What to compare and how: Comparative transcriptomics for Evo-Devo.

Evolutionary developmental biology has grown historically from the capacity to relate patterns of evolution in anatomy to patterns of evolution of expression of specific genes, whether between very distantly related species, or very closely related species or populations. Scaling up such studies by taking advantage of modern transcriptomics brings promising improvements, allowing us to estimate the overall impact and molecular mechanisms of convergence, constraint or innovation in anatomy and development. But it also presents major challenges, including the computational definitions of anatomical homology and of organ function, the criteria for the comparison of developmental stages, the annotation of transcriptomics data to proper anatomical and developmental terms, and the statistical methods to compare transcriptomic data between species to highlight significant conservation or changes. In this article, we review these challenges, and the ongoing efforts to address them, which are emerging from bioinformatics work on ontologies, evolutionary statistics, and data curation, with a focus on their implementation in the context of the development of our database Bgee (http://bgee.org). J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 324B: 372-382, 2015. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.

Modernisierung der kantonalen Verwaltungen 1990-2008 : Wandel von Administrativstrukturen und Einführung von Verwaltungsreformen = Modernisation des administrations cantonales 1990-2008 : transformations structurelles et gouvernance administrative

De nombreuses études ont été consacrées en Suisse à la promotion de la nouvelle gestion publique (NGP) au niveau des cantons, puis à son évaluation. Or, les chercheurs se sont peu intéressés jusqu'ici aux effets de son introduction sur les structures administratives et les effectifs de la fonction publique. Ils n'ont pas non plus expliqué suffisamment les facteurs ayant favorisé ou freiné la modernisation de l'Etat au-delà de la NGP. Les réformes de l'Etat menées au sein des administrations cantonales dans le cadre de la revitalisation du fédéralisme ont des causes multiples. Cette étude exploratoire tente de décrire les transformations au niveau des structures et de l'organisation de l'Etat depuis le début des années 1990 en analysant le niveau et l'impact des principes NGP ou d'autres facteurs ayant pu jouer un rôle dans la modernisation des administrations: force des partis, degré de professionnalisation des législatifs, taille de la population et des administrations, RPT et revitalisation de la collaboration intercantonale. Il ressort de l'étude qu'un groupe de cantons essentiellement alémaniques, plutôt de taille moyenne à grande (AG, BE, LU, SO, TG, VS, ZH) ont réussi à davantage réformer les administrations selon les principes de la NGP alors que d'autres ont choisi des voies différentes ou médianes (tels que BS, GE, JU, SG, TI, VD). Ces réformes se sont traduites pratiquement partout par un resserrement des structures décisionnelles (modèle ministériel 5/7), par une variation du nombre de services (hausse dans une première phase puis réduction) mais aussi du personnel (plutôt hausse à l'exception de BS et ZH) allant dans le sens d'une convergence des modèles institutionnels déterminée autant par des facteurs externes qu'internes aux cantons. Notre étude montre que la professionnalisation des parlements, davantage développée dans les cantons où le système représentatif est étendu (cantons latins, Bâle-Ville), retarde ou empêche l'essor des principes NGP alors que les cantons alémaniques à démocratie directe plus prononcée favorisent l'autonomisation des processus de réformes administratives avec une capacité de blocage moins grande des parlements.

Evolutionary dynamics of collective action in spatially structured populations.

