Development and application of computational methodologies in qualitative modeling

La présente thèse s'intitule "Développent et Application des Méthodologies Computationnelles pour la Modélisation Qualitative". Elle comprend tous les différents projets que j'ai entrepris en tant que doctorante. Plutôt qu'une mise en oeuvre systématique d'un cadre défini a priori, cette thèse devrait être considérée comme une exploration des méthodes qui peuvent nous aider à déduire le plan de processus regulatoires et de signalisation. Cette exploration a été mue par des questions biologiques concrètes, plutôt que par des investigations théoriques. Bien que tous les projets aient inclus des systèmes divergents (réseaux régulateurs de gènes du cycle cellulaire, réseaux de signalisation de cellules pulmonaires) ainsi que des organismes (levure à fission, levure bourgeonnante, rat, humain), nos objectifs étaient complémentaires et cohérents. Le projet principal de la thèse est la modélisation du réseau de l'initiation de septation (SIN) du S.pombe. La cytokinèse dans la levure à fission est contrôlée par le SIN, un réseau signalant de protéines kinases qui utilise le corps à pôle-fuseau comme échafaudage. Afin de décrire le comportement qualitatif du système et prédire des comportements mutants inconnus, nous avons décidé d'adopter l'approche de la modélisation booléenne. Dans cette thèse, nous présentons la construction d'un modèle booléen étendu du SIN, comprenant la plupart des composantes et des régulateurs du SIN en tant que noeuds individuels et testable expérimentalement. Ce modèle utilise des niveaux d'activité du CDK comme noeuds de contrôle pour la simulation d'évènements du SIN à différents stades du cycle cellulaire. Ce modèle a été optimisé en utilisant des expériences d'un seul "knock-out" avec des effets phénotypiques connus comme set d'entraînement. Il a permis de prédire correctement un set d'évaluation de "knock-out" doubles. De plus, le modèle a fait des prédictions in silico qui ont été validées in vivo, permettant d'obtenir de nouvelles idées de la régulation et l'organisation hiérarchique du SIN. Un autre projet concernant le cycle cellulaire qui fait partie de cette thèse a été la construction d'un modèle qualitatif et minimal de la réciprocité des cyclines dans la S.cerevisiae. Les protéines Clb dans la levure bourgeonnante présentent une activation et une dégradation caractéristique et séquentielle durant le cycle cellulaire, qu'on appelle communément les vagues des Clbs. Cet évènement est coordonné avec la courbe d'activation inverse du Sic1, qui a un rôle inhibitoire dans le système. Pour l'identification des modèles qualitatifs minimaux qui peuvent expliquer ce phénomène, nous avons sélectionné des expériences bien définies et construit tous les modèles minimaux possibles qui, une fois simulés, reproduisent les résultats attendus. Les modèles ont été filtrés en utilisant des simulations ODE qualitatives et standardisées; seules celles qui reproduisaient le phénotype des vagues ont été gardées. L'ensemble des modèles minimaux peut être utilisé pour suggérer des relations regulatoires entre les molécules participant qui peuvent ensuite être testées expérimentalement. Enfin, durant mon doctorat, j'ai participé au SBV Improver Challenge. Le but était de déduire des réseaux spécifiques à des espèces (humain et rat) en utilisant des données de phosphoprotéines, d'expressions des gènes et des cytokines, ainsi qu'un réseau de référence, qui était mis à disposition comme donnée préalable. Notre solution pour ce concours a pris la troisième place. L'approche utilisée est expliquée en détail dans le dernier chapitre de la thèse. -- The present dissertation is entitled "Development and Application of Computational Methodologies in Qualitative Modeling". It encompasses the diverse projects that were undertaken during my time as a PhD student. Instead of a systematic implementation of a framework defined a priori, this thesis should be considered as an exploration of the methods that can help us infer the blueprint of regulatory and signaling processes. This exploration was driven by concrete biological questions, rather than theoretical investigation. Even though the projects involved divergent systems (gene regulatory networks of cell cycle, signaling networks in lung cells), as well as organisms (fission yeast, budding yeast, rat, human), our goals were complementary and coherent. The main project of the thesis is the modeling of the Septation Initiation Network (SIN) in S.pombe. Cytokinesis in fission yeast is controlled by the SIN, a protein kinase signaling network that uses the spindle pole body as scaffold. In order to describe the qualitative behavior of the system and predict unknown mutant behaviors we decided to adopt a Boolean modeling approach. In this thesis, we report the construction of an extended, Boolean model of the SIN, comprising most SIN components and regulators as individual, experimentally testable nodes. The model uses CDK activity levels as control nodes for the simulation of SIN related events in different stages of the cell cycle. The model was optimized using single knock-out experiments of known phenotypic effect as a training set, and was able to correctly predict a double knock-out test set. Moreover, the model has made in silico predictions that have been validated in vivo, providing new insights into the regulation and hierarchical organization of the SIN. Another cell cycle related project that is part of this thesis was to create a qualitative, minimal model of cyclin interplay in S.cerevisiae. CLB proteins in budding yeast present a characteristic, sequential activation and decay during the cell cycle, commonly referred to as Clb waves. This event is coordinated with the inverse activation curve of Sic1, which has an inhibitory role in the system. To generate minimal qualitative models that can explain this phenomenon, we selected well-defined experiments and constructed all possible minimal models that, when simulated, reproduce the expected results. The models were filtered using standardized qualitative ODE simulations; only the ones reproducing the wave-like phenotype were kept. The set of minimal models can be used to suggest regulatory relations among the participating molecules, which will subsequently be tested experimentally. Finally, during my PhD I participated in the SBV Improver Challenge. The goal was to infer species-specific (human and rat) networks, using phosphoprotein, gene expression and cytokine data and a reference network provided as prior knowledge. Our solution to the challenge was selected as in the final chapter of the thesis.

