EADock: docking of small molecules into protein active sites with a multiobjective evolutionary optimization.

In recent years, protein-ligand docking has become a powerful tool for drug development. Although several approaches suitable for high throughput screening are available, there is a need for methods able to identify binding modes with high accuracy. This accuracy is essential to reliably compute the binding free energy of the ligand. Such methods are needed when the binding mode of lead compounds is not determined experimentally but is needed for structure-based lead optimization. We present here a new docking software, called EADock, that aims at this goal. It uses an hybrid evolutionary algorithm with two fitness functions, in combination with a sophisticated management of the diversity. EADock is interfaced with the CHARMM package for energy calculations and coordinate handling. A validation was carried out on 37 crystallized protein-ligand complexes featuring 11 different proteins. The search space was defined as a sphere of 15 A around the center of mass of the ligand position in the crystal structure, and on the contrary to other benchmarks, our algorithm was fed with optimized ligand positions up to 10 A root mean square deviation (RMSD) from the crystal structure, excluding the latter. This validation illustrates the efficiency of our sampling strategy, as correct binding modes, defined by a RMSD to the crystal structure lower than 2 A, were identified and ranked first for 68% of the complexes. The success rate increases to 78% when considering the five best ranked clusters, and 92% when all clusters present in the last generation are taken into account. Most failures could be explained by the presence of crystal contacts in the experimental structure. Finally, the ability of EADock to accurately predict binding modes on a real application was illustrated by the successful docking of the RGD cyclic pentapeptide on the alphaVbeta3 integrin, starting far away from the binding pocket.

Chemical defenses in Sacoglossan Opisthobranchs: Taxonomic trends and evolutionary implications

Sacoglossan sea slugs (Mollusca: Opisthobranchia) are one of the few groups of specialist herbivores in the marine environment. Sacoglossans feed suctorially on the cell sap of macroalgae, from which they 'steal' chloroplasts (kleptoplasty) and deterrent substances (kleptochemistry), retaining intracellularly both host plastids and chemicals. The ingested chloroplasts continue to photosynthesize for periods ranging from a few hours or days up to 3 months in some species. Shelled, more primitive sacoglossans feed only on the siphonalean green algal genus Caulerpa, and they do not have functional kleptoplasty. The diet of sacoglossans has radiated out from this ancestral food. Among the shell-less Plakobranchidae (=Elysiidae), the more primitive species feed on other siphonales (families Derbesiaceae, Caulerpaceae, Bryopsidaceae and Codiaceae) and fix carbon, while the more 'advanced' species within the Plakobranchidae and Limapontioidae have a more broad dietary range. Most of these 'advanced' species are unable to fix carbon because the chloroplasts of their food algae are mechanically disrupted during ingestion. Mesoherbivores are likely to be eaten if they live on palatable seaweeds, their cryptic coloration and form not always keeping them safe from predators. Sacoglossans prefer to live on and eat chemically defended seaweeds, and they use ingested algal chemicals as deterrents of potential predators. The most ancestral shelled sacoglossans (Oxynoidae) and some Plakobranchidae such as Elysia translucens, Thuridilla hopei and Bosellia mimetica have developed a diet-derived chemical defense mechanism. Oxynoids and Thuridilla hopei are able to biomodify the algal metabolites. However, the Plakobranchidae Elysia timida and E. viridis, together with Limapontioidea species, are characterized by their ability to de novo synthesize polypropionate metabolites. A whole analysis of kleptoplasty and chemical defenses in sacoglossans may offer a better understanding of the ecology and evolution of these specialized opisthobranchs. In this paper we summarize some of the latest findings, related mainly to Mediterranean species, and offer a plausible evolutionary scenario based on the biological and chemical trends we can distinguish in them.

New grass phylogeny resolves deep evolutionary relationships and discovers C4 origins.

• Grasses rank among the world's most ecologically and economically important plants. Repeated evolution of the C(4) syndrome has made photosynthesis highly efficient in many grasses, inspiring intensive efforts to engineer the pathway into C(3) crops. However, comparative biology has been of limited use to this endeavor because of uncertainty in the number and phylogenetic placement of C(4) origins. • We built the most comprehensive and robust molecular phylogeny for grasses to date, expanding sampling efforts of a previous working group from 62 to 531 taxa, emphasizing the C(4)-rich PACMAD (Panicoideae, Arundinoideae, Chloridoideae, Micrairoideae, Aristidoideae and Danthonioideae) clade. Our final matrix comprises c. 5700 bp and is > 93% complete. • For the first time, we present strong support for relationships among all the major grass lineages. Several new C(4) lineages are identified, and previously inferred origins confirmed. C(3)/C(4) evolutionary transitions have been highly asymmetrical, with 22-24 inferred origins of the C(4) pathway and only one potential reversal. • Our backbone tree clarifies major outstanding systematic questions and highlights C(3) and C(4) sister taxa for comparative studies. Two lineages have emerged as hotbeds of C(4) evolution. Future work in these lineages will be instrumental in understanding the evolution of this complex trait.

