Quantitative modelling of transcription factor binding sites

Abstract One of the most important issues in molecular biology is to understand regulatory mechanisms that control gene expression. Gene expression is often regulated by proteins, called transcription factors which bind to short (5 to 20 base pairs),degenerate segments of DNA. Experimental efforts towards understanding the sequence specificity of transcription factors is laborious and expensive, but can be substantially accelerated with the use of computational predictions. This thesis describes the use of algorithms and resources for transcriptionfactor binding site analysis in addressing quantitative modelling, where probabilitic models are built to represent binding properties of a transcription factor and can be used to find new functional binding sites in genomes. Initially, an open-access database(HTPSELEX) was created, holding high quality binding sequences for two eukaryotic families of transcription factors namely CTF/NF1 and LEFT/TCF. The binding sequences were elucidated using a recently described experimental procedure called HTP-SELEX, that allows generation of large number (> 1000) of binding sites using mass sequencing technology. For each HTP-SELEX experiments we also provide accurate primary experimental information about the protein material used, details of the wet lab protocol, an archive of sequencing trace files, and assembled clone sequences of binding sequences. The database also offers reasonably large SELEX libraries obtained with conventional low-throughput protocols.The database is available at http://wwwisrec.isb-sib.ch/htpselex/ and and ftp://ftp.isrec.isb-sib.ch/pub/databases/htpselex. The Expectation-Maximisation(EM) algorithm is one the frequently used methods to estimate probabilistic models to represent the sequence specificity of transcription factors. We present computer simulations in order to estimate the precision of EM estimated models as a function of data set parameters(like length of initial sequences, number of initial sequences, percentage of nonbinding sequences). We observed a remarkable robustness of the EM algorithm with regard to length of training sequences and the degree of contamination. The HTPSELEX database and the benchmarked results of the EM algorithm formed part of the foundation for the subsequent project, where a statistical framework called hidden Markov model has been developed to represent sequence specificity of the transcription factors CTF/NF1 and LEF1/TCF using the HTP-SELEX experiment data. The hidden Markov model framework is capable of both predicting and classifying CTF/NF1 and LEF1/TCF binding sites. A covariance analysis of the binding sites revealed non-independent base preferences at different nucleotide positions, providing insight into the binding mechanism. We next tested the LEF1/TCF model by computing binding scores for a set of LEF1/TCF binding sequences for which relative affinities were determined experimentally using non-linear regression. The predicted and experimentally determined binding affinities were in good correlation.

Ground-state order and spin-lattice coupling in tetrahedral spin systems Cu2Te2O5X2 (X = Br or Cl)

High-resolution ac susceptibility and thermal conductivity measurement on Cu2Te2O5X2 (X=Br,Cl) single crystals are reported. For Br-sample, sample dependence prevents one from distinguishing between possibilities of magnetically ordered and spin-singlet ground states. In Cl-sample a three-dimensional transition at 18.5 K is accompanied by almost isotropic behavior of susceptibility and almost switching behavior of thermal conductivity. Thermal conductivity studies suggest the presence of a tremendous spin-lattice coupling characterizing Cl- but not Br-sample. Below the transition Cl-sample is in a complex magnetic state involving AF order but also the elements consistent with the presence of a gap in the excitation spectrum.

Comparison of plantar pressure distribution in adolescent runners at low vs. high running velocity

This study aimed to compare foot plantar pressure distribution while jogging and running in highly trained adolescent runners. Eleven participants performed two constant-velocity running trials either at jogging (11.2 ± 0.9 km/h) or running (17.8 ± 1.4 km/h) pace on a treadmill. Contact area (CA in cm(2)), maximum force (F(max) in N), peak pressure (PP in kPa), contact time (CT in ms), and relative load (force time integral in each individual region divided by the force time integral for the total plantar foot surface, in %) were measured in nine regions of the right foot using an in-shoe plantar pressure device. Under the whole foot, CA, F(max) and PP were lower in jogging than in running (-1.2% [p<0.05], -12.3% [p<0.001] and -15.1% [p<0.01] respectively) whereas CT was higher (+20.1%; p<0.001). Interestingly, we found an increase in relative load under the medial and central forefoot regions while jogging (+6.7% and +3.7%, respectively; [p<0.05]), while the relative load under the lesser toes (-8.4%; p<0.05) was reduced. In order to prevent overloading of the metatarsals in adolescent runners, excessive mileage at jogging pace should be avoided.

