Ecotoxicological approaches to assess the long-term effects of four anticancer drugs and metabolites on Daphnia pulex

The aquatic environment is exposed continuously and increasingly to chemical substances such as pharmaceuticals. These medical compounds are released into the environment after having being consumed and body-excreted by patients. Pharmaceutical residues are synthetic molecules that are not always removed by traditional sewage treatment processes and thus escape degradation. Among pharmaceuticals that escape sewage treatment plants (STPs), the anticancer drugs were measured in STP effluents and natural waters. In the aquatic environment, their long-term effects at low concentrations are sparsely known on non-target species. Tamoxifen is an anticancer drug that is widely prescribed worldwide for the prevention and treatment of hormone receptor-positive breast cancers. Two of its metabolites, i.e., endoxifen and 4-hydroxy- tamoxifen (4OHTam), have high pharmacological potency in vivo and such as tamoxifen, they are excreted via faeces by patients. Tamoxifen was measured in STP effluents and natural waters but, to the best of our knowledge, its metabolites concentrations in waters have never been reported. Imatinib is another and recent anticancer compound that targets specific tumour cells. This pharmaceutical is also body excreted and because of its increasing use in cancer treatment, imatinib may reach the natural water. The effects of tamoxifen and imatinib are unknown upon more than one generation of aquatic species. And the effects of 4OHTam, endoxifen have never been studied in ecotoxicology so far. The aims of this thesis were threefold. First, the sensitivity of D. pulex exposed to tamoxifen, 4OHTam, endoxifen or imatinib was assessed using ecotoxicological experiments. Ecotoxicology is the science that considers the toxic effects of natural or synthetic substances, such as pharmaceuticals, on organisms, populations, community and ecosystem. Acute and multigenerational (2-4 generations) tests were performed on daphnids considering several studied endpoints, such as immobilisation, size, reproduction, viability and intrinsic rate of natural increase. Additional prospective assays were designed to evaluate whether 1) low concentrations of tamoxifen and 4OHTam were able to induce toxic effects when used in combination, and 2) daphnids were able to recover when offspring were withdrawn from solutions carrying the pharmaceutical. Second, the stability of tamoxifen, 4OHTam and endoxifen in incubation medium was evaluated in solution exempted from daphnids. Because the nominal concentrations of tamoxifen, 4OHTam and endoxifen did not correspond to the measured, we provide a predictive method to estimate the concentrations of these chemicals during long-term ecotoxicological tests. Finally, changes in protein expressions were analysed in D. pulex exposed 2 or 7 seven days to tamoxifen using ecotoxicoproteomic experiments with a shot-gun approach inducing a peptide fractionation step. Our results show that tamoxifen, 4OHTam and endoxifen induced adverse effects in D. pulex at environmentally relevant concentrations. At very low concentrations, these molecules displayed unusual and teratogenic effects because morphological abnormalities were observed in offspring, such as thick and short antennas, curved spines, premature neonates and aborted eggs. Tamoxifen was the most toxic compound among the test chemicals, followed by 4OHTam, endoxifen and imatinib. Tamoxifen no-observed effect concentrations (NOECs) that were calculated for size, reproduction and intrinsic rate were below or in the range of the concentrations measured in natural waters, i.e., between 0.12 µg/L and 0.67 µg/L. For instance, the tamoxifen NOECs that were calculated for reproduction were between 0.67 and 0.72 µg/L, whereas the NOEC was < 0.15 µg/L when based on morphological abnormalities. The NOECs of 4OHTam were higher but still in the same order of magnitude as tamoxifen environmental concentrations, with a value of 1.48 µg/L. Endoxifen NOEC for the intrinsic rate of natural increase (r) and the reproduction were 0.4 and 4.3 µg/L, respectively. Daphnids that were withdrawn from tamoxifen and 4OHTam were not able to recover. Also, the reproduction of D. pulex was reduced when the treated animals were exposed to the combination of tamoxifen and 4OHTam while no effects were observed when these chemicals were tested individually at the same concentration. Among the anticancer drugs that were tested during this thesis, imatinib was the less toxic molecule towards D. pulex. No effects on size and reproduction were observed within two generations, except for the first whose reproduction decreased at the highest test concentration, i.e., 626 µg/L. Our results also underline the need to use measured or predicted concentrations instead of the nominal during aquatic experiments, particularly when lipophilic molecules are tested. Indeed, notable differences between nominal (i.e., theoretical) and measured concentrations were found with tamoxifen, 4OHTam and endoxifen at all test concentrations. A cost and time sustainable method was proposed to predict the test exposure levels of these chemicals during long-term experiments. This predictive method was efficient particularly for low concentrations, which corresponded to the test concentrations in multigenerational tests. In the ecotoxicoproteomic experiments a total of 3940 proteins were identified and quantified in D. pulex exposed to tamoxifen. These results are currently the largest dataset from D. pulex that is published and the results of proteomic analyses are available for the scientific community. Among these 3940 proteins, 189 were significantly different from controls. After protein annotation, we assumed that treated daphnids with tamoxifen had shifted cost-energy functions, such as reproduction, to maintain their basic metabolism necessary to survive. This metabolic cost hypothesis was supported by the presence of proteins involved in oxidative stress. Biomarkers for early detection of tamoxifen harmful effects on D. pulex were not discovered but the proteins of the vitellogenin-2 family (E9H8K5) and the ryanodine receptor (E9FTU9) are promising potential biomarkers because their expression was already modified after 2 days of treatment. In this thesis, the effects of tamoxifen, 4OHTam and endoxifen on daphnids raise questions about the potential impact of tamoxifen and 4OHTam in other aquatic ecosystems, and therefore, about metabolites in ecotoxicology. Because the NOECs were environmentally relevant, these results suggest that tamoxifen and 4OHTam may be interesting pharmaceuticals to consider in risk assessment. Our findings also emphasize the importance of performing long-term experiments and of considering multi-endpoints instead of the standard reproductive endpoint. Finally, we open the discussion about the importance to measure test exposures or not, during ecotoxicological studies. -- Les milieux aquatiques sont exposés continuellement à un nombre croissant de substances chimiques, notamment les médicaments issus de la médecine vétérinaire et humaine. Chez les patients, les substances administrées sont utilisées par le corps avant d'être éliminées par l'intermédiaire des excrétas dans le système d'eaux usées de la ville. Ces eaux rejoignent ensuite une station de traitement afin d'y éliminer les déchets. Dans le cas des molécules chimiques, il arrive que les processus de traitement d'eaux usées ne soient pas suffisamment efficaces et que ces molécules ne soient pas dégradées. Elles sont alors libérées dans le milieu aquatique avec les effluents de la station d'épuration. Une fois dans l'environnement, ces résidus de