subjects had mild learning difficulties. All genetic tests yielded negative results. FD-PET showed marked asymmetric striatal tracer uptake deficiency, consistent with PD. Pathological examination demonstrated no Lewy bodies and immunostaining was negative for alpha-synuclein. CONCLUSION: Apart from a younger age of onset and a female predominance, the phenotype was indistinguishable from sporadic tremor-predominant PD, including FD-PET scan results. As known genetic causes of autosomal dominant PD were excluded, this family harbors a novel genetic defect.

The DYRK-family kinase Pom1 phosphorylates the F-BAR protein Cdc15 to prevent division at cell poles.

Division site positioning is critical for both symmetric and asymmetric cell divisions. In many organisms, positive and negative signals cooperate to position the contractile actin ring for cytokinesis. In rod-shaped fission yeast Schizosaccharomyces pombe cells, division at midcell is achieved through positive Mid1/anillin-dependent signaling emanating from the central nucleus and negative signals from the dual-specificity tyrosine phosphorylation-regulated kinase family kinase Pom1 at the cell poles. In this study, we show that Pom1 directly phosphorylates the F-BAR protein Cdc15, a central component of the cytokinetic ring. Pom1-dependent phosphorylation blocks Cdc15 binding to paxillin Pxl1 and C2 domain protein Fic1 and enhances Cdc15 dynamics. This promotes ring sliding from cell poles, which prevents septum assembly at the ends of cells with a displaced nucleus or lacking Mid1. Pom1 also slows down ring constriction. These results indicate that a strong negative signal from the Pom1 kinase at cell poles converts Cdc15 to its closed state, destabilizes the actomyosin ring, and thus promotes medial septation.

An unusual Association Between Parkinson's Disease (PD) and Essential Tremor (ET) Characterized by opposite Lateral Predominance.

The occurrence of disabling postural and action tremor, which is repotted in less than 15 % of cases of PD. may be due to a combination of ET and PD, We report the case of a patient suffering bilaterally from postural tremor of different etiology on either side. A 69 year-old, right-handed woman with a family history of ET, was referred for bilateral hand tremor which was disabling on the right side. At the age of 61 she noticed a right hand postural tremor. not responsive to $- blockers, followed. two years later, by the onset of postural and action tremor on the opposite side. In the following two years. the patient developed asymmetric right-sided parkinsonism, while the postural and action tremor on the left remained unchanged. At time of evaluation, the patient had asymmetric parkinsonism with a 5 Hz rest and postural tremor on the right side and a postural-action tremor of the left hand. Dopaminergic acute challenge tests were performed. The administration of levodopalcarbidopa (ZOO/SO mg) improved the tremor on the right but not on the left. A progressive and more significant improvement was observed after the administration of increasing doses of apomorphine ( 1.6-3-4.5-6 mg). At the dose of 6 mg, apomorphine nearly completely abolished tremor on the right. The tremor of the left hand remained unchanged. The distinction between the two types of tremor was confirmed by the chronic treatment (using levodopa and dopaminergic agonists). Which improved only the right-sided tremor. Primidone was later introduced and improved selectively the tremor on the left. Conclusions: This patient developed both PD and ET with an unusual opposite prevalence. Drug challenge permitted the differentiation the clinically similar tremor types, which have a different pathophysiology.

Risk factors of postictal generalized EEG suppression in generalized convulsive seizures.

OBJECTIVE: To identify the clinical determinants of occurrence of postictal generalized EEG suppression (PGES) after generalized convulsive seizures (GCS). METHODS: We reviewed the video-EEG recordings of 417 patients included in the REPO2MSE study, a multicenter prospective cohort study of patients with drug-resistant focal epilepsy. According to ictal semiology, we classified GCS into 3 types: tonic-clonic GCS with bilateral and symmetric tonic arm extension (type 1), clonic GCS without tonic arm extension or flexion (type 2), and GCS with unilateral or asymmetric tonic arm extension or flexion (type 3). Association between PGES and person-specific or seizure-specific variables was analyzed after correction for individual effects and the varying number of seizures. RESULTS: A total of 99 GCS in 69 patients were included. Occurrence of PGES was independently associated with GCS type (p < 0.001) and lack of early administration of oxygen (p < 0.001). Odds ratio (OR) for GCS type 1 in comparison with GCS type 2 was 66.0 (95% confidence interval [CI 5.4-801.6]). In GCS type 1, risk of PGES was significantly increased when the seizure occurred during sleep (OR 5.0, 95% CI 1.2-20.9) and when oxygen was not administered early (OR 13.4, 95% CI 3.2-55.9). CONCLUSION: The risk of PGES dramatically varied as a function of GCS semiologic characteristics. Whatever the type of GCS, occurrence of PGES was prevented by early administration of oxygen.

