The First International Workshop on Warning Criteria for Active Slides: technical issues, problems and solutions for managing early warning systems

Early warning systems (EWSs) rely on the capacity to forecast a dangerous event with a certain amount of advance by defining warning criteria on which the safety of the population will depend. Monitoring of landslides is facilitated by new technologies, decreasing prices and easier data processing. At the same time, predicting the onset of a rapid failure or the sudden transition from slow to rapid failure and subsequent collapse, and its consequences is challenging for scientists that must deal with uncertainties and have limited tools to do so. Furthermore, EWS and warning criteria are becoming more and more a subject of concern between technical experts, researchers, stakeholders and decision makers responsible for the activation, enforcement and approval of civil protection actions. EWSs imply also a sharing of responsibilities which is often averted by technical staff, managers of technical offices and governing institutions. We organized the First International Workshop on Warning Criteria for Active Slides (IWWCAS) to promote sharing and networking among members from specialized institutions and relevant experts of EWS. In this paper, we summarize the event to stimulate discussion and collaboration between organizations dealing with the complex task of managing hazard and risk related to active slides.

Selection on age at first and at last reproduction in the long-lived Alpine Swift Apus melba

The way an organism spreads its reproduction over time is defined as a life-history trait, and selection is expected to favour life-history traits associated with the highest fitness return. We use a long-term dataset of 277 life histories to investigate the shape and strength of selection acting on the age at first reproduction and at last reproduction in the long-lived Alpine Swift. Both traits were under strong directional selection, but in opposite directions, with selection favouring birds starting their reproductive career early and being able to reproduce for longer. There was also evidence for stabilising selection acting on both traits, suggesting that individuals should nonetheless refrain from reproducing in their first 2 years of life (i.e. when inexperienced), and that reproducing after 7 years of age had little effect on lifetime fitness, probably due to senescence.

A novel dominant mutation of the Nav1.4 alpha-subunit domain I leading to sodium channel myotonia.

BACKGROUND: Mutations in SCN4A may lead to myotonia. METHODS: Presentation of a large family with myotonia, including molecular studies and patch clamp experiments using human embryonic kidney 293 cells expressing wild-type and mutated channels. RESULTS: In a large family with historic data on seven generations and a clear phenotype, including myotonia at movement onset, with worsening by cold temperature, pregnancy, mental stress, and especially after rest after intense physical activity, but without weakness, the phenotype was linked with the muscle sodium channel gene (SCN4A) locus, in which a novel p.I141V mutation was found. This modification is located within the first transmembrane segment of domain I of the Na(v)1.4 alpha subunit, a region where no mutation has been reported so far. Patch clamp experiments revealed a mutation-induced hyperpolarizing shift (-12.9 mV) of the voltage dependence of activation, leading to a significant increase (approximately twofold) of the window current amplitude. In addition, the mutation shifted the voltage dependence of slow inactivation by -8.7 mV and accelerated the entry to this state. CONCLUSIONS: We propose that the gain-of-function alteration in activation leads to the observed myotonic phenotype, whereas the enhanced slow inactivation may prevent depolarization-induced paralysis.

Time-lapse and probabilistic inversion strategies for plane-wave electromagnetic data.

