Characterization and functional identification of a novel plant extradiol 4,5-dioxygenase involved in betalain pigment biosynthesis in Portulaca Grandiflora

RESUME Les bétalaïnes sont des pigments chromo-alcaloïdes violets et jaunes présents dans les plantes appartenant à l'ordre des Caryophyllales et dans les champignons des genres Amanita et Hygrocybe. Leur courte voie de biosynthèse est élucidée chimiquement depuis de nombreuses années, mais les enzymes impliquées dans cette biosynthèse chez les plantes ne sont toujours pas caractérisées. L'enzyme de la DOPA-dioxygénase d' Amanita muscaria a été identifiée (Girod et Zryd, 1991a), mais de nombreuses tentatives d'isolation d'un homologue chez les plantes ont échoué. Afin d'isoler les gènes spécifiques des bétalaïnes chez les plantes, nous avons construit des banques soustraites d'ADNc à partir d'ARN total de pétales immatures de Portulaca grandiflora (Pg) de génotypes jaunes et blancs, respectivement violets et blancs. Les clones couleur- spécifiques ont été détectés en premier par analyse Northem du RNA de pétales blancs et colorés. Les candidats positifs ont alors été soumis à une analyse de transcription au niveau des tiges colorées, vertes et des feuilles, afin d'établir leur expression spécifique. Deux ARNs messagers complets ont une expression corrélée avec l'accumulation des bétalaïnes dans les tissus. Le premier de ces clones, A.16, code pour une oxydase de l'acyl-Coenzyme A (ACX) putative, mais le domaine de liaison du FAD essentiel pour l'activité d'ACX est absent. Toutes nos tentatives pour démontrer sa fonction ont échoué. Le rôle de cette protéine dans la voie de synthèse des bétalaïnes reste inconnu. Le deuxième de ces clones spécifique aux bétalaïnes, L.6 (isolé par Zaiko, 2000), a été renommé DODA en raison de son homologie avec le domaine LigB (pfam02900) d'une 4,5-dioxygénase extradiol bactérienne. DODA a été identifié in silico comme une dioxygénase extradiol en raison de la conservation stricte, au niveau de sa séquence peptidique, des résidus catalytiques de LigB et de ceux liant le cofacteur fer. Une analyse de transfert Southem a montré que ce gène est unique dans Pg. L'expression transitoire de DODA par transformation biolistique dans des pétales blancs de Pg a produit des taches violettes ou jaunes dans des cellules transformées. Une analyse HPLC de ces taches a démontré leur identité avec les bétalaïnes présentes naturellement dans les pétales violets et jaunes de Pg, confirmant ainsi la complémentation par le gène Pg DODA de l'allèle récessif cc présent dans les pétales blancs de Pg. Des homologues de DODA (DOPA-dioxygénase) ont été identifiés dans de nombreuses espèces de plantes, y compris dans celles sans bétalaïne. L'alignement de ces homologues a permis l'identification d'un motif spécifique aux bétalaïnes à côté d'une histidine catalytique conservée. Ce motif [H-P-(S,A)-(N,D)-x-T-P] remplace le motif [H-N-L-R] conservé dans les plantes sans bétalaïne et le motif [H-N-L-x] présent dans tous les homologues bactériens et archaebactériens. Une modélisation tridimensionnelle préliminaire du site actif de Pg DODA et de son homologue dans la mousse Physcomitrella patens a montré l'importance de ce motif spécifique aux bétalaïnes pour l'accessibilité du substrat au site actif. L'analyse phylogénétique de DODA a confirmé l'évolution séparée de cette protéine chez les plantes à bétalaïnes par comparaison avec celle des plantes sans bétalaïne. Nous avons donc conclu que les bétalaïnes sont apparues par modification de l'affinité pour un substrat d'enzymes similaires à DODA, chez un ancêtre unique des Caryophyllales qui a perdu toute capacité de biosynthèse des anthocyanes. Finalement, Pg DODA n'a