Du retraité méritant au senior actif : genèse et transformations de la figure sociale de la vieillesse en Suisse

«Crise de l'assurance-vieillesse », «déséquilibre démographique», «vieillissement de la population », « faillite des systèmes de retraite », voilà des expressions qui occupent une place prépondérante dans tes discours portant sur l'avenir de la sécurité sociale aujourd'hui. Les autorités politiques suisses comme européennes font part de leur inquiétude face à la situation d'urgence que présenteraient les « sociétés vieillissantes ». En effet, alors que F assurance-vieillesse s'adressait initialement à une catégorie résiduelle de personnes qui parvenait à vivre plusieurs années au-delà de 65 ans, elle couvre maintenant près d'un cinquième de la population globale. Partant, les autorités fédérales appellent à une restriction des conditions d'accès à la rente de vieillesse. À première vue, les débats qui portent sur cette question dans l'arène politique relèvent de considérations essentiellement techniques liées aux conditions économiques de perpétuation de l'assurances-vieillesse. Il s'agit de modifier les règles d'accès à l'assurance ainsi que le montant des prestations afin d'assainir les caisses tout en faisant face à l'augmentation du nombre de retraités. Ce travail de thèse aborde cette question par une autre approche. Nous partons du postulat que les débats portant sur l'avenir de la politique de la vieillesse sont révélateurs d'une lutte entre acteurs du champ de régulation sociale qui participent d'un travail d'élaboration d'une pensée d'Etat, au sens de P Bourdieu. Cette lutte a pour objet l'imposition de catégories de pensées, soit la définition de ce qu'est un âgé aujourd'hui et de ce qu'il est moralement acceptable d'attendre de lui Nous montrons que cette question peut être comprise à l'aune de l'histoire du traitement social de la vieillesse dont nous relatons ici la genèse et les transformations. Nous soulignons également combien cette pensée d'Etat marque la manière dont les retraités aujourd'hui cherchent à se valoriser face à la déstabilisation de leur statut social. Summary "Crisis of social insurance for older people", "demographic imbalance", "aging of the population", "bankruptcy of pensions systems" ; these are some of the many expressions that today play a importance part in discussion about the future of social security. The Swiss and European political authorities show they are concerned about the crisis that "aging societies" are said to be facing. Indeed, while social insurance for old age used to concern a residual category of people who managet! to live to more than 65 years old, it now covers about a fifth of the global population. Hence, the Federal authorities are calling for a tightening of the conditions for access to retirement benefits. At first glance, the debates in the political arena »elated to (his question mainly deal with technical considerations linked to the economic conditions for the perpetuation of the insurance for old age. Ease of access and the level of the benefits have to be reduced in order to balance the funds, in the face of the rise of the number beneficiaries. This thesis study addresses this question through a different approach. We start from the proposition that debates concerning the future of social policy for old age reveal a struggle between those involved in (he field of social regulation ; this struggle is part of the development of the thought of the State as conceived by P. Bourdieu. The aim of this fight is to impose normative categories of thought, that is to say in relation to our subject, the definition of what an older person is today and what is morally acceptable to expect of him or her. We show that this question can be understood in the light of the the history of the social treatment of old age that we report here. Moreover, we show that this thought of the State explains the way retired people seek to value themselves and confront the destabilisation of their social status.