L'utilisation efficace des systèmes géothermaux, la séquestration du CO2 pour limiter le changement climatique et la prévention de l'intrusion d'eau salée dans les aquifères costaux ne sont que quelques exemples qui démontrent notre besoin en technologies nouvelles pour suivre l'évolution des processus souterrains à partir de la surface. Un défi majeur est d'assurer la caractérisation et l'optimisation des performances de ces technologies à différentes échelles spatiales et temporelles. Les méthodes électromagnétiques (EM) d'ondes planes sont sensibles à la conductivité électrique du sous-sol et, par conséquent, à la conductivité électrique des fluides saturant la roche, à la présence de fractures connectées, à la température et aux matériaux géologiques. Ces méthodes sont régies par des équations valides sur de larges gammes de fréquences, permettant détudier de manières analogues des processus allant de quelques mètres sous la surface jusqu'à plusieurs kilomètres de profondeur. Néanmoins, ces méthodes sont soumises à une perte de résolution avec la profondeur à cause des propriétés diffusives du champ électromagnétique. Pour cette raison, l'estimation des modèles du sous-sol par ces méthodes doit prendre en compte des informations a priori afin de contraindre les modèles autant que possible et de permettre la quantification des incertitudes de ces modèles de façon appropriée. Dans la présente thèse, je développe des approches permettant la caractérisation statique et dynamique du sous-sol à l'aide d'ondes EM planes. Dans une première partie, je présente une approche déterministe permettant de réaliser des inversions répétées dans le temps (time-lapse) de données d'ondes EM planes en deux dimensions. Cette stratégie est basée sur l'incorporation dans l'algorithme d'informations a priori en fonction des changements du modèle de conductivité électrique attendus. Ceci est réalisé en intégrant une régularisation stochastique et des contraintes flexibles par rapport à la gamme des changements attendus en utilisant les multiplicateurs de Lagrange. J'utilise des normes différentes de la norme l2 pour contraindre la structure du modèle et obtenir des transitions abruptes entre les régions du model qui subissent des changements dans le temps et celles qui n'en subissent pas. Aussi, j'incorpore une stratégie afin d'éliminer les erreurs systématiques de données time-lapse. Ce travail a mis en évidence l'amélioration de la caractérisation des changements temporels par rapport aux approches classiques qui réalisent des inversions indépendantes à chaque pas de temps et comparent les modèles. Dans la seconde partie de cette thèse, j'adopte un formalisme bayésien et je teste la possibilité de quantifier les incertitudes sur les paramètres du modèle dans l'inversion d'ondes EM planes. Pour ce faire, je présente une stratégie d'inversion probabiliste basée sur des pixels à deux dimensions pour des inversions de données d'ondes EM planes et de tomographies de résistivité électrique (ERT) séparées et jointes. Je compare les incertitudes des paramètres du modèle en considérant différents types d'information a priori sur la structure du modèle et différentes fonctions de vraisemblance pour décrire les erreurs sur les données. Les résultats indiquent que la régularisation du modèle est nécessaire lorsqu'on a à faire à un large nombre de paramètres car cela permet d'accélérer la convergence des chaînes et d'obtenir des modèles plus réalistes. Cependent, ces contraintes mènent à des incertitudes d'estimations plus faibles, ce qui implique des distributions a posteriori qui ne contiennent pas le vrai modèledans les régions ou` la méthode présente une sensibilité limitée. Cette situation peut être améliorée en combinant des méthodes d'ondes EM planes avec d'autres méthodes complémentaires telles que l'ERT. De plus, je montre que le poids de régularisation des paramètres et l'écart-type des erreurs sur les données peuvent être retrouvés par une inversion probabiliste. Finalement, j'évalue la possibilité de caractériser une distribution tridimensionnelle d'un panache de traceur salin injecté dans le sous-sol en réalisant une inversion probabiliste time-lapse tridimensionnelle d'ondes EM planes. Etant donné que les inversions probabilistes sont très coûteuses en temps de calcul lorsque l'espace des paramètres présente une grande dimension, je propose une stratégie de réduction du modèle ou` les coefficients de décomposition des moments de Legendre du panache de traceur injecté ainsi que sa position sont estimés. Pour ce faire, un modèle de résistivité de base est nécessaire. Il peut être obtenu avant l'expérience time-lapse. Un test synthétique montre que la méthodologie marche bien quand le modèle de résistivité de base est caractérisé correctement. Cette méthodologie est aussi appliquée à un test de trac¸age par injection d'une solution saline et d'acides réalisé dans un système géothermal en Australie, puis comparée à une inversion time-lapse tridimensionnelle réalisée selon une approche déterministe. L'inversion probabiliste permet de mieux contraindre le panache du traceur salin gr^ace à la grande quantité d'informations a priori incluse dans l'algorithme. Néanmoins, les changements de conductivités nécessaires pour expliquer les changements observés dans les données sont plus grands que ce qu'expliquent notre connaissance actuelle des phénomenès physiques. Ce problème peut être lié à la qualité limitée du modèle de résistivité de base utilisé, indiquant ainsi que des efforts plus grands devront être fournis dans le futur pour obtenir des modèles de base de bonne qualité avant de réaliser des expériences dynamiques. Les études décrites dans cette thèse montrent que les méthodes d'ondes EM planes sont très utiles pour caractériser et suivre les variations temporelles du sous-sol sur de larges échelles. Les présentes approches améliorent l'évaluation des modèles obtenus, autant en termes d'incorporation d'informations a priori, qu'en termes de quantification d'incertitudes a posteriori. De plus, les stratégies développées peuvent être appliquées à d'autres méthodes géophysiques, et offrent une grande flexibilité pour l'incorporation d'informations additionnelles lorsqu'elles sont disponibles. -- The efficient use of geothermal systems, the sequestration of CO2 to mitigate climate change, and the prevention of seawater intrusion in coastal aquifers are only some examples that demonstrate the need for novel technologies to monitor subsurface processes from the surface. A main challenge is to assure optimal performance of such technologies at different temporal and spatial scales. Plane-wave electromagnetic (EM) methods are sensitive to subsurface electrical conductivity and consequently to fluid conductivity, fracture connectivity, temperature, and rock mineralogy. These methods have governing equations that are the same over a large range of frequencies, thus allowing to study in an analogous manner processes on scales ranging from few meters close to the surface down to several hundreds of kilometers depth. Unfortunately, they suffer from a significant resolution loss with depth due to the diffusive nature of the electromagnetic fields. Therefore, estimations of subsurface models that use these methods should incorporate a priori information to better constrain the models, and provide appropriate measures of model uncertainty. During my thesis, I have developed approaches to improve the static and dynamic characterization of the subsurface with plane-wave EM methods. In the first part of this thesis, I present a two-dimensional deterministic approach to perform time-lapse inversion of plane-wave EM data. The strategy is based on the incorporation of prior information into the inversion algorithm regarding the expected temporal changes in electrical conductivity. This is done by incorporating a flexible stochastic regularization and constraints regarding the expected ranges of the changes by using Lagrange multipliers. I use non-l2 norms to penalize the model update in order to obtain sharp transitions between regions that experience temporal changes and regions that do not. I also incorporate a time-lapse differencing strategy to remove systematic errors in the time-lapse inversion. This work presents improvements in the characterization of temporal changes with respect to the classical approach of performing separate inversions and computing differences between the models. In the second part of this thesis, I adopt a Bayesian framework and use Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulations to quantify model parameter uncertainty in plane-wave EM inversion. For this purpose, I present a two-dimensional pixel-based probabilistic inversion strategy for separate and joint inversions of plane-wave EM and electrical resistivity tomography (ERT) data. I compare the uncertainties of the model parameters when considering different types of prior information on the model structure and different likelihood functions to describe the data errors. The results indicate that model regularization is necessary when dealing with a large number of model parameters because it helps to accelerate the convergence of the chains and leads to more realistic models. These constraints also lead to smaller uncertainty estimates, which imply posterior distributions that do not include the true underlying model in regions where the method has limited sensitivity. This situation can be improved by combining planewave EM methods with complimentary geophysical methods such as ERT. In addition, I show that an appropriate regularization weight and the standard deviation of the data errors can be retrieved by the MCMC inversion. Finally, I evaluate the possibility of characterizing the three-dimensional distribution of an injected water plume by performing three-dimensional time-lapse MCMC inversion of planewave EM data. Since MCMC inversion involves a significant computational burden in high parameter dimensions, I propose a model reduction strategy where the coefficients of a Legendre moment decomposition of the injected water plume and its location are estimated. For this purpose, a base resistivity model is needed which is obtained prior to the time-lapse experiment. A synthetic test shows that the methodology works well when the base resistivity model is correctly characterized. The methodology is also applied to an injection experiment performed in a geothermal system in Australia, and compared to a three-dimensional time-lapse inversion performed within a deterministic framework. The MCMC inversion better constrains the water plumes due to the larger amount of prior information that is included in the algorithm. The conductivity changes needed to explain the time-lapse data are much larger than what is physically possible based on present day understandings. This issue may be related to the base resistivity model used, therefore indicating that more efforts should be given to obtain high-quality base models prior to dynamic experiments. The studies described herein give clear evidence that plane-wave EM methods are useful to characterize and monitor the subsurface at a wide range of scales. The presented approaches contribute to an improved appraisal of the obtained models, both in terms of the incorporation of prior information in the algorithms and the posterior uncertainty quantification. In addition, the developed strategies can be applied to other geophysical methods, and offer great flexibility to incorporate additional information when available.