aucune similarité avec la protéine DODA d' Amanita muscaria, bien que celle-ci complémente aussi la pigmentation des pétales blancs de Pg. La biosynthèse des bétalaïnes est un exemple remarquable de convergence évolutive biochimique indépendante entre espèces de règnes différents. ABSTRACT Betalains are violet and yellow chromo-alkaloid pigments present in plants belonging to the order Caryophyllales and also in the fungal genera Amanita and Hygrocybe. Their short biosynthetic pathway is chemically well understood since many years, but enzymes involved in the plant pathway are still uncharacterized. The DOPA-dioxygenase from Amanita muscaria was identified (Girod and Zryd, 1991a), but numerous attempts to identify a plant homologue to the corresponding gene, failed. In order to isolate betalain-specific genes in plants, subtractive cDNA libraries were built with total RNA from white and yellow and respectively, violet immature petals from Portulaca grandiflora (Pg) genotypes. Colour-specific clones were first detected by Northern blot analysis using RNA from white and coloured petals. Positive candidates were submitted to further transcription analysis in coloured, green stems and leaves in order to assess their specific expression. Two full-length mRNAs showed a correlated expression with betalain accumulation in tissues. One of them, A.16, encodes a putative acyl-Coenzyme A oxidase (ACX), but missing the FAD binding domain essential for the ACX activity. Thus, all attempts to demonstrate its function failed. The role of this protein in the betalain biosynthesis pathway, if any, is still unknown. The second betalain-specific mRNA, L.6 (isolated by Zaiko, 2000) shows a homology with a LigB domain (pfam02900) from a bacterial extradiol 4,5-dioxygenase. It was then renamed DODA (DOPA-dioxygenase). DODA was identified in silico as a highly conserved extradiol dioxygenase due to the strict conservation of its peptidic sequence with LigB catalytic residues and iron-binding cofactor residues. Southern blot analysis showed that this gene is a single copy-gene in Pg. Transient expression of DODA protein through biolistic transformation of Pg white petals produced violet or yellow spots in individual cells. HPLC analysis of these spots showed an identity with betalain pigments present naturally in yellow and violet Pg petals, thus confirming the complementation of the recessive cc allele present in Pg white petals by Pg DODA gene. DODA homologues were identified in numerous plant species including those without betalain. Alignment of these homologues allowed the identification of a betalain-specific pattern beside a highly conserved catalytic histidine. This [H-P-(S,A)-(N,D)-x-T-P] pattern replaces a [H-N-L-R] pattern strictly conserved in non-betalain plants and a [H-N-L-x] pattern present in all bacterial and archaebacterial homologues. Preliminary three-dimensional modeling of the active site of Pg DODA and its Physcomitrella patens moss homologue revealed the importance of this betalain-specific pattern for the substrate accessibility to the DODA active site. DODA phylogenetic analysis confirmed the separate evolution of this protein in betalain-producing plants. We conclude that betalain pigments appeared in a unique ancestor of the Caryophyllales order in which anthocyanin biosynthetic pathway was impaired, by a modification of enzymes of the DODA family for substrate affinity. The Pg DODA protein has no sequence similarity with Amanita muscaria DODA, despite the fact that they both complement Pg white petals for their pigmentation. Betalain biosynthesis is an interesting example of independent biochemical evolutionary convergence between species from different kingdoms.

