Regulator of G-protein signaling 4 (RGS4) gene is associated with schizophrenia in Irish high density families

The regulator of the G-protein signaling 4 (RGS4) gene was shown to have a different expression pattern in schizophrenia patients in a microarray study. A family-based study subsequently implicated the association of this gene with schizophrenia. We replicated the study with our sample from the Irish Study of High Density Schizophrenia Families (ISHDSF). Single marker transmission disequilibrium tests (TDT) for the four core SNPs showed modest association for SNP 18 (using a narrow diagnostic approach with FBAT P = 0.044; with PDT P = 0.0073) and a trend for SNP 4 (with FBAT P = 0.1098; with PDT P = 0.0249). For SNP 1 and 7, alleles overtransmitted to affected subjects were the same as previously reported. Haplotype analyses suggested that haplotype G-G-G for SNP1-4-18, which is the most abundant haplotype (42.3%) in the Irish families, was associated with the disease (narrow diagnosis, FBAT P = 0.0061, PDT P = 0.0498). This was the same haplotype implicated in the original study. While P values were not corrected for multiple testing because of the clear prior hypothesis, these results could be interpreted as supporting evidence for the association between RGS4 and schizophrenia.

Evolution of Hot Loops in an Active Region Core Observed with the SDO Atmospheric Image Assembly

Evidence has accumulated of high temperature (> 4 MK) coronal emission in active region cores that corresponds to structures in equilibrium. Other studies have found evidence of evolving loops. We investigate the EUV intensity and temperature variations of short coronal loops observed in the core of NOAA Active Region 11250 on 13 July 2011. The loops, which run directly between the AR opposite polarities, are first detectable in the 94Å band of Fe XVIII, implying an effective temperature ~ 7 MK. The low temperature component of the 94 Å signal is modeled in terms of a linear superposition of the 193 Å and 171 Å signals in order to separate the hot component. After identifying the loops we have used contemporaneous HMI observations to identify the corresponding inter-moss regions, and we have investigated their time evolution in six AIA EUV channels. The results can be separated into two classes. Group 1 (94Å, 335Å, 211Å) is characterized by hotter temperatures (~2-7 MK), and Group 2 (193Å, 171Å, 131Å) by cooler temperatures (0.4 - 1.6 MK). For Group 1 the intensity peaks in the 94Å channel are followed by maxima in the 335 Å channel with a time lag of ~8 min, suggestive of a cooling pattern with an exponential decay. While the 211Å maxima follow those in the 335 Å channel, there is no systematic relation which would indicate a progressive cooling process through the lower temperatures, as has been observed in other investigations. In Group 2 the signals in the 171 and 131Å channels track each other closely, and lag behind the 193Å. In the inter-moss region of the loop the peak temperature and peak emission measure have opposite trends. The hot 94Å brightenings occur in the central part of the loops with maximum temperatures ~7 MK. Subsequently the loops appear to fill with plasma with an emission measure compatible with the 193 Å signal and temperature in the range ~ 1.5-2 MK. Although the exact details of the time evolution are still under investigation, these non static loops show high levels of intermittency in the 94Å signal (please see poster "Intermittent and Scale-Invariant Intensity Fluctuations in Hot Coronal Loops," by Lawrence et al. in this session).

Molecular and physiological roles of Pellino E3 ubiquitin ligases in immunity

The sensing of foreign agents by the innate and adaptive immune system triggers complex signal transduction cascades that culminate in expression of gene patterns that facilitate host protection from the invading agent. Post-translational modification of intracellular signaling proteins in these pathways is a key regulatory mechanism with ubiquitination being one of the important processes that controls levels and activities of signaling molecules. E3 ubiquitin ligases are the determining enzymes in dictating the ubiquitination status of individual proteins. Among these hundred E3 ubiquitin ligases are a family of Pellino proteins that are emerging to be important players in immunity and beyond. Herein, we review the roles of the Pellino E3 ubiquitin ligases in innate and adaptive immunity. We discuss their early discovery and characterization and how this has been aided by the highly conserved nature of innate immune signaling across evolution. We describe the molecular roles of Pellino proteins in immune signaling with particular emphasis on their involvement in pathogen recognition receptor (PRR) signaling. The growing appreciation of the importance of Pellino proteins in a wide range of immune-mediated diseases are also evaluated.