Streptabody, a high avidity molecule made by tetramerization of in vivo biotinylated, phage display-selected scFv fragments on streptavidin.

Phage display is a powerful method of isolating of antibody fragments from highly diverse naive human antibody repertoires. However, the affinity of the selected antibodies is usually low and current methods of affinity maturation are complex and time-consuming. In this paper, we describe an easy way to increase the functional affinity (avidity) of single chain variable fragments (scFvs) by tetramerization on streptavidin, following their site-specific biotinylation by the enzyme BirA. Expression vectors have been constructed that enable addition of the 15 amino acid biotin acceptor domain (BAD) on selected scFvs. Different domains were cloned at the C-terminus of scFv in the following order: a semi-rigid hinge region (of 16 residues), the BAD, and a histidine tail. Two such recombinant scFvs directed against the carcinoembryonic antigen (CEA) were previously selected from human non-immune and murine immune phage display libraries. The scFvs were first synthesized in Escherichia coli carrying the plasmid encoding the BirA enzyme, and then purified from the cytoplasmic extracts by Ni-NTA affinity chromatography. Purified biotinylated scFvs were tetramerized on the streptavidin molecule to create a streptabody (StAb). The avidity of various forms of anti-CEA StAbs, tested on purified CEA by competitive assays and surface plasmon resonance showed an increase of more than one log, as compared with the scFv monomer counterparts. Furthermore, the percentage of direct binding of 125I-labeled StAb or monomeric scFv on CEA-Sepharose beads and on CEA-expressing cells showed a dramatic increase for the tetramerized scFv (>80%), as compared with the monomeric scFv (<20%). Interestingly, the percentage binding of 125I-labeled anti-CEA StAbs to CEA-expressing colon carcinoma cells was definitely higher (>80%) than that obtained with a reference high affinity murine anti-CEA mAb (30%). Another advantage of using scFvs in a StAb format was demonstrated by Western blot analysis, where tetramerized anti-CEA scFv could detect a small quantity of CEA at a concentration 100-fold lower than the monomeric scFv.

Buprenorphine and norbuprenorphine quantification in human plasma by simple protein precipitation and ultra-high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry.

A highly sensitive ultra-high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry (UHPLC-MS/MS) method was developed for the quantification of buprenorphine and its major metabolite norbuprenorphine in human plasma. In order to speed up the process and decrease costs, sample preparation was performed by simple protein precipitation with acetonitrile. To the best of our knowledge, this is the first application of this extraction technique for the quantification of buprenorphine in plasma. Matrix effects were strongly reduced and selectivity increased by using an efficient chromatographic separation on a sub-2μm column (Acquity UPLC BEH C18 1.7μm, 2.1×50mm) in 5min with a gradient of ammonium formate 20mM pH 3.05 and acetonitrile as mobile phase at a flow rate of 0.4ml/min. Detection was made using a tandem quadrupole mass spectrometer operating in positive electrospray ionization mode, using multiple reaction monitoring. The procedure was fully validated according to the latest Food and Drug Administration guidelines and the Société Française des Sciences et Techniques Pharmaceutiques. Very good results were obtained by using a stable isotope-labeled internal standard for each analyte, to compensate for the variability due to the extraction and ionization steps. The method was very sensitive with lower limits of quantification of 0.1ng/ml for buprenorphine and 0.25ng/ml for norbuprenorphine. The upper limit of quantification was 250ng/ml for both drugs. Trueness (98.4-113.7%), repeatability (1.9-7.7%), intermediate precision (2.6-7.9%) and internal standard-normalized matrix effects (94-101%) were in accordance with international recommendations. The procedure was successfully used to quantify plasma samples from patients included in a clinical pharmacogenetic study and can be transferred for routine therapeutic drug monitoring in clinical laboratories without further development.

Interhemispheric coupling between the posterior sylvian regions impacts successful auditory temporal order judgment.

