Evolutionary forces affect multigenomic arbuscular mycorhizal fungi : an experimental approach using Glomus intraradices

Abstract Arbuscular Mycorhizal Fungi (AMF) are important plant symbionts that can improve floristic diversity and ecosystem productivity. These important fungi are obligate biotrophs and form symbioses with roots of the majority of plant species, improving plant nutrient acquisition in exchange of photosynthates. AM fungi are successful both ecologically as they occupy a very large spectrum of environments as well as host range and evolutionarily, as this symbiosis is over 400 million years old. These fungi grow and reproduce clonally by hyphae and multinucleate spores. AMF are coenocytic and recent work has shown that they harbor genetically different nuclei and that AMF populations are genetically diverse. How AMF species diversity is maintained has been addressed theoretically and experimentally at the community level. Much less attention has been drawn to understand how genetic diversity is maintained within populations although closely related individuals are more likely to compete for the same resources and occupy similar niches. How infra-individual genetic diversity is shaped and maintained has received even less attention. In Chapter 2, we show that individuals from a field population may differ in their symbiotic efficiency under reduced phosphate availability: We show there is genetic variation in an AMF field population for fitness-related growth traits in response to different phosphate availability acid host species. Furthermore, AFLP fingerprints of the same individuals growing in contrasting environments diverged suggesting that the composition in nuclei of AMF is dynamical and affected by environmental factors. Thus environmental heterogeneity is likely to play an important role for the maintenance of genetic diversity at the population level. In Chapter 3 we show that single spores do not inherit necessarily the same genetic material. We have found genetic divergences using two different types of molecular marker, as well as phenotypic divergences among single spore lines. Our results stress the importance of considering these organisms as a multilevel hierarchical system and of better knowing their life cycle. They have important consequences for the understanding of AMF genetics, ecology and the development of commercial AMF inocculum. Résumé Les champignons endomycorhiziens arbusculaires (CEA) sont d'importants symbiontes pour les plantes, car ils augmentent la diversité et la productivité des écosystèmes. Ces importants symbiontes sont des biotrophes obligatoires et forment une symbiose avec la plupart des plantes terrestres. Ils améliorent l'acquisition de substances nutritives de leurs hôtes en échange de sucres obtenus par photosynthèse. Ces champignons ont un grand succès écologique, ils colonisent une grande rangée d'environnements ainsi que d'hôtes. Ils ont aussi un succès évolutif certain de part le fait que cette symbiose existe depuis plus de 400 millions d'années. Les CEA sont asexués et croissent clonalement en formant des hyphes et des spores multinuclées. Les CEA sont des coenocytes et des travaux de recherche récents ont montré qu'ils possèdent des noyaux génétiquement différents. D'autres travaux ont aussi révélé que les populations de CEA sont génétiquement diversifiées. Comment la diversité des CEA est maintenue a seulement été adressée par des études théoriques et expérimentalement au niveau des communautés. Très peu d'attention a été portée sur le maintien de la diversité génétique infra et inter populationnelle, or ce sont les individus les plus proches génétiquement qui vont entrer en compétition pour des ressources et niches similaires. La formation et le maintien de la diversité intra-individu des CEA a reçu très peu d'attention. Dans le chapitre 2, nous montrons que des individus CEA d'un même champ différent dans leur efficacité symbiotique lorsque la concentration en phosphoré est réduite. Nous montrons qu'il existe de la variance génétique dans une population de CEA provenant d'un même champ en réponse à différentes concentrations de phosphore, ainsi qu'en réponse à différentes espèces d'hôtes, et ceci pour des traits de croissance vraisemblablement liés au succès reproducteur. De plus grâce à des AFLP nous avons pu montrer que le génome de ces individus subissent des changements lorsqu'ils croissent dans des environnements contrastés. Ceci suggère que les noyaux génétiquement différents des CEA sont des entités dynamiques. Il est fort probable que l'hétérogénéité environnementale joue un rôle dans le maintien de la diversité génétique des populations de CEA. Dans le chapitre 3, nous montrons que toutes les spores d'un même mycélium parental de CEA ne reçoivent pas exactement le même contenu génétique. Nous avons mis en évidence des divergences entre des Lignées monosporales en utilisant deux types de marqueur moléculaires, ainsi que des différences phénotypiques. Nos résutats soulignent l'importance de considézer ces organismes comme dés systëmes hiérarchiques mufti-niveaux, ainsi que de mieux connaître leur cycle de vie. Nos résultats ont d'importantes conséquences pour la compréhension du système génétique des CEA, ainsi que de leur évolution, leur écológie, mais également des conséquences pour la production d' inoccultim commercial.

Evaluation de l'activité fonctionnelle des membres supérieurs chez des patients atteints de maladies neuromusculaires par mesures cinématiques (Physilog®)

Contexte :¦Les affections neuromusculaires sont des maladies rares, le plus souvent d'origine génétique et dont le degré de sévérité est variable. Certaines sont progressives et conduisent à une perte de l'indépendance motrice et à une insuffisance respiratoire, tandis que d'autres permettent une vie proche de la normale.¦Les progrès des connaissances en génétique moléculaire ont permis d'améliorer significativement la connaissance des mécanismes physiopathologiques de ces maladies et ont également ouverts la voie à de nouvelles possibilités thérapeutiques. Concernant les maladies les plus graves, le but premier de ces thérapies sera de tenter de préserver la marche indépendante le plus longtemps possible. Toutefois, les patients ayant déjà perdu la marche et qui dépendent de la fonction de leur membres supérieurs pour garder une certaine indépendance devront également pouvoir être inclus dans des essais thérapeutiques et bénéficier des traitements reconnus efficaces.¦De nouveaux moyens de mesure de la fonction motrice des membres supérieurs doivent être développés non seulement dans la perspective de ces éventuels essais thérapeutiques pour ces patients limités à la chaise roulante, mais également dans le but de pouvoir évaluer plus précisément l'histoire naturelle des maladies même après la perte de la marche indépendante.¦Objectifs:¦Evaluer la fonction motrice des membres supérieurs chez des patients myopathes ayant perdu la marche indépendante par mesure cinématique.¦Méthode :¦Mesure de l'activité des membres supérieurs et le profil de cette activité par mesure cinématique (Physilog) chez:¦-Vingt-cinq patients atteints d'une myopathie en chaise roulante.¦-Vingt-cinq sujets contrôle assis¦Ces mesures seront comparées aux scores obtenus à l'échelle de Mesure de Fonction Motrice (Bérard et al, 2005) et plus précisément à l'axe D3 de cette échelle qui évalue les fonctions distales.¦Les patients seront vus à deux reprises pour une période de deux fois deux heures pendant laquelle ils porteront le Physilog. Il leur sera demandé d'effectuer une série d'exercices afin d'évaluer la fonction motrice des membres supérieurs (manger un yaourt avec une cuillère, verser un verre d'eau et le boire, se toucher selon les possibilités la tête, le front, la bouche, le cou, jouer à la console Wii) Le score de Brooke sera également testé. Chaque exercice sera répété plusieurs fois afin de d'assurer de la qualité des résultats.¦Système portable Physilog :¦Physilog est un système de mesure ambulatoire. La version utilisée dans cette étude est composée de 2 capteurs miniatures et d'une unité numérique portable légère (~215 g), qui filtre, amplifie et sauvegarde les signaux fournis par les capteurs sur une carte mémoire (Physilog-BioAGM, CH).¦Afin de pouvoir enregistrer l'activité des deux membres supérieurs, deux appareils Physilog (4 capteurs) seront utilisés par patient. Deux capteurs seront fixés sur chaque membre supérieur. Les capteurs sont fixés sur la peau à l'aide d'une bande autocollante.¦Les capteurs mis au point par le LMAM (laboratoire de mesure et d'analyse du mouvement) mesurent la rotation angulaire et l'accélération au niveau des membres supérieurs. L'algorithme utilisé dans cette étude a été développé dans le laboratoire LMAM à l'EPFL et a fait l'objet d'une thèse.¦Résultats escomptés :¦Les résultats de l'étude pilote montrent que le Physilog permet de quantifier de manière fiable et reproductible la fonction des membres supérieurs durant des activités courantes de la vie quotidienne et pourrait donc devenir un moyen d'évaluation fiable des nouveaux traitements.

