ARCHITECTING USER-CENTRIC PRIVACY-AS-A-SET-OF-SERVICES: DIGITAL IDENTITY RELATED PRIVACY FRAMEWORK

AbstractDigitalization gives to the Internet the power by allowing several virtual representations of reality, including that of identity. We leave an increasingly digital footprint in cyberspace and this situation puts our identity at high risks. Privacy is a right and fundamental social value that could play a key role as a medium to secure digital identities. Identity functionality is increasingly delivered as sets of services, rather than monolithic applications. So, an identity layer in which identity and privacy management services are loosely coupled, publicly hosted and available to on-demand calls could be more realistic and an acceptable situation. Identity and privacy should be interoperable and distributed through the adoption of service-orientation and implementation based on open standards (technical interoperability). Ihe objective of this project is to provide a way to implement interoperable user-centric digital identity-related privacy to respond to the need of distributed nature of federated identity systems. It is recognized that technical initiatives, emerging standards and protocols are not enough to guarantee resolution for the concerns surrounding a multi-facets and complex issue of identity and privacy. For this reason they should be apprehended within a global perspective through an integrated and a multidisciplinary approach. The approach dictates that privacy law, policies, regulations and technologies are to be crafted together from the start, rather than attaching it to digital identity after the fact. Thus, we draw Digital Identity-Related Privacy (DigldeRP) requirements from global, domestic and business-specific privacy policies. The requirements take shape of business interoperability. We suggest a layered implementation framework (DigldeRP framework) in accordance to model-driven architecture (MDA) approach that would help organizations' security team to turn business interoperability into technical interoperability in the form of a set of services that could accommodate Service-Oriented Architecture (SOA): Privacy-as-a-set-of- services (PaaSS) system. DigldeRP Framework will serve as a basis for vital understanding between business management and technical managers on digital identity related privacy initiatives. The layered DigldeRP framework presents five practical layers as an ordered sequence as a basis of DigldeRP project roadmap, however, in practice, there is an iterative process to assure that each layer supports effectively and enforces requirements of the adjacent ones. Each layer is composed by a set of blocks, which determine a roadmap that security team could follow to successfully implement PaaSS. Several blocks' descriptions are based on OMG SoaML modeling language and BPMN processes description. We identified, designed and implemented seven services that form PaaSS and described their consumption. PaaSS Java QEE project), WSDL, and XSD codes are given and explained.

Postmortem pump-driven reperfusion of the vascular system of porcine lungs: towards a new model for surgical training.

PURPOSE: The objective of this experiment is to establish a continuous postmortem circulation in the vascular system of porcine lungs and to evaluate the pulmonary distribution of the perfusate. This research is performed in the bigger scope of a revascularization project of Thiel embalmed specimens. This technique enables teaching anatomy, practicing surgical procedures and doing research under lifelike circumstances. METHODS: After cannulation of the pulmonary trunk and the left atrium, the vascular system was flushed with paraffinum perliquidum (PP) through a heart-lung machine. A continuous circulation was then established using red PP, during which perfusion parameters were measured. The distribution of contrast-containing PP in the pulmonary circulation was visualized on computed tomography. Finally, the amount of leak from the vascular system was calculated. RESULTS: A reperfusion of the vascular system was initiated for 37 min. The flow rate ranged between 80 and 130 ml/min throughout the experiment with acceptable perfusion pressures (range: 37-78 mm Hg). Computed tomography imaging and 3D reconstruction revealed a diffuse vascular distribution of PP and a decreasing vascularization ratio in cranial direction. A self-limiting leak (i.e. 66.8% of the circulating volume) towards the tracheobronchial tree due to vessel rupture was also measured. CONCLUSIONS: PP enables circulation in an isolated porcine lung model with an acceptable pressure-flow relationship resulting in an excellent recruitment of the vascular system. Despite these promising results, rupture of vessel walls may cause leaks. Further exploration of the perfusion capacities of PP in other organs is necessary. Eventually, this could lead to the development of reperfused Thiel embalmed human bodies, which have several applications.

Multi-scale support vector algorithms for hot spot detection and modelling

The algorithmic approach to data modelling has developed rapidly these last years, in particular methods based on data mining and machine learning have been used in a growing number of applications. These methods follow a data-driven methodology, aiming at providing the best possible generalization and predictive abilities instead of concentrating on the properties of the data model. One of the most successful groups of such methods is known as Support Vector algorithms. Following the fruitful developments in applying Support Vector algorithms to spatial data, this paper introduces a new extension of the traditional support vector regression (SVR) algorithm. This extension allows for the simultaneous modelling of environmental data at several spatial scales. The joint influence of environmental processes presenting different patterns at different scales is here learned automatically from data, providing the optimum mixture of short and large-scale models. The method is adaptive to the spatial scale of the data. With this advantage, it can provide efficient means to model local anomalies that may typically arise in situations at an early phase of an environmental emergency. However, the proposed approach still requires some prior knowledge on the possible existence of such short-scale patterns. This is a possible limitation of the method for its implementation in early warning systems. The purpose of this paper is to present the multi-scale SVR model and to illustrate its use with an application to the mapping of Cs137 activity given the measurements taken in the region of Briansk following the Chernobyl accident.