Accurate perception of the temporal order of sensory events is a prerequisite in numerous functions ranging from language comprehension to motor coordination. We investigated the spatio-temporal brain dynamics of auditory temporal order judgment (aTOJ) using electrical neuroimaging analyses of auditory evoked potentials (AEPs) recorded while participants completed a near-threshold task requiring spatial discrimination of left-right and right-left sound sequences. AEPs to sound pairs modulated topographically as a function of aTOJ accuracy over the 39-77ms post-stimulus period, indicating the engagement of distinct configurations of brain networks during early auditory processing stages. Source estimations revealed that accurate and inaccurate performance were linked to bilateral posterior sylvian regions activity (PSR). However, activity within left, but not right, PSR predicted behavioral performance suggesting that left PSR activity during early encoding phases of pairs of auditory spatial stimuli appears critical for the perception of their order of occurrence. Correlation analyses of source estimations further revealed that activity between left and right PSR was significantly correlated in the inaccurate but not accurate condition, indicating that aTOJ accuracy depends on the functional decoupling between homotopic PSR areas. These results support a model of temporal order processing wherein behaviorally relevant temporal information--i.e. a temporal 'stamp'--is extracted within the early stages of cortical processes within left PSR but critically modulated by inputs from right PSR. We discuss our results with regard to current models of temporal of temporal order processing, namely gating and latency mechanisms.

High-performance liquid chromatography of the renal blood flow marker p-aminohippuric acid (PAH) and its metabolite N-acetyl PAH improves PAH clearance measurements.

PAH (N-(4-aminobenzoyl)glycin) clearance measurements have been used for 50 years in clinical research for the determination of renal plasma flow. The quantitation of PAH in plasma or urine is generally performed by colorimetric method after diazotation reaction but the measurements must be corrected for the unspecific residual response observed in blank plasma. We have developed a HPLC method to specifically determine PAH and its metabolite NAc-PAH using a gradient elution ion-pair reversed-phase chromatography with UV detection at 273 and 265 nm, respectively. The separations were performed at room temperature on a ChromCart (125 mmx4 mm I.D.) Nucleosil 100-5 microm C18AB cartridge column, using a gradient elution of MeOH-buffer pH 3.9 1:99-->15:85 over 15 min. The pH 3.9 buffered aqueous solution consisted in a mixture of 375 ml sodium citrate-citric acid solution (21.01 g citric acid and 8.0 g NaOH per liter), added up with 2.7 ml H3PO4 85%, 1.0 g of sodium heptanesulfonate and completed ad 1000 ml with ultrapure water. The N-acetyltransferase activity does not seem to notably affect PAH clearances, although NAc-PAH represents 10.2+/-2.7% of PAH excreted unchanged in 12 healthy subjects. The performance of the HPLC and the colorimetric method have been compared using urine and plasma samples collected from healthy volunteers. Good correlations (r=0.94 and 0.97, for plasma and urine, respectively) are found between the results obtained with both techniques. However, the colorimetric method gives higher concentrations of PAH in urine and lower concentrations in plasma than those determined by HPLC. Hence, both renal (ClR) and systemic (Cls) clearances are systematically higher (35.1 and 17.8%, respectively) with the colorimetric method. The fraction of PAH excreted by the kidney ClR/ClS calculated from HPLC data (n=143) is, as expected, always <1 (mean=0.73+/-0.11), whereas the colorimetric method gives a mean extraction ratio of 0.87+/-0.13 implying some unphysiological values (>1). In conclusion, HPLC not only enables the simultaneous quantitation of PAH and NAc-PAH, but may also provide more accurate and precise PAH clearance measurements.