Fas (CD95/APO-1) limits the expansion of T lymphocytes in an environment of limited T-cell antigen receptor/MHC contacts.

Fas-deficient mice (Fas(lpr/lpr)) and humans have profoundly dysregulated T lymphocyte homeostasis, which manifests as an accumulation of CD4(+) and CD8(+) T cells as well as an unusual population of CD4(-)CD8(-)TCRαβ(+) T cells. To date, no unifying model has explained both the increased T-cell numbers and the origin of the CD4(-)CD8(-)TCRαβ(+) T cells. As Fas(lpr/lpr) mice raised in a germ-free environment still manifest lymphadenopathy, we considered that this process is primarily driven by recurrent low-avidity TCR signaling in response to self-peptide/MHC as occurs during homeostatic proliferation. In these studies, we developed two independent systems to decrease the number of self-peptide/MHC contacts. First, expression of MHC class I was reduced in OT-I TCR transgenic mice. Although OT-I Fas(lpr/lpr) mice did not develop lymphadenopathy characteristic of Fas(lpr/lpr) mice, in the absence of MHC class I, OT-I Fas(lpr/lpr) T cells accumulated as both CD8(+) and CD4(-)CD8(-) T cells. In the second system, re-expression of β(2)m limited to thymic cortical epithelial cells of Fas(lpr/lpr) β(2)m-deficient mice yielded a model in which polyclonal CD8(+) thymocytes entered a peripheral environment devoid of MHC class I. These mice accumulated significantly greater numbers of CD4(-)CD8(-)TCRαβ(+) T cells than conventional Fas(lpr/lpr) mice. Thus, Fas shapes the peripheral T-cell repertoire by regulating the survival of a subset of T cells proliferating in response to limited self-peptide/MHC contacts.