Inhibition of protease-ENaC signaling improves mucociliary function in cystic fibrosis airways

Rationale: In cystic fibrosis (CF) a reduction in airway surface liquid (ASL) height
compromises mucociliary clearance, favoring mucus plugging and chronic bacterial infection. Inhibitors of ENaC have therapeutic potential in CF airways to reduce the hyperstimulated sodium and fluid absorption to levels which can restore airways hydration.

Objectives: To determine whether a novel compound (QUB-TL1) designed to inhibit protease/ENaC signaling in CF airways restores ASL volume and mucociliary function.

Methods: Protease activity was measured using fluorogenic activity assays. Differentiated primary airway epithelial cell cultures (F508del homozygotes) were used to determined ENaC activity (Ussing chamber recordings), ASL height (confocal microscopy) and mucociliary function (by tracking the surface flow of apically applied microbeads). Cell toxicity was measured by LDH assay.

Measurements and Results: QUB-TL1 inhibits extracellularly-located CAPs, including prostasin, matriptase and furin, the activities of which are observed at excessive levels at the apical surface of CF airway epithelial cells (AECs). QUB-TL1-mediated CAPs inhibition results in diminished ENaC-mediated Na+ absorption in CF AECs due to internalization of a prominent pool of cleaved (active) ENaCγ from the cell surface. Importantly, diminished ENaC activity correlates with improved airway hydration status and mucociliary clearance. We further demonstrate QUB-TL1-mediated furin inhibition, which is in contrast to other serine protease inhibitors (camostat mesylate and aprotinin), affords protection against neutrophil elastase-mediated ENaC activation and Pseudomonas aeruginosa exotoxin A induced cell death.

Conclusions: QUB-TL1 corrects aberrant CAP activities providing a mechanism to delay or prevent the development of CF lung disease in a manner independent of CFTR mutation.

The role of Notch in the differentiation of CD4⁺ T helper cells.

CD4⁺ T helper cells are playing critical roles in host defense to pathogens and in the maintenance of immune homeostasis. Naïve CD4⁺T cells, upon antigen-specific recognition, receive signals to differentiate into distinct effector T helper cell subsets characterized by their pattern of cytokine production and specific immune functions. A tight balance between these different subsets ensures proper control of the immune response. There is increasing evidence revealing an important role for Notch signaling in the regulation of CD4⁺T helper cell differentiation or function in the periphery. However, the exact mechanisms involved remain unclear and appear contradictory. In this review, we summarize current knowledge and discuss recent advances in the field to reconcile different views on the role of Notch signaling in the differentiation of functional T helper subsets.

The role of microRNAs and retinoid signaling during spinal cord regeneration in the adult newt.

The molecular events after spinal cord injury that lead to the establishment of a permissive environment and epimorphic regeneration remain unclear. Two molecular pathway regulators that may converge to create a spinal cord regeneration-permissive environment in the urodele are retinoic acid (RA) and microRNAs (miRNAs). Recent evidence suggests that RARβ-mediated signaling is necessary for tail and caudal spinal cord regeneration in the adult newt. MicroRNAs are attractive candidates as mediators of retinoid signaling during regeneration, as their pleiotropic effects are vital in situations where global changes in gene expression are required. Thus, the overall aim of this thesis was to determine if miRNAs are involved in tail and caudal spinal cord regeneration in the adult newt, and if they act as regulators and/or effectors of retinoid signaling during this process. I have demonstrated here, for the first time, that multiple miRNAs are dysregulated in response to spinal cord injury in the adult newt, as well as in response to inhibition of retinoid signaling. Two of these miRNAs, miR-133a and miR-1, appear to target RARβ2 transcripts both in vivo and in vitro. Inhibition of RA signaling via RARβ with a selective antagonist, LE135, alters the pattern of expression of these miRNAs, which leads to an inhibition of tail regeneration. These data are indicative of a negative feed back loop, albeit potentially an indirect one. I also aimed to examine which miRNAs are affected by inhibiting RA synthesis during regeneration, and provided a long list of miRNAs that are dysregulated. These data provide the foundation for future studies on the putative roles of these miRNAs, as well as their function in retinoid signaling. Overall, these studies provide the first evidence for a role for miRNAs as mediators of retinoid signaling during caudal spinal cord regeneration in any system.

