Integrating receptor interactions and dynamics and Interference with endocrine disruptors in the mechanisms of action of PPAR nuclear receptors

Abstract Peroxisome Proliferator-Activated Receptors (PPARs) form a family of three nuclear receptors regulating important cellular and metabolic functions. PPARs control gene expression by directly binding to target promoters as heterodimers with the Retinoid X Receptor (RXR), and their transcriptional activity is enhanced upon activation by natural or pharmacological ligands. The binding of PPAR/RXR heterodimers on target promoters allows the anchoring of a series of coactivators and corepressors involved in promoter remodeling and the recruitment of the transcription machinery. The transcriptional output finally depends on a complex interplay between (i) the respective expression levels of PPARs, RXRs and of other nuclear receptors competing for DNA binding and RXR recruitment, (ii) the availability and the nature of PPAR and RXR ligands, (iii) the expression levels and the nature of the different coactivators and corepressors and (iv) the sequence and the epigenetic status of the promoter. Understanding how all these factors and signals integrate and fine-tune transcription remains a challenge but is necessary to understand the specificity of the physiological functions regulated by PPARs. The work presented herein focuses on the molecular mechanisms of PPAR action and aims at understanding how the interactions and mobility of the receptor modulate transcription in the physiological context of a living cell: Such observations in vivo rely on the use of engineered fluorescent protein chimeras and require the development and the application of complementary imaging techniques such as Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP), Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) and Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS). Using such techniques, PPARs are shown to reside solely in the nucleus where they are constitutively associated with RXR but transcriptional activation by ligand binding -does not promote the formation of sub-nuclear structures as observed with other nuclear receptors. In addition, the engagement of unliganded PPARs in large complexes of cofactors in living cells provides a molecular basis for their ligand-independent activity. Ligand binding reduces receptor diffusion by promoting the recruitment of coactivators which further enlarge the size of PPAR complexes to acquire full transcriptional competence. Using these molecular approaches, we deciphered the molecular mechanisms through which phthalates, a class of pollutants from the plastic industry, interfere with PPARγ signaling. Mono-ethyl-hexyl-phthalate (MEHP) binding induces the recruitment of a specific subset of cofactors and translates into the expression of a specific subset of target genes, the transcriptional output being strongly conditioned by the differentiation status of the cell. This selective PPARγ modulation induces limited adipogenic effects in cellular models while exposure to phthalates in animal models leads to protective effects on glucose tolerance and diet-induced obesity. These results demonstrate that phthalates influence lipid and carbohydrate metabolism through complex mechanisms which most likely involve PPARγ but also probably PPARα and PPARß, Altogether, the molecular and physiological demonstration of the interference of pollutants with PPAR action outlines an important role of chemical exposure in metabolic regulations. Résumé Les PPARs (Peroxisome Proliferator-Activated Receptors) forment une famille de récepteurs nucléaires qui régulent des fonctions cellulaires et métaboliques importantes. Les PPARs contrôlent l'expression des gènes en se liant directement à leurs promoteurs sous forme d'hétérodimères avec les récepteurs RXR (Retinoid X Receptor), et leur activité transcriptionnelle est stimulée par la liaison de ligands naturels ou pharmacologiques. L'association des hétérodimères PPAR/RXR avec les promoteurs des gènes cibles permet le recrutement de coactivateurs et de corépresseurs qui vont permettre le remodelage de la chromatine et le recrutement de la machinerie transcriptionnelle. Les actions transcriptionnelles du récepteur dépendent toutefois d'interactions complexes qui sont régulées par (i) le niveau d'expression des PPARs, des RXRs et d'autres récepteurs nucléaires entrant en compétition pour la liaison à l'ADN et l'association avec RXR, (ii) la disponibilité et la nature de ligands de PPAR et de RXR, (iii) les niveaux d'expression et la nature des différents coactivateurs et corépresseurs et (iv) la séquence et le marquage épigénétique des promoteurs. La compréhension des mécanismes qui permettent d'intégrer ces aspects pour assurer une régulation fine de l'activité transcriptionnelle est un défi qu'il est nécessaire de relever pour comprendre la spécificité des fonctions physiologiques régulées par les PPARs. Ce travail concerne l'étude des mécanismes d'action moléculaire des PPARs et vise à mieux comprendre comment les interactions du récepteur avec d'autres protéines ainsi que la mobilité de ce dernier régulent son activité transcriptionnelle dans le contexte physiologique des cellules vivantes. De telles observations reposent sur l'emploi de protéines fusionnées à des protéines fluorescentes ainsi que sur le développement et l'utilisation de techniques d'imagerie complémentaires telles que le FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching), le FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) ou la FCS (Fluorescence Corrélation Spectroscopy). En appliquant ces méthodes, nous avons pu montrer que les PPARs résident toujours dans le noyau où ils sont associés de manière constitutive à RXR, mais que l'ajout de ligand n'induit pas la formation de structures sub-nucléaires comme cela a pu être décrit pour d'autres récepteurs nucléaires. De plus, les PPARs sont engagés dans de larges complexes protéiques de cofacteurs en absence de ligand, ce qui procure une explication moléculaire à leur activité ligand-indépendante. La liaison du ligand réduit la vitesse de diffusion du récepteur en induisant le recrutement de coactivateurs qui augmente encore plus la taille des complexes afin d'acquérir un potentiel d'activation maximal. En utilisant ces approches moléculaires, nous avons pu caractériser les mécanismes permettant aux phtalates, une classe de polluants provenant de l'industrie plastique, d'interférer avec PPARγ. La liaison du mono-ethyl-hexyl-phtalate (NERF) à PPARγ induit un recrutement sélectif de cofacteurs, se traduisant par l'induction spécifique d'un sous-ensemble de gènes qui varie en fonction du niveau de différentiation cellulaire. La modulation sélective de PPARγ par le MEHP provoque une adipogenèse modérée dans des modèles cellulaires alors que l'exposition de modèles animaux aux phtalates induit des effets bénéfiques sur la tolérance au glucose et sur le développement de l'obésité. Toutefois, les phtalates ont une action complexe sur le métabolisme glucido-lipidique en faisant intervenir PPARγ mais aussi probablement PPARα et PPARß. Cette démonstration moléculaire et physiologique de l'interférence des polluants avec les récepteurs nucléaires PPAR souligne un rôle important de l'exposition à de tels composés dans les régulations métaboliques.