médicaments sont susceptibles d'induire des effets sur la faune et la flore aquatique, dont les conséquences à long terme et à faibles concentrations sont peu connues. Les anticancéreux sont une famille de médicaments qui peuvent échapper aux traitements des stations d'épuration et qui sont retrouvées dans le milieu aquatique naturel. Parmi ces substances, le tamoxifen est une molécule utilisée dans le monde entier pour prévenir et traiter les cancers hormonaux dépendant du sein, notamment. Une fois ingéré, le tamoxifen est transformé par le foie en métabolites dont deux d'entre eux, le 4-hydroxy-tamoxifen (4OHTam) et l'endoxifen, possèdent un affinité pour les récepteurs aux estrogènes et une efficacité sur les cellules tumorales supérieure au tamoxifen lui- même. Tout comme la molécule mère, ces métabolites sont principalement éliminés par l'intermédiaire des fèces. Le tamoxifen a déjà été mesuré dans les effluents de stations d'épuration et dans les eaux naturelles, mais aucune valeur n'a été reportée pour ses métabolites jusqu'à présent. Un autre anticancéreux, également éliminé par voie biliaire et susceptible d'atteindre l'environnement, est l'imatinib. Cette récente molécule a révolutionné le traitement et la survie des patients souffrant de leucémie myéloïde chronique et de tumeur stromales gastrointestinales. Les effets du tamoxifen et de l'imatinib sur plusieurs générations d'organismes aquatiques, tels que les microcrustacés Daphnia, sont inconnus et le 4OHTam et l'endoxifen n'ont même jamais été testés en écotoxicologie. Cette thèse s'est articulée autour de trois objectifs principaux. Premièrement, la sensibilité des D. pulex exposés au tamoxifen, 4OHTam, endoxifen et imatinib a été évaluée par l'intermédiaire de tests aigus et de tests sur deux à quatre générations. La mobilité, la taille, la reproduction, la viabilité et la croissance potentielle de la population ont été relevées au cours de ces expériences. Des tests supplémentaires, à but prospectifs, ont également été réalisés afin d'évaluer 1) la capacité de récupération des daphnies, lorsque leurs descendants ont été placés dans un milieu exempté de tamoxifen ou de 4OHTam, 2) les effets chez les daphnies exposées à une solution contenant de faibles concentration de tamoxifen et de 4OHTam mélangés. Le deuxième objectif a été d'évaluer la stabilité du tamoxifen, 4OHTam et endoxifen dilué dans le milieu des daphnies. Après analyses, les concentrations mesurées ne correspondaient pas aux concentrations nominales (c.-à-d., théoriques) et il a été nécessaire de développer une méthode efficace de prédiction des niveaux d'exposition lors de tests de longue durée réalisés avec ces trois molécules. Finalement, des changements dans l'expression des protéines chez des daphnies exposées au tamoxifen ont été investigués par l'intermédiaire d'expériences écotoxicoprotéomiques avec une approche dite de shot-gun avec une étape de fractionnement des protéines. Les résultats obtenus dans cette thèse montrent que le tamoxifen, le 4OHTam et l'endoxifen induisent des effets indésirables chez les daphnies à des niveaux d'exposition proches ou identiques aux concentrations du tamoxifen mesurées dans l'environnement, c'est-à-dire 0.12 et 0.67 µg/L de tamoxifen. Ces molécules ont induit des effets inhabituels tels que la production de : nouveau-nés anormaux, avec des antennes et des queues déformées, des prématurés et des oeufs avortés. Le tamoxifen fut la molécule la plus toxique pour les D. pulex suivie du 4OHTam, de l'endoxifen et enfin de l'imatinib. Lors des expériences sur plusieurs générations, les concentrations n'ayant statistiquement pas d'effet (c.à.d. NOEC en anglais) sur la taille, la reproduction et la croissance intrinsèque de la population étaient du même ordre de grandeur que les concentrations environnementales du tamoxifen. Par exemple, les NOECs du tamoxifen calculées pour la reproduction étaient de 0.67 et 0.72 µg/L, tandis que celle calculée sur la base des anomalies chez les nouveau-nés était < 0.15 µg/L. Les NOECs du 4OHTam se situaient entre 0.16 et 1.48 µg/L et celles de l'endoxifen pour la croissance intrinsèque de la population, ainsi que pour la reproduction, étaient de 0.4 et 4.3 µg/L, respectivement. Dans l'expérience basée sur la récupération des daphnies, la taille et la reproduction ont diminué bien que la descendance fût placée dans un milieu sans substances chimiques. Les daphnies exposées au mélange de tamoxifen et de 4OHTam ont produit moins de nouveau-nés que les contrôles, alors que ces concentrations n'ont pas induit d'effets lorsque testées individuellement. Finalement, l'imatinib n'a pas montré d'effets sur les deux générations testées. Seule la première génération exposée à la plus haute concentration (626 µg/L) a montré une diminution de la reproduction. Les résultats obtenus lors de l'évaluation de la stabilité du tamoxifen, 4OHTam et endoxifen dans le milieu des daphnies ont souligné l'importance d'utiliser des concentrations mesurées ou prédites en écotoxicologie. En effet, des différences notables entre concentrations nominales et mesurées ont été observées à toutes les concentrations et l'hypothèse d'un phénomène d'adsorption sur le verre des récipients a été posée. De ce fait, il a été nécessaire d'élaborer une méthode prédictive efficace et acceptable, en terme de temps et de coûts. Une régression polynomiale basée sur des concentrations mesurées et nominales a permis de prédire avec efficacité les faibles niveaux d'exposition utilisés lors d'expériences écotoxicologiques à long terme, sur plusieurs générations. Suite aux expériences d'écotoxicoprotéomiques, un total de 3940 protéines ont été identifiées et quantifiées chez des daphnies exposées au tamoxifen. Ce nombre est actuellement la plus large série de données publiées et mises à disposition pour la communauté scientifique. Parmi ces protéines, 189 sont significatives et possiblement reliées à des processus de reproduction et de stress. Sur cette base, nous avons émis l'hypothèse que les individus subissant un stress, lié à l'exposition au tamoxifen, ont utilisé leur énergie de base pour favoriser leur survie plutôt que la reproduction. Enfin, la détermination de bio-marqueurs exprimant des dommages précoces des daphnies exposées au tamoxifen n'a pas abouti en tant que telle, mais des protéines prometteuses, telle que la famille de viellogenin-2 (E9H8K5) et le récepteur à la ryanodine (E9FTU9), ont été exprimées après deux jours d'exposition déjà. Ces protéines pourraient faire l'objet d'investigations écotoxicoprotéomiques futures. Les résultats de cette thèse posent certaines questions quant au risque du tamoxifen, du 4OHTam et de l'endoxifen sur la faune et la flore aquatique et plus particulièrement sur les anticancéreux présents dans l'environnement. Les effets toxiques de ces molécules ont été observés à des concentrations environnementales et sur plusieurs générations. La question de considérer les métabolites, et ainsi les pro-médicaments, en écotoxicologie est soulevée, notamment parce que ces molécules peuvent être plus actives et efficaces que la molécule mère. Les expériences chroniques, sur plusieurs générations sont également à favoriser car elles offrent un meilleur reflet de la réalité environnementale que des essais aigus ou d'une génération. L'utilisation de la protéomique permet d'agrandir les connaissances sur les effets des médicaments à un niveau inférieur de l'organisation biologique et ainsi, de mieux comprendre de potentiels mécanismes d'action ou de déterminer de potentiels biomarqueurs. Finalement, il semble important de discuter de l'opportunité de mesurer les concentrations qui sont testées en écotoxicologie afin de ne pas sous-estimer le risque pour la faune et la flore aquatique.