Paroxysmal Extreme Pain Disorder (PEPD): clinical and genetic investigation

Objectifs 1) Caractériser une famille avec PEPD aux plans clinique, généalogique et génétique. 2) Identifier la cause génétique de la maladie dans cette famille, et en démontrer la pathogénicité. Introduction Le "Paroxysmal Extreme Pain Disorder " (PEPD) est une maladie génétique de transmission autosomique dominante caractérisée par des douleurs paroxystiques rectales, oculaires, maxillaires ou dans les membres inférieurs, qui peuvent être accompagnées d'un érythème. Les épisodes sont déclenchés par le contact cutané, les traumatismes mineurs et l'exposition au chaud. Leur intensité est telle qu'elle en est invalidante. PEPD est causé par des mutations du gène SCN9A, qui code pour la sous-unité alpha du canal sodique Nav1.7. Ce canal est distribué dans des cellules nerveuses périphériques appelées "nocicepteurs" qui sont impliquées dans la transmission du signal lié à la douleur. Méthode et Résultats Résultats Cliniques La partie clinique s'est déroulée à l'aide d'interviews structurées par visite directe, entretiens téléphoniques ou par correspondance. L'anamnèse, les données généalogiques et l'examen clinique ont été étudiés de façon extensive et tabulée. Résultats Génétiques Suite à l'identification de la mutation, un génotypage a été effectué à l'aide de techniques standards, afin de démontrer la co-ségrégation de la mutation avec la maladie. En outre, un groupe contrôle de 92 sujets suisses sans maladie connue ont été génotypés pour exclure la possibilité d'un polymorphisme rare. Grâce aux techniques de PCR et de séquençage, nous avons pu démontrer la présence d'une nouvelle mutation hétérozygote dans l'exon 27 du gène SCN9A, ce dernier étant impliqué dans plusieurs maladies dont PEPD. Cette mutation est codante, et conduit à un changement d'acide aminé dans le canal sodique Nav1.7 (mutation p.L1612P). Conclusions L'étude démontre la présence d'une nouvelle mutation du gène SCN9A permettant d'expliquer les symptômes décrits dans la famille investiguée. En effet, le groupe contrôle et tous les individus non symptomatiques de la famille n'ont pas la mutation, ce qui soutient fortement sa pathogénicité. En outre, il s'agit d'une mutation codante non-synonyme, localisée à proximité d'autres mutations causales précédemment étudiées au plan électrophysiologique.

Contribution of major cardiovascular risk factors to familial premature coronary artery disease : the GENECARD project

Résumé Objectifs: Cette étude relève la prévalence des principaux facteurs de risque cardiovasculaire dans les coronaropathies précoces (P-CAD) familiales, survenant chez au moins deux frères et/ou soeurs d'une même fratrie. Méthodes: Nous avons recruté 213 survivants atteints de P-CAD, issus de 103 fratries, diagnostiqués avant l'âge de 50 ans chez les hommes et 55 ans chez les femmes. La présence ou non d'hypertension, d'hypercholestérolémie, d'obésité et de tabagisme a été documentée au moment de l'événement chez 163 de ces patients (145 hommes et 18 femmes). Chaque patient a été comparé à deux individus de même âge et sexe, chez qui un diagnostic de P-CAD «sporadique» (non familiale) était posé, et à trois individus choisis au hasard parmi la population générale. Résultats: En comparaison de la population générale, les patients atteints de P-CAD sporadique avaient une prévalence supérieure pour l 'hypertension (29% vs. 14%, p<0.001), le cholestérol (54% vs. 33%, p<0.001), l'obésité (20% vs. 13%, p<0.001) et le tabagisme (76% vs. 39%, p<0.001). Ces facteurs de risque étaient de prévalences similaires, voire supérieures chez les patients atteints de P-CAD familiale (43% [p0.05 vs. P-CAD sporadiques], 58% [p=0.07], 21% et 72% respectivement). Seulement 7 (4%) des 163 patients atteints de P-CAD familiale et 22 (7%) des 326 patients atteints de P-CAD sporadique, ne présentaient aucun facteur de risque cardiovasculaire, comparés à 167 (34%) des 489 patients issus de la population générale. Conclusions: Les facteurs de risque cardiovasculaire classiques et réversibles ont une haute prévalence chez les patients atteints de P-CAD familiale. Ce fait rend improbable une contribution génétique prédominante, agissant en l'absence de facteurs de risque. Summary Objectives: This study was designed to assess the prevalence of major cardiovascular risk factors in familial premature coronary artery disease (P-CAD), affecting two or more siblings within one sibship. Background: Premature CAD has a genetic component. It remains to be established whether familial P-CAD is due to genes acting independently from major cardiovascular risk factors. Methods: We recruited 213 P-CAD survivors from 103 sibships diagnosed before age ?50 (men) or ?55 (women) years old. Hypertension, hypercholesterolemia, obesity, and smoking were documented at the time of the event in 163 patients (145 men and 18 women). Each patient was compared with two individuals of the same age and gender, diagnosed with sporadic (nonfamilial) P-CAD, and three individuals randomly sampled from the general population. Result: Compared with the general population, patients with sporadic P-CAD had a higher prevalence of hypertension (29% vs. 14%, p < 0.001), hypercholesterolemia (54% vs. 33%, p < 0.001), obesity (20% vs. 13%, p < 0.01), and smoking (76% vs. 39%, p < 0.001). These risk factors were equally or even more prevalent in patients with familial P-CAD (43% [p < 0.05 vs. sporadic P-CAD], 58% [p = 0.07], 21% and 72%, respectively). Overall, only 7 (4%) of 163 of patients with familial P-CAD and 22 (7%) of 326 of patients with sporadic P-CAD had none of these conditions, as compared with 167 (34%) of 489 patients in the general population. Conclusions: Classic, remediable risk factors are highly prevalent in patients with familial P-CAD. Accordingly, a major contribution of genes acting in the absence of these risk factors is unlikely.

Genetic and maternal contributions to offspring viability under different environmental conditions in various salmonids