Integral cohomology of finite postnikov towers

Depuis le séminaire H. Cartan de 1954-55, il est bien connu que l'on peut trouver des éléments de torsion arbitrairement grande dans l'homologie entière des espaces d'Eilenberg-MacLane K(G,n) où G est un groupe abélien non trivial et n>1. L'objectif majeur de ce travail est d'étendre ce résultat à des H-espaces possédant plus d'un groupe d'homotopie non trivial. Dans le but de contrôler précisément le résultat de H. Cartan, on commence par étudier la dualité entre l'homologie et la cohomologie des espaces d'Eilenberg-MacLane 2-locaux de type fini. On parvient ainsi à raffiner quelques résultats qui découlent des calculs de H. Cartan. Le résultat principal de ce travail peut être formulé comme suit. Soit X un H-espace ne possédant que deux groupes d'homotopie non triviaux, tous deux finis et de 2-torsion. Alors X n'admet pas d'exposant pour son groupe gradué d'homologie entière réduite. On construit une large classe d'espaces pour laquelle ce résultat n'est qu'une conséquence d'une caractéristique topologique, à savoir l'existence d'un rétract faible X K(G,n) pour un certain groupe abélien G et n>1. On généralise également notre résultat principal à des espaces plus compliqués en utilisant la suite spectrale d'Eilenberg-Moore ainsi que des méthodes analytiques faisant apparaître les nombres de Betti et leur comportement asymptotique. Finalement, on conjecture que les espaces qui ne possédent qu'un nombre fini de groupes d'homotopie non triviaux n'admettent pas d'exposant homologique. Ce travail contient par ailleurs la présentation de la « machine d'Eilenberg-MacLane », un programme C++ conçu pour calculer explicitement les groupes d'homologie entière des espaces d'Eilenberg-MacLane. <br/><br/>By the work of H. Cartan, it is well known that one can find elements of arbitrarilly high torsion in the integral (co)homology groups of an Eilenberg-MacLane space K(G,n), where G is a non-trivial abelian group and n>1. The main goal of this work is to extend this result to H-spaces having more than one non-trivial homotopy groups. In order to have an accurate hold on H. Cartan's result, we start by studying the duality between homology and cohomology of 2-local Eilenberg-MacLane spaces of finite type. This leads us to some improvements of H. Cartan's methods in this particular case. Our main result can be stated as follows. Let X be an H-space with two non-vanishing finite 2-torsion homotopy groups. Then X does not admit any exponent for its reduced integral graded (co)homology group. We construct a wide class of examples for which this result is a simple consequence of a topological feature, namely the existence of a weak retract X K(G,n) for some abelian group G and n>1. We also generalize our main result to more complicated stable two stage Postnikov systems, using the Eilenberg-Moore spectral sequence and analytic methods involving Betti numbers and their asymptotic behaviour. Finally, we investigate some guesses on the non-existence of homology exponents for finite Postnikov towers. We conjecture that Postnikov pieces do not admit any (co)homology exponent. This work also includes the presentation of the "Eilenberg-MacLane machine", a C++ program designed to compute explicitely all integral homology groups of Eilenberg-MacLane spaces. <br/><br/>Il est toujours difficile pour un mathématicien de parler de son travail. La difficulté réside dans le fait que les objets qu'il étudie sont abstraits. On rencontre assez rarement un espace vectoriel, une catégorie abélienne ou une transformée de Laplace au coin de la rue ! Cependant, même si les objets mathématiques sont difficiles à cerner pour un non-mathématicien, les méthodes pour les étudier sont essentiellement les mêmes que celles utilisées dans les autres disciplines scientifiques. On décortique les objets complexes en composantes plus simples à étudier. On dresse la liste des propriétés des objets mathématiques, puis on les classe en formant des familles d'objets partageant un caractère commun. On cherche des façons