The costs of parasitism and anti-parasitic defense in the common vole

Résumé : Les relations entre un parasite et son hôte sont avant tout marquées par le coût pour l'hôte que représente la ponction de ressources au profit du parasite et ses conséquences sur les traits d'histoires de vie de l'hôte. Pour contenir la réduction de leur valeur reproductive, les hôtes ont acquis au cours de l'évolution des mécanismes soit de lutte contre les parasites, soit de réallocations des ressources. Curieusement les effets des ectoparasites sur la biologie de mammifères ont été peu étudiés. Dans une première expérience à long terme, nous avons examiné sous un angle intégratif si les puces Nosopsyllus fasciatus affectent certains paramètres physiologiques des campagnols des champs Microtus arvalis. Nous avons également testé si les puces peuvent réduire la longévité et si oui, si ce pourrait être dû à une accélération de la sénescence. Ensuite nous avons testé si la simple activation répétée du système immunitaire comme lors d'une infestation chronique pouvait aussi réduire la longévité. Dans une dernière expérience, nous avons d'abord testé si l'infestation par des puces de jeunes campagnols au stade néonatal (21 jours) pouvait modifier leur développement et leur phénotype adulte. Puis nous avons testé si la modification du phénotype adulte est une réponse prédite et potentiellement adaptative pour minimiser les effets des puces à l'âge adulte. Nos résultats montrent que l'infestation par des puces réduit la croissance subadulte, induit une forte anémie et une immunodépression, et augmente le métabolisme de repos. De plus les puces réduisent la longévité et la taille des testicules, réduisant fortement le succès reproducteur potentiel des individus parasités. La taille finale, c'est-à-dire le développement pré-adulte, détermine en grande part la longévité. La réduction de longévité ne devrait pas être due à l'investissement au profit du système immunitaire car l'activation chronique seule du système immunitaire ne réduit pas la longévité. L'infestation néonatale retarde légèrement le développement mais surtout modifie l'hématocrite et réduit les performances locomotrices des campagnols plus de 3 mois après l'infestation. Les effets immédiats du parasitisme sur la physiologie semblent bien supérieurs comparés aux effets à long terme. Nous n'avons pas d'éléments permettant d'affirmer que le parasitisme néonatal prépare les campagnols à faire face aux puces à l'âge adulte. Au contraire, le parasitisme néonatal interagit sur le parasitisme adulte pour augmenter le métabolisme de repos. Cette thèse offre une vision intégrative des mécanismes par lesquels les puces peuvent affecter la valeur reproductive de leurs hôtes. De façon générale, ces résultats 35 montrent l'importance des puces comme force de sélection chez les campagnols. Il est indispensable de prendre en compte les ectoparasites dans l'étude de l'écologie et des dynamiques de populations chez les mammifères. Summary : The relationship between a parasite and its host is fundamentally marked by the costs for host of the withdrawals of resources by parasite and the subsequent reduction in host life-history traits. Hosts have evolved a number of strategies to reduce these costs, either by fighting against the parasite directly or by reallocating resources to reduce costs on lifetime reproductive value. The effects of ectoparasites on burrowing mammals have been scarcely studied. In a first long-term experiment, we examined how fleas Nosopsyllus fasciatus affect physiological levels of the common vole, Microtus arvalis. We also examined whether fleas reduce longevity and if so, if it is due to an early senescence pattern. Then we tested if experimental activation of the immune system by repeated injections of an antigen could result in a shorter longevity. In the last experiment, we tested if short-lasting neonatal parasitism can have long-term effects on phenotype, and if these effects could induce a predictive response to reduce damages when parasitized at the adult stage. We found that parasitism by flea reduced subadult growth, induced anaemia and immunodepression, and increased energy consumption even when resting. Moreover fleas reduce longevity and testes size associated to splenomegaly, suggesting an overall reduction in fitness but we did not find any pattern of accelerated senescence explaining the early death of parasitized voles compared to non-parasitzed. The cost of mounting an immune response throughout life does not impair longevity, suggesting that it is the cost of parasitism that limits the longevity and not the immune investment. Neonatal infestation by fleas has long-term effects on physiology and reduces motor activity more than 3 months after infestation. The modification of physiology due to long-term effects seems weak compared to the immediate effects of adult infestation. We found no evidence that neonatal parasitism prepares voles to mount a predictive adaptive response in order to reduce effects of fleas on fitness components. On the contrary, neonatal parasitism seems to worsen the effect of adult parasitism. This thesis offers an integrative view of mechanisms by which fleas affect their host at the individual level. Overall, our results demonstrate the importance of fleas as a selective force in voles. These results highlight the importance of ectoparasitism in ecology of micromarnrnals and suggest a role in the dynamic of host populations.