Geometric stopping of a random walk and its applications to valuing equity-linked death benefits

We study discrete-time models in which death benefits can depend on a stock price index, the logarithm of which is modeled as a random walk. Examples of such benefit payments include put and call options, barrier options, and lookback options. Because the distribution of the curtate-future-lifetime can be approximated by a linear combination of geometric distributions, it suffices to consider curtate-future-lifetimes with a geometric distribution. In binomial and trinomial tree models, closed-form expressions for the expectations of the discounted benefit payment are obtained for a series of options. They are based on results concerning geometric stopping of a random walk, in particular also on a version of the Wiener-Hopf factorization.

Interleukin-22 is increased in multiple sclerosis patients and targets astrocytes.

BACKGROUND: Increasing evidences link T helper 17 (Th17) cells with multiple sclerosis (MS). In this context, interleukin-22 (IL-22), a Th17-linked cytokine, has been implicated in blood brain barrier breakdown and lymphocyte infiltration. Furthermore, polymorphism between MS patients and controls has been recently described in the gene coding for IL-22 binding protein (IL-22BP). Here, we aimed to better characterize IL-22 in the context of MS. METHODS: IL-22 and IL-22BP expressions were assessed by ELISA and qPCR in the following compartments of MS patients and control subjects: (1) the serum, (2) the cerebrospinal fluid, and (3) immune cells of peripheral blood. Identification of the IL-22 receptor subunit, IL-22R1, was performed by immunohistochemistry and immunofluorescence in human brain tissues and human primary astrocytes. The role of IL-22 on human primary astrocytes was evaluated using 7-AAD and annexin V, markers of cell viability and apoptosis, respectively. RESULTS: In a cohort of 141 MS patients and healthy control (HC) subjects, we found that serum levels of IL-22 were significantly higher in relapsing MS patients than in HC but also remitting and progressive MS patients. Monocytes and monocyte-derived dendritic cells contained an enhanced expression of mRNA coding for IL-22BP as compared to HC. Using immunohistochemistry and confocal microscopy, we found that IL-22 and its receptor were detected on astrocytes of brain tissues from both control subjects and MS patients, although in the latter, the expression was higher around blood vessels and in MS plaques. Cytometry-based functional assays revealed that addition of IL-22 improved the survival of human primary astrocytes. Furthermore, tumor necrosis factor α-treated astrocytes had a better long-term survival capacity upon IL-22 co-treatment. This protective effect of IL-22 seemed to be conferred, at least partially, by a decreased apoptosis. CONCLUSIONS: We show that (1) there is a dysregulation in the expression of IL-22 and its antagonist, IL-22BP, in MS patients, (2) IL-22 targets specifically astrocytes in the human brain, and (3) this cytokine confers an increased survival of the latter cells.