Incidence des cancers et polypes colorectaux dans le canton de Vaud, 1983-2007: tendances et déterminants

Le cancer colorectal atteint, chaque année, plus d'un million de personnes dans le monde et plus de 500'000 en meurent [1]. Il affecte de manière très inégalitaire les différentes parties du monde. En effet, s'il constitue un problème de santé publique majeur dans des régions telles que l'Amérique du Nord, l'Europe ou l'Océanie (incidence supérieure à 50 pour 100'000), il est nettement plus rare dans certains pays d'Asie, d'Afrique ou d'Amérique du Sud (incidence inférieure à 10 pour 100'000) [2]. Aux Etats-Unis, on estime que 5 à 6% de la population générale présentera un cancer colorectal au cours de sa vie [3]. En Suisse, le cancer colorectal est le deuxième cancer le plus mortel, avec quelque 1'600 décès par an, après le cancer du poumon [4]. Avec 4'000 nouveaux cas annuels, il représente 11% de tous les cancers chez l'homme et chez la femme [5]. Le cancer colorectal est le troisième cancer le plus fréquent après celui du poumon et de la prostate chez l'homme, alors qu'il n'est précédé chez la femme que par le cancer du sein. Pour la période 2003-07, l'incidence en Suisse est estimée à 50 cas/100'000 hommes et 32 cas/100'000 femmes (taux standardisés selon la population européenne) [5] et son taux de survie relative à 5 ans est de 60%, ce qui en fait le taux le plus élevé d'Europe [6]. Le fait que l'incidence chez les migrants ait tendance à rattraper celle des indigènes en moins d'une génération suggère que les facteurs environnementaux jouent un rôle prédominant dans la carcinogénèse des tumeurs colorectales [7]. Cependant, d'autres facteurs, notamment génétiques, interviennent dans la survenue des cancers colorectaux. En effet, dans des conditions de vie similaires, on observe une incidence de cancers colorectaux différente entre différentes ethnies. Des études américaines ont par exemple montré une incidence plus élevée chez les noirs (48 pour 100'000) que chez les blancs (40/100'000) ou les hispaniques (26/100'000) [8]. Les hommes sont plus fréquemment touchés par le cancer colorectal que les femmes, avec un sexe ratio de 1,5 [9]. Les premiers cas de cancers colorectaux apparaissent à partir de 25 ans et l'incidence augmente de manière quasi exponentielle jusqu'à un âge de 75-80 ans, puis se stabilise [10]. L'âge moyen au diagnostic se situe entre 65 et 70 ans. Environ 66% des cancers colorectaux sont localisés dans le côlon (dans l'ordre décroissant: au niveau du sigmoïde, du côlon ascendant, descendant et transverse), 27% dans le rectum, 4% dans l'anus tandis qu'environ 4% restent multiples et indéfinis [10]. Notons encore, qu'à des fins de comparaisons épidémiologiques, les cancers du côlon, du rectum et de l'anus sont souvent regroupés dans l'unique groupe des tumeurs colorectales.

Stroking or Buzzing? A Comparison of Somatosensory Touch Stimuli Using 7 Tesla fMRI.

Studying body representations in the brain helps us to understand how we humans relate to our own bodies. The in vivo mapping of the somatosensory cortex, where these representations are found, is greatly facilitated by the high spatial resolution and high sensitivity to brain activation available at ultra-high field. In this study, the use of different stimulus types for somatotopic mapping of the digits at ultra-high field, specifically manual stroking and mechanical stimulation, was compared in terms of sensitivity and specificity of the brain responses. Larger positive responses in digit regions of interest were found for manual stroking than for mechanical stimulation, both in terms of average and maximum t-value and in terms of number of voxels with significant responses to the tactile stimulation. Responses to manual stroking were higher throughout the entire post-central sulcus, but the difference was especially large on its posterior wall, i.e. in Brodmann area 2. During mechanical stimulation, cross-digit responses were more negative than during manual stroking, possibly caused by a faster habituation to the stimulus. These differences indicate that manual stroking is a highly suitable stimulus for fast somatotopic mapping procedures, especially if Brodmann area 2 is of interest.

