Cooperation among selfish individuals in insect societies

Kin selection is the key to understanding the evolution of cooperation in insect societies. However, kin selection also predicts potential kin conflict, and understanding how these conflicts are resolved is a major goal of current research on social insects

Disease-causing mutations improving the branch site and polypyrimidine tract: pseudoexon activation of LINE-2 and antisense Alu lacking the poly(T)-tail.

Cryptic exons or pseudoexons are typically activated by point mutations that create GT or AG dinucleotides of new 5' or 3' splice sites in introns, often in repetitive elements. Here we describe two cases of tetrahydrobiopterin deficiency caused by mutations improving the branch point sequence and polypyrimidine tracts of repeat-containing pseudoexons in the PTS gene. In the first case, we demonstrate a novel pathway of antisense Alu exonization, resulting from an intronic deletion that removed the poly(T)-tail of antisense AluSq. The deletion brought a favorable branch point sequence within proximity of the pseudoexon 3' splice site and removed an upstream AG dinucleotide required for the 3' splice site repression on normal alleles. New Alu exons can thus arise in the absence of poly(T)-tails that facilitated inclusion of most transposed elements in mRNAs by serving as polypyrimidine tracts, highlighting extraordinary flexibility of Alu repeats in shaping intron-exon structure. In the other case, a PTS pseudoexon was activated by an A>T substitution 9 nt upstream of its 3' splice site in a LINE-2 sequence, providing the first example of a disease-causing exonization of the most ancient interspersed repeat. These observations expand the spectrum of mutational mechanisms that introduce repetitive sequences in mature transcripts and illustrate the importance of intronic mutations in alternative splicing and phenotypic variability of hereditary disorders.

In vitro growth of human urinary tract smooth muscle cells on laminin and collagen type I-coated membranes under static and dynamic conditions.

This study investigates in vitro growth of human urinary tract smooth muscle cells under static conditions and mechanical stimulation. The cells were cultured on collagen type I- and laminin-coated silicon membranes. Using a Flexcell device for mechanical stimulation, a cyclic strain of 0-20% was applied in a strain-stress-time model (stretch, 104 min relaxation, 15 s), imitating physiological bladder filling and voiding. Cell proliferation and alpha-actin, calponin, and caldesmon phenotype marker expression were analyzed. Nonstretched cells showed significant better growth on laminin during the first 8 days, thereafter becoming comparable to cells grown on collagen type I. Cyclic strain significantly reduced cell growth on both surfaces; however, better growth was observed on laminin. Neither the type of surface nor mechanical stimulation influenced the expression pattern of phenotype markers; alpha-actin was predominantly expressed. Coating with the extracellular matrix protein laminin improved in vitro growth of human urinary tract smooth muscle cells.

Microbiological diagnosis of community-acquired respiratory tract infections by nucleic acid detection.

Background: Microbiological diagnostic procedures have changed significantly over the last decade. Initially the implementation of the polymerase chain reaction (PCR) resulted in improved detection tests for microbes that were difficult or even impossible to detect by conventional methods such as culture and serology, especially in community-acquired respiratory tract infections (CA-RTI). A further improvement was the development of real-time PCR, which allows end point detection and quantification, and many diagnostic laboratories have now implemented this powerful method. Objective: At present, new performant and convenient molecular tests have emerged targeting in parallel many viruses and bacteria responsible for lower and/or upper respiratory tract infections. The range of test formats and microbial agents detected is evolving very quickly and the added value of these new tests needs to be studied in terms of better use of antibiotics, better patient management, duration of hospitalization and overall costs. Conclusions: Molecular tools for a better microbial documentation of CA-RTI are now available. Controlled studies are now required to address the relevance issue of these new methods, such as, for example, the role of some newly detected respiratory viruses or of the microbial DNA load in a particular patient at a particular time. The future challenge for molecular diagnosis will be to become easy to handle, highly efficient and cost-effective, delivering rapid results with a direct impact on clinical management.

Coffee consumption and digestive tract cancers.

The relationship between coffee drinking and the risk of digestive tract neoplasms was analyzed in a case-control study of 50 cases of cancer of the mouth or pharynx, 209 of the esophagus, 397 of the stomach, 455 of the colon, 295 of the rectum, 151 of the liver, 214 of the pancreas, and 1944 control subjects admitted for acute, non-digestive tract disorders. There was no significant or consistent association between coffee and cancers of the mouth or pharynx, esophagus, stomach, liver, or pancreas. In particular, for pancreatic cancer, the multivariate relative risks for the intermediate and upper tertiles were 1.05 and 1.01, respectively. There were significant inverse trends in risk with measures of coffee consumption for colon and rectal cancers, the multivariate relative risks according to tertiles of coffee consumption being 0.86 and 0.64 for colon and 0.97 and 0.66 for rectum. This apparent protection is in agreement with some (but not all) previous epidemiological evidence and finds a possible biological interpretation in terms of interference on bile secretion, causing reduced bile acid and neutral sterol concentrations in the bowel. In conclusion, the results of this study, the major interest of which lies in the opportunity of drawing up an overall pattern of risk for various digestive neoplasms, offer further reassurance as regards the effects of coffee on digestive tract carcinogenesis.

Reduction of the hand representation in the ipsilateral primary motor cortex following unilateral section of the corticospinal tract at cervical level in monkeys.