European Cardiovascular Magnetic Resonance (EuroCMR) registry--multi national results from 57 centers in 15 countries.

BACKGROUND: The EuroCMR registry sought to evaluate indications, image quality, safety and impact on patient management of clinical routine CMR in a multi-national European setting. Furthermore, interim analysis of the specific protocols should underscore the prognostic potential of CMR. METHODS: Multi-center registry with consecutive enrolment of patients in 57 centers in 15 countries. More than 27000 consecutive patients were enrolled. RESULTS: The most important indications were risk stratification in suspected CAD/Ischemia (34.2%), workup of myocarditis/cardiomyopathies (32.2%), as well as assessment of viability (14.6%). Image quality was diagnostic in more than 98% of cases. Severe complications occurred in 0.026%, always associated with stress testing. No patient died during or due to CMR. In 61.8% CMR findings impacted on patient management. Importantly, in nearly 8.7% the final diagnosis based on CMR was different to the diagnosis before CMR, leading to a complete change in management. Interim analysis of suspected CAD and risk stratification in HCM specific protocols revealed a low rate of adverse events for suspected CAD patients with normal stress CMR (1.0% per year), and for HCM patients without LGE (2.7% per year). CONCLUSION: The most important indications in Europe are risk stratification in suspected CAD/Ischemia, work-up of myocarditis and cardiomyopathies, as well as assessment of viability. CMR imaging is a safe procedure, has diagnostic image quality in more than 98% of cases, and its results have strong impact on patient management. Interim analyses of the specific protocols underscore the prognostic value of clinical routine CMR in CAD and HCM.

Détermination des précipitations extrêmes en Suisse à l'aide d'analyse statistiques et augmentation des valeurs extrêmes durant le 20ème siècle

Les précipitations journalières extrêmes ont été estimées pour un temps de retour de 500 ans à partir d'analyses de Gumbel effectuées sur des séries de mesures pluviométriques à 429 endroits de la Suisse pour la période 1961-2010. Ces estimations aboutissent à de bons résultats pour la plupart des stations dans ce pays. Les précipitations cincentennales ainsi déterminées sont en moyenne 15% plus élevées que celles obtenues à partir d'analyses semblables faites sur des séries de mesures pour la période 1901-1970. Ceci confirme que les précipitations extrêmes tendent à augmenter durant le 20ème siècle en Suisse comme ailleurs.

