Organizational Design of R&D Activities

This paper addresses the question of whether R&D should be carried out by an independent research unit or be produced in-house by the firm marketing the innovation. We define two organizational structures. In an integrated structure, the firm that markets the innovation also carries out and finances research leading to the innovation. In an independent structure, the firm that markets the innovation buys it from an independent research unit which is financed externally. We compare the two structures under the assumption that the research unit has some private information about the real cost of developing the new product. When development costs are negatively correlated with revenues from the innovation, the integrated structure dominates. The independent structure dominates in the opposite case.

Géométrie nodale et valeurs propres de l’opérateur de Laplace et du p-laplacien

La présente thèse porte sur différentes questions émanant de la géométrie spectrale. Ce domaine des mathématiques fondamentales a pour objet d'établir des liens entre la géométrie et le spectre d'une variété riemannienne. Le spectre d'une variété compacte fermée M munie d'une métrique riemannienne $g$ associée à l'opérateur de Laplace-Beltrami est une suite de nombres non négatifs croissante qui tend vers l’infini. La racine carrée de ces derniers représente une fréquence de vibration de la variété. Cette thèse présente quatre articles touchant divers aspects de la géométrie spectrale. Le premier article, présenté au Chapitre 1 et intitulé « Superlevel sets and nodal extrema of Laplace eigenfunctions », porte sur la géométrie nodale d'opérateurs elliptiques. L’objectif de mes travaux a été de généraliser un résultat de L. Polterovich et de M. Sodin qui établit une borne sur la distribution des extrema nodaux sur une surface riemannienne pour une assez vaste classe de fonctions, incluant, entre autres, les fonctions propres associées à l'opérateur de Laplace-Beltrami. La preuve fournie par ces auteurs n'étant valable que pour les surfaces riemanniennes, je prouve dans ce chapitre une approche indépendante pour les fonctions propres de l’opérateur de Laplace-Beltrami dans le cas des variétés riemanniennes de dimension arbitraire. Les deuxième et troisième articles traitent d'un autre opérateur elliptique, le p-laplacien. Sa particularité réside dans le fait qu'il est non linéaire. Au Chapitre 2, l'article « Principal frequency of the p-laplacian and the inradius of Euclidean domains » se penche sur l'étude de bornes inférieures sur la première valeur propre du problème de Dirichlet du p-laplacien en termes du rayon inscrit d’un domaine euclidien. Plus particulièrement, je prouve que, si p est supérieur à la dimension du domaine, il est possible d'établir une borne inférieure sans aucune hypothèse sur la topologie de ce dernier. L'étude de telles bornes a fait l'objet de nombreux articles par des chercheurs connus, tels que W. K. Haymann, E. Lieb, R. Banuelos et T. Carroll, principalement pour le cas de l'opérateur de Laplace. L'adaptation de ce type de bornes au cas du p-laplacien est abordée dans mon troisième article, « Bounds on the Principal Frequency of the p-Laplacian », présenté au Chapitre 3 de cet ouvrage. Mon quatrième article, « Wolf-Keller theorem for Neumann Eigenvalues », est le fruit d'une collaboration avec Guillaume Roy-Fortin. Le thème central de ce travail gravite autour de l'optimisation de formes dans le contexte du problème aux valeurs limites de Neumann. Le résultat principal de cet article est que les valeurs propres de Neumann ne sont pas toujours maximisées par l'union disjointe de disques arbitraires pour les domaines planaires d'aire fixée. Le tout est présenté au Chapitre 4 de cette thèse.

Vertical R&D Sprillovers, Cooperation, Market Structure, and Innovation.

This paper studies vertical R&D spillovers between upstream and downstream firms. The model incorporates two vertically related industries, with horizontal spillovers within each industry and vertical spillovers between the two industries. Four types of R&D cooperation are studied : no cooperation, horizontal cooperation, vertical cooperation, and simultaneous horizontal and vertical cooperation. Vertical spillovers always increase R&D and welfare, while horizontal spillovers may increase or decrease them. The comparison of cooperative settings in terms of R&D shows that no setting uniformly dominates the others. Which type of cooperation yields more R&D depends on horizontal and vertical spillovers, and market structure. The ranking of cooperative structures hinges on the signs and magnitudes of three competitive externalities (vertical, horizontal, and diagonal) which capture the effect of the R&D of a firm on the profits of other firms. One of the basic results of the strategic investment literature is that cooperation between competitors increases (decreases) R&D when horizontal spillovers are high (low); the model shows that this result does not necessarily hold when vertical spillovers and vertical cooperation are taken into account. The paper proposes a theory of innovation and market structure, showing that the relation between innovation and competition depends on horizontal spillovers, vertical spillovers, and cooperative settings. The private incentives for R&D cooperation are addressed. It is found that buyers and sellers have divergent interests regarding the choice of cooperative settings and that spillovers increase the likelihood of the emergence of cooperation in a decentralized equilibrium.