Many models proposed to study the evolution of collective action rely on a formalism that represents social interactions as n-player games between individuals adopting discrete actions such as cooperate and defect. Despite the importance of spatial structure in biological collective action, the analysis of n-player games games in spatially structured populations has so far proved elusive. We address this problem by considering mixed strategies and by integrating discrete-action n-player games into the direct fitness approach of social evolution theory. This allows to conveniently identify convergence stable strategies and to capture the effect of population structure by a single structure coefficient, namely, the pairwise (scaled) relatedness among interacting individuals. As an application, we use our mathematical framework to investigate collective action problems associated with the provision of three different kinds of collective goods, paradigmatic of a vast array of helping traits in nature: "public goods" (both providers and shirkers can use the good, e.g., alarm calls), "club goods" (only providers can use the good, e.g., participation in collective hunting), and "charity goods" (only shirkers can use the good, e.g., altruistic sacrifice). We show that relatedness promotes the evolution of collective action in different ways depending on the kind of collective good and its economies of scale. Our findings highlight the importance of explicitly accounting for relatedness, the kind of collective good, and the economies of scale in theoretical and empirical studies of the evolution of collective action.

CNDOL: A fast and reliable method for the calculation of electronic properties of very large systems. Applications to retinal binding pocket in rhodopsin and gas phase porphine.

Very large molecular systems can be calculated with the so called CNDOL approximate Hamiltonians that have been developed by avoiding oversimplifications and only using a priori parameters and formulas from the simpler NDO methods. A new diagonal monoelectronic term named CNDOL/21 shows great consistency and easier SCF convergence when used together with an appropriate function for charge repulsion energies that is derived from traditional formulas. It is possible to obtain a priori molecular orbitals and electron excitation properties after the configuration interaction of single excited determinants with reliability, maintaining interpretative possibilities even being a simplified Hamiltonian. Tests with some unequivocal gas phase maxima of simple molecules (benzene, furfural, acetaldehyde, hexyl alcohol, methyl amine, 2,5 dimethyl 2,4 hexadiene, and ethyl sulfide) ratify the general quality of this approach in comparison with other methods. The calculation of large systems as porphine in gas phase and a model of the complete retinal binding pocket in rhodopsin with 622 basis functions on 280 atoms at the quantum mechanical level show reliability leading to a resulting first allowed transition in 483 nm, very similar to the known experimental value of 500 nm of "dark state." In this very important case, our model gives a central role in this excitation to a charge transfer from the neighboring Glu(-) counterion to the retinaldehyde polyene chain. Tests with gas phase maxima of some important molecules corroborate the reliability of CNDOL/2 Hamiltonians.

Evaluation of molecular, cellular and behavioral consequences of serotonin 1A receptor deletion