Characterization of SKI-1/S1P-mediated processing of Arenavirus glycoprotein precursors

Arenaviruses are rodent-born world-wide distributed negative strand RNA viruses that comprise a number of important human pathogens including Lassa virus (LASV) which causes more than 3 00'000 infections annually in Western Africa. Lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) is the prototypic member of the arenavirus family, which is divided in two major subgroups according to serological properties and geographical distribution, the Old World and New World arenaviruses. The envelope glycoprotein precursors (GPCs) of arenaviruses have to undergo proteolytic processing to acquire biological function and to be incorporated into progeny virions. A cellular enzyme is responsible for this processing: the Subtilisin Kexin Isozyme-1 or Site-1 protease (SKI- 1/S1P). In this thesis we have studied the relationship between SKI-1/S1P and the envelope GPs of arenaviruses. In a first project, we investigated the molecular interactions between SKI-1/SIP and arenavirus GPCs. Using SKI-1/SIP mutants, we confirmed previously published observations locating LCMV GPC and LASV GPC processing in the Late Golgi/TGN and ER/cis-Golgi, respectively. A single mutation in the cleavage site of LCMV was sufficient to re-locate SKI- 1/SIP-mediated processing from the late Golgi/TGN to the ER/cis-Golgi. We then demonstrated that the transmembrane domain, the C-terminal tail and the phosphorylation sites of SKI-1/S1P are dispensable for GPC processing. Additionally we identified a SKI- 1/S1P mutant defective for autoprocessing at site Β, B' that was selectively impaired in processing of viral GPCs but not cellular substrates. We also showed that a soluble variant of SKI-1/SIΡ was unable to cleave envelope GPs at the cell surface when added in the culture medium. This study highlighted a new target for small molecule inhibitors that would specifically impair GPC but not cellular substrate processing. In a second project, we identified and characterized two residues: LASV GPC Y253 and SKI-1/S1P Y285 that are important for the SKI-1/SIP-mediated LASV GPC cleavage. An alignment of GPC sequences revealed a conserved aromatic residue in P7 position in the GPCs of Old World and Clade C of New World arenaviruses. Mutations in GPC at position P7 impaired processing efficiency. In SKI-1/S1P, mutating Y285 into A negatively affected processing of substrates containing aromatic residues in P7, without affecting others. This property could be used to develop specific drugs targeting SKI-1/SIP-mediated cleavage of LASV GPC without affecting cellular substrates. As a third project we studied the role of the SKI-1/SIP-mediated processing and the unusual stable signal peptide (SSP) for the folding and secretion of soluble forms of the ectodomain of LASV and LCMV glycoproteins. We provide evidence that the transmembrane domain and the cytosolic tail are crucial for the stability of the prefusion conformation of arenavirus GP and that the SSP is required for transport and processing of full-length GP, but not the soluble ectodomain per se. Taken together, these results will lead to a better understanding of the complex interactions between arenavirus GPCs and SKI-1/S IP, paving the avenue for the development of novel anti-arenaviral therapeutics. - Les Arenavirus sont des virus à ARN négatif distribués mondialement et portés par les rongeurs. Cette famille de virus