Signaling of angiotensin II-induced vascular protein synthesis in conduit and resistance arteries in vivo

Affiliation: Faculté de pharmacie, Université de Montréal & Institut de recherches cliniques de Montréal

Role of receptor and non-receptor protein tyrosine kinases in vasoactive peptide-induced signaling

L'endothéline-1 (ET-1) et l'angiotensine II (Ang II) jouent un rôle important dans le maintien de la pression artérielle et l'homéostasie vasculaire. Une activité accrue de ces peptides vasoactifs est présumée contribuer au développement de pathologies vasculaires, telles que l'hypertension, l'athérosclérose, l'hypertrophie et la resténose. Ceci est causé par une activation excessive de plusieurs voies de signalisation hypertrophiques et prolifératives, qui incluent des membres de la famille des Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK), ainsi que la famille phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K) / protéine kinase B (PKB). Bien que l'activation de ces voies de signalisation soit bien élucidée, les éléments en amont responsables de l'activation des MAPK et de la PKB, induite par l'ET-1 et Ang II, demeurent mal compris. Durant les dernières années, le concept de la transactivation de récepteurs et/ou non-récepteurs protéines tyrosine kinases (PTK) dans le déclenchement des événements de signalisation induits par les peptides vasoactifs a gagné beaucoup de reconnaissance. Nous avons récemment démontré que la PTK Insulin-like Growth Factor type-1 Receptor (IGF-1R) joue un rôle dans la transduction des signaux induits par l‟H2O2, menant à la phosphorylation de la PKB. Étant donné que les peptides vasoactifs génèrent des espèces réactives d'oxygène, telles que l‟H2O2 lors de leur signalisation, nous avons examiné le rôle de d‟IGF-1R dans la phosphorylation de la PKB et les réponses hypertrophiques dans les cellules muscle lisse vasculaires (CMLV) induites par l'ET-1 et Ang II. AG-1024, un inhibiteur spécifique de l'IGF-1R, a atténué la phosphorylation de la PKB induite à la fois par l'ET-1 et Ang II. Le traitement des CMLVs avec l‟ET-1 et Ang II a également induit une phosphorylation des résidus tyrosine dans les sites d'autophosphorylation d'IGF-1R, celle-ci a été bloquée par l‟AG-1024. En outre, l‟ET-1 et l‟Ang II on tous les deux provoqué la phosphorylation de c-Src, une PTK non-récepteur, bloqué par PP-2, inhibiteur spécifique de la famille Src. La PP-2 a également inhibé la phosphorylation de PKB et d‟IGF-1R induite par l‟ET-1 et l‟Ang II. De plus, la synthèse de protéines ainsi que d‟ADN, marqueurs de la prolifération cellulaire et de l'hypertrophie, ont également été atténuée par l‟AG-1024 et le PP-2. Bien que ce travail démontre le rôle de c-Src dans la phosphorylation PKB induite par l'ET-1 et Ang II, son rôle dans l'activation des MAPK induit par l'ET-1 dans les CMLVs reste controversé. Par conséquent, nous avons examiné l'implication de c-Src dans l'activation de ERK 1/2, JNK et p38MAPK, par l'ET-1 et Ang II, ainsi que leur capacité à régulariser l'expression du facteur de transcription Early growth transcription factor-1 « Egr-1 ». ET-1 et Ang II ont induit la phosphorylation de ERK 1/2, JNK et p38 MAPK, et ont amplifié l'expression d'Egr-1 dans les CMLVs. Cette augmentation de la phosphorylation des MAPK a été diminuée par la PP-2, qui a aussi atténué l'expression d'Egr-1 induite par l'ET-1 et l'Ang II. Une preuve supplémentaire du rôle de c-Src dans ce processus a été obtenue en utilisant des fibroblastes embryonnaires de souris déficientes en c-Src (Src -/- MEF). L'expression d'Egr-1, ainsi que l'activation des trois MAPKs par l'ET-1 ont été atténuées dans les cellules Src -/- par rapport au MEF exprimant des taux normaux Src. En résumé, ces données suggèrent que l'IGF-1R et c-Src PTK jouent un rôle essentiel dans la régulation de la phosphorylation de PKB et des MAPK dans l‟expression d'Egr-1, ainsi que dans les réponses hypertrophiques et prolifératives induites par l'ET-1 et Ang II dans les CMLVs.