Relations of the job demands-control-support model of job strain with personality attributes : a cross-cultural study in Switzerland and South Africa

Among the various work stress models, one of the most popular to date is the job demands-­‐control (JDC) model developed by Karasek (1979), which postulates that work-­‐related strain will be the highest under work conditions characterized by high demands and low autonomy. The absence of social support at work will further increase negative outcomes. However, this model does not apply equally to all individuals and to all cultures. In the following studies, we assessed work characteristics, personality traits, culture-­‐driven individual attributes, and work-­‐related health outcomes, through the administration of questionnaires. The samples consist of Swiss (n = 622) and South African (n = 879) service-­‐oriented employees (from health, finance, education and commerce sectors) and aged from 18 to 65 years old. Results generally confirm the universal contribution of high psychological demands, low decision latitude and low supervisor support at work, as well as high neuroticism predict the worse health outcomes among employees in both countries. Furthermore, low neuroticism plays a moderating role between psychological demands and burnout, while high openness and high conscientiousness each play a moderating role between decision latitude and burnout in South Africa. Results also reveal that culture-­‐driven individual attributes play a role in both countries, but in a unique manner and according to the ethnic group of belonging. Given that organizations are increasingly characterized with multicultural employees as well as increasingly adverse and complex job conditions, our results help in identifying more updated and refined dynamics that are key between the employee and the work environment in today's context. -- L'un des modèles sur le stress au travail des plus répandus est celui développé par Karasek (1979), qui postule qu'une mauvaise santé chez les employés résulte d'une combinaison de demandes psychologiques élevées, d'une latitude décisionnelle faible et de l'absence de soutien social au travail. Néanmoins, ce modèle ne s'applique pas de façon équivalente chez tous les individus et dans toutes les cultures. Dans les études présentées, nous avons mesuré les caractéristiques de travail, les traits de personnalité, les traits culturels et les effets lies à la santé à l'aide de questionnaires. L'échantillon provient de la Suisse (n = 622) et de l'Afrique du Sud (n = 879) et comprend des employés de domaines divers en lien avec le service (notamment des secteurs de la santé, finance, éducation et commerce) tous âgés entre 18 et 65 ans. Les résultats confirment l'universalité des effets directs des demandes au travail, la latitude décisionnelle faible, le soutien social faible provenant du supérieur hiérarchique, ainsi que le névrosisme élevé qui contribuent à un niveau de santé faible au travail, et ce, dans les deux pays. De plus, un niveau faible de névrosisme a un effet de modération entre les demandes au travail et l'épuisement professionnel, alors que l'ouverture élevée et le caractère consciencieux élevé modèrent la relation entre la latitude décisionnelle et l'épuisement professionnel en Afrique du Sud. Nous avons aussi trouvé que les traits culturels jouent un rôle dans les deux pays, mais de façon unique et en fonction du groupe ethnique d'appartenance. Sachant que les organisations sont de plus en plus caractérisées par des employés d'origine ethnique variées, et que les conditions de travail se complexifient, nos résultats contribuent à mieux comprendre les dynamiques entre l'employé et l'environnement de travail contemporain. personnalité, différences individuelles, comparaisons culturelles, culture, stress au travail, épuisement professionnel, santé des employés.

Allergen-induced IgE-dependent gut inflammation in a human PBMC-engrafted murine model of allergy.

BACKGROUND: Humanized murine models comprise a new tool to analyze novel therapeutic strategies for allergic diseases of the intestine.¦OBJECTIVE: In this study we developed a human PBMC-engrafted murine model of allergen-driven gut inflammation and analyzed the underlying immunologic mechanisms.¦METHODS: Nonobese diabetic (NOD)-scid-γc(-/-) mice were injected intraperitoneally with human PBMCs from allergic donors together with the respective allergen or not. Three weeks later, mice were challenged with the allergen orally or rectally, and gut inflammation was monitored with a high-resolution video miniendoscopic system, as well as histologically.¦RESULTS: Using the aeroallergens birch or grass pollen as model allergens and, for some donors, also hazelnut allergen, we show that allergen-specific human IgE in murine sera and allergen-specific proliferation and cytokine production of human CD4(+) T cells recovered from spleens after 3 weeks could only be measured in mice treated with PBMCs plus allergen. Importantly, these mice had the highest endoscopic scores evaluating translucent structure, granularity, fibrin, vascularity, and stool after oral or rectal allergen challenge and a strong histologic inflammation of the colon. Analyzing the underlying mechanisms, we demonstrate that allergen-associated colitis was dependent on IgE, human IgE receptor-expressing effector cells, and the mediators histamine and platelet-activating factor.¦CONCLUSION: These results demonstrate that allergic gut inflammation can be induced in human PBMC-engrafted mice, allowing the investigation of pathophysiologic mechanisms of allergic diseases of the intestine and evaluation of therapeutic interventions.

New developments and applications in modelling occupational exposure to airborne contaminants