A multi-temporal approach to model endangered species distribution in Europe: the case of the Eurasian otter in Italy

We analysed the relationship between changes in land cover patterns and the Eurasian otter occurrence over the course of about 20 years (1985-2006) using multi-temporal Species Distribution Models (SDMs). The study area includes five river catchments covering most of the otter's Italian range. Land cover and topographic data were used as proxies of the ecological requirements of the otter within a 300-m buffer around river courses. We used species presence, pseudo-absence data, and environmental predictors to build past (1985) and current (2006) SDMs by applying an ensemble procedure through the BIOMOD modelling package. The performance of each model was evaluated by measuring the area under the curve (AUC) of the receiver-operating characteristic (ROC). Multi-temporal analyses of species distribution and land cover maps were performed by comparing the maps produced for 1985 and 2006. The ensemble procedure provided a good overall modelling accuracy, revealing that elevation and slope affected the otter's distribution in the past; in contrast, land cover predictors, such as cultivations and forests, were more important in the present period. During the transition period, 20.5% of the area became suitable, with 76% of the new otter presence data being located in these newly available areas. The multi-temporal analysis suggested that the quality of otter habitat improved in the last 20 years owing to the expansion of forests and to the reduction of cultivated fields in riparian belts. The evidence presented here stresses the great potential of riverine habitat restoration and environmental management for the future expansion of the otter in Italy

Multi-scale systems analysis of plant development : beyond cellular signaling and tissue morphodynamics