différentes, mais équivalentes, de formuler un problème. Etc. Mon travail concerne le domaine mathématique de la topologie algébrique. Le but ultime de cette discipline est de parvenir à classifier tous les espaces topologiques en faisant usage de l'algèbre. Cette activité est comparable à celle d'un ornithologue (topologue) qui étudierait les oiseaux (les espaces topologiques) par exemple à l'aide de jumelles (l'algèbre). S'il voit un oiseau de petite taille, arboricole, chanteur et bâtisseur de nids, pourvu de pattes à quatre doigts, dont trois en avant et un, muni d'une forte griffe, en arrière, alors il en déduira à coup sûr que c'est un passereau. Il lui restera encore à déterminer si c'est un moineau, un merle ou un rossignol. Considérons ci-dessous quelques exemples d'espaces topologiques: a) un cube creux, b) une sphère et c) un tore creux (c.-à-d. une chambre à air). a) b) c) Si toute personne normalement constituée perçoit ici trois figures différentes, le topologue, lui, n'en voit que deux ! De son point de vue, le cube et la sphère ne sont pas différents puisque ils sont homéomorphes: on peut transformer l'un en l'autre de façon continue (il suffirait de souffler dans le cube pour obtenir la sphère). Par contre, la sphère et le tore ne sont pas homéomorphes: triturez la sphère de toutes les façons (sans la déchirer), jamais vous n'obtiendrez le tore. Il existe un infinité d'espaces topologiques et, contrairement à ce que l'on serait naïvement tenté de croire, déterminer si deux d'entre eux sont homéomorphes est très difficile en général. Pour essayer de résoudre ce problème, les topologues ont eu l'idée de faire intervenir l'algèbre dans leurs raisonnements. Ce fut la naissance de la théorie de l'homotopie. Il s'agit, suivant une recette bien particulière, d'associer à tout espace topologique une infinité de ce que les algébristes appellent des groupes. Les groupes ainsi obtenus sont appelés groupes d'homotopie de l'espace topologique. Les mathématiciens ont commencé par montrer que deux espaces topologiques qui sont homéomorphes (par exemple le cube et la sphère) ont les même groupes d'homotopie. On parle alors d'invariants (les groupes d'homotopie sont bien invariants relativement à des espaces topologiques qui sont homéomorphes). Par conséquent, deux espaces topologiques qui n'ont pas les mêmes groupes d'homotopie ne peuvent en aucun cas être homéomorphes. C'est là un excellent moyen de classer les espaces topologiques (pensez à l'ornithologue qui observe les pattes des oiseaux pour déterminer s'il a affaire à un passereau ou non). Mon travail porte sur les espaces topologiques qui n'ont qu'un nombre fini de groupes d'homotopie non nuls. De tels espaces sont appelés des tours de Postnikov finies. On y étudie leurs groupes de cohomologie entière, une autre famille d'invariants, à l'instar des groupes d'homotopie. On mesure d'une certaine manière la taille d'un groupe de cohomologie à l'aide de la notion d'exposant; ainsi, un groupe de cohomologie possédant un exposant est relativement petit. L'un des résultats principaux de ce travail porte sur une étude de la taille des groupes de cohomologie des tours de Postnikov finies. Il s'agit du théorème suivant: un H-espace topologique 1-connexe 2-local et de type fini qui ne possède qu'un ou deux groupes d'homotopie non nuls n'a pas d'exposant pour son groupe gradué de cohomologie entière réduite. S'il fallait interpréter qualitativement ce résultat, on pourrait dire que plus un espace est petit du point de vue de la cohomologie (c.-à-d. s'il possède un exposant cohomologique), plus il est intéressant du point de vue de l'homotopie (c.-à-d. il aura plus de deux groupes d'homotopie non nuls). Il ressort de mon travail que de tels espaces sont très intéressants dans le sens où ils peuvent avoir une infinité de groupes d'homotopie non nuls. Jean-Pierre Serre, médaillé Fields en 1954, a montré que toutes les sphères de dimension >1 ont une infinité de groupes d'homotopie non nuls. Des espaces avec un exposant cohomologique aux sphères, il n'y a qu'un pas à franchir...