Résumé: L'évaluation de l'exposition aux nuisances professionnelles représente une étape importante dans l'analyse de poste de travail. Les mesures directes sont rarement utilisées sur les lieux même du travail et l'exposition est souvent estimée sur base de jugements d'experts. Il y a donc un besoin important de développer des outils simples et transparents, qui puissent aider les spécialistes en hygiène industrielle dans leur prise de décision quant aux niveaux d'exposition. L'objectif de cette recherche est de développer et d'améliorer les outils de modélisation destinés à prévoir l'exposition. Dans un premier temps, une enquête a été entreprise en Suisse parmi les hygiénistes du travail afin d'identifier les besoins (types des résultats, de modèles et de paramètres observables potentiels). Il a été constaté que les modèles d'exposition ne sont guère employés dans la pratique en Suisse, l'exposition étant principalement estimée sur la base de l'expérience de l'expert. De plus, l'émissions de polluants ainsi que leur dispersion autour de la source ont été considérés comme des paramètres fondamentaux. Pour tester la flexibilité et la précision des modèles d'exposition classiques, des expériences de modélisations ont été effectuées dans des situations concrètes. En particulier, des modèles prédictifs ont été utilisés pour évaluer l'exposition professionnelle au monoxyde de carbone et la comparer aux niveaux d'exposition répertoriés dans la littérature pour des situations similaires. De même, l'exposition aux sprays imperméabilisants a été appréciée dans le contexte d'une étude épidémiologique sur une cohorte suisse. Dans ce cas, certains expériences ont été entreprises pour caractériser le taux de d'émission des sprays imperméabilisants. Ensuite un modèle classique à deux-zone a été employé pour évaluer la dispersion d'aérosol dans le champ proche et lointain pendant l'activité de sprayage. D'autres expériences ont également été effectuées pour acquérir une meilleure compréhension des processus d'émission et de dispersion d'un traceur, en se concentrant sur la caractérisation de l'exposition du champ proche. Un design expérimental a été développé pour effectuer des mesures simultanées dans plusieurs points d'une cabine d'exposition, par des instruments à lecture directe. Il a été constaté que d'un point de vue statistique, la théorie basée sur les compartiments est sensée, bien que l'attribution à un compartiment donné ne pourrait pas se faire sur la base des simples considérations géométriques. Dans une étape suivante, des données expérimentales ont été collectées sur la base des observations faites dans environ 100 lieux de travail différents: des informations sur les déterminants observés ont été associées aux mesures d'exposition des informations sur les déterminants observés ont été associé. Ces différentes données ont été employées pour améliorer le modèle d'exposition à deux zones. Un outil a donc été développé pour inclure des déterminants spécifiques dans le choix du compartiment, renforçant ainsi la fiabilité des prévisions. Toutes ces investigations ont servi à améliorer notre compréhension des outils des modélisations ainsi que leurs limitations. L'intégration de déterminants mieux adaptés aux besoins des experts devrait les inciter à employer cet outil dans leur pratique. D'ailleurs, en augmentant la qualité des outils des modélisations, cette recherche permettra non seulement d'encourager leur utilisation systématique, mais elle pourra également améliorer l'évaluation de l'exposition basée sur les jugements d'experts et, par conséquent, la protection de la santé des travailleurs. Abstract Occupational exposure assessment is an important stage in the management of chemical exposures. Few direct measurements are carried out in workplaces, and exposures are often estimated based on expert judgements. There is therefore a major requirement for simple transparent tools to help occupational health specialists to define exposure levels. The aim of the present research is to develop and improve modelling tools in order to predict exposure levels. In a first step a survey was made among professionals to define their expectations about modelling tools (what types of results, models and potential observable parameters). It was found that models are rarely used in Switzerland and that exposures are mainly estimated from past experiences of the expert. Moreover chemical emissions and their dispersion near the source have also been considered as key parameters. Experimental and modelling studies were also performed in some specific cases in order to test the flexibility and drawbacks of existing tools. In particular, models were applied to assess professional exposure to CO for different situations and compared with the exposure levels found in the literature for similar situations. Further, exposure to waterproofing sprays was studied as part of an epidemiological study on a Swiss cohort. In this case, some laboratory investigation have been undertaken to characterize the waterproofing overspray emission rate. A classical two-zone model was used to assess the aerosol dispersion in the near and far field during spraying. Experiments were also carried out to better understand the processes of emission and dispersion for tracer compounds, focusing on the characterization of near field exposure. An experimental set-up has been developed to perform simultaneous measurements through direct reading instruments in several points. It was mainly found that from a statistical point of view, the compartmental theory makes sense but the attribution to a given compartment could ñó~be done by simple geometric consideration. In a further step the experimental data were completed by observations made in about 100 different workplaces, including exposure measurements and observation of predefined determinants. The various data obtained have been used to improve an existing twocompartment exposure model. A tool was developed to include specific determinants in the choice of the compartment, thus largely improving the reliability of the predictions. All these investigations helped improving our understanding of modelling tools and identify their limitations. The integration of more accessible determinants, which are in accordance with experts needs, may indeed enhance model application for field practice. Moreover, while increasing the quality of modelling tool, this research will not only encourage their systematic use, but might also improve the conditions in which the expert judgments take place, and therefore the workers `health protection.

Biometal muscle to restore atrial transport function in a permanent atrial fibrillation animal model: a potential tool in the treatment of end-stage heart failure.

BACKGROUND: Half of the patients with end-stage heart failure suffer from persistent atrial fibrillation (AF). Atrial kick (AK) accounts for 10-15% of the ejection fraction. A device restoring AK should significantly improve cardiac output (CO) and possibly delay ventricular assist device (VAD) implantation. This study has been designed to assess the mechanical effects of a motorless pump on the right chambers of the heart in an animal model. METHODS: Atripump is a dome-shaped biometal actuator electrically driven by a pacemaker-like control unit. In eight sheep, the device was sutured onto the right atrium (RA). AF was simulated with rapid atrial pacing. RA ejection fraction (EF) was assessed with intracardiac ultrasound (ICUS) in baseline, AF and assisted-AF status. In two animals, the pump was left in place for 4 weeks and then explanted. Histology examination was carried out. The mean values for single measurement per animal with +/-SD were analysed. RESULTS: The contraction rate of the device was 60 per min. RA EF was 41% in baseline, 7% in AF and 21% in assisted-AF conditions. CO was 7+/-0.5 l min(-1) in baseline, 6.2+/-0.5 l min(-1) in AF and 6.7+/-0.5 l min(-1) in assisted-AF status (p<0.01). Histology of the atrium in the chronic group showed chronic tissue inflammation and no sign of tissue necrosis. CONCLUSIONS: The artificial muscle restores the AK and improves CO. In patients with end-stage cardiac failure and permanent AF, if implanted on both sides, it would improve CO and possibly delay or even avoid complex surgical treatment such as VAD implantation.

Theoretical study of the electrostatically driven step of receptor-G protein recognition.

This study proposes a theoretical model describing the electrostatically driven step of the alpha 1 b-adrenergic receptor (AR)-G protein recognition. The comparative analysis of the structural-dynamics features of functionally different receptor forms, i.e., the wild type (ground state) and its constitutively active mutants D142A and A293E, was instrumental to gain insight on the receptor-G protein electrostatic and steric complementarity. Rigid body docking simulations between the different forms of the alpha 1 b-AR and the heterotrimeric G alpha q, G alpha s, G alpha i1, and G alpha t suggest that the cytosolic crevice shared by the active receptor and including the second and the third intracellular loops as well as the cytosolic extension of helices 5 and 6, represents the receptor surface with docking complementarity with the G protein. On the other hand, the G protein solvent-exposed portions that recognize the intracellular loops of the activated receptors are the N-terminal portion of alpha 3, alpha G, the alpha G/alpha 4 loop, alpha 4, the alpha 4/beta 6 loop, alpha 5, and the C-terminus. Docking simulations suggest that the two constitutively active mutants D142A and A293E recognize different G proteins with similar selectivity orders, i.e., G alpha q approximately equal to G alpha s > G alpha i > G alpha t. The theoretical models herein proposed might provide useful suggestions for new experiments aiming at exploring the receptor-G protein interface.