Les plantes sont essentielles pour les sociétés humaines. Notre alimentation quotidienne, les matériaux de constructions et les sources énergétiques dérivent de la biomasse végétale. En revanche, la compréhension des multiples aspects développementaux des plantes est encore peu exploitée et représente un sujet de recherche majeur pour la science. L'émergence des technologies à haut débit pour le séquençage de génome à grande échelle ou l'imagerie de haute résolution permet à présent de produire des quantités énormes d'information. L'analyse informatique est une façon d'intégrer ces données et de réduire la complexité apparente vers une échelle d'abstraction appropriée, dont la finalité est de fournir des perspectives de recherches ciblées. Ceci représente la raison première de cette thèse. En d'autres termes, nous appliquons des méthodes descriptives et prédictives combinées à des simulations numériques afin d'apporter des solutions originales à des problèmes relatifs à la morphogénèse à l'échelle de la cellule et de l'organe. Nous nous sommes fixés parmi les objectifs principaux de cette thèse d'élucider de quelle manière l'interaction croisée des phytohormones auxine et brassinosteroïdes (BRs) détermine la croissance de la cellule dans la racine du méristème apical d'Arabidopsis thaliana, l'organisme modèle de référence pour les études moléculaires en plantes. Pour reconstruire le réseau de signalement cellulaire, nous avons extrait de la littérature les informations pertinentes concernant les relations entre les protéines impliquées dans la transduction des signaux hormonaux. Le réseau a ensuite été modélisé en utilisant un formalisme logique et qualitatif pour pallier l'absence de données quantitatives. Tout d'abord, Les résultats ont permis de confirmer que l'auxine et les BRs agissent en synergie pour contrôler la croissance de la cellule, puis, d'expliquer des observations phénotypiques paradoxales et au final, de mettre à jour une interaction clef entre deux protéines dans la maintenance du méristème de la racine. Une étude ultérieure chez la plante modèle Brachypodium dystachion (Brachypo- dium) a révélé l'ajustement du réseau d'interaction croisée entre auxine et éthylène par rapport à Arabidopsis. Chez ce dernier, interférer avec la biosynthèse de l'auxine mène à la formation d'une racine courte. Néanmoins, nous avons isolé chez Brachypodium un mutant hypomorphique dans la biosynthèse de l'auxine qui affiche une racine plus longue. Nous avons alors conduit une analyse morphométrique qui a confirmé que des cellules plus anisotropique (plus fines et longues) sont à l'origine de ce phénotype racinaire. Des analyses plus approfondies ont démontré que la différence phénotypique entre Brachypodium et Arabidopsis s'explique par une inversion de la fonction régulatrice dans la relation entre le réseau de signalisation par l'éthylène et la biosynthèse de l'auxine. L'analyse morphométrique utilisée dans l'étude précédente exploite le pipeline de traitement d'image de notre méthode d'histologie quantitative. Pendant la croissance secondaire, la symétrie bilatérale de l'hypocotyle est remplacée par une symétrie radiale et une organisation concentrique des tissus constitutifs. Ces tissus sont initialement composés d'une douzaine de cellules mais peuvent aisément atteindre des dizaines de milliers dans les derniers stades du développement. Cette échelle dépasse largement le seuil d'investigation par les moyens dits 'traditionnels' comme l'imagerie directe de tissus en profondeur. L'étude de ce système pendant cette phase de développement ne peut se faire qu'en réalisant des coupes fines de l'organe, ce qui empêche une compréhension des phénomènes cellulaires dynamiques sous-jacents. Nous y avons remédié en proposant une stratégie originale nommée, histologie quantitative. De fait, nous avons extrait l'information contenue dans des images de très haute résolution de sections transverses d'hypocotyles en utilisant un pipeline d'analyse et de segmentation d'image à grande échelle. Nous l'avons ensuite combiné avec un algorithme de reconnaissance automatique des cellules. Cet outil nous a permis de réaliser une description quantitative de la progression de la croissance secondaire révélant des schémas développementales non-apparents avec une inspection visuelle classique. La formation de pôle de phloèmes en structure répétée et espacée entre eux d'une longueur constante illustre les bénéfices de notre approche. Par ailleurs, l'exploitation approfondie de ces résultats a montré un changement de croissance anisotropique des cellules du cambium et du phloème qui semble en phase avec l'expansion du xylème. Combinant des outils génétiques et de la modélisation biomécanique, nous avons démontré que seule la croissance plus rapide des tissus internes peut produire une réorientation de l'axe de croissance anisotropique des tissus périphériques. Cette prédiction a été confirmée par le calcul du ratio des taux de croissance du xylème et du phloème au cours de développement secondaire ; des ratios élevés sont effectivement observés et concomitant à l'établissement progressif et tangentiel du cambium. Ces résultats suggèrent un mécanisme d'auto-organisation établi par un gradient de division méristématique qui génèrent une distribution de contraintes mécaniques. Ceci réoriente la croissance anisotropique des tissus périphériques pour supporter la croissance secondaire. - Plants are essential for human society, because our daily food, construction materials and sustainable energy are derived from plant biomass. Yet, despite this importance, the multiple developmental aspects of plants are still poorly understood and represent a major challenge for science. With the emergence of high throughput devices for genome sequencing and high-resolution imaging, data has never been so easy to collect, generating huge amounts of information. Computational analysis is one way to integrate those data and to decrease the apparent complexity towards an appropriate scale of abstraction with the aim to eventually provide new answers and direct further research perspectives. This is the motivation behind this thesis work, i.e. the application of descriptive and predictive analytics combined with computational modeling to answer problems that revolve around morphogenesis at the subcellular and organ scale. One of the goals of this thesis is to elucidate how the auxin-brassinosteroid phytohormone interaction determines the cell growth in the root apical meristem of Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), the plant model of reference for molecular studies. The pertinent information about signaling protein relationships was obtained through the literature to reconstruct the entire hormonal crosstalk. Due to a lack of quantitative information, we employed a qualitative modeling formalism. This work permitted to confirm the synergistic effect of the hormonal crosstalk on cell elongation, to explain some of our paradoxical mutant phenotypes and to predict a novel interaction between the BREVIS RADIX (BRX) protein and the transcription factor MONOPTEROS (MP),which turned out to be critical for the maintenance of the root meristem. On the same subcellular scale, another study in the monocot model Brachypodium dystachion (Brachypodium) revealed an alternative wiring of auxin-ethylene crosstalk as compared to Arabidopsis. In the latter, increasing interference with auxin biosynthesis results in progressively shorter roots. By contrast, a hypomorphic Brachypodium mutant isolated in this study in an enzyme of the auxin biosynthesis pathway displayed a dramatically longer seminal root. Our morphometric analysis confirmed that more anisotropic cells (thinner and longer) are principally responsible for the mutant root phenotype. Further characterization pointed towards an inverted regulatory logic in the relation between ethylene signaling and auxin biosynthesis in Brachypodium as compared to Arabidopsis, which explains the phenotypic discrepancy. Finally, the morphometric analysis of hypocotyl secondary growth that we applied in this study was performed with the image-processing pipeline of our quantitative histology method. During its secondary growth, the hypocotyl reorganizes its primary bilateral symmetry to a radial symmetry of highly specialized tissues comprising several thousand cells, starting with a few dozens. However, such a scale only permits observations in thin cross-sections, severely hampering a comprehensive analysis of the morphodynamics involved. Our quantitative histology strategy overcomes this limitation. We acquired hypocotyl cross-sections from tiled high-resolution images and extracted their information content using custom high-throughput image processing and segmentation. Coupled with an automated cell type recognition algorithm, it allows precise quantitative characterization of vascular development and reveals developmental patterns that were not evident from visual inspection, for example the steady interspace distance of the phloem poles. Further analyses indicated a change in growth anisotropy of cambial and phloem cells, which appeared in phase with the expansion of xylem. Combining genetic tools and computational modeling, we showed that the reorientation of growth anisotropy axis of peripheral tissue layers only occurs when the growth rate of central tissue is higher than the peripheral one. This was confirmed by the calculation of the ratio of the growth rate xylem to phloem throughout secondary growth. High ratios are indeed observed and concomitant with the homogenization of cambium anisotropy. These results suggest a self-organization mechanism, promoted by a gradient of division in the cambium that generates a pattern of mechanical constraints. This, in turn, reorients the growth anisotropy of peripheral tissues to sustain the secondary growth.

Multi-scale effects of nestling diet on breeding performance in a terrestrial top predator inferred from stable isotope analysis

Inter-individual diet variation within populations is likely to have important ecological and evolutionary implications. The diet-fitness relationships at the individual level and the emerging population processes are, however, poorly understood for most avian predators inhabiting complex terrestrial ecosystems. In this study, we use an isotopic approach to assess the trophic ecology of nestlings in a long-lived raptor, the Bonelli"s eagle Aquila fasciata, and investigate whether nestling dietary breath and main prey consumption can affect the species" reproductive performance at two spatial scales: territories within populations and populations over a large geographic area. At the territory level, those breeding pairs whose nestlings consumed similar diets to the overall population (i.e. moderate consumption of preferred prey, but complemented by alternative prey categories) or those disproportionally consuming preferred prey were more likely to fledge two chicks. An increase in the diet diversity, however, related negatively with productivity. The age and replacements of breeding pair members had also an influence on productivity, with more fledglings associated to adult pairs with few replacements, as expected in long-lived species. At the population level, mean productivity was higher in those population-years with lower dietary breadth and higher diet similarity among territories, which was related to an overall higher consumption of preferred prey. Thus, we revealed a correspondence in diet-fitness relationships at two spatial scales: territories and populations. We suggest that stable isotope analyses may be a powerful tool to monitor the diet of terrestrial avian predators on large spatio-temporal scales, which could serve to detect potential changes in the availability of those prey on which predators depend for breeding. We encourage ecologists and evolutionary and conservation biologists concerned with the multi-scale fitness consequences of inter-individual variation in resource use to employ similar stable isotope-based approaches, which can be successfully applied to complex ecosystems such as the Mediterranean.