Summary : Due to anthropogenic impacts and natural fluctuations, fish usually have to cope with constantly changing and often hostile environments. Whereas adult fish have various possibilities to counteract unfavourable environmental conditions, embryos have much fewer options. Besides by their developing immune system, they are protected by the egg envelopes and several immune substances provided by their mothers. In addition to this, they may also adjust their hatching timing in reaction to various risks. However, individuals may vary in their defensive potential. This variation may be either based on their genetics and/or on differential maternal investments and may be dependent on the experienced stress. Nevertheless, in fish, the impact of such parental contributions on embryo and/or juvenile viability is still poorly investigated. The main objective of this thesis was to investigate the importance of paternal (i.e. genetic) and maternal (i.e. genetic + egg investment) contributions to offspring viability under different environmental conditions and at different life stages. In order to investigate this, we used gametes of various salmonids for in vitro fertilisation experiments based on full-factorial breeding designs. The individual studies are summarised in the following chapters: In the first chapter, we tested the effectiveness of the embryonic immune system in Lake whitefish (Coregonus palaea). Namely, we investigated paternal and maternal contributions to the embryos' tolerance to different kinds of pathogen exposure. Additionally, we tested whether an early sub-léthal exposure has a positive or a negative effect on an embryo's susceptibility to later pathogen exposures with the same pathogen. We found that pre-challenged embryos were more susceptible to future challenges. Moreover, pathogen susceptibility was dependent on maternal investments and/or the embryos' own genetics, depending on the challenge level. Chapter 2 summarises a similar study with brown trout (Salmo trutta). In addition to the previously described investigations, we analysed if genetic effects on offspring viability are mediated either by parental MHC genotypes or relatedness based on neutral microsatellite markers, and we tested if males signal their genetic quality either by their body size or their melanin-based skin colouration. We found that embryo survival was lower at higher stress levels and dependent on the embryos' genetics. Addirionally, parents with similar and/or, very common MHC genotypes had higher offspring viabilities. Finally, darker males produced more viable offspring. In the first two chapters we investigated the embryos' defensive potential based on their immune system, i.e. their pathogen tolerance. In chapter 3 we investigate whether hatching timing of Lake whitefìsh (C. palaea) is dependent on parental contributions and/or on pathogen pressure, and whether there are parental-environmental interactions. We found that whitefish embryos hatch earlier under increasing pathogen pressure. Moreover, hatching timing was affected by embryo genetics and/or maternally provided resources, but the magnitude of the effect was dependent on the pathogen. pressure. We also found a significant paternal-environmental interaction, indicating that the hatching efficiency of a certain sib group is dependent on the pathogen environment. Chapter 4 describes an analogous study with brown trout (S. trutta), with similar findings. In the former chapters, we only looked at offspring performance during the embryonic period, and only under semi-natural conditions. In chapter 5 we now test the performance and viability of embryonic and juvenile brown trout (S. trutta) under natural conditions. To measure embryo viability, we put them in brood boxes, buried them in the gravel of a natural river, and analysed survival after several months. To investigate juvenile survival and performance, wé reared embryos under different stress levels in the laboratory and subsequently released the resulting hatchlings in to a closed river section. Juvenile size and survival was then determined one year later. Additionally, we investigated if sires differ in their genetic quality, determined by embryo and juvenile survival as well as juvenile size, and if they signal their quality by either body size or melanin-based body darkness. We found hat juvenile size was dependent on genetic effects and on maternal investment, whereas this was neither the case for embryo nor for juvenile survival. Additionally, we found that offspring of darker males grew larger, and larger juveniles had also an increased survival. Finally, we found acarry-over effect of the early non-lethal challenge: exposing embryos to higher stress levels resulted in smaller juveniles. To evaluate the long-term performance of differently treated groups, mark-recapture studies are inevitable. For this purpose, effective mass-marking techniques are essential. In chapter 6 we tested the suitability of the fluorescent pigment spray marking method for the mass marking of European graylings (Thymallus thymallus), with very promising results. Our in vitro fertilisation studies on whitefish may reveal new insights on potential genetic benefits of mate choice, but the mating system of whitefish under natural conditions is still poorly investigated. In order to study this, we installed underwater cameras at the spawning place of a Coregonus suidteri population, recorded the whole mating period and subsequently analysed the recordings. Confirmations of previous findings as well as exciting new observations are listed and discussed in chapter 7. Dus aux impacts anthropogéniques et aux fluctuations naturelles, les poissons doivent faire face à des environnements en perpétuel changement. Ces changements font que les poissons doivent s'adapter à de nouvelles situations, souvent hostiles pour eux. Les adultes ont différentes possibilités d'échapper à un environnement peu favorable, ce n'est par contre pas le cas des embryons. Les embryons sont protégés d'une part par leur système immunitaire en développement, d'autre part, par la coquille de l'eeuf et différentes substances immunitaires fournies par leur mère. De plus, ils sont capables d'influencer leur propre date d'éclosion en réponse à différents facteurs de stress. Malgré tout, les individus varient dans leur capacité à se défendre. Cette variation peut être basé sur des facteurs génétiques et/ou sur des facteurs maternels, et est dépendante du stress subi. Néanmoins, chez les poissons, l'impact de telles contributions parentales sur la survie d'embryons et/ou juvéniles est peu étudié. L'objectif principal de cette thèse a été d'approfondir les connaissances sur l'importance de la contribution paternelle (c.a.d. génétique) et maternelle (c.a.d. génétique + investissement dans l'oeuf) sur la survie des jeunes dans différentes conditions expérimentales et stades de vie. Pour faire ces analyses, nous avons utilisé des gamètes de divers salmonidés issus de croisements 'full-factorial'. Les différentes expériences sont résumées dans les chapitres suivants: Dans le premier chapitre, nous avons testé l'efficacité du système immunitaire des embryons chez les corégones (Coregonus palea). Plus précisément nous avons étudié la contribution paternelle et maternelle à la tolérance des embryons à différents niveaux de stress pathogène. Nous avons aussi testé, si une première exposition non létale à un pathogène avait un effet positif ou négatif sur la susceptibilité d'un embryon a une deuxième exposition au même pathogène. Nous avons trouvé que des embryons qui avaient été exposés une première fois étaient plus sensibles au pathogène par la suite. Mais aussi que la sensibilité au pathogène était dépendante de l'investissement de la mère et/ou des gènes de l'embryon, dépendamment du niveau de stress. Le deuxième chapitre résume une étude similaire avec des truites (Salmo truffa). Nous avons examiné, si la survie des jeunes variait sous différentes intensités de stress, et si la variance observée était due aux gènes des parents. Nous avons aussi analysé si les effets génétiques sur la survie des juvéniles étaient dus au MHC (Major Histocompatibility Complex) ou au degré de parenté des parents. De plus, nous avons analysé si les mâles signalaient leur qualité génétique par la taille du corps ou par leur coloration noire, due à la mélanine. On a trouvé que la survie des embryons était plus basse quand le niveau de stress était plus haut mais que la variation restait dépendante de la génétique des embryons. De plus, les parents avec des MHC similaires et/ou communs avaient des embryons avec une meilleure survie. Par contre, des parents avec un degré de parenté plus haut produisent des embryons avec une survie plus mauvaise. Finalement nous avons montré que les mâles plus foncés ont des embryons qui survivent mieux, mais que la taille des mâles n'a pas d'influence sur la survie de ces mêmes embryons. Dans les deux premiers chapitres, nous avons étudié le potentiel de défense des embryons basé sur leur système immunitaire, c.a.d. leur tolérance aux pathogènes. Dans le troisième chapitre, nous nous intéressons à la date d'éclosion des corégones (C. palea), pour voir si elle est influencée par les parents ou par la pression des pathogènes, et si il y a une interaction entre ces deux facteurs. Nous avons trouvé que les jeunes naissent plus rapidement lorsque la pression en pathogènes augmente. La date d'éclosion est influencée par la génétique des embryons et/ou l'investissement des parents, mais c'est la magnitude des effets qui est dépendante de la pression du pathogène. Nous avons aussi trouvé une interaction entre l'effet paternel et l'environnement, ce qui indique que la rapidité d'éclosion de certains croisements est dépendante des pathogènes dans l'environnement. Le chapitre 4 décrit une étude analogue avec de truites (S. truffa), avec des résultats sitzimilaires. Dans les précédents chapitres nous nous sommes uniquement concentrés sur les performances des jeunes durant leur stade embryonnaire, et seulement dans des conditions semi naturelles. Dans le chapitre 5 nous testons la performance et la viabilité des embryons et de juvéniles de truites (S. truffa) dans des conditions naturelles. Nous avons trouvé que la taille des juvéniles était dépendante d'effets génétiques et de l'investissement maternel, mais ceci n'était ni les cas pour les survie des embryons et des juvéniles. De plus, nous avons trouvé que les jeunes des mâles plus foncés devenaient plus grands et que les grands ont un meilleur taux de survie. Finalement nous avons trouvé un 'carry-over effect' d'une première exposition non létale à un pathogène: exposer des embryons à des plus hauts niveaux de stress donnait des juvéniles plus petits. Pour évaluer la performance à long terme de groupes traités dé manières différentes, une méthode de marquage-recapture est inévitable. Pour cette raison, des techniques de marquage en masse sont nécessaires. Dans le chapitre 6, nous avons testé l'efficacité de la technique `fluorescent pigment spray marking' pour le marquage en masse de l'Ombre commun (Thymallus thymallus), avec des résultats très prometteurs. Les études de fertilisations in vitro avec les corégones nous donnent une idée du potentiel bénéfice génétique que représente la sélection d'un bon partenaire, même si le système d'accouplement des corégones en milieu naturel reste peu connu. Pour combler cette lacune, nous avons installé des caméras sous-marines autour de la frayère d'une population de corégones (C. suidteri), nous avons enregistré toute la période de reproduction et nous avons analysé les données par la suite. Ainsi, nous avons été capables de confirmer bien des résultats trouvés précédemment, mais aussi de faire de nouvelles observations. Ces résultats sont reportés dans le septième chapitre, où elles sont comparées avec des observations antérieures.