Feedback regulation of Gab2-dependent signaling by the Ras/MAPK pathway

La voie de signalisation des Récepteurs Tyrosine Kinase (RTK) occupe un rôle central dans la régulation de la croissance cellulaire, la prolifération, la différentiation et la motilité. Une régulation anormale des RTKs mène à plusieurs maladies humaines telles que le cancer du sein, la seconde cause de mortalité chez les femmes à cause de l’amplification et la mutation fréquente de la protéine tyrosine kinase HER2 (ERBB2). Grb2-associated binder (Gab) 2 est une protéine adaptatrice qui agit en aval de plusieurs RTKs, y compris HER2, pour réguler de multiples voies de signalisation. En réponse à la stimulation par de nombreux facteurs de croissances et cytokines, Gab2 est recruté à la membrane plasmique où il potentialise l’activation des voies de signalisation Ras/mitogen-activated protein kinase (MAPK) et PI3K (phosphatidylinositol-3-kinase)/Akt (protein kinase B). En plus d’occuper un rôle essentiel durant le développement du système hématopoïétique, Gab2 est souvent amplifié dans les cancers, notamment le cancer du sein et les mélanomes. Cependant, les mécanismes moléculaires qui régulent le fonctionnement de Gab2 sont peu connus. Il est établi que lors de l’activation des RTKs, Gab2 est phosphorylé au niveau de plusieurs résidus Tyrosine, menant à l’association de différentes protéines comme p85 et Shp2. En plus de la phosphorylation en Tyrosine, notre laboratoire ainsi que d’autres groupes de recherche avons identifié que Gab2 est aussi phosphorylé au niveau de résidus Ser/Thr suite à l’activation de la voie de signalisation MAPK. Cependant, la régulation des fonctions de Gab2 par ces modifications post-traductionnelles est encore peu connue. Dans le but de comprendre comment Gab2 est régulé par la voie de signalisation MAPK, nous avons utilisé différentes approches. Dans la première partie de ma thèse, nous avons déterminé un nouveau mécanisme démontrant que la voie de signalisation Ras/MAPK, par le biais des protéines kinases RSK (p90 ribosomal S6 kinase), phosphoryle Gab2. Ce phénomène se produit à la fois in vivo et in vitro au niveau de trois résidus Ser/Thr conservés. Des mutations au niveau de ces sites de phosphorylation entrainent le recrutement de Shp2 menant à l’augmentation de la motilité cellulaire, ce qui suggère que les protéines RSK restreignent les fonctions dépendantes de Gab2. Ce phénomène est le résultat de la participation de RSK dans la boucle de rétroaction négative de la voie de signalisation MAPK. Dans la seconde partie de ma thèse, nous avons démontré que les protéines ERK1/2 phosphorylent Gab2 au niveau de plusieurs résidus pS/T-P à la fois in vitro et in vivo, entrainant l’inhibition du recrutement de p85. De plus, nous avons établi pour la première fois que Gab2 interagit physiquement avec ERK1/2 dans des cellules lors de l’activation de la voie de signalisation MAPK. Par ailleurs, nous avons montré un nouveau domaine d’attache du module ERK1/2 sur Gab2. Des mutations sur les résidus essentiels de ce domaine d’attache n’entrainent pas seulement la dissociation de ERK1/2 avec Gab2, mais diminuent également la phosphorylation dépendante de ERK1/2 sur Gab2. Ainsi, nos données montrent que la voie de signalisation MAPK régule les fonctions de la protéine Gab2 par le biais des kinases RSK et ERK1/2. Cette thèse élabore par ailleurs un schéma complet des fonctions de Gab2 dépendantes de la voie de signalisation MAPK dans le développement de nombreux cancers.