Classification supervisée multi-étiquette en actes de dialogue: analyse discriminante et transformations de Schoenberg

Abstract This work studies the multi-label classification of turns in simple English Wikipedia talk pages into dialog acts. The treated dataset was created and multi-labeled by (Ferschke et al., 2012). The first part analyses dependences between labels, in order to examine the annotation coherence and to determine a classification method. Then, a multi-label classification is computed, after transforming the problem into binary relevance. Regarding features, whereas (Ferschke et al., 2012) use features such as uni-, bi-, and trigrams, time distance between turns or the indentation level of the turn, other features are considered here: lemmas, part-of-speech tags and the meaning of verbs (according to WordNet). The dataset authors applied approaches such as Naive Bayes or Support Vector Machines. The present paper proposes, as an alternative, to use Schoenberg transformations which, following the example of kernel methods, transform original Euclidean distances into other Euclidean distances, in a space of high dimensionality. Résumé Ce travail étudie la classification supervisée multi-étiquette en actes de dialogue des tours de parole des contributeurs aux pages de discussion de Simple English Wikipedia (Wikipédia en anglais simple). Le jeu de données considéré a été créé et multi-étiqueté par (Ferschke et al., 2012). Une première partie analyse les relations entre les étiquettes pour examiner la cohérence des annotations et pour déterminer une méthode de classification. Ensuite, une classification supervisée multi-étiquette est effectuée, après recodage binaire des étiquettes. Concernant les variables, alors que (Ferschke et al., 2012) utilisent des caractéristiques telles que les uni-, bi- et trigrammes, le temps entre les tours de parole ou l'indentation d'un tour de parole, d'autres descripteurs sont considérés ici : les lemmes, les catégories morphosyntaxiques et le sens des verbes (selon WordNet). Les auteurs du jeu de données ont employé des approches telles que le Naive Bayes ou les Séparateurs à Vastes Marges (SVM) pour la classification. Cet article propose, de façon alternative, d'utiliser et d'étendre l'analyse discriminante linéaire aux transformations de Schoenberg qui, à l'instar des méthodes à noyau, transforment les distances euclidiennes originales en d'autres distances euclidiennes, dans un espace de haute dimensionnalité.

La romanisation en question: vaisselle céramique et processus d'acculturation à la fin de l'âge du fer en Gaule interne.

Fruit d'une thèse de doctorat, cet ouvrage se propose de comparer les rythmes et les modalités de l'acculturation des populations de Gaule interne, de la première moitié du iie s. av. J.-C. au début du ier siècle de notre ère au moyen de l'étude de la céramique fine, dont le répertoire évolue très rapidement pendant la période. Basée sur les données d'une vingtaine de sites urbains (oppida, capitales de cité, vici) répartis en trois aires géographiques (Centre, Est et Centre-Ouest), cette étude propose une présentation céramologique classique, mais aussi des modes d'analyse nouveaux comme le calcul d'un indice de romanisation pour évaluer et comparer le degré d'acculturation des ensembles retenus. Différentes méthodes statistiques, comme des sériations graphiques ou des analyses factorielles des correspondances, sont par ailleurs employées pour mettre en évidence les aspects qualitatifs du phénomène d'acculturation et décomposer son processus en trois niveaux principaux. Illustrés par des tableaux synoptiques et par des cartes, les résultats des calculs d'indices de romanisation permettent d'identifier différents facteurs favorisant de manière évidente la romanisation de la vaisselle dite de table, comme la proximité de la Provincia, une localisation sur un axe majeur (Rhône/Saône, Loire) ou le dynamisme de grands centres d'échanges fréquentés par les mercatores romains (l'oppidum de Bibracte, notamment). Ces traitements statistiques permettent également de mettre en évidence des retards dans l'acculturation de certains peuples qui pourraient s'expliquer par leur hostilité envers Rome. Le phénomène est notamment illustré par les Helvètes, voisins de la Transalpina depuis 120 av. J.-C., dont la vaisselle fine est très peu romanisée avant l'intégration de ce peuple dans l'Empire, puis atteint rapidement après cet événement des niveaux particulièrement élevés. L'auteur propose enfin des réflexions sur la portée réelle des phénomènes observés en termes de romanisation de la vie quotidienne, une mutation technique et stylistique des récipients n'impliquant pas forcément l'adoption de nouvelles pratiques alimentaires.

Um fotômetro multi-led microcontrolado, portátil e de baixo custo

A microcontrolled, portable and inexpensive photometer is described. It uses six light-emitting diodes (LEDs) as radiation sources and a phototransistor as detector, as well as a microcontroller (PIC - Programmable Controller of Interruption). This device provided total autonomy to the proposed photometer, which was successfully applied to determination of Fe2+ in ferrous syrups and of seven clinical biochemical parameters. As the components are cheap (~U$30.00) and easy to find, the proposed photometer is an economical alternative for routine chemical analyses in small laboratories, for research and teaching. Being portable and microcontrolled, it allows doing field chemical analyses.