In 1998, three different research groups simultaneously reported increased anxiety-related behavior in tests of conflict in their serotonin 1a (5-HT1a) receptor knockout (KO) line with male mice being more severely affected by 5-HT1a receptor deletion than female KO. Similarly, in the hippocampus, we observed increased dendritic complexity in the stratum radiatum of CA1 pyramidal neurons in male but not in female 5-HT1a receptor KO mice. These observations prompted us to investigate gender- dependent differences of 5-HT1a receptor deletion in hippocampal-related behavioral tasks. Testing our mice in anxiety-related paradigms, we reproduced the original studies showing increased anxiety- related behavior in male 5-HT1a receptor KO mice when compared to male WT mice, but no difference between female 5-HT1a receptor KO and WT mice. Similarly, male 5-HT1a receptor KO mice were impaired in association of aversive stimuli fear conditioning paradigms. We argue that increased dendritic complexity and increased synaptic strength of CA3-CA1 synapses in the stratum radiatum impaired proper signal propagation attributed to overactivation of CA1 pyramidal neurons leading to impaired fear memory of male 5-HT1a receptor KO mice. Similar mechanisms in the ventral hippocampus are likely to have contributed to gender-dependent differences in anxiety-related behavior in our and the original studies from 1998. In this study, we started to shed light on the 5-HT1a receptor downstream signaling pathways involved in dendritogenesis of pyramidal neurons during early postnatal development. We could show that NR2B-containing NMDA receptor during development acts downstream of 5-HT1a receptor and is responsible for increased amount of branching in male 5-HT1a receptor KO mice. Conversely, protein and NR2B mRNA expression was increased in 5-HT1a receptor KO mice at P15. Although the exact signaling cascade of 5-HT1a receptor regulating NR2B-containing NMDA receptor has not been determined, CaMKII is a potential downstream effector to influence transportation and removal of NR2B-containing NMDA receptors to and from the synapse. In contrast, Erk1/2 likely acts downstream of NR2B-containing NMDA receptors and was shown to be sufficient to regulate dendritic branching. Moreover, increased NR2B-containing NMDA receptor mediated cell death via excitotoxicity during development and is likely to be involved in reduced survival of adult born neurons in the hippocampus of 5-HT1a receptor KO male. The convergence of 5-HT1a receptor signaling onto NR2B-containing NMDA receptor signaling enables estrogen to interfere with its downstream pathway via G-protein coupled estrogen receptor 1 activation resulting in normalization of branching and behavior in female 5-HT1a receptor mice. In conclusion, our data strongly suggests a hormone- regulated mechanism that by converging on NR2B-containing NMDA receptor signaling is able to normalize morphology of pyramidal neurons and behavior of female 5-HT1a receptor KO mice. Our findings provide a possible explanation for gender-dependent differences in the occurrence of mental disorders with 5-HT1a receptor abnormalities as a strong predisposing factor. -- En 1998, trois équipes de recherche ont décrit un comportement de type anxieux dans des tests de conflit pour leur souris transgéniques avec une délétion du gène pour le récepteur 5-HT1a de la sérotonine. De plus, les trois groupes rapportent un phénotype plus sévère pour le comportement anxieux chez les souris transgéniques mâles que femelles. Dans l'hippocampe, la région avec la densité de récepteur 5-HT1a la plus élevée dans le télencéphale, nous avons observé dans le stratum radiatum une complexité accrue des arborisations dendritiques des neurones pyramidaux du secteur CA1 chez les souris transgénique mâles mais pas chez les femelles. Cette observation nous a encouragés à initier cette étude sur les différences en fonction du genre utilisant les tests comportementaux en rapport avec les fonctions de l'hippocampe chez les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a.Testant nos souris avec des paradigmes associés à l'anxiété, nous avons reproduit les données originales montrant que les souris transgéniques mâles ont un phénotype plus sévère que les souris mâles sauvages, mais qu'aucune différence n'est observée entre les femelles sauvages et transgéniques. De même, les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a sont handicapées dans les tests de conditionnement au stress avec des stimuli aversifs. Nous faisons l'hypothèse que l'augmentation de la complexité de l'arborisation dendritique et l'augmentation de la force du signal synaptique entres les régions CA3 et CA1 de l'hippocampe dans le stratum radiatum perturbe la propagation du signal nerveux qui conduit à l'hyperactivation des neurones du secteur CA1. Ceci conduit à une mémoire de stress altérée chez les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Un mécanisme similaire dans l'hippocampe ventral contribue probablement aux différences en fonction du genre dans les tests pour le comportement de type anxieux qui ont été rapportés dans les études originales de 1998. Les mesures de protéine et de mRNA ont mis en évidence une augmentation de l'expression du récepteur NMDA contenant la sous- unité NR2B dans les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a à P15. Dans les cultures organotypiques d'hippocampe, nous avons commencé à disséquer les messagers secondaires à l'activation du récepteur 5-HT1a qui sont impliqués dans la régulation de la croissance dendritique des neurones pyramidaux pendant la période postnatale précoce. Nous avons démontré que les récepteurs NR2B sont en aval de l'activation du récepteur 5-HT1a et qu'ils sont impliqués dans l'accroissement du nombre de dendrites chez la souris mâle déficiente pour le récepteur 5-HT1a. Bien que la cascade de signalisation du récepteur 5-HT1a pour réguler les récepteurs NMDA contenant le NR2B ne soit pas établie, CaMKII est identifié comme un effecteur potentiel pour altérer le transport du récepteur NMDA à la synapse. D'autre part, Erk1/2 est probablement un messager en aval du NR2B du récepteur NMDA, et a été documenté comme suffisant pour réguler l'arborisation dendritique. L'augmentation de NR2B à la synapse des souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a peut conduire à une augmentation de l'excitotoxicité dans les cellules. Nous avons observé une augmentation chez la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a de la mort cellulaire dans des tranches d'hippocampe stimulées, ce qui peut être en relation avec la réduction de la survie des neurones générés dans l'hippocampe de la souris mâle transgénique adulte par rapport à la souris mâle sauvage. De plus, la convergence de la signalisation du récepteur 5-HT1a sur la signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet à l'oestrogène d'interférer avec sa voie de signalisation du récepteur de l'oestrogène couplé à une protéine G (GPER-1), ceci permettant à l'oestrogène de réduire la taille de l'arborisation des neurones pyramidaux de CA1 chez la femelle de la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a. En conclusion, nos observations suggèrent fortement qu'un mécanisme hormonal convergeant sur la voie de signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet la normalisation de l'exubérance des dendrites des neurones CA1 de l'hippocampe et du comportement des souris femelles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Ceci donne une explication possible pour la différence en fonction du genre dans l'apparition de troubles mentaux avec les variations du récepteur 5-HT1a comme facteur de prédisposition important.