comprend des virus hautement pathogènes pour l'homme comme le virus de Lassa (LASV) qui cause plus de 300Ό00 infections par année en Afrique de l'Ouest. Le virus de la chorioméningite lymphocytaire (LCMV) est le représentant de cette famille qui est divisée en deux sous-groupes selon des critères sérologiques et de distributions géographiques: arenavirus du Nouveau et de l'Ancien monde. Les glycoprotéines d'enveloppe de ces virus (GPCs) doivent être clivées pour être incorporées dans le virus et ainsi lui permettre d'être infectieux. Une enzyme cellulaire est responsable de ce clivage : la Subtilisin Kexin Isozyme-1 ou protéase Site-1 (SKI-l/SlP). Dans cette thèse, nous avons étudié la relation entre cette enzyme cellulaire et les GPs des arenavirus. Dans un premier temps, nous avons étudié les interactions moléculaires entre SKI- 1/S1P et GPC. A l'aide de mutants de SKI-l/SlP, nous avons confirmé des résultats précédemment publiés montrant que les glycoprotéines d'enveloppe de LASV sont clivés dans le réticulum endoplasmique/cis-Golgi alors que celles de LCMV sont clivées dans le Golgi tardif/TGN. Une seule mutation dans le site de clivage de la glycoprotéine de LCMV est suffisante pour changer le compartiment cellulaire dans lequel est clivée cette glycoprotéine. Ensuite, nous avons démontré que le domaine transmembranaire, la partie cytosolique C-terminale ainsi que les sites de phosphorylations de cette enzyme ne sont pas indispensables pour permettre le clivage de GPC. De plus, nous avons identifié un mutant de SKI-l/SlP dans lequel Γ autoprocessing au site B,B' est impossible, incapable de cliver GPC mais toujours pleinement fonctionnelle envers ses substrats cellulaires. Nous avons également démontré qu'une forme soluble de SKI-l/SlP ajoutée dans le milieu de culture n'est pas capable de couper GPC à la surface de la cellule. Cette étude a défini une nouvelle cible potentielle pour un médicament qui inhiberait le clivage des glycoprotéines des arenavirus sans affecter les processus normaux de la cellule. Dans un second project, nous avons identifié deux acides aminés, LASV GPC Y253 et SKI-l/SlP Y285, qui sont important pour le clivage de LASV GPC. Un alignement des séquences de clivage des GPCs a montré qu'un résidu aromatique est conservé en position P7 du site de clivage chez tous les arenavirus de l'Ancien monde et dans le clade C des arenavirus du Nouveau monde. Une mutation de cet acide aminée dans GPC réduit l'efficacité de clivage par SKI-l/SlP. Mutation de la tyrosine 285 de SKI-l/SlP en alanine affecte négativement le clivage des substrats contenant un résidu aromatique en position P7 sans affecter les autres. Cette propriété pourrait être utilisée pour le développement de médicaments spécifiques ciblant le clivage de GPC. Finalement, nous avons étudié le rôle du processing accomplit par SKI-l/SlP et du signal peptide pour le pliage et la sécrétion de formes solubles des glycoprotéines de LASV et LCMV. Nous avons montré que le domaine transmembranaire et la partie cytosolique de GP sont crucials pour la stabilité de la conformation pre-fusionnelle des GPs et que SSP est nécessaire pour le transport et le processing de GP, mais pas de son ecto-domaine soluble. En conclusion, les résultats obtenus durant cette thèse permettrons de mieux comprendre les interactions complexes entre SKI-l/SlP et les glycoprotéines des arenavirus, ouvrant le chemin pour le développement de nouveaux médicaments anti-arénaviraux.