A multi-screening approach for marine-derived fungal metabolites and the isolation of cyclodepsipeptides from Beauveria felina

Extracts obtained from 57 marine-derived fungal strains were analyzed by HPLC-PDA, TLC and ¹H NMR. The analyses showed that the growth conditions affected the chemical profile of crude extracts. Furthermore, the majority of fungal strains which produced either bioactive of chemically distinctive crude extracts have been isolated from sediments or marine algae. The chemical investigation of the antimycobacterial and cytotoxic crude extract obtained from two strains of the fungus Beauveria felina have yielded cyclodepsipeptides related to destruxins. The present approach constitutes a valuable tool for the selection of fungal strains that produce chemically interesting or biologically active secondary metabolites.

APPLICATION OF PARAFAC AND OPLS-DA ANALYSES ON HPLC FINGERPRINTS FOR THE CHARACTERIZATION OF Hibiscus sabdariffaCALYXES

The calyxes of Hibiscus sabdariffa are used in traditional medicine around the world. However, quality assurance protocols and chemical variability have not been previously analyzed. In the present study, chemical characterization of a set of samples of H. sabdariffa calyxes commercialized in Colombia was accomplished with the aim to explore the chemical variability among them. Chemometrics-based analyses on the data obtained from the HPLC-UV-DAD-derived profiles were then performed. Thus, the pre-processed single-wavelength data were subjected to principal component analysis (PCA). The PCA-derived results evidenced different groups which were well-correlated to the corresponding total phenolic and total anthocyanin contents. Multi-wavelength chromatographic (HPLC-UV-DAD surfaces) data were additionally examined via parallel factor analysis (PARAFAC) as data reduction method and the obtained loadings were subsequently submitted to PCA and orthogonal partial least squares discriminant analysis (OPLS-DA). Results were thus consistent with those from single-wavelength data. PCA loadings were employed to determine those chemical components responsible for the data variance and OPLS-DA model, constructed from PARAFAC loadings, and indicated differentiation according total anthocyanin contents among samples. The present chemometric analysis therefore demonstrated to be an excellent tool for differentiation of H. sabdariffacalyxes according to their chemical composition.

In silico phylogenetic and virulence gene profile analyses of avian pathogenic Escherichia coli genome sequences

Avian pathogenic Escherichia coli (APEC) infections are responsible for significant losses in the poultry industry worldwide. A zoonotic risk has been attributed to APEC strains because they present similarities to extraintestinal pathogenic E. coli (ExPEC) associated with illness in humans, mainly urinary tract infections and neonatal meningitis. Here, we present in silico analyses with pathogenic E. coli genome sequences, including recently available APEC genomes. The phylogenetic tree, based on multi-locus sequence typing (MLST) of seven housekeeping genes, revealed high diversity in the allelic composition. Nevertheless, despite this diversity, the phylogenetic tree was able to cluster the different pathotypes together. An in silico virulence gene profile was also determined for each of these strains, through the presence or absence of 83 well-known virulence genes/traits described in pathogenic E. coli strains. The MLST phylogeny and the virulence gene profiles demonstrated a certain genetic similarity between Brazilian APEC strains, APEC isolated in the United States, UPEC (uropathogenic E. coli) and diarrheagenic strains isolated from humans. This correlation corroborates and reinforces the zoonotic potential hypothesis proposed to APEC.

Non-parametric stability analyses of dough properties in wheat

AbstractLiterature has unveiled that a paper has not been published yet on using non-parametric stability statistics (NPSSs) for evaluating genotypic stability in dough properties of wheat. Accordingly, the effects of genotype (G), environment (E) and GE interaction (GEI) on alveograph parameters, i.e. dough baking strength (W) and its tenacity (P)/extensibility (L), of 18 wheat (T. aestivum L.) genotypes were studied under irrigated field conditions in an 8-year trial (2006-2014) in central Turkey. Furthermore, genotypic stability for W and P/L was determined using 8 NPSSs viz. RM-Rank mean, RSD-Rank’s standard deviation, RS-Rank Sum, TOP-Ranking, Si(1), Si(2), Si(3) and Si(6) rank statistics. The ANOVA revealed that W and P/L were primarily controlled by E, although G and GEI also had significant effects. Among the 8 NPSSs, only RM, RS and TOP statistics were suitable for detecting the genotypes with high stable and bread making quality (e.g. G1 and G17). In conclusion, using RM, RS and TOP statistics is advisable to select for dough quality in wheat under multi-environment trials (METs).