Comparative mitochondrial genomics toward understanding genetics and evolution of arbuscular mycorrhizal fungi

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement.

Loss of wobble uridine modification in tRNA anticodons interferes with TOR pathway signaling

Previous work in yeast has suggested that modification of tRNAs, in particular uridine bases in the anticodon wobble position (U34), is linked to TOR (target of rapamycin) signaling. Hence, U34 modification mutants were found to be hypersensitive to TOR inhibition by rapamycin. To study whether this involves inappropriate TOR signaling, we examined interaction between mutations in TOR pathway genes (tip41Δ, sap190Δ, ppm1Δ, rrd1Δ) and U34 modification defects (elp3Δ, kti12Δ, urm1Δ, ncs2Δ) and found the rapamycin hypersensitivity in the latter is epistatic to drug resistance of the former. Epistasis, however, is abolished in tandem with a gln3Δ deletion, which inactivates transcription factor Gln3 required for TOR-sensitive activation of NCR (nitrogen catabolite repression) genes. In line with nuclear import of Gln3 being under control of TOR and dephosphorylation by the Sit4 phosphatase, we identify novel TOR-sensitive sit4 mutations that confer rapamycin resistance and importantly, mislocalise Gln3 when TOR is inhibited. This is similar to gln3Δ cells, which abolish the rapamycin hypersensitivity of U34 modification mutants, and suggests TOR deregulation due to tRNA undermodification operates through Gln3. In line with this, loss of U34 modifications (elp3Δ, urm1Δ) enhances nuclear import of and NCR gene activation (MEP2, GAP1) by Gln3 when TOR activity is low. Strikingly, this stimulatory effect onto Gln3 is suppressed by overexpression of tRNAs that usually carry the U34 modifications. Collectively, our data suggest that proper TOR signaling requires intact tRNA modifications and that loss of U34 modifications impinges on the TORsensitive NCR branch via Gln3 misregulation.

Gene conversion and evolution of Xq28 duplicons involved in recurring inversions causing severe hemophilia A

Inversions breaking the 1041 bp int1h-1 or the 9.5-kb int22h-1 sequence of the F8 gene cause hemophilia A in 1/30,000 males. These inversions are due to homologous recombination between the above sequences and their inverted copies on the same DNA molecule, respectively, int1h-2 and int22h-2 or int22h-3. We find that (1) int1h and int22h duplicated more than 25 million years ago; (2) the identity of the copies (>99%) of these sequences in humans and other primates is due to gene conversion; (3) gene conversion is most frequent in the internal regions of int22h; (4) breakpoints of int22h-related inversions also tend to involve the internal regions of int22h; (5) sequence variations in a sample of human X chromosomes defined eight haplotypes of int22h-1 and 27 of int22h-2 plus int22h-3; (6) the latter two sequences, which lie, respectively, 500 and 600 kb telomeric to int22h-1 are five-fold more identical when in cis than when in trans, thus suggesting that gene conversion may be predominantly intrachromosomal; (7) int1h, int22h, and flanking sequences evolved at a rate of about 0.1% substitutions per million years during the divergence between humans and other primates, except for int1h during the human-chimpanzee divergence, when its rate of evolution was significantly lower. This is reminiscent of the slower evolution of palindrome arms in the male specific regions of the Y chromosome and we propose, as an explanation, that intrachromosomal gene conversion and cosegregation of the duplicated regions favors retention of the ancestral sequence and thus reduces the evolution rate.