Interactions between learning and immunity in Drosophila melanogaster

Learning and immunity are two adaptive traits with roles in central aspects of an organism's life: learning allows adjusting behaviours in changing environments, while immunity protects the body integrity against parasites and pathogens. While we know a lot about how these two traits interact in vertebrates, the interactions between learning and immunity remain poorly explored in insects. During my PhD, I studied three possible ways in which these two traits interact in the model system Drosophila melanogaster, a model organism in the study of learning and in the study of immunity. Learning can affect the behavioural defences against parasites and pathogens through the acquisition of new aversions for contaminated food for instance. This type of learning relies on the ability to associate a food-related cue with the visceral sickness following ingestion of contaminated food. Despite its potential implication in infection prevention, the existence of pathogen avoidance learning has been rarely explored in invertebrates. In a first part of my PhD, I tested whether D. melanogaster, which feed on food enriched in microorganisms, innately avoid the orally-acquired 'novel' virulent pathogen Pseudomonas entomophila, and whether it can learn to avoid it. Although flies did not innately avoid this pathogen, they decreased their preference for contaminated food over time, suggesting the existence of a form of learning based likely on infection-induced sickness. I further found that flies may be able to learn to avoid an odorant which was previously associated with the pathogen, but this requires confirmation with additional data. If this is confirmed, this would be the first time, to my knowledge, that pathogen avoidance learning is reported in an insect. The detrimental effect of infection on cognition and more specifically on learning ability is well documented in vertebrates and in social insects. While the underlying mechanisms are described in detail in vertebrates, experimental investigations are lacking in invertebrates. In a second part of my PhD, I tested the effect of an oral infection with natural pathogens on associative learning of D. melanogaster. By contrast with previous studies in insects, I found that flies orally infected with the virulent P. entomophila learned better the association of an odorant with mechanical shock than uninfected flies. The effect seems to be specific to a gut infection, and so far I have not been able to draw conclusions on the respective contributions of the pathogen's virulence and of the flies' immune activity in this effect. Interestingly, infected flies may display an increased sensitivity to physical pain. If the learning improvement observed in infected flies was due partially to the activity of the immune system, my results would suggest the existence of physiological connections between the immune system and the nervous system. The basis of these connections would then need to be addressed. Learning and immunity are linked at the physiological level in social insects. Physiological links between traits often result from the expression of genetic links between these traits. However, in social insects, there is no evidence that learning and immunity may be involved in an evolutionary trade-off. I previously reported a positive effect of infection on learning in D. melanogaster. This might suggest that a positive genetic link could exist between learning and immunity. We tested this hypothesis with two approaches: the diallel cross design with inbred lines, and the isofemale lines design. The two approaches provided consistent results: we found no additive genetic correlation between learning and resistance to infection with the diallel cross, and no genetic correlation in flies which are not yet adapted to laboratory conditions in isofemale lines. Consistently with the literature, the two studies suggested that the positive effect of infection on learning I observed might not be reflected by a positive evolutionary link between learning and immunity. Nevertheless, the existence of complex genetic relationships between the two traits cannot be excluded. - L'apprentissage et l'immunité sont deux caractères à valeur adaptative impliqués dans des aspects centraux de la vie d'un organisme : l'apprentissage permet d'ajuster les comportements pour faire face aux changements de l'environnement, tandis que l'immunité protège l'intégrité corporelle contre les attaques des parasites et des pathogènes. Alors que les interactions entre l'apprentissage et l'immunité sont bien documentées chez les vertébrés, ces interactions ont été très peu étudiées chez les insectes. Pendant ma thèse, je me suis intéressée à trois aspects des interactions possibles entre l'apprentissage et l'immunité chez la mouche du vinaigre Drosophila melanogaster, qui est un organisme modèle dans l'étude à la fois de l'apprentissage et de l'immunité. L'apprentissage peut affecter les défenses comportementales contre les parasites et les pathogènes par l'acquisition de nouvelles aversions pour la nourriture contaminée par exemple. Ce type d'apprentissage repose sur la capacité à associer une caractéristique de la nourriture avec la maladie qui suit l'ingestion de cette nourriture. Malgré les implications potentielles pour la prévention des infections, l'évitement appris des pathogènes a été rarement étudié chez les invertébrés. Dans une première partie de ma thèse, j'ai testé si les mouches, qui se nourrissent sur des milieux enrichis en micro-organismes, évitent de façon innée un 'nouveau' pathogène virulent Pseudomonas entomophila, et si elles ont la capacité d'apprendre à l'éviter. Bien que les mouches ne montrent pas d'évitement inné pour ce pathogène, elles diminuent leur préférence pour de la nourriture contaminée dans le temps, suggérant l'existence d'une forme d'apprentissage basée vraisemblablement sur la maladie générée par l'infection. J'ai ensuite observé que les mouches semblent être capables d'apprendre à éviter une odeur qui était au préalable associée avec ce pathogène, mais cela reste à confirmer par la collecte de données supplémentaires. Si cette observation est confirmée, cela sera la première fois, à ma connaissance, que l'évitement appris des pathogènes est décrit chez un insecte. L'effet détrimental des infections sur la cognition et plus particulièrement sur les capacités d'apprentissage est bien documenté chez les vertébrés et les insectes sociaux. Alors que les mécanismes sous-jacents sont détaillés chez les vertébrés, des études expérimentales font défaut chez les insectes. Dans une seconde partie de ma thèse, j'ai mesuré les effets d'une infection orale par des pathogènes naturels sur les capacités d'apprentissage associatif de la drosophile. Contrairement aux études précédentes chez les insectes, j'ai trouvé que les mouches infectées par le pathogène virulent P. entomophila apprennent mieux à associer une odeur avec des chocs mécaniques que des mouches non infectées. Cet effet semble spécifique à l'infection orale, et jusqu'à présent je n'ai pas pu conclure sur les contributions respectives de la virulence du pathogène et de l'activité immunitaire des mouches dans cet effet. De façon intéressante, les mouches infectées pourraient montrer une plus grande réactivité à la douleur physique. Si l'amélioration de l'apprentissage observée chez les mouches infectées était due en partie à l'activité du système immunitaire, mes résultats suggéreraient l'existence de connections physiologiques entre le système immunitaire et le système nerveux. Les mécanismes de ces connections seraient à explorer. L'apprentissage et l'immunité sont liés sur un plan physiologique chez les insectes sociaux. Les liens physiologiques entre les caractères résultent souvent de l'expression de liens entre ces caractères au niveau génétique. Cependant, chez les insectes sociaux, il n'y a pas de preuve que l'apprentissage et l'immunité soient liés par un compromis évolutif. J'ai précédemment rapporté un effet positif de l'infection sur l'apprentissage chez la drosophile. Cela pourrait suggérer qu'une relation génétique positive existerait entre l'apprentissage et l'immunité. Nous avons testé cette hypothèse par deux approches : le croisement diallèle avec des lignées consanguines, et les lignées isofemelles. Les deux approches ont fournies des résultats similaires : nous n'avons pas détecté de corrélation génétique additive entre l'apprentissage et la résistance à l'infection avec le croisement diallèle, et pas de corrélation génétique chez des mouches non adaptées aux conditions de laboratoire avec les lignées isofemelles. En ligne avec la littérature, ces deux études suggèrent que l'effet positif de l'infection sur l'apprentissage que j'ai précédemment observé ne refléterait pas un lien évolutif positif entre l'apprentissage et l'immunité. Néanmoins, l'existence de relations génétiques complexes n'est pas exclue.