Omics meets hypothesis-driven research. Partnership for innovative discoveries in vascular biology and angiogenesis.

The emergence of omics technologies allowing the global analysis of a given biological or molecular system, rather than the study of its individual components, has revolutionized biomedical research, including cardiovascular medicine research in the past decade. These developments raised the prospect that classical, hypothesis-driven, single gene-based approaches may soon become obsolete. The experience accumulated so far, however, indicates that omic technologies only represent tools similar to those classically used by scientists in the past and nowadays, to make hypothesis and build models, with the main difference that they generate large amounts of unbiased information. Thus, omics and classical hypothesis-driven research are rather complementary approaches with the potential to effectively synergize to boost research in many fields, including cardiovascular medicine. In this article we discuss some general aspects of omics approaches, and review contributions in three areas of vascular biology, thrombosis and haemostasis, atherosclerosis and angiogenesis, in which omics approaches have already been applied (vasculomics).

Uncertainty Quantification Of A Semi-Supervised Support Vector Regression Reservoir Model

Uncertainty quantification of petroleum reservoir models is one of the present challenges, which is usually approached with a wide range of geostatistical tools linked with statistical optimisation or/and inference algorithms. Recent advances in machine learning offer a novel approach to model spatial distribution of petrophysical properties in complex reservoirs alternative to geostatistics. The approach is based of semisupervised learning, which handles both ?labelled? observed data and ?unlabelled? data, which have no measured value but describe prior knowledge and other relevant data in forms of manifolds in the input space where the modelled property is continuous. Proposed semi-supervised Support Vector Regression (SVR) model has demonstrated its capability to represent realistic geological features and describe stochastic variability and non-uniqueness of spatial properties. On the other hand, it is able to capture and preserve key spatial dependencies such as connectivity of high permeability geo-bodies, which is often difficult in contemporary petroleum reservoir studies. Semi-supervised SVR as a data driven algorithm is designed to integrate various kind of conditioning information and learn dependences from it. The semi-supervised SVR model is able to balance signal/noise levels and control the prior belief in available data. In this work, stochastic semi-supervised SVR geomodel is integrated into Bayesian framework to quantify uncertainty of reservoir production with multiple models fitted to past dynamic observations (production history). Multiple history matched models are obtained using stochastic sampling and/or MCMC-based inference algorithms, which evaluate posterior probability distribution. Uncertainty of the model is described by posterior probability of the model parameters that represent key geological properties: spatial correlation size, continuity strength, smoothness/variability of spatial property distribution. The developed approach is illustrated with a fluvial reservoir case. The resulting probabilistic production forecasts are described by uncertainty envelopes. The paper compares the performance of the models with different combinations of unknown parameters and discusses sensitivity issues.

The role of Toll-like Receptor (TLR) 9 in the development of a T-helper (Th)1/Th2 response in the murine model of infection with " Leishmania major "