Les artistes visuels au Yémen, du soutien à la contestation de l'ordre politique

Cette thèse appréhende les rapports au politique des artistes visuels yéménites dans un contexte de domination, recouvrant trois États (les deux républiques qui précédent l'unification du Yémen et la république actuelle créée en 1990, jusqu'en 2015). En étudiant la domination en acte à travers une démarche ethnographique, ce travail interroge les conditions de production et d'action des artistes en soutien ou en contestation au régime, comme au cours du moment révolutionnaire de 2011. On observe ainsi le processus de politisation des mondes de l'art au Yémen contemporain, processus compris en tant qu'acquisition d'une signification politique par la pratique artistique et par les réseaux de relations entretenus par les artistes visuels. Ces requalifications de leur travail ou de leurs actions se font dans un contexte traversé par des luttes concurrentielles pour la répartition du pouvoir, aussi bien internes et propres à leurs mondes d'activité, qu'externes et en relation à l'espace politique institutionnel. La politisation des mondes de l'art apparaît dès lors moins comme un instrument d'accès à cet espace qu'une voie pour accéder à plus de visibilité, à la reconnaissance, et à un meilleur positionnement dans les rapports agonistiques qui configurent ces mondes. -- This thesis focuses on the study of Yemeni visual artists' relation to politics in a context of domination, covering three States (the two republics that precede Yemen's unification and the current republic established in 1990, until 2015). Studying domination in action througli an ethnographic approach, this work questions artists' conditions of production and of action in support to or in contestation of the regime- as in the case of the revolutionary period of 2011. It observes the politicization of art worlds in contemporary Yemen, a process understood as the acquisition of a political significance as observed in the artistic practice and in the dynamic networks that artists maintain. The requalification and reclassification of their work and their actions that results from the politicization of art worlds, takes place in a context of competitive struggles over distribution and access to sites of power. Such conflict over power occurs within their own worlds of activity as well as outside them and in relation to the domain of institutional politics. This thesis contends that the politicization of art worlds is more of a means to access visibility and recognition than a resource to participate in the political field. Through the politicization of art, artists are able to better position themselves within the agonistic relations that exist within art worlds.

Pharmacogenetic and clinical study on adverse effects induced by psychotropic drugs