Dissecting TCR-MHC/peptide complex interactions with A2/peptide multimers incorporating tumor antigen peptide variants: crucial role of interaction kinetics on functional outcomes.

Soluble peptide/MHC-class-I (pMHC) multimers have recently emerged as unique reagents for the study of specific interactions between the pMHC complex and the TCR. Here, we assessed the relative binding efficiency of a panel of multimers incorporating single-alanine-substituted variants of the tumor-antigen-derived peptide MAGE-A10(254-262) to specific CTL clones displaying different functional avidity. For each individual clone, the efficiency of binding of multimers incorporating MAGE-A10 peptide variants was, in most cases, in good although not linear correlation with the avidity of recognition of the corresponding variant. In addition, we observed two types of discrepancies between efficiency of recognition and multimer binding. First, for some peptide variants, efficient multimer binding was detected in the absence of measurable effector functions. Some of these peptide variants displayed antagonist activity. Second, when comparing different clones we found clear discrepancies between the dose of peptide required to obtain half-maximal lysis in CTL assays and the binding efficiency of the corresponding multimers. These discrepancies, however, were resolved when the differential stability of the TCR/pMHC complexes was determined. For individual clones, decreased recognition correlated with increased TCR/pMHC off-rate. TCR/pMHC complexes formed by antagonist ligands displayed off-rates faster than those of TCR/pMHC complexes formed with weak agonists. In addition, when comparing different clones, the efficiency of multimer staining correlated better with relative multimer off-rates than with half-maximal lysis values. Altogether, the data presented here reconcile and extend our previous results on the impact of the kinetics of interaction of TCR with pMHC complexes on multimer binding and underline the crucial role of TCR/pMHC off-rates for the functional outcome of such interactions.

Protein-protein interactions at the adrenergic receptors.

The adrenergic receptors are among the best characterized G protein-coupled receptors (GPCRs) and knowledge on this receptor family has provided several important paradigms about GPCR function and regulation. One of the most recent paradigms initially supported by studies on adrenergic receptors is that both βarrestins and G proteincoupled receptors themselves can act as scaffolds binding a variety of proteins and this can result in growing complexity of the receptor-mediated cellular effects. In this review we will briefly summarize the main features of βarrestin binding to the adrenergic receptor subtypes and we will review more in detail the main proteins found to selectively interact with distinct AR subtype. At the end, we will review the main findings on oligomerization of the AR subtypes.

Probing the different chaperone activities of the bacterial HSP70-HSP40 system using a thermolabile luciferase substrate.

During mild heat-stress, a native thermolabile polypeptide may partially unfold and transiently expose water-avoiding hydrophobic segments that readily tend to associate into a stable misfolded species, rich in intra-molecular non-native beta-sheet structures. When the concentration of the heat-unfolded intermediates is elevated, the exposed hydrophobic segments tend to associate with other molecules into large stable insoluble complexes, also called "aggregates." In mammalian cells, stress- and mutation-induced protein misfolding and aggregation may cause degenerative diseases and aging. Young cells, however, effectively counteract toxic protein misfolding with a potent network of molecular chaperones that bind hydrophobic surfaces and actively unfold otherwise stable misfolded and aggregated polypeptides. Here, we followed the behavior of a purified, initially mostly native thermolabile luciferase mutant, in the presence or absence of the Escherichia coli DnaK-DnaJ-GrpE chaperones and/or of ATP, at 22 °C or under mild heat-stress. We concomitantly measured luciferase enzymatic activity, Thioflavin-T fluorescence, and light-scattering to assess the effects of temperature and chaperones on the formation, respectively, of native, unfolded, misfolded, and/or of aggregated species. During mild heat-denaturation, DnaK-DnaJ-GrpE+ATP best maintained, although transiently, high luciferase activity and best prevented heat-induced misfolding and aggregation. In contrast, the ATP-less DnaK and DnaJ did not maintain optimal luciferase activity and were less effective at preventing luciferase misfolding and aggregation. We present a model accounting for the experimental data, where native, unfolded, misfolded, and aggregated species spontaneously inter-convert, and in which DnaK-DnaJ-GrpE+ATP specifically convert stable misfolded species into unstable unfolded intermediates.