BACKGROUND: After sub-total hemi-section of cervical cord at level C7/C8 in monkeys, the ipsilesional hand exhibited a paralysis for a couple of weeks, followed by incomplete recovery of manual dexterity, reaching a plateau after 40-50 days. Recently, we demonstrated that the level of the plateau was related to the size of the lesion and that progressive plastic changes of the motor map in the contralesional motor cortex, particularly the hand representation, took place following a comparable time course. The goal of the present study was to assess, in three macaque monkeys, whether the hand representation in the ipsilesional primary motor cortex (M1) was also affected by the cervical hemi-section.¦RESULTS: Unexpectedly, based on the minor contribution of the ipsilesional hemisphere to the transected corticospinal (CS) tract, a considerable reduction of the hand representation was also observed in the ipsilesional M1. Mapping control experiments ruled out the possibility that changes of motor maps are due to variability of the intracortical microstimulation mapping technique. The extent of the size reduction of the hand area was nearly as large as in the contralesional hemisphere in two of the three monkeys. In the third monkey, it represented a reduction by a factor of half the change observed in the contralesional hemisphere. Although the hand representation was modified in the ipsilesional hemisphere, such changes were not correlated with a contribution of this hemisphere to the incomplete recovery of the manual dexterity for the hand affected by the lesion, as demonstrated by reversible inactivation experiments (in contrast to the contralesional hemisphere). Moreover, despite the size reduction of M1 hand area in the ipsilesional hemisphere, no deficit of manual dexterity for the hand opposite to the cervical hemi-section was detected.¦CONCLUSION: After cervical hemi-section, the ipsilesional motor cortex exhibited substantial reduction of the hand representation, whose extent did not match the small number of axotomized CS neurons. We hypothesized that the paradoxical reduction of hand representation in the ipsilesional hemisphere is secondary to the changes taking place in the contralesional hemisphere, possibly corresponding to postural adjustments and/or re-establishing a balance between the two hemispheres.

Task-dependent influence of genetic architecture and mating frequency on division of labour in social insect societies.

Division of labour is one of the most prominent features of social insects. The efficient allocation of individuals to different tasks requires dynamic adjustment in response to environmental perturbations. Theoretical models suggest that the colony-level flexibility in responding to external changes and internal perturbation may depend on the within-colony genetic diversity, which is affected by the number of breeding individuals. However, these models have not considered the genetic architecture underlying the propensity of workers to perform the various tasks. Here, we investigated how both within-colony genetic variability (stemming from variation in the number of matings by queens) and the number of genes influencing the stimulus (threshold) for a given task at which workers begin to perform that task jointly influence task allocation efficiency. We used a numerical agent-based model to investigate the situation where workers had to perform either a regulatory task or a foraging task. One hundred generations of artificial selection in populations consisting of 500 colonies revealed that an increased number of matings always improved colony performance, whatever the number of loci encoding the thresholds of the regulatory and foraging tasks. However, the beneficial effect of additional matings was particularly important when the genetic architecture of queens comprised one or a few genes for the foraging task's threshold. By contrast, a higher number of genes encoding the foraging task reduced colony performance with the detrimental effect being stronger when queens had mated with several males. Finally, the number of genes encoding the threshold for the regulatory task only had a minor effect on colony performance. Overall, our numerical experiments support the importance of mating frequency on efficiency of division of labour and also reveal complex interactions between the number of matings and genetic architecture.

Biomarkers of human gastrointestinal tract regions.

Dysregulation of intestinal epithelial cell performance is associated with an array of pathologies whose onset mechanisms are incompletely understood. While whole-genomics approaches have been valuable for studying the molecular basis of several intestinal diseases, a thorough analysis of gene expression along the healthy gastrointestinal tract is still lacking. The aim of this study was to map gene expression in gastrointestinal regions of healthy human adults and to implement a procedure for microarray data analysis that would allow its use as a reference when screening for pathological deviations. We analyzed the gene expression signature of antrum, duodenum, jejunum, ileum, and transverse colon biopsies using a biostatistical method based on a multivariate and univariate approach to identify region-selective genes. One hundred sixty-six genes were found responsible for distinguishing the five regions considered. Nineteen had never been described in the GI tract, including a semaphorin probably implicated in pathogen invasion and six novel genes. Moreover, by crossing these genes with those retrieved from an existing data set of gene expression in the intestine of ulcerative colitis and Crohn's disease patients, we identified genes that might be biomarkers of Crohn's and/or ulcerative colitis in ileum and/or colon. These include CLCA4 and SLC26A2, both implicated in ion transport. This study furnishes the first map of gene expression along the healthy human gastrointestinal tract. Furthermore, the approach implemented here, and validated by retrieving known gene profiles, allowed the identification of promising new leads in both healthy and disease states.

Partitioning of reproduction in animal societies.

A key feature differentiating cooperative animal societies Is the apportionment of reproduction among individuals. Only recently have studies started to focus on intraspecific variability in the distribution of reproduction within animal societies, and the available data suggest that this variability might be greater than previously suspected. How can one account for intra-and interspecific variability in partitioning of reproduction? This Is one of the most intriguing problems in the study of social behaviour, and understanding the factors underlying this variability is one of the keys to understanding the properties of complex animal societies.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.