1.1 SUMMARY The role of the non-specific innate immune system is as important as the elaboration of the adaptive immune system in the initiation of an immune response to pathogens. The role of the Toll-like receptors (TLRs) in the innate immune response to virus and bacterial pathogens is widely recognised, however, little is known about the role of TLRs in host defence against eukaryotic pathogens. Immunologic investigations on the marine model of infection with Leishmania major (L. major) have correlated the outcome of the disease with expansion of different subsets of CD4+ cells, designated Th1 and Th2. The resistance of C57BL/6, CBA and C3H/He mice is linked with an IL-12 driven Th1 response. In BALB/c mice the susceptibility correlates with an IL-4 driven Th2 response. The initial event promoting the development of a Th1 or Th2 response still remains elusive. Recently, the contribution of the TLR signalling pathway in the innate and acquired immune response to infection with the intracellular protozoan parasite L. major has been demonstrated. Thus, the purpose of this study is to determine whether TLRs may play a role in influencing the outcome of the infection by directing the development of a Th1 or a Th2 response during infection with L, major parasites, in resistant C57BL/6 and susceptible BALB/c mice, respectively. We demonstrated that MyD88, the major TLR adaptor molecule is necessary for C57BL/6 to develop a resistant Th1 response following L. major infection. Our data show the essential role of MyD88 in the establishment of a protective Th1 response. We subsequently aimed to determine which TLRs may be involved in the protective response. Since TLR2 and TLR4 have shown to have a potential role for Leishmania recognition, we analysed the course of infection in TLR2 and TLR4 deficient mice on a C57BL/6 resistant background following L. major infection. Our results clearly demonstrate that TLR2 or TLR4 aze dispensable to control the outcome of the disease as the TLR2 and TLR4 knockout mice developed a protective Th1 response. With the aim of determining a potential TLR candidate important in the initiation of the Thl response, we assessed the mRNA expression of different TLRs (TLR1 to TLR9) using quantitative real-time RT-PCR at different time points during the first week of infection. The results clearly showed an upregulation of TLR7 and TLR9 mRNA expression during the early phase of infection in resistant C57BL/6 mice but not in susceptible BALB/c mice. To provide in vivo evidence for the role for, these TLRs in the outcome of cutaneous leishmaniasis, studies using TLR7 and TLR9 deficient mice on a resistant C57BL/6 background were performed. The TLR7 deficient mice developed a resistance phenotype that was comparable with C57BL/6 wild type mice. Thus, the presence of TLR7 is not indispensable for the development of a Th1 response and resistance to infection. On the contrary, TLR9 deficient mice on the C57BL/6 resistant background showed high variability in the outcome of the disease. Although some mice behave as resistant C57BL/6 mice, half of them developed high lesion following infection and showed a decrease in IFN-γ production and an increase in IL-4 as compared to wild type mice. These results suggest that TLR9 may be involved in the control of infection. To test the hypothesis that regulatory T cells (Treg) are playing a role in the high variability in the disease outcome in TLR9 deficient mice, depletion of CD4+CD25+ T cells with a specific antibody three days before infection with L. major were performed Interestingly, these treated mice developed large lesions, low IL-4 and decreased IFN-γ producion when compared to untreated mice. A better understanding of the mechanism by which Treg cells influence the outcome of the disease in TLR9 deficient mice following L. major infection is currently under investigation. Altogether, this study demonstrates the importance of TLR9 in the induction of a protective T'h1 response, a process that is involved in the resolution of the lesion induced by L. major infection. 1.2 RÉSUMÉ Le rôle de la réponse immunitaire innée a longtemps été négligé quant à l'impact qu'elle pourrait avoir dans l'initiation d'une réponse immune adaptative efficace dirigée contre un pathogène. Si l'importance des récepteurs Toll-like (TLR) du système inné dans la reconnaissance des virus et bactéries a été démontrée, son rôle dans la défense contre les pathogènes eucaryotes reste encore très élusif. Récemment, il a été montré que les voies de signalisation provenant de l'activation des TLRs pouvaient initier la réponse immunitaire innée et adaptative après une infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major). Dans un modèle marin d'infection avec L. major alors que la plupart des souches de souris telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1) induite par IL-12, peu de souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse Th2 induite par IL-4. La différentiation Th1/Th2 est un événement qui prend place de manière définitive lors de la première semaine après infection. Les événements précoces promouvant le développement d'une réponse Th1 ou Th2 n'étant pas connus, l'objectif de ce travail a été de démontrer un rôle des TLRs dans l'initiation d'une réponse immune innée et adaptative suite à l'infection par L. major. Nous avons démontré que MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, est nécessaire pour que les souris résistantes C57BL/6 développent une réponse Th1 protectrice. L'importance du rôle de TLR2 et TLR4 dans la reconnaissance du parasite Leishmania ayant été démontrée, nous avons privilégié l'analyse de la réponse immunitaire suite à une infection in vivo de souris déficiente en TLR2 ou TLR4 sur un fond génétique résistant. Les résultats obtenus montrent que la présence de ces récepteurs n'est pas indispensable pour le contrôle de l'infection et la polarisation d'une réponse Th1 caractéristique de la résistance à L. major. Cependant d'autres TLRs peuvent aussi activer la voie de signalisation MyD88 dépendante. L'expression de l'ARNm des différents TLRs dans les ganglions drainant de souris sensibles et résistantes pendant la première semaine d'infection a été déterminée par PCR quantitative en temps réel. Les résultats obtenus montrent que l'ARNm de TLR7 et TLR9 était régulé positivement suite à l'infection par L. major chez les souris résistantes C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était détectable chez les souris sensibles BALB/c. Le rôle des récepteurs TLR7 et TLR9 a donc été évalué par l'infection par L. major des souris déficientes en TLR7 et TLR9 sur fond génétique C57BL/6. Nos résultats ont clairement démontré que les souris déficientes en TLR7 montrent une réponse immunitaire identique à celle des souris résistantes C57BL/6, signifiant que TLR7 n'est pas indispensable au développement d'une Th1 ainsi qu'au contrôle de la parasitémie. Paz contre, les souris déficientes en TLR9 sur un fond génétique résistant ont montré une grande variabilité dans la réponse à l'infection. En effet, la moitié des souris deviennent sensibles à l'infection, ceci étant associé à une diminution dans la production d'IFN-γ et à une augmentation de la production d'IL-4. Ces résultats suggèrent que TLR9 est impliqué dans le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Cependant les résultats avec les souris déficientes en TLR9 montrant une grande hétérogénéité et une balance Th1/Th2 instable, nous avons émis l'hypothèse que les cellules T régulatrices pouvaient être impliquées dans ce phénomène. Nous avons effectivement constaté qu'après déplétion des cellules CD4+CD25+, les souris déficientes en TLR9 développent des lésions aussi grandes que les souris BALB/c après infection par L. major. Cependant le nombre de parasites reste le même que chez les souris C57BL/6. De plus la production d'IL-4 ainsi que celle d'IFN-γ reste extrêment bas. Les mécanismes régulateurs impliqués dans ce processus sont en cours d'analyse. Ce travail met en évidence l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. 1.3 RESUME POUR UN LARGE PUBLIC La leishmaniose est une maladie parasitaire répandue dans le monde entier et touchant plus de 88 pays. L'incidence mondiale de la leishmaniose cutanée et de 1 à 1,5 million de nouveaux cas par année. Plus de 12 millions de personnes sont affectées par la maladie et 350 millions de personnes sont une population à risque. Un modèle marin d'infection avec Leishmania major (L. major) a été établi qui reproduit plusieurs tableaux cliniques observés dans le cas de la leishmaniose cutanée chez l'homme. L'analyse de la réponse immunitaire dans les souris infectées par L. major a permis de distinguer deux groupes : les souris de la plupart des souches telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1), alors que quelques souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse de type Th2. La réponse immune adaptative dans le modèle d'infection avec L. major à été largement étudiée. Cependant, les événements précoces déterminants pour le développement d'une réponse Th1 ou Th2 restent encore très flous. Récemment, plusieurs publications ont montré que les récepteurs Toll-like (TLR) peuvent contribuer à l'initiation de la réponse immunitaire lors d'une infection avec le parasite intracellulaire L. major. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié le rôle de MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, dans la réponse immune suite à une infection avec L. major. En l'absence de MyD88, les souris normalement résistantes à l'infection avec L. major deviennent sensibles et développent des lésions importantes. Ces souris ne sont plus capables de développer une réponse Thl, normalement caractéristique de leur phénotype résistant. Nous avons ensuite tenté de comprendre quels TLRs, plus précisément, pouvait être impliqué dans ce processus. Malgré quelques évidences démontrant que TLR2 et TLR4 pouvaient avoir un rôle important dans l'initiation d'une réponse immunitaire adaptative à Leishmania, nous avons montré que, in vivo après infection avec L. major, la déficience d'un de ces récepteurs n'était pas suffisante à faire basculer la réponse immunitaire. Les souris C57BL/6 déficient en TLR2 ou TLR4 peuvent parfaitement contrôler l'évolution de la maladie. De plus, ces souris, malgré l'absence de TLR2 ou TLR4, sont capables de monter une parfaite réponse Thl. Etant donné que TLR2 et TLR4 n'étaient pas essentiels pour la résistance à la maladie, nous avons analysé les TLRs, parmi les 12 décrits qui pouvaient être indispensables au développement d'une réponse de type Th1 associée à la résistance à l'infection par Leishmania. Nos expériences ont montré que l'expression de l'ARN messager (ARNm) de TLR7 et TLR9 était modulée suite à l'infection par L. major chez la souris résistante C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était visible chez les souris sensible BALB/c. Pensant que ces TLRs pourraient jouer un rôle dans la réponse immunitaire au parasite, nous avons étudié l'évolution de l'infection dans les souris déficientes en TLR7 et TLR9. Nos résultats ont clairement démontré que TLR7 n'était pas indispensable à la résistance au parasite alors que l'absence de TLR9 avait des conséquences radicales sur le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Ce travail révèle ainsi l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. Il est a noté que nos résultats sont en accord avec le fait que les motifs CpG, qui sont des immunostimulateurs interagissant avec le TLR9, ont une activité adjuvante importante dans la préparation de vaccins contre la leishmaniose. Une meilleure compréhension des mécanismes immunologiques impliquant le TLR9 dans la reconnaissance du parasite est alors indispensable pour le développement de vaccins thérapeutiques efficaces.