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

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

Horizontal, but not vertical, biotic interactions affect fine-scale plant distribution patterns in a low-energy system

Studies of species range determinants have traditionally focused on abiotic variables (typically climatic conditions), and therefore the recent explicit consideration of biotic interactions represents an important advance in the field. While these studies clearly support the role of biotic interactions in shaping species distributions, most examine only the influence of a single species and/or a single interaction, failing to account for species being subject to multiple concurrent interactions. By fitting species distribution models (SDMs), we examine the influence of multiple vertical (i.e., grazing, trampling, and manuring by mammalian herbivores) and horizontal (i.e., competition and facilitation; estimated from the cover of dominant plant species) interspecific interactions on the occurrence and cover of 41 alpine tundra plant species. Adding plant-plant interactions to baseline SDMs (using five field-quantified abiotic variables) significantly improved models' predictive power for independent data, while herbivore-related variables had only a weak influence. Overall, abiotic variables had the strongest individual contributions to the distribution of alpine tundra plants, with the importance of horizontal interaction variables exceeding that of vertical interaction variables. These results were consistent across three modeling techniques, for both species occurrence and cover, demonstrating the pattern to be robust. Thus, the explicit consideration of multiple biotic interactions reveals that plant-plant interactions exert control over the fine-scale distribution of vascular species that is comparable to abiotic drivers and considerably stronger than herbivores in this low-energy system.

Species distributions and interactions in a changing world : from understanding to forecasting

Les écosystèmes fournissent de nombreuses ressources et services écologiques qui sont utiles à la population humaine. La biodiversité est une composante essentielle des écosystèmes et maintient de nombreux services. Afin d'assurer la permanence des services écosystémiques, des mesures doivent être prises pour conserver la biodiversité. Dans ce but, l'acquisition d'informations détaillées sur la distribution de la biodiversité dans l'espace est essentielle. Les modèles de distribution d'espèces (SDMs) sont des modèles empiriques qui mettent en lien des observations de terrain (présences ou absences d'une espèce) avec des descripteurs de l'environnement, selon des courbes de réponses statistiques qui décrive la niche réalisée des espèces. Ces modèles fournissent des projections spatiales indiquant les lieux les plus favorables pour les espèces considérées. Le principal objectif de cette thèse est de fournir des projections plus réalistes de la distribution des espèces et des communautés en montagne pour le climat présent et futur en considérant non-seulement des variables abiotiques mais aussi biotiques. Les régions de montagne et l'écosystème alpin sont très sensibles aux changements globaux et en même temps assurent de nombreux services écosystémiques. Cette thèse est séparée en trois parties : (i) fournir une meilleure compréhension du rôle des interactions biotiques dans la distribution des espèces et l'assemblage des communautés en montagne (ouest des Alpes Suisses), (ii) permettre le développement d'une nouvelle approche pour modéliser la distribution spatiale de la biodiversité, (iii) fournir des projections plus réalistes de la distribution future des espèces ainsi que de la composition des communautés. En me focalisant sur les papillons, bourdons et plantes vasculaires, j'ai détecté des interactions biotiques importantes qui lient les espèces entre elles. J'ai également identifié la signature du filtre de l'environnement sur les communautés en haute altitude confirmant l'utilité des SDMs pour reproduire ce type de processus. A partir de ces études, j'ai contribué à l'amélioration méthodologique des SDMs dans le but de prédire les communautés en incluant les interactions biotiques et également les processus non-déterministes par une approche probabiliste. Cette approche permet de prédire non-seulement la distribution d'espèces individuelles, mais également celle de communautés dans leur entier en empilant les projections (S-SDMs). Finalement, j'ai utilisé cet outil pour prédire la distribution d'espèces et de communautés dans le passé et le futur. En particulier, j'ai modélisé la migration post-glaciaire de Trollius europaeus qui est à l'origine de la structure génétique intra-spécifique chez cette espèce et évalué les risques de perte face au changement climatique. Finalement, j'ai simulé la distribution des communautés de bourdons pour le 21e siècle afin d'évaluer les changements probables dans ce groupe important de pollinisateurs. La diversité fonctionnelle des bourdons va être altérée par la perte d'espèces spécialistes de haute altitude et ceci va influencer la pollinisation des plantes en haute altitude. - Ecosystems provide a multitude of resources and ecological services, which are useful to human. Biodiversity is an essential component of those ecosystems and guarantee many services. To assure the permanence of ecosystem services for future generation, measure should be applied to conserve biodiversity. For this purpose, the acquisition of detailed information on how biodiversity implicated in ecosystem function is distributed in space is essential. Species distribution models (SDMs) are empirical models relating field observations to environmental predictors based on statistically-derived response surfaces that fit the realized niche. These models result in spatial predictions indicating locations of the most suitable environment for the species and may potentially be applied to predict composition of communities and their functional properties. The main objective of this thesis was to provide more accurate projections of species and communities distribution under current and future climate in mountains by considering not solely abiotic but also biotic drivers of species distribution. Mountain areas and alpine ecosystems are considered as particularly sensitive to global changes and are also sources of essential ecosystem services. This thesis had three main goals: (i) a better ecological understanding of biotic interactions and how they shape the distribution of species and communities, (ii) the development of a novel approach to the spatial modeling of biodiversity, that can account for biotic interactions, and (iii) ecologically more realistic projections of future species distributions, of future composition and structure of communities. Focusing on butterfly and bumblebees in interaction with the vegetation, I detected important biotic interactions for species distribution and community composition of both plant and insects along environmental gradients. I identified the signature of environmental filtering processes at high elevation confirming the suitability of SDMs for reproducing patterns of filtering. Using those case-studies, I improved SDMs by incorporating biotic interaction and accounting for non-deterministic processes and uncertainty using a probabilistic based approach. I used improved modeling to forecast the distribution of species through the past and future climate changes. SDMs hindcasting allowed a better understanding of the spatial range dynamic of Trollius europaeus in Europe at the origin of the species intra-specific genetic diversity and identified the risk of loss of this genetic diversity caused by climate change. By simulating the future distribution of all bumblebee species in the western Swiss Alps under nine climate change scenarios for the 21st century, I found that the functional diversity of this pollinator guild will be largely affected by climate change through the loss of high elevation specialists. In turn, this will have important consequences on alpine plant pollination.