Explorer le cerveau avec l'imagerie du connectome.

Objectifs: comprendre que les connections cérébrales forment un réseau structurel complexe de grande taille, comprendre que l'organisation architecturale de ce réseau définit les propriétés fonctionnelles de ce dernier, comprendre qu'il y a une interdépendance intime entre la structure et la fonction , le métabolisme, comprendre que le réseau change au cours du développement ou lors de lésions ou maladie cérébrale. Messages à retenir: le cerveau est un réseau neuronal complexe qui peut être mesurer avec l'IRM, la connectivité cérébrale est inhomogène, la connectivité structurelle détermine largement la fonction cérébrale, les réseau neuronaux se modifient au cours de la vie et dans certaines maladies cérébrales. Résumé: La "connectomique" est un domaine émergeant et prometteur des neurosciences qui utilise l'IRM de diffusion en combinaison avec des traitements algorithmiques avancés afin de mesurer les trajectoires de faisceaux de fibres et la connectivité cérébrale permettant d'étudier l'organisation de la structure du réseau neuronal cérébral dans son ensemble. Lors de ce cours nous reverrons les méthodes rendant cette cartographie possible et exposerons les techniques d'analyse utilisées pour obtenir de nouvelles informations sur l'architecture cérébrale. Nous reverrons également un certains nombre d'exemple d'applications où la connectomique offre une nouvelle manière d'analyser et de comprendre le fonctionnement du cerveau normal ou malade.

Chromosomal rearrangement and genetic structure in the shrews of the Sorex araneus group

ABSTRACT The role of chromosomal rearrangements in the speciation process is much debated and many theoretical models have been developed. The shrews of the Sorex araneus group offer extraordinary opportunities to study the relationship between chromosomal variation and speciation. Indeed, this group of morphologically very similar species received a great deal of attention due to its karyotypic variability, which is mainly attributed to Robertsonian fusions. To explore the impact of karyotypic changes on genetic differentiation, we first studied the relationship between genetic and karyotypic structure among Alpine species and among chromosome races of the S. araneus group using Bayesian admixture analyses. The results of these analyses confirmed the taxonomic status of the studied species even though introgression can still be detected between species. Moreover, the strong spatial sub-structure highlighted the role of historical factors (e.g. geographical isolation) on genetic structure. Next, we studied gene flow at the chromosome level to address the question of the impact of chromosomal rearrangements on genetic differentiation. We used flow sorted chromosomes from three different karyotypic taxa of the S. araneus group to map microsatellite markers at the chromosóme arm level. We have been able to map 24 markers and to show that the karyotypic organisation of these taxa is well conserved, which suggests that these markers can be used for further inter-taxa studies. A general prediction of chromosomal speciation models is that genetic differentiation between two taxa should be larger across rearranged chromosomes than across chromosomes common to both taxa. We combined two approaches using mapped microsatellites to test this prediction. First, we studied the genetic differentiation among five shrew taxa placed at different evolutionary levels (i.e. within and among species). In this large scale study, we detected an overall significant difference in genetic structure between rearranged vs. common chromosomes. Moreover, this effect varied among pairwise comparisons, which allowed us to differentiate the role of the karyotypic complexity of hybrids and of the evolutionary divergence between taxa. Secondly, we compared the levels of gene flow measured across common vs. rearranged chromosomes in two karyotypically different hybrid zones (strong vs. low complexity of hybrids), which show similar levels of genetic structure. We detected a significantly stronger genetic structure across rearranged chromosomes in the hybrid zone showing the highest level of hybrid complexity. The large variance observed among loci suggested that other factors, such as the position of markers within the chromosome, also certainly affects genetic structure. In conclusion, our results strongly support the role of chromosomal rearrangements in the reproductive barrier and suggest their importance in speciation process of the S. araneus group. RESUME Le rôle des réarrangements chromosomiques dans les processus de spéciation est fortement débattu et de nombreux modèles théoriques ont été développés sur le sujet. Les musaraignes du groupe Sorex araneus présentent de nombreuses opportunités pour étudier les relations entre les variations chromosomiques et la spéciation. En effet, ce groupe d'espèces morphologiquement très proches a attiré l'attention des chercheurs en raison de sa variabilité caryotypique principalement attribuée à des fusions Robertsoniennes. Pour explorer l'impact des changements caryotypiques sur la différenciation génétique, nous avons tout d'abord étudié les relations entre la structure génétique et caryotypique de races chromosomiques et d'espèces alpine du groupe S. araneus en utilisant des analyses Bayesiennes d' « admixture ». Les résultats de ces analyses ont confirmé le statut taxonomique des espèces étudiées bien que nous ayons détecté de l'introgression entre espèces. L'observation d'une sous structure spatiale relativement forte souligne l'importance des facteurs historiques (telle que l'isolation géographique) sur la structure génétique de ce groupe. Ensuite, nous avons étudié le flux de gène au niveau des chromosomes pour aborder de manière directe la question de l'impact des réarrangements chromosomiques sur la différenciation génétique. En conséquence, nous avons utilisé des tris de chromosomes de trois taxons du groupe S. araneus pour localiser des marqueurs microsatellites au niveau du bras chromosomique. Au cours de cette étude, nous avons pu localiser 24 marqueurs et montrer une forte conservation dans l'organisation du caryotype de ces taxa. Ce résultat suggère que leur utilisation est appropriée pour des études entre taxa. Une prédiction générale à tous les modèles de spéciation chromosomique correspond à la plus grande différenciation génétique des chromosomes réarrangés que des chromosomes communs. Nous avons combiné deux approches utilisant des microsatellites localisés au niveau du bras chromosomique pour tester cette prédiction. Premièrement, nous avons étudié la différenciation génétique entre cinq taxa du groupe S. araneus se trouvant à des niveaux évolutifs différents (i.e. à l'intérieur et entre espèce). Au cours de cette étude, nous avons détecté une différenciation globale significativement plus élevée sur les chromosomes réarrangés. Cet effet varie entre les comparaisons, ce qui nous a permis de souligner le rôle de la complexité caryotypique des hybrides et du niveau de divergence évolutive entre taxa. Deuxièmement, nous avons comparé le flux de gènes des chromosomes communs et réarrangés dans deux zones d'hybridation caryotypiquement différentes (forte vs. Faible complexité des hybrides) mais présentant un niveau de différenciation génétique similaire. Ceci nous a permis de détecter une structure génétique significativement plus élevée sur les chromosomes réarrangés au centre de la zone d'hybridation présentant la plus grande complexité caryotypic. La forte variance observée entre loci souligne en outre le fait que d'autres facteurs, tel que la position du marqueur sur le chromosome, affectent probablement aussi la structure génétique mesurée. En conclusion, nos résultats supportent fortement le rôle des réarrangements chromosomiques dans la barrière reproductive entre espèces ainsi que leur importance dans les processus de spéciation des musaraignes du groupe S. araneus.