Delphinium L. subgen Delphinium: origin and evolutionary trends

Les caractéristiques avançades de Delphinium L. subgèn. Delphinium (taxons anuals) son comparades amb les del subgèn. Delphinastrum (DC.) Wang i del subgèn. Oligophyllon Dimitrova (taxons perennes). La morfología floral mostra un intercanvi de funcions entre els petals laterals i els petals superiors i restructura de la inflorescencia de molts taxons anuals afavoreix un augment de les taxes de geitonogàmia-autogàmia. L'evolució dels cariotips és basada en una disminució de la longitud total dels cromosomes i en un increment del grau d'asimetria; el nombre cromosómic roman constant per a totes les especies anuals (2n = 16). Leficàcia de la dispersió de les especies anuals és mes gran que no pas la de les especies perennes, per causa d'un increment en la producció de granes i per l'augment de la flotabilitat, tant a l'aire com a l'aigua. D'altres caractéristiques adaptatives avançades son l'adquisició de noves defenses químiques i l'aparició d'un nou tipus embriogènic. Els nínxols ecologies del subgèn. Delphinium corresponen a habitats oberts i alterats, en comparado amb els habitats estables i relativament tancats dels subgéneros Delphinastrum i Oligophyllon. Es presenta una hipótesi global de les tendencies évolutives observades en anuals vs. perennes en connexió amb consideracions biogeogràfiques, així corn un resum taxonomic final.

Evolutionary history of the greater white-toothed shrew (Crocidura russula) inferred from analysis of mtDNA, Y, and X chromosome markers.

We investigate the evolutionary history of the greater white-toothed shrew across its distribution in northern Africa and mainland Europe using sex-specific (mtDNA and Y chromosome) and biparental (X chromosome) markers. All three loci confirm a large divergence between eastern (Tunisia and Sardinia) and western (Morocco and mainland Europe) lineages, and application of a molecular clock to mtDNA divergence estimates indicates a more ancient separation (2.25 M yr ago) than described by some previous studies, supporting claims for taxonomic revision. Moroccan ancestry for the mainland European population is inconclusive from phylogenetic trees, but is supported by greater nucleotide diversity and a more ancient population expansion in Morocco than in Europe. Signatures of rapid population expansion in mtDNA, combined with low X and Y chromosome diversity, suggest a single colonization of mainland Europe by a small number of Moroccan shrews >38 K yr ago. This study illustrates that multilocus genetic analyses can facilitate the interpretation of species' evolutionary history but that phylogeographic inference using X and Y chromosomes is restricted by low levels of observed polymorphism.

Evolutionary and ecological significance of non-shivering thermogenesis in the common vole