Structure et dynamique des communautés multi-espèces : le rôle de l’espace

Cette thèse porte sur le rôle de l’espace dans l’organisation et dans la dynamique des communautés écologiques multi-espèces. Deux carences peuvent être identifiées dans les études théoriques actuelles portant sur la dimension spatiale des communautés écologiques : l’insuffisance de modèles multi-espèces représentant la dimension spatiale explicitement, et le manque d’attention portée aux interactions positives, tel le mutualisme, en dépit de la reconnaissance de leur ubiquité dans les systèmes écologiques. Cette thèse explore cette problématique propre à l’écologie des communautés, en utilisant une approche théorique s’inspirant de la théorie des systèmes complexes et de la mécanique statistique. Selon cette approche, les communautés d’espèces sont considérées comme des systèmes complexes dont les propriétés globales émergent des interactions locales entre les organismes qui les composent, et des interactions locales entre ces organismes et leur environnement. Le premier objectif de cette thèse est de développer un modèle de métacommunauté multi-espèces, explicitement spatial, orienté à l’échelle des individus et basé sur un réseau d’interactions interspécifiques générales comprenant à la fois des interactions d’exploitation, de compétition et de mutualisme. Dans ce modèle, les communautés locales sont formées par un processus d’assemblage des espèces à partir d’un réservoir régional. La croissance des populations est restreinte par une capacité limite et leur dynamique évolue suivant des mécanismes simples de reproduction et de dispersion des individus. Ces mécanismes sont dépendants des conditions biotiques et abiotiques des communautés locales et leur effet varie en fonction des espèces, du temps et de l’espace. Dans un deuxième temps, cette thèse a pour objectif de déterminer l’impact d’une connectivité spatiale croissante sur la dynamique spatiotemporelle et sur les propriétés structurelles et fonctionnelles de cette métacommunauté. Plus précisément, nous évaluons différentes propriétés des communautés en fonction du niveau de dispersion des espèces : i) la similarité dans la composition des communautés locales et ses patrons de corrélations spatiales; ii) la biodiversité locale et régionale, et la distribution locale de l’abondance des espèces; iii) la biomasse, la productivité et la stabilité dynamique aux échelles locale et régionale; et iv) la structure locale des interactions entre les espèces. Ces propriétés sont examinées selon deux schémas spatiaux. D’abord nous employons un environnement homogène et ensuite nous employons un environnement hétérogène où la capacité limite des communautés locales évoluent suivant un gradient. De façon générale, nos résultats révèlent que les communautés écologiques spatialement distribuées sont extrêmement sensibles aux modes et aux niveaux de dispersion des organismes. Leur dynamique spatiotemporelle et leurs propriétés structurelles et fonctionnelles peuvent subir des changements profonds sous forme de transitions significatives suivant une faible variation du niveau de dispersion. Ces changements apparaissent aussi par l’émergence de patrons spatiotemporels dans la distribution spatiale des populations qui sont typiques des transitions de phases observées généralement dans les systèmes physiques. La dynamique de la métacommunauté présente deux régimes. Dans le premier régime, correspondant aux niveaux faibles de dispersion des espèces, la dynamique d’assemblage favorise l’émergence de communautés stables, peu diverses et formées d’espèces abondantes et fortement mutualistes. La métacommunauté possède une forte diversité régionale puisque les communautés locales sont faiblement connectées et que leur composition demeure ainsi distincte. Par ailleurs dans le second régime, correspondant aux niveaux élevés de dispersion, la diversité régionale diminue au profit d’une augmentation de la diversité locale. Les communautés locales sont plus productives mais leur stabilité dynamique est réduite suite à la migration importante d’individus. Ce régime est aussi caractérisé par des assemblages incluant une plus grande diversité d’interactions interspécifiques. Ces résultats suggèrent qu’une augmentation du niveau de dispersion des organismes permet de coupler les communautés locales entre elles ce qui accroît la coexistence locale et favorise la formation de communautés écologiques plus riches et plus complexes. Finalement, notre étude suggère que le mutualisme est fondamentale à l’organisation et au maintient des communautés écologiques. Les espèces mutualistes dominent dans les habitats caractérisés par une capacité limite restreinte et servent d’ingénieurs écologiques en facilitant l’établissement de compétiteurs, prédateurs et opportunistes qui bénéficient de leur présence.

Niveaux de vitamine a (retinol et acide retinoïque) mesurés dans le sang de cordon ombilical et dévéloppement rénal des nouveau-nés

Introduction : La Vitamine A (rétinol, ROL) et son métabolite l’acide rétinoïque (AR) sont essentielles pour l’embryogénèse. L’excès comme l’insuffisance d’AR sont nocives. L’AR est régularisé dans l’embryon par des gènes spécifiques (ALDH, CRABP, CYP). Hypothèse : Les grandes variations d’AR dans le plasma des adultes normaux, nous ont orienté à mesurer les rétinoïdes (ROL et RA) dans le sang de cordon ombilical, pour évaluer des corrélations avec des polymorphismes des gènes impliquées dans le métabolisme de l’AR et le développement rénal-(RALDH2, CRABP2, CYP26A1; B1). Vérifier pour des corrélations entre ces rétinoïdes et/ou avec la taille de reins à la naissance. Méthodes : Extraction du ROL et RA du sang de cordon ombilical de 145 enfants et analyse par HPLC. Le volume des reins a été mesuré par ultrasonographie et l’ADN génomique leucocytaire extrait (FlexiGene DNA-Kit). 10 échantillons d’ADN ont été exclus (qualité). Les htSNP : ALDH1A2, CRABP2, CYP26A1;B1 du génome humain (HapMap) ont été séquencés et génotypés (Sequenom iPlex PCR).Des testes bio-statistiques des fréquences génotypiques et alléliques ont été effectués (Single-Locus, χ2, Kruskal-Wallis, Allelic-Exact).Des corrélations (ROL, RA, SNPs, V-reins) ont été analysés (Kendall-tau /Oakes). Résultats : La Δ RA (0.07-550.27 nmol/l) non corrélé avec la Δ ROL (51.39-3892.70 nmol/l). Il n’y a pas d’association ROL ou RA avec les volumes des reins ou avec les SNPs/ CYP21A1;B1. Corrélations trouvées : 1. (p=0.035), polymorphisme génétique ALDH1A2-SNP (rs12591551:A/C) hétérozygote/CA, (25enfants, 19%) avec moyennes d’AR (62.21nmol/l). 2. (p=0.013), polymorphisme CRABP2-SNP (rs12724719:A/G) homozygote/AA (4 enfants, 3%) avec hautes valeurs moyennes d’AR (141,3 nmol/l). Discussion-Conclusion : Les grandes ΔRA suggèrent une variabilité génique individuelle du métabolisme de ROL. Les génotypes (CA)-ALDH1A2/ SNP (rs12591551:A/C) et (AA) -CRABP2/SNP (rs12724719:A/G) sont associés à des valeurs moyennes hautes d’AR, pouvant protéger l’embryogénèse lors d’une hypovitaminose A maternelle.