The Progressivity of Equalization Payments in Federations

We investigate the conditions under which an inequality averse and additively separable welfarist constitution maker would always choose to set up a progressive equalization payments scheme in a federation with local public goods. A progressive equalization payments scheme is defined as a list of per capita net (possibly negative) subsidies - one such net subsidy for every jurisdiction - that are decreasing with respect to jurisdictions per capita wealth. We examine these questions in a setting in which the case for progressivity is a priori the strongest, namely, all citizens have the same utility function for the private and the public goods, inhabitants of a given jurisdiction are all identical, and they are not able to move across jurisdictions. We show that the constitution maker favors a progressive equalization payments scheme for all distributions of wealth and all population sizes if and only if its objective function is additively separable between each jurisdiction’s per capita wealth and number of inhabitants. When interpreted as a mean of order r social welfare function, this condition is shown to be equivalent to additive separability of the individual’s indirect utility function with respect to wealth and the price of the public good. Some implications of this restriction to the case where the individual’s direct utility function is additively separable are also derived.

Les R-loops et leurs conséquences sur l'expression génique chez Escherichia coli.

Des variations importantes du surenroulement de l’ADN peuvent être générées durant la phase d’élongation de la transcription selon le modèle du « twin supercoiled domain ». Selon ce modèle, le déplacement du complexe de transcription génère du surenroulement positif à l’avant, et du surenroulement négatif à l’arrière de l’ARN polymérase. Le rôle essentiel de la topoisomérase I chez Escherichia coli est de prévenir l’accumulation de ce surenroulement négatif générée durant la transcription. En absence de topoisomérase I, l’accumulation de ce surenroulement négatif favorise la formation de R-loops qui ont pour conséquence d’inhiber la croissance bactérienne. Les R-loops sont des hybrides ARN-ADN qui se forment entre l’ARN nouvellement synthétisé et le simple brin d’ADN complémentaire. Dans les cellules déficientes en topoisomérase I, des mutations compensatoires s’accumulent dans les gènes qui codent pour la gyrase, réduisant le niveau de surenroulement négatif du chromosome et favorisant la croissance. Une des ces mutations est une gyrase thermosensible qui s’exprime à 37 °C. La RNase HI, une enzyme qui dégrade la partie ARN d’un R-loop, peut aussi restaurer la croissance en absence de topoisomérase I lorsqu’elle est produite en très grande quantité par rapport à sa concentration physiologique. En présence de topoisomérase I, des R-loops peuvent aussi se former lorsque la RNase HI est inactive. Dans ces souches mutantes, les R-loops induisent la réponse SOS et la réplication constitutive de l’ADN (cSDR). Dans notre étude, nous montrons comment les R-loops formés en absence de topoisomérase I ou RNase HI peuvent affecter négativement la croissance des cellules. Lorsque la topoisomérase I est inactivée, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif conduit à la formation de nombreux R-loops, ce qui déclenche la dégradation de l’ARN synthétisé. Issus de la dégradation de l’ARNm de pleine longueur, des ARNm incomplets et traductibles s’accumulent et causent l’inhibition de la synthèse protéique et de la croissance. Le processus par lequel l’ARN est dégradé n’est pas encore complètement élucidé, mais nos résultats soutiennent fortement que la RNase HI présente en concentration physiologique est responsable de ce phénotype. Chose importante, la RNase E qui est l’endoribonuclease majeure de la cellule n’est pas impliquée dans ce processus, et la dégradation de l’ARN survient avant son action. Nous montrons aussi qu’une corrélation parfaite existe entre la concentration de RNase HI, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif et l’inhibition de la croissance bactérienne. Lorsque la RNase HI est en excès, l’accumulation de surenroulement négatif est inhibée et la croissance n’est pas affectée. L’inverse se produit Lorsque la RNase HI est en concentration physiologique. En limitant l’accumulation d’hypersurenroulement négatif, la surproduction de la RNase HI prévient alors la dégradation de l’ARN et permet la croissance. Quand la RNase HI est inactivée en présence de topoisomérase I, les R-loops réduisent le niveau d’expression de nombreux gènes, incluant des gènes de résistance aux stress comme rpoH et grpE. Cette inhibition de l’expression génique n’est pas accompagnée de la dégradation de l’ARN contrairement à ce qui se produit en absence de topoisomérase I. Dans le mutant déficient en RNase HI, la diminution de l’expression génique réduit la concentration cellulaire de différentes protéines, ce qui altère négativement le taux de croissance et affecte dramatiquement la survie des cellules exposées aux stress de hautes températures et oxydatifs. Une inactivation de RecA, le facteur essentiel qui déclenche la réponse SOS et le cSDR, ne restaure pas l’expression génique. Ceci démontre que la réponse SOS et le cSDR ne sont pas impliqués dans l’inhibition de l’expression génique en absence de RNase HI. La croissance bactérienne qui est inhibée en absence de topoisomérase I, reprend lorsque l’excès de surenroulement négatif est éliminé. En absence de RNase HI et de topoisomérase I, le surenroulement négatif est très relaxé. Il semble que la réponse cellulaire suite à la formation de R-loops, soit la relaxation du surenroulement négatif. Selon le même principe, des mutations compensatoires dans la gyrase apparaissent en absence de topoisomérase I et réduisent l’accumulation de surenroulement négatif. Ceci supporte fortement l’idée que le surenroulement négatif joue un rôle primordial dans la formation de R-loop. La régulation du surenroulement négatif de l’ADN est donc une tâche essentielle pour la cellule. Elle favorise notamment l’expression génique optimale durant la croissance et l’exposition aux stress, en limitant la formation de R-loops. La topoisomérase I et la RNase HI jouent un rôle important et complémentaire dans ce processus.