Lassa virus entry in antigen presenting cells and evaluation of a novel nanoparticle vaccine platform against arena viruses

Arenaviruses are a large and diverse family of viruses that merit significant attention as causative agents of severe hemorrhagic fevers in humans. Lassa virus (LASV) in Africa and the South American hemorrhagic fever viruses Junin (JUNV), Machupo (MACV), and Guanarito (GTOV) have emerged as important human pathogens and represent serious public health problems in their respective endemic areas. A hallmark of fatal arenaviruses hemorrhagic fevers is a marked immunosuppression of the infected patients. Antigen presenting cells (APCs) such as macrophages and in particular dendritic cells (DCs) are early and preferred targets of arenaviruses infection. Instead of being recognized and presented as foreign antigens by DCs, arenaviruses subvert the normal mechanisms of pathogen recognition, invade DCs and establish a productive infection. Viral replication perturbs the DCs' ability to present antigens and to activate T and B cells, contributing to the marked virus-induced immunosuppression observed in fatal disease. Considering their crucial role in the development of an anti-viral immune response, the mechanisms by which arenaviruses, and in particular LASV, invade DCs are of particular interest. The C-type lectin DC-specific Intercellular adhesion molecule-3-grabbing nonintegrin (DC-SIGN) was recently identified as a potential entry receptor for LASV. The first project of my thesis focused therefore on the investigation of the role of DC-SIGN in LASV entry into primary human DCs. My data revealed that DC-SIGN serves as an attachment factor for LASV on human DCs and can facilitate capture of free virus and subsequent cell entry. However, in contrast to other emerging viruses, of the phlebovirus family, I found that DC-SIGN does likely not function as an authentic entry receptor for LASV. Moreover, I was able to show that LASV enters DCs via an unusually slow pathway that depends on actin, but is independent of clathrin and dynamin. Considering the lack of effective treatments and the limited public health infrastructure in endemic regions, the development of protective vaccines against arenaviruses is an urgent need. To address this issue, the second project of my thesis aimed at the development of a novel recombinant arenavirus vaccine based on a nanoparticle (NPs) platform and its evaluation in a small animal model. During the first phase of the project I designed, produced, and characterized suitable vaccine antigens. In the second phase of the project, I generated antigen-conjugated NPs, developed vaccine formulations, and tested the NPs for their ability to elicit anti-viral T cell responses as well as anti-viral antibodies. I demonstrated that the NPs platform is able to activate both cellular and humoral branches of the adaptive anti-viral immunity, providing proof-of-principle. In sum, my first project will allow, in a long term perspective, a better understanding of the viral pathogenesis and contribute to the development of novel antiviral strategies. The second project will expectidly offer a new treatment option against arenaviruses.

Optimisation de la cryo microscopie électronique pour les études des minicercles d'ADN