Rationnement des soins

Le rationnement a mauvaise presse, en partie parce qu'il véhicule une image misérable de guerre et de famine. C'est ainsi que pour éviter la brutalité du mot rationnement, on cherche des mots plus fréquentables, tels que «rationalisation» ou «meilleure gestion», comme si la notion même de limitation était insupportable. Cette difficulté est peut-être propre à la démocratie, comme cela avait été remarqué à propos des Etats-Unis : «Ces mots abstraits qui remplissent les langues démocratiques (...) rendent l'expression plus rapide et l'idée moins nette. (...) Les hommes des pays démocratiques ont souvent des pensées vacillantes ; il leur faut donc des expressions très larges pour les renfermer. (...) Un mot abstrait est comme une boîte à double fond : on y met les idées que l'on désire, et on les en retire sans que personne ne le voie.»1Intuitivement, le rationnement peut être évoqué avec une liste d'exemples telle que celle-ci : ablation de tatouage, traitement de l'infertilité, physiothérapie pour les blessures de sport, changement de sexe, prise en charge de la contraception. Cette liste comporte des procédures dont la nécessité (ou, au moins, la prise en charge par le système public) peut être con-testée, d'autant plus si la demande de soins réputés nécessaires va croissante dans un contexte de restrictions budgétaires. Dans son sens le plus simple, le rationnement désigne les procédures améliorant l'allocation des services de santé dans une communauté, étant donné que les ressources disponibles sont limitées. Aussi, tout rationnement est-il lié à un système de priorités, produisant une liste d'individus éligibles ou de services admissibles.Il existe déjà une grande expérience de rationalisation des soins de santé dans les pays développés, à commencer par celle des pays scandinaves (qui ont entrepris des démarches explicites de rationnement depuis plus de dix ans). L'analyse des stratégies de rationnement aujourd'hui utilisées montre qu'ellestournent autour de trois grandes approches :I la limitation des bénéficiaires, qui utilise une ou plusieurs caractéristiques des individus pour rendre inéligibles certains d'entre eux pour un service particulier : l'âge, la nationalité, l'état de santé général, le revenu sont autant d'exemples. L'utilisation de l'âge en particulier suscite beaucoup de débats, en partie émotionnels, bien qu'il y ait un fondement éthique raisonnable à cette utilisation...

Le pardon dans la Bible hébraïque

Dans la Bible hébraïque, le pardon joue un rôle dans des genres littéraires différents tels que les narratifs des patriarches, les textes législatifs, ainsi que les textes de réflexions théologiques. Plusieurs expressions s'y réfèrent : à part le verbe technique sālaḥ « pardonner », il y a également des termes métaphoriques comme « enlever», « faire passer », « éponger » et « nettoyer le péché », ou encore « ne plus s'en souvenir ». Sujet de l'acte du pardon est soit l'homme soit Dieu. Le thème du pardon est étroitement lié à celui de la transgression des normes et lois de la société comme de la religion de l'Ancien Israël. Les transgressions graves sont en principe impardonnables : elles créent une sphère du mal qui affecte tout l'environnement et peut entraîner des maladies, des incidents malencontreux, etc. En principe, cet effet perdure et ne cesse pas automatiquement, sauf si la transgression est sanctionnée d'une manière adéquate. Les sanctions se font selon les principes de la compensation, de la restitution et de la prévention : dans une ancienne collection de lois, le Code d'Alliance, le meurtre a ainsi pour conséquence la mise à mort de l'auteur du délit (cf. Ex 21,12) et le boeuf volé doit être restitué cinq fois (cf. Ex 21,37). Pour certains cas de transgressions, et sous certaines conditions, il y avait cependant des possibilités de protéger le délinquant et de substituer ou de réduire une sanction sévère prévue, voire d'y renoncer complètement. Cet article donne tout d'abord un aperçu du pardon accordé par l'homme et résume dans une deuxième partie les conceptions concernant l'arbitrage et le pardon de Dieu.

Interventions présumées des scribes concernant le motif de l'arbre sacré dans le Pentateuque

Abstract: This article deals with several presumed scribal interventions which all concern the sacred tree motif. One finds deliberate changes in the MT, in the Septuagint, in Targum Onkelos and in the Vulgate. The Greek translators of Genesis and Samuel (1-2 Kingdoms) avoided rendering the word אשׁל "tamarisk" by its equivalent μυρίκη, chosing instead the word ἄρουρα "field". Similarly, the Greek translator of Genesis, in the passage of the death of Rebecca's nurse Deborah, passed over the motif of her burial under a grand tree. According to the hypothesis of the present article, all four changes are related to one other; they might be due to the translator's fear to connect the respective texts with traditions and customs concerning the Egyptian god Osiris. On the other side, a scribe of the proto-Massoretic tradition modified the readings mentioning the large tree of Mamre close to Hebron. By changing the noun's number from singular to plural the corrector tried to conceal the existence and importance of the sacred tree in the tradition of Abraham. By contrast, the scribe did not modify texts related to the sacred tree of Shechem. This disparity of treatment may be explained by the fact that, in the view of the Judean scribe, the tree of Shechem would put the Samaritans in a bad light. Finally, the authors of Targum Onkelos and of the Vulgate intervened almost systematically in Pentateuchal texts having the terms אֵלוֹן) אלון or אַלּוֹן ), which always designate a holy tree. The two expressions are rendered by terms referring to plains (Targum Onkelos) or a valley (Vulgate).