Bunch frequency multiplication by RF injection into an isochronous ring

La collaboration CLIC (Compact LInear Collider, collisionneur linéaire compact) étudie la possibilité de réaliser un collisionneur électron-positon linéaire à haute énergie (3 TeV dans le centre de masse) et haute luminosité (1034 cm-2s-1), pour la recherche en physique des particules. Le projet CLIC se fonde sur l'utilisation de cavités accélératrices à haute fréquence (30 GHz). La puissance nécessaire à ces cavités est fournie par un faisceau d'électrons de basse énergie et de haute intensité, appelé faisceau de puissance, circulant parallèlement à l'accélérateur linéaire principal (procédé appelé « Accélération à Double Faisceau »). Dans ce schéma, un des principaux défis est la réalisation du faisceau de puissance, qui est d'abord généré dans un complexe accélérateur à basse fréquence, puis transformé pour obtenir une structure temporelle à haute fréquence nécessaire à l'alimentation des cavités accélératrices de l'accélérateur linéaire principal. La structure temporelle à haute fréquence des paquets d'électrons est obtenue par le procédé de multiplication de fréquence, dont la manipulation principale consiste à faire circuler le faisceau d'électrons dans un anneau isochrone en utilisant des déflecteurs radio-fréquence (déflecteurs RF) pour injecter et combiner les paquets d'électrons. Cependant, ce type de manipulation n'a jamais été réalisé auparavant et la première phase de la troisième installation de test pour CLIC (CLIC Test Facility 3 ou CTF3) a pour but la démonstration à faible charge du procédé de multiplication de fréquence par injection RF dans un anneau isochrone. Cette expérience, qui a été réalisée avec succès au CERN au cours de l'année 2002 en utilisant une version modifiée du pré-injecteur du grand collisionneur électron-positon LEP (Large Electron Positron), est le sujet central de ce rapport. L'expérience de combinaison des paquets d'électrons consiste à accélérer cinq impulsions dont les paquets d'électrons sont espacés de 10 cm, puis à les combiner dans un anneau isochrone pour obtenir une seule impulsion dont les paquets d'électrons sont espacés de 2 cm, multipliant ainsi la fréquence des paquets d'électrons, ainsi que la charge par impulsion, par cinq. Cette combinaison est réalisée au moyen de structures RF résonnantes sur un mode déflecteur, qui créent dans l'anneau une déformation locale et dépendante du temps de l'orbite du faisceau. Ce mécanisme impose plusieurs contraintes de dynamique de faisceau comme l'isochronicité, ainsi que des tolérances spécifiques sur les paquets d'électrons, qui sont définies dans ce rapport. Les études pour la conception de la Phase Préliminaire du CTF3 sont détaillées, en particulier le nouveau procédé d'injection avec les déflecteurs RF. Les tests de haute puissance réalisés sur ces cavités déflectrices avant leur installation dans l'anneau sont également décrits. L'activité de mise en fonctionnement de l'expérience est présentée en comparant les mesures faites avec le faisceau aux simulations et calculs théoriques. Finalement, les expériences de multiplication de fréquence des paquets d'électrons sont décrites et analysées. On montre qu'une très bonne efficacité de combinaison est possible après optimisation des paramètres de l'injection et des déflecteurs RF. En plus de l'expérience acquise sur l'utilisation de ces déflecteurs, des conclusions importantes pour les futures activités CTF3 et CLIC sont tirées de cette première démonstration de la multiplication de fréquence des paquets d'électrons par injection RF dans un anneau isochrone.<br/><br/>The Compact LInear Collider (CLIC) collaboration studies the possibility of building a multi-TeV (3 TeV centre-of-mass), high-luminosity (1034 cm-2s-1) electron-positron collider for particle physics. The CLIC scheme is based on high-frequency (30 GHz) linear accelerators powered by a low-energy, high-intensity drive beam running parallel to the main linear accelerators (Two-Beam Acceleration concept). One of the main challenges to realize this scheme is to generate the drive beam in a low-frequency accelerator and to achieve the required high-frequency bunch structure needed for the final acceleration. In order to provide bunch frequency multiplication, the main manipulation consists in sending the beam through an isochronous combiner ring using radio-frequency (RF) deflectors to inject and combine electron bunches. However, such a scheme has never been used before, and the first stage of the CLIC Test Facility 3 (CTF3) project aims at a low-charge demonstration of the bunch frequency multiplication by RF injection into an isochronous ring. This proof-of-principle experiment, which was successfully performed at CERN in 2002 using a modified version of the LEP (Large Electron Positron) pre-injector complex, is the central subject of this report. The bunch combination experiment consists in accelerating in a linear accelerator five pulses in which the electron bunches are spaced by 10 cm, and combining them in an isochronous ring to obtain one pulse in which the electron bunches are spaced by 2 cm, thus achieving a bunch frequency multiplication of a factor five, and increasing the charge per pulse by a factor five. The combination is done by means of RF deflecting cavities that create a time-dependent bump inside the ring, thus allowing the interleaving of the bunches of the five pulses. This process imposes several beam dynamics constraints, such as isochronicity, and specific tolerances on the electron bunches that are defined in this report. The design studies of the CTF3 Preliminary Phase are detailed, with emphasis on the novel injection process using RF deflectors. The high power tests performed on the RF deflectors prior to their installation in the ring are also reported. The commissioning activity is presented by comparing beam measurements to model simulations and theoretical expectations. Eventually, the bunch frequency multiplication experiments are described and analysed. It is shown that the process of bunch frequency multiplication is feasible with a very good efficiency after a careful optimisation of the injection and RF deflector parameters. In addition to the experience acquired in the operation of these RF deflectors, important conclusions for future CTF3 and CLIC activities are drawn from this first demonstration of the bunch frequency multiplication by RF injection into an isochronous ring.<br/><br/>La collaboration CLIC (Compact LInear Collider, collisionneur linéaire compact) étudie la possibilité de réaliser un collisionneur électron-positon linéaire à haute énergie (3 TeV) pour la recherche en physique des particules. Le projet CLIC se fonde sur l'utilisation de cavités accélératrices à haute fréquence (30 GHz). La puissance nécessaire à ces cavités est fournie par un faisceau d'électrons de basse énergie et de haut courant, appelé faisceau de puissance, circulant parallèlement à l'accélérateur linéaire principal (procédé appelé « Accélération à Double Faisceau »). Dans ce schéma, un des principaux défis est la réalisation du faisceau de puissance, qui est d'abord généré dans un complexe accélérateur à basse fréquence, puis transformé pour obtenir une structure temporelle à haute fréquence nécessaire à l'alimentation des cavités accélératrices de l'accélérateur linéaire principal. La structure temporelle à haute fréquence des paquets d'électrons est obtenue par le procédé de multiplication de fréquence, dont la manipulation principale consiste à faire circuler le faisceau d'électrons dans un anneau isochrone en utilisant des déflecteurs radio-fréquence (déflecteurs RF) pour injecter et combiner les paquets d'électrons. Cependant, ce type de manipulation n'a jamais été réalisé auparavant et la première phase de la troisième installation de test pour CLIC (CLIC Test Facility 3 ou CTF3) a pour but la démonstration à faible charge du procédé de multiplication de fréquence par injection RF dans un anneau isochrone. L'expérience consiste à accélérer cinq impulsions, puis à les combiner dans un anneau isochrone pour obtenir une seule impulsion dans laquelle la fréquence des paquets d'électrons et le courant sont multipliés par cinq. Cette combinaison est réalisée au moyen de structures déflectrices RF qui créent dans l'anneau une déformation locale et dépendante du temps de la trajectoire du faisceau. Les résultats de cette expérience, qui a été réalisée avec succès au CERN au cours de l?année 2002 en utilisant une version modifiée du pré-injecteur du grand collisionneur électron-positon LEP (Large Electron Positon), sont présentés en détail.