Hydrogen peroxide enhances the expression and function of Giα proteins in aortic vascular smooth muscle cells from Sprague-Dawley rats : role of growth factor receptors transactivation

Nous avons récemment démontré que les espèces réactives oxygénées induisent une augmentation de l’expression des protéines Giα dans les cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) provenant d’aortes de rats spontanément hypertendus (SHR, de l’anglais spontaneously hypertensive rats). La présente étude a pour but d’étudier les effets du peroxyde d’hydrogène (H2O2), un oxydant qui induit le stress oxydatif, sur l’expression de Giα et sur l’activité de l’adénylate cyclase, et d’explorer les voies de signalisation sous-jacentes responsables de cette réponse. Nos résultats montrent que H2O2 induit une augmentation de l’expression des protéines Giα-2 et Giα-3 de manière dose- et temps-dépendante avec une augmentation maximale de 40-50% à 100 µM après 1 heure, sans affecter l’expression de Gsα. L’expression des protéines Giα a été maintenue au niveau normal en presence de AG 1478, AG1295, PD98059 et la wortmannine, des inhibiteurs d’EGF-R (de l’anglais epidermal growth factor receptor), PDGFR-β (de l’anglais platelet-derived growth factor receptor β), de la voie de signalisation ras-ERK1/2 (de l’anglais extracellular regulated kinase1/2), et de la voie de la PI3Kinase-AKT (de l’anglais phosphatidyl inositol-3 kinase), respectivement. En outre, le traitement des CMLV avec H2O2 a induit une augmentation du degré de phosphorylation d’EGF-R, PDGF-R, ERK1/2 et AKT; et cette expression a été maintenue au niveau témoin par leurs inhibiteurs respectifs. Les inhibiteurs d’EGF-R et PDGF-R ont aussi induit une diminution du degré de phosphorylation de ERK1/2, et AKT/PKB. En outre, la transfection des cellules avec le siRNA (de l’anglais, small interfering ribonucleic acid) de EGF-R et PDGFR-β a atténué la surexpression des protéines Giα-2 et Giα-3 induite par le traitement au H2O2. La surexpression des protéines Giα induite par H2O2 a été corrélée avec une augmentation de la fonction de la protéine Giα. L’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par de faibles concentrations de GTPγS après stimulation par la forskoline a augmenté de 20% dans les cellules traitées au H2O2. En outre, le traitement des CMLV au H2O2 a aussi accru l’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par les hormones inhibitrices telles que l’angiotensine II, oxotrémorine et C-ANP4-23. D’autre part, la stimulation de l’adénylate cyclase induite par GTPγS, glucagon, isoprotérénol, forskoline, et le fluorure de sodium (NaF) a été atténuée de façon significative dans les cellules traitées au H2O2. Ces résultats suggèrent que H2O2 induit la surexpression des protéines Giα-2 and Giα-3 via la transactivation des récepteurs des facteurs de croissance EGF-R, PDGFR-β et l’activation des voies de signalisation ras-ERK1/2 et PI3K-AKT Mot-cles: Protéines Giα, peroxyde d’hydrogène, stress oxydant, récepteurs des facteurs de croissance, MAP kinases, adénylate cyclase, hypertension