T-Cell Receptors Binding Orientation over Peptide/MHC Class I Is Driven by Long-Range Interactions.

Crystallographic data about T-Cell Receptor - peptide - major histocompatibility complex class I (TCRpMHC) interaction have revealed extremely diverse TCR binding modes triggering antigen recognition. Understanding the molecular basis that governs TCR orientation over pMHC is still a considerable challenge. We present a simplified rigid approach applied on all non-redundant TCRpMHC crystal structures available. The CHARMM force field in combination with the FACTS implicit solvation model is used to study the role of long-distance interactions between the TCR and pMHC. We demonstrate that the sum of the coulomb interactions and the electrostatic solvation energies is sufficient to identify two orientations corresponding to energetic minima at 0° and 180° from the native orientation. Interestingly, these results are shown to be robust upon small structural variations of the TCR such as changes induced by Molecular Dynamics simulations, suggesting that shape complementarity is not required to obtain a reliable signal. Accurate energy minima are also identified by confronting unbound TCR crystal structures to pMHC. Furthermore, we decompose the electrostatic energy into residue contributions to estimate their role in the overall orientation. Results show that most of the driving force leading to the formation of the complex is defined by CDR1,2/MHC interactions. This long-distance contribution appears to be independent from the binding process itself, since it is reliably identified without considering neither short-range energy terms nor CDR induced fit upon binding. Ultimately, we present an attempt to predict the TCR/pMHC binding mode for a TCR structure obtained by homology modeling. The simplicity of the approach and the absence of any fitted parameters make it also easily applicable to other types of macromolecular protein complexes.

Changing landscapes of Switzerland: assessing effects of historic and future land uses and land covers on the occurrence of selected butterfly species