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.

Discovery of a 29-gene panel in peripheral blood mononuclear cells for the detection of colorectal cancer and adenomas using high throughput real-time PCR.

Colorectal cancer (CRC) is the second leading cause of cancer-related death in developed countries. Early detection of CRC leads to decreased CRC mortality. A blood-based CRC screening test is highly desirable due to limited invasiveness and high acceptance rate among patients compared to currently used fecal occult blood testing and colonoscopy. Here we describe the discovery and validation of a 29-gene panel in peripheral blood mononuclear cells (PBMC) for the detection of CRC and adenomatous polyps (AP). Blood samples were prospectively collected from a multicenter, case-control clinical study. First, we profiled 93 samples with 667 candidate and 3 reference genes by high throughput real-time PCR (OpenArray system). After analysis, 160 genes were retained and tested again on 51 additional samples. Low expressed and unstable genes were discarded resulting in a final dataset of 144 samples profiled with 140 genes. To define which genes, alone or in combinations had the highest potential to discriminate AP and/or CRC from controls, data were analyzed by a combination of univariate and multivariate methods. A list of 29 potentially discriminant genes was compiled and evaluated for its predictive accuracy by penalized logistic regression and bootstrap. This method discriminated AP >1cm and CRC from controls with a sensitivity of 59% and 75%, respectively, with 91% specificity. The behavior of the 29-gene panel was validated with a LightCycler 480 real-time PCR platform, commonly adopted by clinical laboratories. In this work we identified a 29-gene panel expressed in PBMC that can be used for developing a novel minimally-invasive test for accurate detection of AP and CRC using a standard real-time PCR platform.

The Challenges Of Implementing High Performance Work Practices In The Nonprofit Sector

The last economic crisis raised huge challenges for nonprofit organizations. It is now critical for nonprofit organizations to show not only their social legitimacy but also their efficiency and competency to claim for grants (Kearns, Bell, Deem, & McShane, 2012). High Performance Work Practices (HPWP) are a way to foster performance and thus to answer challenges nonprofit organizations are currently facing. However, such practices have until then only been considered for the corporate world. The entire philosophy behind nonprofit organizations contrasts radically from the for-profit sector. Human resources management in particular may differ as well. The aim of this article is precisely to analyze the challenges of implementing HPWP in nonprofit organizations. In order to explore those challenges, we study the HR practices of a nonprofit organization based in UK that struggles against poverty. Discussion of results highlights good practices that should be applied along the nonprofit sector.