RESUME : Bien que les propriétés physiques de la structure de l'ADN aient été intensivement étudiées pendant plus de 50 ans il y a encore beaucoup de questions importantes qui attendent des réponses. Par exemple, qu'arrive-t-il à la structure de la double hélice d'ADN nue (sans protéines liées) lorsqu'elle est fortement courbée, de la même manière que dans les nucléosomes? Cet ADN nu est-il facilement plié (il reste dans le régime élastique) ou réduit-il la contrainte de flexion en formant des sites hyperflexibles «kinks» (il sort du régime élastique en cassant l'empilement des paires de bases à certains endroits) ? La microscopie électronique peut fournir une réponse à cette question par visualisation directe des minicercles d'ADN de la longueur d'un tour de nucléosome (environ 90 paires de bases). Pour que la réponse soit scientifiquement valide, on doit observer les molécules d'ADN lorsqu'elles sont en suspension dans la solution d'intérêt et sans que des colorations, produits chimiques ou fixatifs n'aient été ajoutés, étant donné que ceux-ci peuvent changer les propriétés de l'ADN. La technique de la cryo-microscopie électronique (cryo-EM) développée par le groupe de Jacques Dubochet au début des années 80, permet la visualisation directe des molécules d'ADN suspendues dans des couche minces vitrifiées de solutions aqueuses. Toutefois, le faible contraste qui caractérise la cryo-EM combinée avec la très petite taille des minicercles d'ADN rendent nécessaire l'optimisation de plusieurs étapes, aussi bien dans la préparation des échantillons que dans le processus d'acquisition d'images afin d'obtenir deux clichés stéréo qui permettent la reconstruction 3-D des minicercles d'ADN. Dans la première partie de ma thèse, je décris l'optimisation de certains paramètres pour la cryoEM et des processus d'acquisition d'image utilisant comme objets de test des plasmides et d'autres molécules d'ADN. Dans la deuxième partie, je .décris comment j'ai construit les minicercles d'ADN de 94 bp et comment j'ai introduit des modifications structurelles comme des coupures ou des lacunes. Dans la troisième partie, je décris l'analyse des reconstructions des rninicercles d'ADN. Cette analyse, appuyée par des tests biochimiques, indique fortement que des molécules d'ADN sont capables de former de petites molécules circulaires de 94 bp sans dépasser les limites d'élasticité, indiquant que les minicercles adoptent une forme circulaire régulière où la flexion est redistribuée le long la molécule. ABSTRACT : Although physical properties of DNA structure have been intensively studied for over 50 years there are still many important questions that need to be answered. For example, what happens to protein-free double-stranded DNA when it is strongly bent, as in DNA forming nucleosomes? Is such protein-free DNA smoothly bent (i.e. it remains within elastic limits of DNA rigidity) or does it release its bending stress by forming sharp kinks (i.e. it exits the elastic regime and breaks the stacking between neighbouring base-pairs in localized regions)? Electron microscopy can provide an answer to this question by directly visualizing DNA minicircles that have the size of nucleosome gyres (ca 90 bp). For the answer to be scientifically valid, one needs to observe DNA molecules while they are still suspended in the solution of interest and no staining chemicals or fixatives have been added since these can change the properties of the DNA. CryoEM techniques developed by Jacques Dubochet's group beginning in the 1980's permit direct visualization of DNA molecules suspended in cryo-vitrified layers of aqueous solutions. However, a relatively weak contrast of cryo-EM preparations combined with the very small size of the DNA minicircles made it necessary to optimize many of the steps and parameters of the cryo-EM specimen preparation and image acquisition processes in order to obtain stereo-pairs of images that permit the 3-D reconstruction of the observed DNA minicircles. In the first part of my thesis I describe the optimization of the cryo-EM preparation and the image acquisition processes using plasmid size DNA molecules as a test object. In the second part, I describe how I formed the 94 by DNA minicircles and how I introduced structural modifications like nicks or gaps. In the third part, I describe the cryo-EM analysis of the constructed DNA minicircles. That analysis, supported by biochemical tests, strongly indicates that DNA minicircles as small as 94 by remain within the elastic limits of DNA structure, i.e. the minicircles adopt a regular circular shape where bending is redistributed along the molecules.

Biased gene conversion and GC-content evolution in the coding sequences of reptiles and vertebrates.

Mammalian and avian genomes are characterized by a substantial spatial heterogeneity of GC-content, which is often interpreted as reflecting the effect of local GC-biased gene conversion (gBGC), a meiotic repair bias that favors G and C over A and T alleles in high-recombining genomic regions. Surprisingly, the first fully sequenced nonavian sauropsid (i.e., reptile), the green anole Anolis carolinensis, revealed a highly homogeneous genomic GC-content landscape, suggesting the possibility that gBGC might not be at work in this lineage. Here, we analyze GC-content evolution at third-codon positions (GC3) in 44 vertebrates species, including eight newly sequenced transcriptomes, with a specific focus on nonavian sauropsids. We report that reptiles, including the green anole, have a genome-wide distribution of GC3 similar to that of mammals and birds, and we infer a strong GC3-heterogeneity to be already present in the tetrapod ancestor. We further show that the dynamic of coding sequence GC-content is largely governed by karyotypic features in vertebrates, notably in the green anole, in agreement with the gBGC hypothesis. The discrepancy between third-codon positions and noncoding DNA regarding GC-content dynamics in the green anole could not be explained by the activity of transposable elements or selection on codon usage. This analysis highlights the unique value of third-codon positions as an insertion/deletion-free marker of nucleotide substitution biases that ultimately affect the evolution of proteins.