Summary Landscapes are continuously changing. Natural forces of change such as heavy rainfall and fires can exert lasting influences on their physical form. However, changes related to human activities have often shaped landscapes more distinctly. In Western Europe, especially modern agricultural practices and the expanse of overbuilt land have left their marks in the landscapes since the middle of the 20th century. In the recent years men realised that mare and more changes that were formerly attributed to natural forces might indirectly be the result of their own action. Perhaps the most striking landscape change indirectly driven by human activity we can witness in these days is the large withdrawal of Alpine glaciers. Together with the landscapes also habitats of animal and plant species have undergone vast and sometimes rapid changes that have been hold responsible for the ongoing loss of biodiversity. Thereby, still little knowledge is available about probable effects of the rate of landscape change on species persistence and disappearance. Therefore, the development and speed of land use/land cover in the Swiss communes between the 1950s and 1990s were reconstructed using 10 parameters from agriculture and housing censuses, and were further correlated with changes in butterfly species occurrences. Cluster analyses were used to detect spatial patterns of change on broad spatial scales. Thereby, clusters of communes showing similar changes or transformation rates were identified for single decades and put into a temporally dynamic sequence. The obtained picture on the changes showed a prevalent replacement of non-intensive agriculture by intensive practices, a strong spreading of urban communes around city centres, and transitions towards larger farm sizes in the mountainous areas. Increasing transformation rates toward more intensive agricultural managements were especially found until the 1970s, whereas afterwards the trends were commonly negative. However, transformation rates representing the development of residential buildings showed positive courses at any time. The analyses concerning the butterfly species showed that grassland species reacted sensitively to the density of livestock in the communes. This might indicate the augmented use of dry grasslands as cattle pastures that show altered plant species compositions. Furthermore, these species also decreased in communes where farms with an agricultural area >5ha have disappeared. The species of the wetland habitats were favoured in communes with smaller fractions of agricultural areas and lower densities of large farms (>10ha) but did not show any correlation to transformation rates. It was concluded from these analyses that transformation rates might influence species disappearance to a certain extent but that states of the environmental predictors might generally outweigh the importance of the corresponding rates. Information on the current distribution of species is evident for nature conservation. Planning authorities that define priority areas for species protection or examine and authorise construction projects need to know about the spatial distribution of species. Hence, models that simulate the potential spatial distribution of species have become important decision tools. The underlying statistical analyses such as the widely used generalised linear models (GLM) often rely on binary species presence-absence data. However, often only species presence data have been colleted, especially for vagrant, rare or cryptic species such as butterflies or reptiles. Modellers have thus introduced randomly selected absence data to design distribution models. Yet, selecting false absence data might bias the model results. Therefore, we investigated several strategies to select more reliable absence data to model the distribution of butterfly species based on historical distribution data. The results showed that better models were obtained when historical data from longer time periods were considered. Furthermore, model performance was additionally increased when long-term data of species that show similar habitat requirements as the modelled species were used. This successful methodological approach was further applied to assess consequences of future landscape changes on the occurrence of butterfly species inhabiting dry grasslands or wetlands. These habitat types have been subjected to strong deterioration in the recent decades, what makes their protection a future mission. Four spatially explicit scenarios that described (i) ongoing land use changes as observed between 1985 and 1997, (ii) liberalised agricultural markets, and (iii) slightly and (iv) strongly lowered agricultural production provided probable directions of landscape change. Current species-environment relationships were derived from a statistical model and used to predict future occurrence probabilities in six major biogeographical regions in Switzerland, comprising the Jura Mountains, the Plateau, the Northern and Southern Alps, as well as the Western and Eastern Central Alps. The main results were that dry grasslands species profited from lowered agricultural production, whereas overgrowth of open areas in the liberalisation scenario might impair species occurrence. The wetland species mostly responded with decreases in their occurrence probabilities in the scenarios, due to a loss of their preferred habitat. Further analyses about factors currently influencing species occurrences confirmed anthropogenic causes such as urbanisation, abandonment of open land, and agricultural intensification. Hence, landscape planning should pay more attention to these forces in areas currently inhabited by these butterfly species to enable sustainable species persistence. In this thesis historical data were intensively used to reconstruct past developments and to make them useful for current investigations. Yet, the availability of historical data and the analyses on broader spatial scales has often limited the explanatory power of the conducted analyses. Meaningful descriptors of former habitat characteristics and abundant species distribution data are generally sparse, especially for fine scale analyses. However, this situation can be ameliorated by broadening the extent of the study site and the used grain size, as was done in this thesis by considering the whole of Switzerland with its communes. Nevertheless, current monitoring projects and data recording techniques are promising data sources that might allow more detailed analyses about effects of long-term species reactions on landscape changes in the near future. This work, however, also showed the value of historical species distribution data as for example their potential to locate still unknown species occurrences. The results might therefore contribute to further research activities that investigate current and future species distributions considering the immense richness of historical distribution data. Résumé Les paysages changent continuellement. Des farces naturelles comme des pluies violentes ou des feux peuvent avoir une influence durable sur la forme du paysage. Cependant, les changements attribués aux activités humaines ont souvent modelé les paysages plus profondément. Depuis les années 1950 surtout, les pratiques agricoles modernes ou l'expansion des surfaces d'habitat et d'infrastructure ont caractérisé le développement du paysage en Europe de l'Ouest. Ces dernières années, l'homme a commencé à réaliser que beaucoup de changements «naturels » pourraient indirectement résulter de ses propres activités. Le changement de paysage le plus apparent dont nous sommes témoins de nos jours est probablement l'immense retraite des glaciers alpins. Avec les paysages, les habitats des animaux et des plantes ont aussi été exposés à des changements vastes et quelquefois rapides, tenus pour coresponsable de la continuelle diminution de la biodiversité. Cependant, nous savons peu des effets probables de la rapidité des changements du paysage sur la persistance et la disparition des espèces. Le développement et la rapidité du changement de l'utilisation et de la couverture du sol dans les communes suisses entre les années 50 et 90 ont donc été reconstruits au moyen de 10 variables issues des recensements agricoles et résidentiels et ont été corrélés avec des changements de présence des papillons diurnes. Des analyses de groupes (Cluster analyses) ont été utilisées pour détecter des arrangements spatiaux de changements à l'échelle de la Suisse. Des communes avec des changements ou rapidités comparables ont été délimitées pour des décennies séparées et ont été placées en séquence temporelle, en rendrent une certaine dynamique du changement. Les résultats ont montré un remplacement répandu d'une agriculture extensive des pratiques intensives, une forte expansion des faubourgs urbains autour des grandes cités et des transitions vers de plus grandes surfaces d'exploitation dans les Alpes. Dans le cas des exploitations agricoles, des taux de changement croissants ont été observés jusqu'aux années 70, alors que la tendance a généralement été inversée dans les années suivantes. Par contre, la vitesse de construction des nouvelles maisons a montré des courbes positives pendant les 50 années. Les analyses sur la réaction des papillons diurnes ont montré que les espèces des prairies sèches supportaient une grande densité de bétail. Il est possible que dans ces communes beaucoup des prairies sèches aient été fertilisées et utilisées comme pâturages, qui ont une autre composition floristique. De plus, les espèces ont diminué dans les communes caractérisées par une rapide perte des fermes avec une surface cultivable supérieure à 5 ha. Les espèces des marais ont été favorisées dans des communes avec peu de surface cultivable et peu de grandes fermes, mais n'ont pas réagi aux taux de changement. Il en a donc été conclu que la rapidité des changements pourrait expliquer les disparitions d'espèces dans certains cas, mais que les variables prédictives qui expriment des états pourraient être des descripteurs plus importants. Des informations sur la distribution récente des espèces sont importantes par rapport aux mesures pour la conservation de la nature. Pour des autorités occupées à définir des zones de protection prioritaires ou à autoriser des projets de construction, ces informations sont indispensables. Les modèles de distribution spatiale d'espèces sont donc devenus des moyens de décision importants. Les méthodes statistiques courantes comme les modèles linéaires généralisés (GLM) demandent des données de présence et d'absence des espèces. Cependant, souvent seules les données de présence sont disponibles, surtout pour les animaux migrants, rares ou cryptiques comme des papillons ou des reptiles. C'est pourquoi certains modélisateurs ont choisi des absences au hasard, avec le risque d'influencer le résultat en choisissant des fausses absences. Nous avons établi plusieurs stratégies, basées sur des données de distribution historique des papillons diurnes, pour sélectionner des absences plus fiables. Les résultats ont démontré que de meilleurs modèles pouvaient être obtenus lorsque les données proviennent des périodes de temps plus longues. En plus, la performance des modèles a pu être augmentée en considérant des données de distribution à long terme d'espèces qui occupent des habitats similaires à ceux de l'espèce cible. Vu le succès de cette stratégie, elle a été utilisée pour évaluer les effets potentiels des changements de paysage futurs sur la distribution des papillons des prairies sèches et marais, deux habitats qui ont souffert de graves détériorations. Quatre scénarios spatialement explicites, décrivant (i) l'extrapolation des changements de l'utilisation de sol tels qu'observés entre 1985 et 1997, (ii) la libéralisation des marchés agricoles, et une production agricole (iii) légèrement amoindrie et (iv) fortement diminuée, ont été utilisés pour générer des directions de changement probables. Les relations actuelles entre la distribution des espèces et l'environnement ont été déterminées par le biais des modèles statistiques et ont été utilisées pour calculer des probabilités de présence selon les scénarios dans six régions biogéographiques majeures de la Suisse, comportant le Jura, le Plateau, les Alpes du Nord, du Sud, centrales orientales et centrales occidentales. Les résultats principaux ont montré que les espèces des prairies sèches pourraient profiter d'une diminution de la production agricole, mais qu'elles pourraient aussi disparaître à cause de l'embroussaillement des terres ouvertes dû à la libéralisation des marchés agricoles. La probabilité de présence des espèces de marais a décrû à cause d'une perte générale des habitats favorables. De plus, les analyses ont confirmé que des causes humaines comme l'urbanisation, l'abandon des terres ouvertes et l'intensification de l'agriculture affectent actuellement ces espèces. Ainsi ces forces devraient être mieux prises en compte lors de planifications paysagères, pour que ces papillons diurnes puissent survivre dans leurs habitats actuels. Dans ce travail de thèse, des données historiques ont été intensivement utilisées pour reconstruire des développements anciens et pour les rendre utiles à des recherches contemporaines. Cependant, la disponibilité des données historiques et les analyses à grande échelle ont souvent limité le pouvoir explicatif des analyses. Des descripteurs pertinents pour caractériser les habitats anciens et des données suffisantes sur la distribution des espèces sont généralement rares, spécialement pour des analyses à des échelles fores. Cette situation peut être améliorée en augmentant l'étendue du site d'étude et la résolution, comme il a été fait dans cette thèse en considérant toute la Suisse avec ses communes. Cependant, les récents projets de surveillance et les techniques de collecte de données sont des sources prometteuses, qui pourraient permettre des analyses plus détaillés sur les réactions à long terme des espèces aux changements de paysage dans le futur. Ce travail a aussi montré la valeur des anciennes données de distribution, par exemple leur potentiel pour aider à localiser des' présences d'espèces encore inconnues. Les résultats peuvent contribuer à des activités de recherche à venir, qui étudieraient les distributions récentes ou futures d'espèces en considérant l'immense richesse des données de distribution historiques.