Congenital Nystagmus Gene FRMD7 Is Necessary for Establishing a Neuronal Circuit Asymmetry for Direction Selectivity.

Neuronal circuit asymmetries are important components of brain circuits, but the molecular pathways leading to their establishment remain unknown. Here we found that the mutation of FRMD7, a gene that is defective in human congenital nystagmus, leads to the selective loss of the horizontal optokinetic reflex in mice, as it does in humans. This is accompanied by the selective loss of horizontal direction selectivity in retinal ganglion cells and the transition from asymmetric to symmetric inhibitory input to horizontal direction-selective ganglion cells. In wild-type retinas, we found FRMD7 specifically expressed in starburst amacrine cells, the interneuron type that provides asymmetric inhibition to direction-selective retinal ganglion cells. This work identifies FRMD7 as a key regulator in establishing a neuronal circuit asymmetry, and it suggests the involvement of a specific inhibitory neuron type in the pathophysiology of a neurological disease. VIDEO ABSTRACT.

Experimental Cournot oligopoly and inequity aversion

This paper explores the role of inequity aversion as an explanation for observed behavior in experimental Cournot oligopolies. We show that inequity aversion can change the nature of the strategic interaction: quantities are strategic substitutes for sufficiently asymmetric output levels but strategic complements otherwise. We find that inequity aversion can explain why: (i) some experiments result in higher than Cournot-Nash production levels while others result in lower, (ii) collusion often occurs with only two players whereas with three or more players market outcomes are very close to Cournot-Nash, and (iii) players often achieve equal profits in asymmetric Cournot oligopoly.

Mode of interaction of the Gαo subunit of heterotrimeric G proteins with the GoLoco1 motif of Drosophila Pins is determined by guanine nucleotides.

Drosophila GoLoco motif-containing protein Pins is unusual in its highly efficient interaction with both GDP- and the GTP-loaded forms of the α-subunit of the heterotrimeric Go protein. We analysed the interactions of Gαo in its two nucleotide forms with GoLoco1-the first of the three GoLoco domains of Pins-and the possible structures of the resulting complexes, through combination of conventional fluorescence and FRET measurements as well as through molecular modelling. Our data suggest that the orientation of the GoLoco1 motif on Gαo significantly differs between the two nucleotide states of the latter. In other words, a rotation of the GoLoco1 peptide in respect with Gαo must accompany the nucleotide exchange in Gαo. The sterical hindrance requiring such a rotation probably contributes to the guanine nucleotide exchange inhibitor activity of GoLoco1 and Pins as a whole. Our data have important implications for the mechanisms of Pins regulation in the process of asymmetric cell divisions.

Complex patterns of global spread in invasive insects: eco-evolutionary and management consequences

The advent of simple and affordable tools for molecular identification of novel insect invaders and assessment of population diversity has changed the face of invasion biology in recent years. The widespread application of these tools has brought with it an emerging understanding that patterns in biogeography, introduction history and subsequent movement and spread of many invasive alien insects are far more complex than previously thought. We reviewed the literature and found that for a number of invasive insects, there is strong and growing evidence that multiple introductions, complex global movement, and population admixture in the invaded range are commonplace. Additionally, historical paradigms related to species and strain identities and origins of common invaders are in many cases being challenged. This has major consequences for our understanding of basic biology and ecology of invasive insects and impacts quarantine, management and biocontrol programs. In addition, we found that founder effects rarely limit fitness in invasive insects and may benefit populations (by purging harmful alleles or increasing additive genetic variance). Also, while phenotypic plasticity appears important post-establishment, genetic diversity in invasive insects is often higher than expected and increases over time via multiple introductions. Further, connectivity among disjunct regions of global invasive ranges is generally far higher than expected and is often asymmetric, with some populations contributing disproportionately to global spread. We argue that the role of connectivity in driving the ecology and evolution of introduced species with multiple invasive ranges has been historically underestimated and that such species are often best understood in a global context.