La production endogène à long terme de chaleur, même au repos, est une adaptation que l'on retrouve chez les animaux à sang chaud (les oiseaux et les mammifères). Cette production de chaleur a comme but le maintien d'une température constante du corps indépendamment de la température extérieure. A cette fin, les mammifères ont développé une forme de tissu spécialisé nommé tissu adipeux brun (BAT). Ce tissu est responsable de la conversion de nourriture en chaleur, procédé appelé thermogenèse sans frisson (NST = non-shivering thermogenesis). Durant ce procédé la uncoupling protein 1 (UCP1) convertit, au sein des mitochondries, la nourriture en chaleur au lieu de produire de l'ATP, molécule utilisée comme énergie cellulaire. On suppose que cette inefficacité de la conversion de la nourriture en ATP dans le BAT influence l'homéostasie de l'énergie, l'allocation des ressources ainsi que la régulation de processus gourmant en énergie comme la croissance et la reproduction. Afin de maintenir une température du corps constante, les mammifères doivent ajuster leur NST en fonction de la température ambiante. La NST devrait être donc plus importante que la croissance et la reproduction durant l'hiver que lors l'été/à haute altitude qu'à basse altitude. En effet, plusieurs études ont déjà démontré la dépendance de la NST aux divers paramètres environnementaux. Par contre, l'héritabilité de la NST ainsi que sa relation avec d'autres traits de caractère, ne sont que très peu connus, ceci malgré l'importance d'une telle information afin de pouvoir comprendre son potentiel évolutif. L'étude de l'importance évolutive et écologique sur la NST chez les campagnols des champs (Microtus arvalis) fut donc le but cette thèse de doctorat. Grâce aux informations collectées sur 4 générations de campagnols (chapitre 1), une dépendance saisonnière et journalière de la NST a été démontrée: elle augmente lors des périodes froides et diminue lors de la lactation. On a démontré que bien qu'étant plastique, la variation de la NST a une composante génétique significative. Elle est corrélée avec le taux d'activité métabolique au repos indiquant des contraintes intrinsèques. A l'aide d'une expérience de jardin commune, on a pu démontrer dans le chapitre 2 que les campagnols habitant en altitude ont une capacité génétique de thermogenèse sans frisson plus haute que celles de basse altitude. Ils produisent des portées plus petites et leur descendance grandit moins vite, surtout à partir du 10ème jour ce qui coïncide avec le début de la production de chaleur endogène. En choisissant artificiellement des campagnols avec une NST faible ou grande, on a pu démontrer une relation entre la NST et la développement de la masse corporelle. Les campagnols avec une haute NST grandissent plus lentement et sont plus légères à l'âge adulte que celles ayant une basse NST. A l'aide d'un croisement interligne entre les campagnols sélectionnés (avec basse et haute NST), on a pu montrer dans le chapitre 3 des effets « parent-of-origin >> du développement massique de la descendance, indiquant une empreinte génétique parentale. Cela veut dire que l'expression d'un allele dépend de l'origine parentale. De plus, des effets « parent-of-origin » des taux de base de norépinephrine et d'irisine ont pu être trouvés. Ces hormones sont connues pour influencer non seulement la TSF mais aussi d'autres caractéristiques. Ces influences ouvrent la voie à de nouvelles études sur la relation entre la TSF et l'histoire de vie. Dans le chapitre 4 on a démontré des effets à long terme de l'allocation des ressources en manipulant la taille des portées qui ont abouti à des différences dans l'investissement dans la reproduction et de la croissance de la descendance à la fois dans le cas de la reproduction manipulé et aussi dans le non - manipulée entre les femelles avec portées agrandies et réduites. Ensemble, ces résultats mettent en évidence le rôle central de la NST dans l'allocation des ressources sur la base d'un compromis entre le maintien et la croissance et ainsi transforme l'histoire de vie des mammifères. Ces études montrent comment les mammifères peuvent répondre rapidement à court et à long terme (c'est-à-dire par des réponses génétiques ou plastiques) à un changement rapide du climat. On montre aussi qu'il y a probablement une corrélation entre l'histoire de vie et des changements du comportement. Finalement mes résultats ont montré un lien étroit entre la NST et la croissance et les dimensions du corps. Ces résultats indiquent que le tissu adipeux brun et la NST pourraient être une cible thérapeutique intéressante pour traiter l'obésité.

Mutual trust and cooperation in the evolutionary hawks-doves game

Using a new dynamical network model of society in which pairwise interactions are weighted according to mutual satisfaction, we show that cooperation is the norm in the hawks-doves game when individuals are allowed to break ties with undesirable neighbors and to make new acquaintances in their extended neighborhood. Moreover, cooperation is robust with respect to rather strong strategy perturbations. We also discuss the empirical structure of the emerging networks, and the reasons that allow cooperators to thrive in the population. Given the metaphorical importance of this game for social interaction, this is an encouraging positive result as standard theory for large mixing populations prescribes that a certain fraction of defectors must always exist at equilibrium.

Chromosomal versus mitochondrial DNA evolution: tracking the evolutionary history of the southwestern european populations of the Sorex araneus group (Mammalia Insectivora)

The shrews of the Sorer araneus group have undergone a spectacular chromosome evolution. The karyotype of Sorer granarius is generally considered ancestral to those of Sorer coronatus and S. araneus. However, a sequence of 777 base pairs of the cytochrome b gene of the mitochondrial DNA (mtDNA) produces a quite different picture: S. granarius is closely related to the populations of S. araneus from the Pyrenees and from the northwestern Alps, whereas S. coronatus and S. araneus from Italy and the southern Alps represent two well-separated lineages. It is suggested that mtDNA and chromosomal evolution are in this case largely independant processes. Whereas mtDNA haplotypes are closely linked to the geographical history of the populations, chromosomal mutations were probably transmitted from one population to another. Available data suggest that the impressive chromosome polymorphism of this group is quite a recent phenomenon.