Analyses of six homologous proteins of Protochlamydia amoebophila UWE25 encoded by large GC-rich genes (lgr): a model of evolution and concatenation of leucine-rich repeats.

BACKGROUND: Along the chromosome of the obligate intracellular bacteria Protochlamydia amoebophila UWE25, we recently described a genomic island Pam100G. It contains a tra unit likely involved in conjugative DNA transfer and lgrE, a 5.6-kb gene similar to five others of P. amoebophila: lgrA to lgrD, lgrF. We describe here the structure, regulation and evolution of these proteins termed LGRs since encoded by "Large G+C-Rich" genes. RESULTS: No homologs to the whole protein sequence of LGRs were found in other organisms. Phylogenetic analyses suggest that serial duplications producing the six LGRs occurred relatively recently and nucleotide usage analyses show that lgrB, lgrE and lgrF were relocated on the chromosome. The C-terminal part of LGRs is homologous to Leucine-Rich Repeats domains (LRRs). Defined by a cumulative alignment score, the 5 to 18 concatenated octacosapeptidic (28-meric) LRRs of LGRs present all a predicted alpha-helix conformation. Their closest homologs are the 28-residue RI-like LRRs of mammalian NODs and the 24-meres of some Ralstonia and Legionella proteins. Interestingly, lgrE, which is present on Pam100G like the tra operon, exhibits Pfam domains related to DNA metabolism. CONCLUSION: Comparison of the LRRs, enable us to propose a parsimonious evolutionary scenario of these domains driven by adjacent concatenations of LRRs. Our model established on bacterial LRRs can be challenged in eucaryotic proteins carrying less conserved LRRs, such as NOD proteins and Toll-like receptors.

Broad-scale adaptive genetic variation in alpine plants is driven by temperature and precipitation.

Identifying adaptive genetic variation is a challenging task, in particular in non-model species for which genomic information is still limited or absent. Here, we studied distribution patterns of amplified fragment length polymorphisms (AFLPs) in response to environmental variation, in 13 alpine plant species consistently sampled across the entire European Alps. Multiple linear regressions were performed between AFLP allele frequencies per site as dependent variables and two categories of independent variables, namely Moran's eigenvector map MEM variables (to account for spatial and unaccounted environmental variation, and historical demographic processes) and environmental variables. These associations allowed the identification of 153 loci of ecological relevance. Univariate regressions between allele frequency and each environmental factor further showed that loci of ecological relevance were mainly correlated with MEM variables. We found that precipitation and temperature were the best environmental predictors, whereas topographic factors were rarely involved in environmental associations. Climatic factors, subject to rapid variation as a result of the current global warming, are known to strongly influence the fate of alpine plants. Our study shows, for the first time for a large number of species, that the same environmental variables are drivers of plant adaptation at the scale of a whole biome, here the European Alps.