Predicting spatial patterns of plant biodiversity : from species to communities

Understanding the distribution and composition of species assemblages and being able to predict them in space and time are highly important tasks io investigate the fate of biodiversity in the current global changes context. Species distribution models are tools that have proven useful to predict the potential distribution of species by relating their occurrences to environmental variables. Species assemblages can then be predicted by combining the prediction of individual species models. In the first part of my thesis, I tested the importance of new environmental predictors to improve species distribution prediction. I showed that edaphic variables, above all soil pH and nitrogen content could be important in species distribution models. In a second chapter, I tested the influence of different resolution of predictors on the predictive ability of species distribution models. I showed that fine resolution predictors could ameliorate the models for some species by giving a better estimation of the micro-topographic condition that species tolerate, but that fine resolution predictors for climatic factors still need to be ameliorated. The second goal of my thesis was to test the ability of empirical models to predict species assemblages' characteristics such as species richness or functional attributes. I showed that species richness could be modelled efficiently and that the resulting prediction gave a more realistic estimate of the number of species than when obtaining it by stacking outputs of single species distribution models. Regarding the prediction of functional characteristics (plant height, leaf surface, seed mass) of plant assemblages, mean and extreme values of functional traits were better predictable than indices reflecting the diversity of traits in the community. This approach proved interesting to understand which environmental conditions influence particular aspects of the vegetation functioning. It could also be useful to predict climate change impacts on the vegetation. In the last part of my thesis, I studied the capacity of stacked species distribution models to predict the plant assemblages. I showed that this method tended to over-predict the number of species and that the composition of the community was not predicted exactly either. Finally, I combined the results of macro- ecological models obtained in the preceding chapters with stacked species distribution models and showed that this approach reduced significantly the number of species predicted and that the prediction of the composition is also ameliorated in some cases. These results showed that this method is promising. It needs now to be tested on further data sets. - Comprendre la manière dont les plantes se répartissent dans l'environnement et s'organisent en communauté est une question primordiale dans le contexte actuel de changements globaux. Cette connaissance peut nous aider à sauvegarder la diversité des espèces et les écosystèmes. Des méthodes statistiques nous permettent de prédire la distribution des espèces de plantes dans l'espace géographique et dans le temps. Ces modèles de distribution d'espèces, relient les occurrences d'une espèce avec des variables environnementales pour décrire sa distribution potentielle. Cette méthode a fait ses preuves pour ce qui est de la prédiction d'espèces individuelles. Plus récemment plusieurs tentatives de cumul de modèles d'espèces individuelles ont été réalisées afin de prédire la composition des communautés végétales. Le premier objectif de mon travail est d'améliorer les modèles de distribution en testant l'importance de nouvelles variables prédictives. Parmi différentes variables édaphiques, le pH et la teneur en azote du sol se sont avérés des facteurs non négligeables pour prédire la distribution des plantes. Je démontre aussi dans un second chapitre que les prédicteurs environnementaux à fine résolution permettent de refléter les conditions micro-topographiques subies par les plantes mais qu'ils doivent encore être améliorés avant de pouvoir être employés de manière efficace dans les modèles. Le deuxième objectif de ce travail consistait à étudier le développement de modèles prédictifs pour des attributs des communautés végétales tels que, par exemple, la richesse en espèces rencontrée à chaque point. Je démontre qu'il est possible de prédire par ce biais des valeurs de richesse spécifiques plus réalistes qu'en sommant les prédictions obtenues précédemment pour des espèces individuelles. J'ai également prédit dans l'espace et dans le temps des caractéristiques de la végétation telles que sa hauteur moyenne, minimale et maximale. Cette approche peut être utile pour comprendre quels facteurs environnementaux promeuvent différents types de végétation ainsi que pour évaluer les changements à attendre au niveau de la végétation dans le futur sous différents régimes de changements climatiques. Dans une troisième partie de ma thèse, j'ai exploré la possibilité de prédire les assemblages de plantes premièrement en cumulant les prédictions obtenues à partir de modèles individuels pour chaque espèce. Cette méthode a le défaut de prédire trop d'espèces par rapport à ce qui est observé en réalité. J'ai finalement employé le modèle de richesse en espèce développé précédemment pour contraindre les résultats du modèle d'assemblage de plantes. Cela a permis l'amélioration des modèles en réduisant la sur-prédiction et en améliorant la prédiction de la composition en espèces. Cette méthode semble prometteuse mais de nouveaux tests sont nécessaires pour bien évaluer ses capacités.

Assessment of Physical Activity and Energy Expenditure by GPS Combined With Accelerometry in Real-Life Conditions.

Background: Physical activity (PA) and related energy expenditure (EE) is often assessed by means of a single technique. Because of inherent limitations, single techniques may not allow for an accurate assessment both PA and related EE. The aim of this study was to develop a model to accurately assess common PA types and durations and thus EE in free-living conditions, combining data from global positioning system (GPS) and 2 accelerometers. Methods: Forty-one volunteers participated in the study. First, a model was developed and adjusted to measured EE with a first group of subjects (Protocol I, n = 12) who performed 6 structured and supervised PA. Then, the model was validated over 2 experimental phases with 2 groups (n = 12 and n = 17) performing scheduled (Protocol I) and spontaneous common activities in real-life condition (Protocol II). Predicted EE was compared with actual EE as measured by portable indirect calorimetry. Results: In protocol I, performed PA types could be recognized with little error. The duration of each PA type could be predicted with an accuracy below 1 minute. Measured and predicted EE were strongly associated (r = .97, P < .001). Conclusion: Combining GPS and 2 accelerometers allows for an accurate assessment of PA and EE in free-living situations.