Aufftrittsangst : kardiorespiratorische Aktivität bei ängstlichen und nichtängstlichen Musikstudenten in einer Auftrittssituation = Performance anxiety : cardiorespiratory activity in high- and low-anxious professional music students in a performance situation

Fragebogenstudien haben gezeigt, dass ängstliche Musiker vor und/oder während eines Auftritts möglicherweise unter Hyperventilationssymptomen leiden. Berichtete Symptome beinhalten Kurzatmigkeit, schnelles oder tiefes Einatmen, Schwindelgefühl und Herzklopfen. Bisher hat jedoch noch keine Studie getestet, ob diese selbstberichteten Symptome tatsächlich kardiorespiratorische Veränderungen widerspiegeln. Das Hauptziel dieser Studie ist es, zu bestimmen, ob sich Auftrittsangst bei Musikern physiologisch über kardiorespiratorische Muster äußert. Wir haben insgesamt 74 Musikstudenten von Schweizer Musikhochschulen getestet. Diese Studenten wurden aufgrund ihrer selbstberichteten Auftrittsangst (STAI-S) in zwei Gruppen unterteilt: ängstliche Musiker und nichtängstliche Musiker. Die Studenten wurden in drei unterschiedlichen Situationen getestet: Ausgangszustand, Auftritt ohne Publikum, Auftritt mit Publikum. Wir haben folgende Parameter gemessen: a) kardiorespiratorische Muster und endexpiratorisches CO2, welches eine gute nichtinvasive Schätzung des Hyperventilationsgrades liefert und b) subjektiv wahrgenommene Emotionen und subjektiv wahrgenommene physiologische Aktivität. Das Poster zeigt die ersten Resultate der 15 ängstlichsten und der 15 am wenigsten ängstlichen Musiker. Das Hauptinteresse gilt den folgenden Punkten: Herz- und Atemfrequenz, subjektiv wahrgenommenes Herzklopfen, subjektiv wahrgenommene Kurzatmigkeit und subjektiv wahrgenommenes Angstgefühl. Die Resultate dieser Studie zeigen erstens, dass ängstliche und nichtängstliche Musikstudenten zu den verschiedenen Messzeitpunkten eine vergleichbare physiologische Aktivität aufweisen und zweitens, dass ängstliche Musikstudenten ein signifikant höheres Angstgefühl haben und signifikant mehr Herzklopfen und Kurzatmigkeit wahrnehmen vor und/oder während eines Auftritts mit Publikum. Dies deutet darauf hin, dass sich ängstliche und nichtängstliche Musikstudenten a) bezüglich der subjektiv wahrgenommenen physiologischen Symptome und des selbst berichteten Angstgefühls vor und/oder während eines öffentlichen Auftritts unterscheiden und sich b) bezüglich der untersuchten physiologischen Reaktionen nicht unterscheiden.

Reproductive bribing and policing as evolutionary mechanisms for the suppression of within-group selfishness.

We show that a new, simple, and robust general mechanism for the social suppression of within-group selfishness follows from Hamilton's rule applied in a multilevel selection approach to asymmetrical, two-person groups: If it pays a group member to behave selfishly (i.e., increase its share of the group's reproduction, at the expense of group productivity), then its partner will virtually always be favored to provide a reproductive "bribe" sufficient to remove the incentive for the selfish behavior. The magnitude of the bribe will vary directly with the number of offspring (or other close kin) potentially gained by the selfish individual and inversely with both the relatedness r between the interactants and the loss in group productivity because of selfishness. This bribe principle greatly extends the scope for cooperation within groups. Reproductive bribing is more likely to be favored over social policing for dominants rather than subordinates and as intragroup relatedness increases. Finally, analysis of the difference between the group optimum for an individual's behavior and the individual's inclusive fitness optimum reveals a paradoxical feedback loop by which bribing and policing, while nullifying particular selfish acts, automatically widen the separation of individual and group optima for other behaviors (i.e., resolution of one conflict intensifies others).

A new perspective on the evolutionary history of western European Sorex araneus group revealed by paternal and maternal molecular markers.

The species of the common shrew (Sorex araneus) group are morphologically very similar, but have undergone a spectacular chromosomal evolution. We investigate here the evolutionary history of the Sorex araneus group distributed in western Europe. In particular, we clarify the position of a difficult species, S. granarius, using sex-specific (mtDNA and Y-chromosome) markers. The karyotype of S. granarius is generally considered similar to the common ancestor of the restricted group considered here. The mtDNA data (1.4 kb) confirms the close relationship between S. granarius and S. araneus sensu stricto (hereafter S. araneus s.s.), but the Y-chromosome (3.4 kb) produces a quite different picture: S. granarius is closely related to another species, S. coronatus. Comparison of mtDNA and Y-chromosome phylogenies suggests that the genetic and chromosomal evolution in this group are disconnected processes. The evolutionary history of the south-western European populations of the S. araneus group can only be understood considering secondary contacts between taxa after their divergence, implying genetic exchanges by means of hybridization and/or introgression.