Activity-dependent regulation of energy metabolism by astrocytes: an update.

Astrocytes play a critical role in the regulation of brain metabolic responses to activity. One detailed mechanism proposed to describe the role of astrocytes in some of these responses has come to be known as the astrocyte-neuron lactate shuttle hypothesis (ANLSH). Although controversial, the original concept of a coupling mechanism between neuronal activity and glucose utilization that involves an activation of aerobic glycolysis in astrocytes and lactate consumption by neurons provides a heuristically valid framework for experimental studies. In this context, it is necessary to provide a survey of recent developments and data pertaining to this model. Thus, here, we review very recent experimental evidence as well as theoretical arguments strongly supporting the original model and in some cases extending it. Aspects revisited include the existence of glutamate-induced glycolysis in astrocytes in vitro, ex vivo, and in vivo, lactate as a preferential oxidative substrate for neurons, and the notion of net lactate transfer between astrocytes and neurons in vivo. Inclusion of a role for glycogen in the ANLSH is discussed in the light of a possible extension of the astrocyte-neuron lactate shuttle (ANLS) concept rather than as a competing hypothesis. New perspectives offered by the application of this concept include a better understanding of the basis of signals used in functional brain imaging, a role for neuron-glia metabolic interactions in glucose sensing and diabetes, as well as novel strategies to develop therapies against neurodegenerative diseases based upon improving astrocyte-neuron coupled energetics.

Cleaning wrasse species vary with respect to dependency on the mutualism and behavioural adaptations in interactions

Interspecific mutualisms are an essential feature of life on earth, yet we know little about their evolution and stability. In many mutualisms several species are available as partners, raising questions about the similarity in function and behavioural repertoire depending on the partner species. Furthermore, variation between species in the quantity and quality of interactions resulting in variation in payoffs may allow us to infer the potential evolutionary origin of a multispecies mutualism complex. We addressed these issues in the marine cleaning mutualism, in which so-called 'cleaners' remove ectoparasites from so-called 'client' reef fish. We measured several parameters concerning the quantity and quality of cleaning interactions in six sympatric cleaner wrasse species. We found significant variation between cleaner species with respect to client diversity, the number of interactions with predatory clients, the duration of interactions, the frequency of client jolts as a correlate of 'cheating' by cleaners, and behaviours used for manipulation of client decisions. Exploratory correlations between cleaner species' dependency and our variables of interest suggest that cleaning originated as a conflict-free by-product mutualism and evolved towards more sophisticated behaviours, including strategic behaviours for interactions with predators, cheating and manipulation specifically adapted to the client type.