Evaluation of the immune response to infection with metastatic and non-metastatic "Leishmania guyanensis" parasites

ABSTRACT : Les infections par le parasite Leishmania guyanensis se caractérisent par une dissémination depuis le site initial d'infection jusqu'aux tissus naso-pharyngés, responsable de la Leishmaniose à lésions secondaires muco-cutanées (LMC). Les lésions des patients atteints de LMC montrent une massive infiltration de cellules immunitaires, une réponse immunitaire élevée et la présence de parasites (bien qu'en très faible quantité). La LMC engendre une augmentation de l'expression de TNFa ainsi qu'un défaut dans le contrôle de la réponse immunitaire caractérisé par une absence de réponse à l'IL 10. La réponse immunitaire de l'hôte ainsi que la virulence du parasite sont deux facteurs reconnus pour le contrôle de l'infection. Le mécanisme de la pathogenèse de la LMC restent grandement incompris, surtout le mécanisme de dissémination de l'infection du site d'inoculation jusqu'aux sites secondaires d'infection (métastases) ainsi que les détails de la réponse de l'hôte contre le pathogène. Dans un modèle d'infection d' hamsters avec des parasites du Nouveau Monde, la classification des parasites Leishmania se fait en fonction de leur capacité à développer des métastases. Ce modéle d'infection a permis de caractériser différentes souches de parasites selon la classification de l'Organisation Mondiale de la Sante (OMS) tel que la souche de référence W>É-II/BR/78/M5313 qui est reconnue comme hautement métastatique alors que ces clones dérivés de M5313 montrent de grandes variations quand a leur capacité à créer des métastases. Les clones 13 et 21 sont métastatiques (M+) alors que les clones 3 et 17 sont nonmétastatiques (NI-). Les objectifs de cette thèse ont été d'étudier le rôle de la réponse immunitaire innée des macrophages après infection in vitro avec différents clones métastatiques et non-métastatiques du parasite L. guyanensis, ainsi que d'étudier la réponse immunitaire générée suite à une infection in vivo par les clones M+ et M- de L. guyanensis dans un modèle marin. L'analyse de la .réponse immunitaire des macrophages in vitro montrent qu'il y aune augmentation significative de leur statut d'activation après infection par des parasites M+ indiquée par la modulation des marqueurs d'activation de surface CD80, CD86 et CD40, ainsi que une augmentation significative de CXCL 10, CCLS, IL6 et TNFa au niveau transcription de l'ARNm et au niveau de la protéine. Cette phénomène d'activation a été observée chez les deux souches de souris C57BL/6 et BALB/c. L'utilisation d'un inhibiteur d'entrée des parasites (Cytochalsin D) ou d'un inhibiteur des fonctions endosomales (Chloroquine) diminue de manière significative la réponse des macrophages aux parasites M+. L'utilisation de macrophages déficients en TLR, MyD88, et TRIF a démontré que la réponse générée après infection par les parasites M+ était dépendante de la voie de signalisation de TRIF et TLR3. Lors d'infection in vivo par des parasites M5313, au moins 50% des souris BALB/c présentent un phénotype sensible caractérisé par des lésions non-nécrotiques qui ne guérissent pas, persistent plus de 13 semaines après infection et contiennent un nombre considérable de parasites. Ces souris développent une réponse immunitaire de type T helper 2 (Th2) avec un niveau élevé d'IL-4 et d'IL-10. Les autres souris ont un phénotype non-sensible, les souris développant peu ou pas de lésion, avec peu de parasites et une réponse immunitaire diminuée, caractérisée par un niveau faible d'IFNy, d'IL4 et d'IL10. De plus, les souris BALB/c infectées par un parasite L. guyanensis isolé à partir des lésions muco-cutanées d'un patient humain atteint de LMC ont démontrés un phénotype similaire aux souris infectées par la souche M5313 avec 50% des souris développant des lésions persistantes, alors qu'un parasite dérivé des lésions cutanées humains n'a montré qu'une faible sensibilité avec une lésion transitoire qui finit par guérir. Nous avons montré que la sensibilité de ces souris BALB/c dépend de l'IL-4 et de l'IL-10 car les souris IL-10-/sur fond génétique BALB/c ainsi que les souris BALB/c traitée avec de l'anti-IL4 étaient capables de contrôler l'infection par M5313. Les souris C57BL/6 sont résistantes à l'infection par le parasite M5313. Elles développent une lésion transitoire qui guérit 9 semaines après infection. Ces souris résistantes ont un très faible taux de parasites au site d'infection et développent une réponse immunitaire de type Thl avec un niveau élevé d'IFNr et peu d'IL4 et d'IL10. Les infections in vivo de souris déficientes en MyD88, TRIF, TLR3 ou TLR9 (sur fond génétique C57BL/6) ont indiqué que MyD88 et TLR9 étaient impliqués dans la résistance à l'infection par L. guyanensi, et que TRIF et TLR3 avaient un rôle important dans la sensibilité. Ce travail met en évidence le fait que la réponse immunitaire de l'hôte est modulée par le parasite selon leur caractérisation d'être soit M+ ou M-. Nous avons démontré également que plusieurs gènes et voies de signalisations étaient impliqués dans cette réponse favorisant le développement d'une LMC. ABSTRACT : Leishmania guyanensis parasites are able to disseminate from the initial site of cutaneous skin infection to the nasopharyngeal tissues resulting in destructive secondary lesions and the disease Mucocutaneous Leishmaniasis (MCL). The secondary lesions in patients have intense immune cell infiltration, elevated immune responses and the presence (albeit at low levels) of parasites. More specifically, MCL patients produce higher levels of TNFa and display impairment in their ability to control the immune response due to a defect in their ability to respond to IL10. Little is known about the pathogenesis of MCL, especially about the dissemination of the infection from the site of inoculation to secondary sites (metastasis) and the response of the host to the pathogen. The hamster model of L. guyanensis infection has previously characterized the WHO reference strain, L. guyanensis WHI/BR/78/M5313, as being highly metastatic. Clones of parasites derived from this reference strain show a differential ability to metastasize. This thesis studied the differential immune response generated by macrophages in vitro, or by mice in vivo, following infection with L. guyanensis parasites. A significant increase in the activation status of macrophages derived from C57BL/6 or BALB/c mice was observed after in vitro infection with L. guyanensis parasites when compared to non-metastatic parasites. This change in status was evidenced by the increased expression of surface activation markers, together with the chemokines, CXCL 10, CCLS, and cytokines, IL6 and TNFa. Furthermore, in vitro infection of macrophages isolated from mice deficient in either a specific Toll Like Receptor (TLR) or the adaptor molecules MyD88 or TRIF, indicated that the immune response generated following L. guyanensis metastatic parasite infection was reliant on the TRIF dependent TLR3 signalling pathway. In vivo footpad infection of BALB/c mice with the L. guyanensis M5313 parasites showed a reproducible susceptible phenotype, whereby at least 50% of infected mice developed non-healing, nonnecrosing lesions with high parasitemia that persisted over 13 weeks post infection. This phenotype was characterized by a Th2 type cytokine immune response with increased levels of IL4 and IL10 detected in the draining lymph nodes. IL 10 deficient mice on a BALB/c background, or BALB/c mice treated with anti-IL4 were able to control infection with L. guyanensis M5313 parasites, thereby proving that these cytokines were indeed implicated in the susceptibility to infection. Moreover, infection of BALB/c mice with patient isolated L. guyanensis parasites confirmed that MCL derived parasites were able to induce a susceptibility phenotype similar to that of L. guyanensis M5313. C57BL/6 mice, on the other hand, were highly resistant to infection with L. guyanensis M5313 parasites and produced transient footpad swelling that healed by week 9 post infection, together with low degrees of footpad parasitemia and a Thl polarized immune response. Infection of mice deficient in MyD88, TRIF, TLR3, and TLR9 (on a C57BL/6 background), indicated that MyD88 and TLR9 were involved in the resistance of these mice to infection, and that TRIF and TLR3 were involved in the susceptibility. This study has shown that the host response can be differentially modulated depending on the infecting parasite with several genes and pathways being identified that could be involved in promoting the development of MCL.