Impact de l’expression de l’isoforme p35 de la chaîne invariante humaine chez des souris déficientes en CD74 endogène

La chaîne invariante (Ii ; CD74) est une protéine membranaire de type II qui joue un rôle majeur dans la présentation antigénique. Dans le réticulum endoplasmique (RE), Ii favorise l’assemblage du CMH II et prévient la liaison indésirable de polypeptides. Grâce à son motif di-leucine, la chaîne invariante cible le CMH II dans les endosomes. Une fois dans ces compartiments acides, Ii est dégradé, permettant la liaison de peptides de forte affinité qui seront ensuite présentés aux cellules T CD4+. Chez les souris déficientes en Ii murin (mIi), le CMH II présente une conformation non compacte typique des molécules vides ou liées faiblement à un peptide. Le transport du CMH II est aberrant ce qui conduit à une réduction de son expression en surface ainsi qu’à un défaut de présentation antigénique. De plus, Ii diversifie le répertoire de peptides et assure la sélection thymique des cellules T CD4+. Enfin, il a un rôle dans la maturation des cellules B et les souris déficientes en Ii présentent des nombres réduits de cellules B matures folliculaires (FO). L’isoforme mineure humaine p35 (Iip35) n’existe pas chez la souris et possède une extension cytoplasmique de 16 acides aminés contenant un motif R-x-R de rétention dans le RE. La sortie du RE est conditionnelle à la liaison du CMH II qui permet de masquer le motif de rétention. Iip35 agit comme dominant et impose la rétention aux autres isoformes d’Ii. Cependant, le rôle physiologique du motif R-x-R et, plus globalement, celui d’Iip35, demeurent nébuleux. Pour mieux cerner la fonction d’Iip35, nous avons généré des souris transgéniques (Tg) exprimant l’isoforme humaine Iip35 et avons analysé la conformation et le trafic du CMH II, la sélection thymique et la maturation des cellules B ainsi que la présentation antigénique. Nos résultats ont démontré qu’Iip35 favorise l’assemblage du CMH II dans le RE. Il induit également une conformation compacte du CMH II et augmente l’expression du CMH II en surface. De plus, Iip35 cible le CMH II dans les endosomes où un peptide de forte affinité se lie dans la niche peptidique. Par ailleurs, Iip35 diversifie le répertoire de peptides et rétablit totalement la sélection des cellules T CD4+ ainsi que le niveau d’expression du TCR de ces dernières. Iip35 restaure également la présentation antigénique de l’ovalbumine dont la présentation requiert l’expression d’Ii. Par contre, Iip35 rétablit la présentation des superantigènes mais à un niveau moindre que celui des souris sauvages. Ensuite, Iip35 permet le rétablissement de la sélection des cellules iNKT démontrant qu’il assiste la présentation des lipides par les molécules CD1d. Enfin, les résultats ont démontré qu’Iip35 restaure le développement des cellules B matures folliculaires (FO) mais pas celui des cellules B de la zone marginale. Ceci suggère qu’Iip35 est capable d’induire le développement des cellules FO sans stimulation préalable par le MIF (macrophage migration inhibitory factor). Ainsi, l’ensemble de ces résultats démontre qu’Iip35 est fonctionnel et assure la majorité des fonctions d’Ii. Cependant, Iip35 ne remplace pas mIi endogène concernant la maturation des cellules B MZ suggérant qu’il pourrait avoir un rôle de régulateur.

Stress parental et lien mère-enfant: impact sur le développement de l’enfant âgé d’un an.