Available evidence on re-irradiation with stereotactic ablative radiotherapy following high-dose previous thoracic radiotherapy for lung malignancies.

Patients affected with intra-thoracic recurrences of primary or secondary lung malignancies after a first course of definitive radiotherapy have limited therapeutic options, and they are often treated with a palliative intent. Re-irradiation with stereotactic ablative radiotherapy (SABR) represents an appealing approach, due to the optimized dose distribution that allows for high-dose delivery with better sparing of organs at risk. This strategy has the goal of long-term control and even cure. Aim of this review is to report and discuss published data on re-irradiation with SABR in terms of efficacy and toxicity. Results indicate that thoracic re-irradiation may offer satisfactory disease control, however the data on outcome and toxicity are derived from low quality retrospective studies, and results should be cautiously interpreted. As SABR may be associated with serious toxicity, attention should be paid for an accurate patients' selection.

CT attenuation values of blood and myocardium: rationale for accurate coronary artery calcifications detection with multi-detector CT.

OBJECTIVES: To determine inter-session and intra/inter-individual variations of the attenuations of aortic blood/myocardium with MDCT in the context of calcium scoring. To evaluate whether these variations are dependent on patients' characteristics. METHODS: Fifty-four volunteers were evaluated with calcium scoring non-enhanced CT. We measured attenuations (inter-individual variation) and standard deviations (SD, intra-individual variation) of the blood in the ascending aorta and of the myocardium of left ventricle. Every volunteer was examined twice to study the inter-session variation. The fat pad thickness at the sternum and noise (SD of air) were measured too. These values were correlated with the measured aortic/ventricular attenuations and their SDs (Pearson). Historically fixed thresholds (90 and 130 HU) were tested against different models based on attenuations of blood/ventricle. RESULTS: The mean attenuation was 46 HU (range, 17-84 HU) with mean SD 23 HU for the blood, and 39 HU (10-82 HU) with mean SD 18 HU for the myocardium. The attenuation/SD of the blood were significantly higher than those of the myocardium (p < 0.01). The inter-session variation was not significant. There was a poor correlation between SD of aortic blood/ventricle with fat thickness/noise. Based on existing models, 90 HU threshold offers a confidence interval of approximately 95% and 130 HU more than 99%. CONCLUSIONS: Historical thresholds offer high confidence intervals for exclusion of aortic blood/myocardium and by the way for detecting calcifications. Nevertheless, considering the large variations of blood/myocardium CT values and the influence of patient's characteristics, a better approach might be an adaptive threshold.

Embryonic gene expression of Coregonus palaea (whitefish) under pathogen stress as analyzed by high-throughput RNA-sequencing.

Most fishes produce free-living embryos that are exposed to environmental stressors immediately following fertilization, including pathogenic microorganisms. Initial immune protection of embryos involves the chorion, as a protective barrier, and maternally-allocated antimicrobial compounds. At later developmental stages, host-genetic effects influence susceptibility and tolerance, suggesting a direct interaction between embryo genes and pathogens. So far, only a few host genes could be identified that correlate with embryonic survival under pathogen stress in salmonids. Here, we utilized high-throughput RNA-sequencing in order to describe the transcriptional response of a non-model fish, the Alpine whitefish Coregonus palaea, to infection, both in terms of host genes that are likely manipulated by the pathogen, and those involved in an early putative immune response. Embryos were produced in vitro, raised individually, and exposed at the late-eyed stage to a virulent strain of the opportunistic fish pathogen Pseudomonas fluorescens. The pseudomonad increased embryonic mortality and affected gene expression substantially. For example, essential, upregulated metabolic pathways in embryos under pathogen stress included ion binding pathways, aminoacyl-tRNA-biosynthesis, and the production of arginine and proline, most probably mediated by the pathogen for its proliferation. Most prominently downregulated transcripts comprised the biosynthesis of unsaturated fatty acids, the citrate cycle, and various isoforms of b-cell transcription factors. These factors have been shown to play a significant role in host blood cell differentiation and renewal. With regard to specific immune functions, differentially expressed transcripts mapped to the complement cascade, MHC class I and II, TNF-alpha, and T-cell differentiation proteins. The results of this study reveal insights into how P. fluorescens impairs the development of whitefish embryos and set a foundation for future studies investigating host pathogen interactions in fish embryos.