A cell therapy approach for erythropoietin delivery using encapsulated human primary fibroblasts

Summary Cell therapy has emerged as a strategy for the treatment of various human diseases. Cells can be transplanted considering their morphological and functional properties to restore a tissue damage, as represented by blood transfusion, bone marrow or pancreatic islet cells transplantation. With the advent of the gene therapy, cells also were used as biological supports for the production of therapeutic molecules that can act either locally or at distance. This strategy represents the basis of ex vivo gene therapy characterized by the removal of cells from an organism, their genetic modification and their implantation into the same or another individual in a physiologically suitable location. The tissue or biological function damage dictates the type of cells chosen for implantation and the required function of the implanted cells. The general aim of this work was to develop an ex vivo gene therapy approach for the secretion of erythropoietin (Epo) in patients suffering from Epo-responsive anemia, thus extending to humans, studies previously performed with mouse cells transplanted in mice and rats. Considering the potential clinical application, allogeneic primary human cells were chosen for practical and safety reasons. In contrast to autologous cells, the use of allogeneic cells allows to characterize a cell lineage that can be further transplanted in many individuals. Furthermore allogeneic cells avoid the potential risk of zoonosis encountered with xenogeneic cells. Accordingly, the immune reaction against this allogeneic source was prevented by cell macro- encapsulation that prevents cell-to-cell contact with the host immune system and allows to easy retrieve the implanted device. The first step consisted in testing the survival of various human primary cells that were encapsulated and implanted for one month in the subcutaneous tissue of immunocompetent and naturally or therapeutically immunodepressed mice, assuming that xenogeneic applications constitute a stringent and representative screening before human transplantation. A fibroblast lineage from the foreskin of a young donor, DARC 3.1 cells, showed the highest mean survival score. We have then performed studies to optimize the manufacturing procedures of the encapsulation device for successful engraftment. The development of calcifications on the polyvinyl alcohol (PVA) matrix serving as a scaffold for enclosed cells into the hollow fiber devices was reported after one month in vivo. Various parameters, including matrix rinsing solutions, batches of PVA and cell lineages were assessed for their respective role in the development of the phenomenon. We observed that the calcifications could be totally prevented by using ultra-pure sterile water instead of phosphate buffer saline solution in the rinsing procedure of the PVA matrix. Moreover, a higher lactate dehydrogenase activity of the cells was found to decrease calcium depositions due to more acidic microenvironment, inhibiting the calcium precipitation. After the selection of the appropriate cell lineage and the optimization of encapsulation conditions, a retroviral-based approach was applied to DARC 3.1 fibroblasts for the transduction of the human Epo cDNA. Various modifications of the retroviral vector and the infection conditions were performed to obtain clinically relevant levels of human Epo. The insertion of a post-transcriptional regulatory element from the woodchuck hepatitis virus as well as of a Kozak consensus sequence led to a 7.5-fold increase in transgene expression. Human Epo production was further optimized by increasing the multiplicity of infection and by selecting high producer cells allowing to reach 200 IU hEpo/10E6 cells /day. These modified cells were encapsulated and implanted in vivo in the same conditions as previously described. All the mouse strains showed a sustained increase in their hematocrit and a high proportion of viable cells were observed after retrieval of the capsules. Finally, in the perspective of human application, a syngeneic model using encapsulated murine myoblasts transplanted in mice was realized to investigate the roles of both the host immune response and the cells metabolic requirements. Various loading densities and anti-inflammatory as well as immunosuppressive drugs were studied. The results showed that an immune process is responsible of cell death in capsules loaded at high cell density. A supporting matrix of PVA was shown to limit the cell density and to avoid early metabolic cell death, preventing therefore the immune reaction. This study has led to the development of encapsulated cells of human origin producing clinically relevant amounts of human EPO. This work resulted also to the optimization of cell encapsulation technical parameters allowing to begin a clinical application in end-stage renal failure patients. Résumé La thérapie cellulaire s'est imposée comme une stratégie de traitement potentiel pour diverses maladies. Si l'on considère leur morphologie et leur fonction, les cellules peuvent être transplantées dans le but de remplacer une perte tissulaire comme c'est le cas pour les transfusions sanguines ou les greffes de moelle osseuse ou de cellules pancréatiques. Avec le développement de la thérapie génique, les cellules sont également devenues des supports biologiques pour la production de molécules thérapeutiques. Cette stratégie représente le fondement de la thérapie génique ex vivo, caractérisée par le prélèvement de cellules d'un organisme, leur modification génétique et leur implantation dans le même individu ou dans un autre organisme. Le choix du type de cellule et la fonction qu'elle doit remplir pour un traitement spécifique dépend du tissu ou de la fonction biologique atteintes. Le but général de ce travail est de développer .une approche par thérapie génique ex vivo de sécrétion d'érythropoïétine (Epo) chez des patients souffrant d'anémie, prolongeant ainsi des travaux réalisés avec des cellules murines implantées chez des souris et des rats. Dans cette perpective, notre choix s'est porté sur des cellules humaines primaires allogéniques. En effet, contrairement aux cellules autologues, une caractérisation unique de cellules allogéniques peut déboucher sur de nombreuses applications. Par ailleurs, l'emploi de cellules allogéniques permet d'éviter les riques de zoonose que l'on peut rencontrer avec des cellules xénogéniques. Afin de protéger les cellules allogéniques soumises à une réaction immunitaire, leur confinement dans des macro-capsules cylindriques avant leur implantation permet d'éviter leur contact avec les cellules immunitaires de l'hôte, et de les retrouver sans difficulté en cas d'intolérance ou d'effet secondaire. Dans un premier temps, nous avons évalué la survie de différentes lignées cellulaires humaines primaires, une fois encapsulées et implantées dans le tissu sous-cutané de souris, soit immunocompétentes, soit immunodéprimées naturellement ou par l'intermédiaire d'un immunosuppresseur. Ce modèle in vivo correspond à des conditions xénogéniques et représente par conséquent un environnement de loin plus hostile pour les cellules qu'une transplantation allogénique. Une lignée fibroblastique issue du prépuce d'un jeune enfant, nommée DARC 3 .1, a montré une remarquable résistance avec un score de survie moyen le plus élevé parmi les lignées testées. Par la suite, nous nous sommes intéressés aux paramètres intervenant dans la réalisation du système d'implantation afin d'optimaliser les conditions pour une meilleure adaptation des cellules à ce nouvel environnement. En effet, en raison de l'apparition, après un mois in vivo, de calcifications au niveau de la matrice de polyvinyl alcohol (PVA) servant de support aux cellules encapsulées, différents paramètres ont été étudiés, tels que les procédures de fabrication, les lots de PVA ou encore les lignées cellulaires encapsulées, afin de mettre en évidence leur rôle respectif dans la survenue de ce processus. Nous avons montré que l'apparition des calcifications peut être totalement prévenue par l'utilisation d'eau pure au lieu de tampon phosphaté lors du rinçage des matrices de PVA. De plus, nous avons observe qu'un taux de lactate déshydrogénase cellulaire élevé était corrélé avec une diminution des dépôts de calcium au sein de la matrice en raison d'un micro-environnement plus acide inhibant la précipitation du calcium. Après sélection de la lignée cellulaire appropriée et de l'optimisation des conditions d'encapsulation, une modification génétique des fibroblastes DARC 3.1 a été réalisée par une approche rétrovirale, permettant l'insertion de l'ADN du gène de l'Epo dans le génome cellulaire. Diverses modifications, tant au niveau génétique qu'au niveau des conditions d'infection, ont été entreprises afin d'obtenir des taux de sécrétion d'Epo cliniquement appropriés. L'insertion dans la séquence d'ADN d'un élément de régulation post¬transcriptionnelle dérivé du virus de l'hépatite du rongeur (« woodchuck ») ainsi que d'une séquence consensus appelée « Kozak » ont abouti à une augmentation de sécrétion d'Epo 7.5 fois plus importante. De même, l'optimisation de la multiplicité d'infection et la sélection plus drastique des cellules hautement productrices ont permis finalement d'obtenir une sécrétion correspondant à 200 IU d'Epo/10E6 cells/jour. Ces cellules génétiquement modifiées ont été encapsulées et implantées in vivo dans les mêmes conditions que celles décrites plus haut. Toutes les souris transplantées ont montré une augmentation significative de leur hématocrite et une proportion importante de cellules présentait une survie conservée au moment de l'explantation des capsules. Finalement, dans la perspective d'une application humaine, un modèle syngénique a été proposé, basé sur l'implantation de myoblastes murins encapsulés dans des souris, afin d'investiguer les rôles respectifs de la réponse immunitaire du receveur et des besoins métaboliques cellulaires sur leur survie à long terme. Les cellules ont été encapsulées à différentes densités et les animaux transplantés se sont vus administrer des injections de molécules anti-inflammatoires ou immunosuppressives. Les résultats ont démontré qu'une réaction immunologique péri-capsulaire était à la base du rejet cellulaire dans le cas de capsules à haute densité cellulaire. Une matrice de PVA peut limiter cette densité et éviter une mort cellulaire précoce due à une insuffisance métabolique et par conséquent prévenir la réaction immunitaire. Ce travail a permis le développement de cellules encapsulées d'origine humaine sécrétant des taux d'Epo humaine adaptés à des traitements cliniques. De pair avec l'optimalisation des paramètres d'encapsulation, ces résultats ont abouti à l'initiation d'une application clinique destinée à des patients en insuffisance rénale terminale.