Au cours de la grossesse et dans les premières années de vie de l’enfant, plusieurs facteurs externes, tels que le stress maternel ou le lien maternel, peuvent interférer avec son développement et avoir des conséquences à court et à long terme. Bien que le stress maternel périnatal ait souvent été étudié, plusieurs facteurs pré et postnataux potentiellement confondants (comme le stress paternel, la dépression, la prise d’antidépresseurs, etc.) n’ont pas systématiquement été pris en compte. Comparativement à l’attachement de l’enfant (à sa mère), moins de recherches se sont intéressées au lien maternel, en particulier chez des femmes ayant un diagnostic de dépression et/ou d’anxiété et exposées à des antidépresseurs. Notre thèse visait donc à étudier ces deux facteurs et leur association avec le développement du jeune enfant âgé d’un an, dans un contexte où la santé mentale maternelle (présence ou non de troubles psychologiques) et de traitements pharmacologiques associés étaient aussi considérés. Afin d’améliorer le dépistage de retards développementaux, nous avons également évalué l’administration au téléphone de deux instruments de pré-dépistage et dépistage actuellement utilisés. Notre thèse était constituée de quatre phases dont les objectifs étaient: la détermination des propriétés psychométriques de l’échelle de stress perçu de quatre items (en français et en anglais) au sein de la population de femmes enceintes (première étude); évaluer l’effet du stress maternel prénatal et parental postnatal sur le développement de l’enfant âgé d’un an (deuxième étude); estimer l’association entre le lien maternel et le développement de l’enfant âgé d’un an, en stratifiant sur la prise maternelle d’antidépresseurs (troisième étude); et évaluer l’administration au téléphone du ″Ages and Stages Questionnaire″ (ASQ, version de 12 mois) et du ″Revised Pre-screening Denver Questionnaire″(R-PDQ, version de 9-24 mois),deux questionnaires utilisés pour le pré-dépistage et le dépistage du développement infantile (quatrième étude). Ce projet faisait partie d’une plus grande étude, nommée le projet OTIS (The″Organization of Teratology Information Specialists″ Antidepressant in Pregnancy cohort study), qui visait à évaluer l’impact de l’arrêt versus la continuation de la prise d’antidépresseurs au cours de la grossesse sur les comportements maternels et sur le développement de l’enfant âgé de un à trois ans. Ainsi, entre 2006 et 2010, la cohorte prospective OTIS de femmes enceintes a été construite et suivie jusqu’à trois ans postpartum. À partir de 2008, l’évaluation du stress et du lien maternel (thématiques de ce projet de thèse) a été incorporée au projet initial. Aussi, à partir de là, toute femme nouvellement recrutée pour la cohorte OTIS pouvait faire partie des études de cette thèse. Notre population source était composée des femmes enceintes ayant eu recours à un service nord-américain d’information sur les tératogènes ou ayant été suivies à la clinique d'obstétrique et de gynécologie du CHU Ste Justine. Pour être admissibles, les femmes devaient 1) être âgées d’au moins 18 ans, 2) être enceinte d’au maximum 14 semaines (le début de la grossesse étant défini comme étant le premier jour des dernières règles); 3) être exposées à un antidépresseur depuis au moins le premier jour de grossesse (pour le groupe exposé à un antidépresseur), 4) savoir lire et comprendre l’anglais ou le français. Pour les études deux, trois et quatre, les femmes devaient habiter dans un rayon de 250 km autour de Montréal pour recevoir notre visite à domicile, nécessaire à l’évaluation psychométrique du développement infantile. Les pères des enfants ont été recrutés à deux mois postpartum pour évaluer leur stress. Les données ont été collectées par entrevue téléphonique, auto-administration de questionnaires, et évaluation psychométrique du développement infantile. Dans le cadre de cette thèse, les femmes étaient suivies depuis le premier trimestre de grossesse jusqu’à un an postpartum. Les résultats de nos travaux démontrent que le recours à l’échelle de stress perçu de quatre items est une mesure fiable et valide pour mesurer le stress au cours de la grossesse (en recherche ou en clinique). Ensuite, le stress postnatal maternel et paternel serait défavorable au développement moteur et socio-émotionnel de l’enfant d’un an, respectivement. Par contre le stress maternel prénatal favoriserait le développement moteur. Un lien maternel optimal est associé à un meilleur développement socio-émotionnel à un an chez l’enfant, en particulier pour les femmes exposées à des antidépresseurs. Enfin, l’administration au téléphone de l’ASQ et des sous-échelles de langage, de motricité fine et motricité globale du R-PDQ serait une alternative possible au mode auto-administré pour dépister et pré-dépister les retards de développement chez les enfants.