Efficient total variation algorithm for fetal MRI reconstruction

Fetal MRI reconstruction aims at finding a high-resolution image given a small set of low-resolution images. It is usually modeled as an inverse problem where the regularization term plays a central role in the reconstruction quality. Literature has considered several regularization terms s.a. Dirichlet/Laplacian energy [1], Total Variation (TV)based energies [2,3] and more recently non-local means [4]. Although TV energies are quite attractive because of their ability in edge preservation, standard explicit steepest gradient techniques have been applied to optimize fetal-based TV energies. The main contribution of this work lies in the introduction of a well-posed TV algorithm from the point of view of convex optimization. Specifically, our proposed TV optimization algorithm for fetal reconstruction is optimal w.r.t. the asymptotic and iterative convergence speeds O(1/n(2)) and O(1/root epsilon), while existing techniques are in O(1/n) and O(1/epsilon). We apply our algorithm to (1) clinical newborn data, considered as ground truth, and (2) clinical fetal acquisitions. Our algorithm compares favorably with the literature in terms of speed and accuracy.

Les Science studies : de la marginalité thématique à la refondation de la discipline

Dans cet article, nous tentons de mettre en évidence ce qui, progressivement, constitue des points de convergence relativement partagés (l'analyse des controverses, l'attention portée au contenu, la prise en compte des connaissances, des inscriptions, des objets et des instruments dans l'action) qui influent partiellement sur les problématiques et approches d'autres domaines et courants de pensée en sociologie. Des déplacements significatifs ont été opérés qui sont potentiellement porteurs d'effets profonds, encore faudrait-il qu'ils soient repris par d'autres sociologues, ce qui n'a rien d'évident tant ils posent questions. Ainsi, les Science studies (étude sociale des sciences), qui ont longtemps constitué un domaine relativement à part de la sociologie du fait de ses objets d'études, contribue au renouveau des manières de penser et de travailler dans les sciences sociales en ouvrant des champs de questionnement autour de la définition des éléments constitutifs de la société et de l'agency. n this article, we highlight what gradually becomes converging topics and issues (analyzing of controversies, consideration for the content, the objects and the instruments of the action, integration of the issues related to the knowledge) and affects the problematics and approaches into other research fields and currents of thought in sociology. Significant shifts occurred which are potential carriers of profound effects if they would be picked up by other sociologists, which is not obvious due to the profounds debates emerging from theses studies. Thus, the Science Studies, which have long been an area relatively apart from sociology because of its objects of study, participate to the renewal of ways of thinking and working in the social sciences by opening questioning around the definition of the elements of society and the agency.