Molecular modeling of peptide-MHC class I complexes : applications to peptide based immunotherapy

Summary The specific CD8+ T cell immune response against tumors relies on the recognition by the T cell receptor (TCR) on cytotoxic T lymphocytes (CTL) of antigenic peptides bound to the class I major histocompatibility complex (MHC) molecule. Such tumor associated antigenic peptides are the focus of tumor immunotherapy with peptide vaccines. The strategy for obtaining an improved immune response often involves the design of modified tumor associated antigenic peptides. Such modifications aim at creating higher affinity and/or degradation resistant peptides and require precise structures of the peptide-MHC class I complex. In addition, the modified peptide must be cross-recognized by CTLs specific for the parental peptide, i.e. preserve the structure of the epitope. Detailed structural information on the modified peptide in complex with MHC is necessary for such predictions. In this thesis, the main focus is the development of theoretical in silico methods for prediction of both structure and cross-reactivity of peptide-MHC class I complexes. Applications of these methods in the context of immunotherapy are also presented. First, a theoretical method for structure prediction of peptide-MHC class I complexes is developed and validated. The approach is based on a molecular dynamics protocol to sample the conformational space of the peptide in its MHC environment. The sampled conformers are evaluated using conformational free energy calculations. The method, which is evaluated for its ability to reproduce 41 X-ray crystallographic structures of different peptide-MHC class I complexes, shows an overall prediction success of 83%. Importantly, in the clinically highly relevant subset of peptide-HLAA*0201 complexes, the prediction success is 100%. Based on these structure predictions, a theoretical approach for prediction of cross-reactivity is developed and validated. This method involves the generation of quantitative structure-activity relationships using three-dimensional molecular descriptors and a genetic neural network. The generated relationships are highly predictive as proved by high cross-validated correlation coefficients (0.78-0.79). Together, the here developed theoretical methods open the door for efficient rational design of improved peptides to be used in immunotherapy. Résumé La réponse immunitaire spécifique contre des tumeurs dépend de la reconnaissance par les récepteurs des cellules T CD8+ de peptides antigéniques présentés par les complexes majeurs d'histocompatibilité (CMH) de classe I. Ces peptides sont utilisés comme cible dans l'immunothérapie par vaccins peptidiques. Afin d'augmenter la réponse immunitaire, les peptides sont modifiés de façon à améliorer l'affinité et/ou la résistance à la dégradation. Ceci nécessite de connaître la structure tridimensionnelle des complexes peptide-CMH. De plus, les peptides modifiés doivent être reconnus par des cellules T spécifiques du peptide natif. La structure de l'épitope doit donc être préservée et des structures détaillées des complexes peptide-CMH sont nécessaires. Dans cette thèse, le thème central est le développement des méthodes computationnelles de prédiction des structures des complexes peptide-CMH classe I et de la reconnaissance croisée. Des applications de ces méthodes de prédiction à l'immunothérapie sont également présentées. Premièrement, une méthode théorique de prédiction des structures des complexes peptide-CMH classe I est développée et validée. Cette méthode est basée sur un échantillonnage de l'espace conformationnel du peptide dans le contexte du récepteur CMH classe I par dynamique moléculaire. Les conformations sont évaluées par leurs énergies libres conformationnelles. La méthode est validée par sa capacité à reproduire 41 structures des complexes peptide-CMH classe I obtenues par cristallographie aux rayons X. Le succès prédictif général est de 83%. Pour le sous-groupe HLA-A*0201 de complexes de grande importance pour l'immunothérapie, ce succès est de 100%. Deuxièmement, à partir de ces structures prédites in silico, une méthode théorique de prédiction de la reconnaissance croisée est développée et validée. Celle-ci consiste à générer des relations structure-activité quantitatives en utilisant des descripteurs moléculaires tridimensionnels et un réseau de neurones couplé à un algorithme génétique. Les relations générées montrent une capacité de prédiction remarquable avec des valeurs de coefficients de corrélation de validation croisée élevées (0.78-0.79). Les méthodes théoriques développées dans le cadre de cette thèse ouvrent la voie du design de vaccins peptidiques améliorés.

Contribution of ultrasonographic examination to the prenatal detection of trisomy 21: experience from 19 European registers.

The objective of this study was to evaluate the contribution of ultrasound scanning to the prenatal detection of trisomy 21 in a large unselected European population. Data from 19 congenital malformation registers in 11 European countries were included. The prenatal ultrasound screening programs in the countries ranged from no routine screening to three ultrasound investigations per patient. Routine serum screening was offered in four of the 11 countries and routine screening on the basis of maternal age amniocentesis in all. The results show that overall 53% of cases of trisomy 21 were detected prenatally with a range from 3% in Lithuania to 88% in Paris. Ninety-eight percent of women whose babies were diagnosed before 24 weeks gestation chose to terminate the pregnancy. Centres/countries that offer serum screening do not have a significantly higher detection rate of trisomy 21 when compared to those that offer maternal age amniocentesis and anomaly scanning only. Fifty percent of trisomy 21 cases were born to women aged 35 years or more. In conclusions, second trimester ultrasound plays an important role in the prenatal diagnosis of trisomy 21. Of those cases prenatally diagnosed, 64% of cases in women <35 years and 36% of those in women >or=35 years were detected because of an ultrasound finding. Ultrasound soft markers accounted for 84% of the scan diagnoses. There is evidence of increasing maternal age across Europe with 50% of cases of trisomy 21 born to women aged 35 years or more.

Mort subite cardiaque dans la famille : quel bilan chez les proches ?

La mort subite est fréquemment d'origine génétique, en particulier lorsqu'elle touche les sujets jeunes. Il existe dans ces situations un risque accru pour les proches, qui devraient bénéficier d'un bilan cardiologique et d'un conseil génétique, dans la mesure où des mesures thérapeutiques et/ou préventives sont disponibles. Les analyses génétiques post-mortem, ou autopsie moléculaire, permettent de préciser le diagnostic dans un certain nombre de cas. Ces nouvelles possibilités sont susceptibles d'améliorer le dépistage des sujets à risque, même si leur mise en oeuvre suscite nombre de questions éthiques, majorées par des cicronstances psychologiques difficiles. Des protocoles spécifiques d'évaluation et une information des professionnels doivent être développés.