Second-generation antipsychotics (SGAs) have become the first-line antipsychotic treatment for psychotic disorders due to their better overall tolerance compared to classical antipsychotics. However, metabolic side effects such as weight gain are frequently described during treatment with SGAs and/or other psychotropic drugs including some antidepressants and mood stabilizers, which may also result in poor adherence to treatment. The aim of this work was to investigate different methods to predict common side effects, in particular weight gain during treatment with weight gain inducing psychotropic drugs. Firstly, clinical data were used to determine the potential predictive power of a one month weight gain on weight increase after three and 12 months of treatment (n=351 patients). A fast and strong weight gain of >5% after a period of one month (>5%WG) was found to be the best predictor for an important weight gain at three (>15%) and 12 months (>20%). Similar analyses in an independent cohort of psychiatric adolescents (n=42), showed that a comparable >4% weight gain at one month is the best predictor for an important weight gain at three months (>15%). Secondly, we aimed to determine whether an extensive analysis of genes could be used, in addition to clinical factors, to predict patients at risk for >5%WG or for type 2 diabetes (T2D). Adding genetic markers to clinical variables to predict >5%WG increased significantly the area under the curve (AUC) of the analysis (AUCfinai:0.92, AUCdmicai:0.75, pcO.OOOl, n=248). Conversely, genetic risk scores were found to be associated with T2D (OR: 2.5, p=0.03, n=285) but without a significant increase of AUC'when compared to the prediction based to clinical factors alone. Finally, therapeutic drug monitoring was used to predict extrapyramidal symptoms during risperidone treatment (n=150). Active moiety (sum of risperidone and of its active metabolite 9- hydroxyrisperidone plasma concentrations) of >40 ng/ml should be targeted only in case of insufficient response. These results highlight different approaches for personalizing psychotropic treatments in order to reduce related side effects. Further research is needed, in particular on the identification of genetic markers, to improve the implementation of these results into clinical practice. Résumé Les antipsychotiques atypiques (APA) sont devenus le traitement antipsychotique de première intention pour le traitement des psychoses, grâce à un profil d'effets secondaires plus favorables comparé aux antipsychotiques typiques. Néanmoins, d'autres effets indésirables d'ordre métabolique (ex. prise pondérale) sont observés sous APA, stabilisateurs de l'humeur et/ou certains antidépresseurs, pouvant aussi limiter l'adhérence au traitement. L'objectif de ce travail est d'explorer différentes méthodes permettant de prédire des effets secondaires courants, en particulier la prise de poids durant un traitement avec des psychotropes pouvant induire un tel effet. Dans une première partie, des données cliniques ont été évaluées pour leurs potentiels prédictifs d'une prise de poids à un mois sur une prise de poids à trois et 12 mois de traitement (n=351 patients). Une prise de poids rapide et forte >5% à un mois (PP>5%) s'est avérée être le meilleur prédicteur pour une prise pondérale importante à trois (>15%) et 12 (>20%) mois de traitement. Des analyses similaires dans une cohorte pédiatrique (n=42) ont indiqué une prise de poids >4% à un mois comme le meilleur prédicteur pour une prise pondérale importante (>15%) à trois mois de traitement. Dans une deuxième partie, des marqueurs génétiques, en complément aux données cliniques, ont été analysés pour leur contribution potentielle à la prédiction d'une PP>5% et au dépistage du diabète de type 2 (DT2). L'ajout de variants génétiques aux données cliniques afin de prédire une PP>5% a augmenté significativement l'aire sous la courbe (ASC) de l'analyse (ASCflnai:0.92, ASCC|inique:0.75, p<0.0001, n=248). Concernant le DT2, un score génétique est associé au DT2 (OR: 2.5, p=0.03, n=285), néanmoins aucune augmentation significative de l'ASC n'a été observée par rapport à l'analyse avec les données cliniques seules. Finalement, des mesures de concentrations plasmatiques de médicaments ont été utilisées pour prédire la survenue de symptômes extrapyramidaux sous rispéridone (n=150). Cette analyse nous a permis d'établir qu'une concentration plasmatique de rispéridone associée à son métabolite actif >40 ng/ml ne devrait être recherchée qu'en cas de réponse clinique insuffisante. Ces différents résultats soulignent différentes approches pour personnaliser la prescription de psychotropes afin de réduire la survenue d'effets secondaires. Des études supplémentaires sont néanmoins nécessaires, en particulier sur l'identification de marqueurs génétiques, afin d'améliorer l'implémentation de ces résultats en pratique clinique. Résumé large publique Les antipsychotiques atypiques et autres traitements psychotropes sont couramment utilisés pour traiter les symptômes liés à la schizophrénie et aux troubles de l'humeur. Comme pour tout médicament, des effets secondaires sont observés. L'objectif de ce travail est d'explorer différentes méthodes qui permettraient de prédire la survenue de certains effets indésirables, en particulier une prise de poids et la survenue d'un diabète. Dans une première partie, nous avons évalué l'effet d'une prise de poids précoce sur une prise de poids au long terme sous traitement psychotrope. Les analyses ont mis en évidence dans une population psychiatrique qu'une prise de poids à un mois >5% par rapport au poids initial permettait de prédire une prise pondérale importante après trois (>15%) et 12 (>20%) mois de traitement. Un résultat semblable a. été observé dans un autre groupe de patients exclusivement pédiatriques. Dans une deuxième partie, nous avons évalué la contribution potentielle de marqueurs génétiques à la prédiction d'une prise pondérale de >5% après un mois de traitement ainsi que dans la survenue d'un diabète de type 2. Pour la prise de poids, la combinaison des données génétiques aux données cliniques a permis d'augmenter de 17% la précision de la prédiction, en passant de 70% à 87%. Concernant la survenue d'un diabète, les données génétiques n'ont pas amélioré la prédiction. Finalement, nous avons analysé la relation possible entre les concentrations sanguines d'un antipsychotique atypique couramment utilisé, la rispéridone, et la survenue d'effets secondaires (ici les tremblements). Il est ressorti de cette étude qu'une concentration plasmatique du médicament supérieure à 40 ng/ml ne devrait être dépassée qu'en cas de réponse thérapeutique insuffisante, au risque de voir augmenter la survenue d'effets secondaires du type tremblements. Ces résultats démontrent la possibilité de prédire avec une bonne précision la survenue de certains effets secondaires. Cependant, en particulier dans le domaine de la génétique, d'autres études sont nécessaires afin de confirmer les résultats obtenus dans nos analyses. Une fois cette étape franchie, il serait possible d'utiliser ces outils dans la pratique clinique. A terme, cela pourrait permettre au prescripteur de sélectionner les traitements les mieux adaptés aux profils spécifiques de chaque patient.