Later Pleistocene evolution of the Exe valley: a chronostratigraphic model of terrace formation and its implications for Palaeolithic archaeology

This paper presents the first systematic chronostratigraphic study of the river terraces of the Exe catchment in South West England and a new conceptual model for terrace formation in unglaciated basins with applicability to terrace staircase sequences elsewhere. The Exe catchment lay beyond the maximum extent of Pleistocene ice sheets and the drainage pattern evolved from the Tertiary to the Middle Pleistocene, by which time the major valley systems were in place and downcutting began to create a staircase of strath terraces. The higher terraces (8-6) typically exhibit altitudinal overlap or appear to be draped over the landscape, whilst the middle terraces show greater altitudinal separation and the lowest terraces are of a cut and fill form. The terrace deposits investigated in this study were deposited in cold phases of the glacial-interglacial Milankovitch climatic cycles with the lowest four being deposited in the Devensian Marine Isotope Stages (MIS) 4-2. A new cascade process-response model is proposed of basin terrace evolution in the Exe valley, which emphasises the role of lateral erosion in the creation of strath terraces and the reworking of inherited resistant lithological components down through the staircase. The resultant emergent valley topography and the reworking of artefacts along with gravel clasts, have important implications for the dating of hominin presence and the local landscapes they inhabited. Whilst the terrace chronology suggested here is still not as detailed as that for the Thames or the Solent System it does indicate a Middle Palaeolithic hominin presence in the region, probably prior to the late Wolstonian Complex or MIS 6. This supports existing data from cave sites in South West England.

Statistical evaluation of alternative models of human evolution

An appropriate model of recent human evolution is not only important to understand our own history, but it is necessary to disentangle the effects of demography and selection on genome diversity. Although most genetic data support the view that our species originated recently in Africa, it is still unclear if it completely replaced former members of the Homo genus, or if some interbreeding occurred during its range expansion. Several scenarios of modern human evolution have been proposed on the basis of molecular and paleontological data, but their likelihood has never been statistically assessed. Using DNA data from 50 nuclear loci sequenced in African, Asian and Native American samples, we show here by extensive simulations that a simple African replacement model with exponential growth has a higher probability (78%) as compared with alternative multiregional evolution or assimilation scenarios. A Bayesian analysis of the data under this best supported model points to an origin of our species approximate to 141 thousand years ago (Kya), an exit out-of-Africa approximate to 51 Kya, and a recent colonization of the Americas approximate to 10.5 Kya. We also find that the African replacement model explains not only the shallow ancestry of mtDNA or Y-chromosomes but also the occurrence of deep lineages at some autosomal loci, which has been formerly interpreted as a sign of interbreeding with Homo erectus.

The maximum rate of mammal evolution

How fast can a mammal evolve from the size of a mouse to the size of an elephant? Achieving such a large transformation calls for major biological reorganization. Thus, the speed at which this occurs has important implications for extensive faunal changes, including adaptive radiations and recovery from mass extinctions. To quantify the pace of large-scale evolution we developed a metric, clade maximum rate, which represents the maximum evolutionary rate of a trait within a clade. We applied this metric to body mass evolution in mammals over the last 70 million years, during which multiple large evolutionary transitions occurred in oceans and on continents and islands. Our computations suggest that it took a minimum of 1.6, 5.1, and 10 million generations for terrestrial mammal mass to increase 100-, and 1,000-, and 5,000- fold, respectively. Values for whales were down to half the length (i.e., 1.1, 3, and 5 million generations), perhaps due to the reduced mechanical constraints of living in an aquatic environment. When differences in generation time are considered, we find an exponential increase in maximum mammal body mass during the 35 million years following the Cretaceous–Paleogene (K–Pg) extinction event. Our results also indicate a basic asymmetry in macroevolution: very large decreases (such as extreme insular dwarfism) can happen at more than 10 times the rate of increases. Our findings allow more rigorous comparisons of microevolutionary and macroevolutionary patterns and processes. Keywords: haldanes, biological time, scaling, pedomorphosis