Douleur chronique et mécanismes moléculaires

La douleur est définie par l'International association for the study of pain (IASP) comme une expérience sensorielle et émotionnelle désagréable, associée à une lésion tissulaire réelle ou à une lésion potentielle, ou décrite en des termes évoquant une telle lésion. Sa fonction est de signaler une menace potentielle pour l'intégrité de l'organisme. Mais ce ressenti peut persister ou être présent en l'absence d'une telle menace. Il s'agit dans ce cas d'une douleur pathologique dont les mécanismes étiologiques et physiopathologiques ne sont pas encore bien compris.¦Ce travail de maîtrise a pour objectif l'étude d'une mutation génétique responsable d'un syndrome douloureux chronique. Cette mutation génétique a été décelée chez une famille de patients lausannois atteints de PEPD (paroxysmal extreme pain disorder) et touche le canal sodique Nav1.7. Ce canal est exprimé principalement dans les neurones des ganglions sensitifs et des ganglions sympathiques. Il est considéré comme responsable de la transmission de la douleur vers le SNC car des mutations « perte de fonction » de ce canal sont à l'origine d'une insensibilité congénitale à la douleur. Les mutations « gain de fonction » de ce canal sont à l'origine de syndromes douloureux chroniques tel le syndrome PEPD ou l'érythromélalgie. La mutation présente chez les patients lausannois est située entre les segments transmembranaires S4 et S5 sur le 4ème domaine de la sous-unité α du canal sodique Nav1.7. Cette mutation ne touche qu'un seul acide aminé, en position 1612 où une leucine est remplacée par une proline.¦Les méthodes employées dans ce travail sont la mutagenèse pour générer des plasmides contenant le gène SCN9A muté (T4835C) codant pour le canal Nav1.7 muté (L1612P), l'amplification de ces plasmides dans des bactéries et la transfection de cellules HEK293 avec les plasmides contenant le gène SCN9A muté (T4835C). Nous avons ainsi pu induire l'expression du canal muté dans des cellules HEK293. Ces cellules pourront être utilisées par la suite pour enregistrer les courants ioniques transitant à travers les canaux exprimés à la membrane plasmique. Cela permettra de comparer les propriétés électrophysiologiques du canal Nav1.7 muté L1612P avec celles du canal non muté. Nous avons également recherché l'expression d'ARNm codant pour les composants des canaux sodiques (sous-unités α et β) dans les cellules HEK293 non transfectées par la technique de qRT-PCR. Ceci afin de répertorier les composants des canaux sodiques exprimés constitutivement par les cellules HEK293 qui pourraient avoir une influence sur les mesures électrophysiologiques qui seront effectuées sur ces cellules.¦Ce travail a permis de générer des plasmides contenant le gène SCN9A muté T4835C qui sont des outils nécessaires à la réalisation d'études plus détaillées sur le fonctionnement et les propriétés du canal Nav1.7 muté L1612P. Ce travail a également permis, par la méthode de la qRT-PCR, une analyse de l'expression d'ARNm codant pour la sous-unité α du canal Nav1.7 et des sous-unités β 1 à 4 par les cellules HEK293. Les résultats ainsi obtenus permettent de mieux caractériser le transcriptome des cellules HEK293 et seront utiles pour interpréter avec plus de précisions les expérimentations électrophysiologiques utilisant ces cellules. L'étude électrophysiologique des cellules HEK293 exprimant le canal Nav1.7 muté par la technique du patch clamp est en cours. Elle sera poursuivie dans le cadre d'un travail de recherche dépassant le cadre de ce travail de maîtrise. Les cellules HEK293 exprimant le canal Nav1.7 muté (L1612P) pourront être également utilisées pour tester l'effet de divers médicaments sur ce canal. Ce qui pourrait d'une part permettre d'optimiser le traitement des patients souffrant de PEPD et d'autre part être utile pour tout traitement à but antalgique.

Pseudoxanthoma elasticum : evaluation of diagnostic criteria based on molecular data

RÉSUMÉ EN FRANCAIS : Introduction: Le pseudoxanthome élastique (PXE) est une maladie génétique. Les mutations responsables ont été localisées au niveau du gène codant le transporteur transmembranaire ABC-C6. Des calcifications pathologiques des fibres élastiques de la peau, des yeux et du système cardiovasculaire en sont la conséquence. Buts: Evaluer les critères diagnostiques actuels du PXE en se basant sur les données moléculaires. Méthodes: 142 sujets provenant de 10 familles avec une anamnèse familiale positive pour le PXE ont été investiguées sur le plan clinique, histopathologique et génétique. Résultats: 25 sujets se sont avérés être homozygotes pour le gène PXE muté. 23 d'entre eux ont présenté les manifestations cliniques et histopathologique typiques. Les deux autres souffraient d'une élastose et d'une dégénérescence maculaire si importante qu'un diagnostic de PXE ne pouvait pas être confirmé cliniquement. 67 sujets se sont révélés être des porteurs hétérozygotes et 50 ne présentaient pas de mutation. De ces 117 sujets, 116 n'ont montré aucune lésion cutanée ou ophtalmique pouvant correspondre au PXE. Un seul des sujets sans mutation a présenté une importante élastose solaire ainsi qu'une cicatrisation de la rétine, imitant les lésions typiques du PXE. Quatre des 67 sujets hétérozygotes ont eu une biopsie de peau, dont les analyses histopathologique se sont avérées normales. Conclusion: Dans notre cohorte de patients, le PXE était transmis exclusivement de façoh autosomique récessive. La corrélation retrouvée entre le génotype et le phénotype a permis de confirmer les critères diagnostiques majeurs actuels. Le diagnostic clinique peut être difficile, voir impossible, chez des patients atteints d'une élastose solaire importante et/ou d'une dégénérescence maculaire étendue. Dans ces cas, un test moléculaire est nécessaire afin de confirmer le diagnostic de PXE. A notre connaissance, notre étude présentée ici est le premier travail comparant des données cliniques à des données moléculaires dans le domaine du PXE. ABSTRACT : Background: Pseudoxanthoma elasticum (PXE) is a genetic disorder due to mutations in the gene encoding the transmembrane transporter protein adenosine triphosphate binding cassette (ABC)-C6, resulting in calcifications of elastic fibers in the skin, eyes and cardiovascular system. Objectives: To evaluate the diagnostic criteria for PXE based on molecular data. Methods: Of 10 families with a positive history of PXE 142 subjects were investigated for clinical symptoms, histological findings and genetic haplotype analysis. Results: Of these, 25 subjects were haplotypic homozygous for PXE and 23 had typical clinical and histopathological manifestations. Two of the 25 patients showed such marked solar elastosis and macular degeneration that PXE could not be confirmed clinically. Sixty-seven subject were haplotypic heterozygous carriers and 50 haplotypic homozygous unaffected. Of these 117 subjects, 116 showed no cutaneous or ophthalmologic signs of PXE. In one of the 50 haplotypic homozygous unaffected patients important solar elastosis and scaring of the retina mimicked PXE lesions. Only four of the 67 haplotypic heterozygous carriers had biopsies of nonlesional skin; all were histopathologically normal. Conclusions: In our patients, PXE presents as an autosomal recessive genodermatosis. Correlation of haplotype and phenotype confirmed actual major diagnostic criteria. In patients with marked solar elastosis and/ or severe macular degeneration clinical diagnosis can be impossible and molecular testing is needed to confirm the presence of PXE. To the best of our knowledge our large study compares for the first time clinical findings with molecular data.