Control of the adaptive response of the heart to stress via the Notch1 receptor pathway.

In the damaged heart, cardiac adaptation relies primarily on cardiomyocyte hypertrophy. The recent discovery of cardiac stem cells in the postnatal heart, however, suggests that these cells could participate in the response to stress via their capacity to regenerate cardiac tissues. Using models of cardiac hypertrophy and failure, we demonstrate that components of the Notch pathway are up-regulated in the hypertrophic heart. The Notch pathway is an evolutionarily conserved cell-to-cell communication system, which is crucial in many developmental processes. Notch also plays key roles in the regenerative capacity of self-renewing organs. In the heart, Notch1 signaling takes place in cardiomyocytes and in mesenchymal cardiac precursors and is activated secondary to stimulated Jagged1 expression on the surface of cardiomyocytes. Using mice lacking Notch1 expression specifically in the heart, we show that the Notch1 pathway controls pathophysiological cardiac remodeling. In the absence of Notch1, cardiac hypertrophy is exacerbated, fibrosis develops, function is altered, and the mortality rate increases. Therefore, in cardiomyocytes, Notch controls maturation, limits the extent of the hypertrophic response, and may thereby contribute to cell survival. In cardiac precursors, Notch prevents cardiogenic differentiation, favors proliferation, and may facilitate the expansion of a transient amplifying cell compartment.

The role of Pten in the Hematopoietic System and the Hematopoietic Stem Cells

Résumé Identification, localisation et activation des cellules souches hématopoiétiques dormantes in vivo Les cellules souches somatiques sont présentes dans la majorité des tissus régénératifs comme la peau, l'épithélium intestinal et le système hématopoiétique. A partir d'une seule cellule, elles ont les capacités de produire d'autres cellules souches du même type (auto-renouvellement) et d'engendrer un ensemble défini de cellules progénitrices différenciées qui vont maintenir ou réparer leur tissu hôte. Les cellules souches adultes les mieux caractérisées sont les cellules souches hématopoiétiques (HSC), localisées dans la moelle osseuse. Un des buts de mon travail de doctorat était de caractériser plus en profondeur la localisation des HSCs endogènes in vivo. Pour ce faire, la technique "label retaining assay", se basant sur la division peu fréquentes et sur la dormance des cellules souches, a été utilisée. Après un marquage des souris avec du BrdU (analogue à l'ADN) suivi d'une longue période sans BrdU, les cellules ayant incorporés le marquage ("label retaining cells" LCRs) ont pu être identifiées dans la moelle osseuse. Ces cellules LCRs étaient enrichies 300 fois en cellules de phenotype HSC et, en utilisant de la cytofluorométrie, il a pu être montré qu'environ 15% de toutes les HSCs d'une souris restent dormantes durant plusieures semaines. Ces HSCs dormantes à long terme ne sont probablement pas impliquées dans la maintenance de 'hématopoièse. Par contre, on assiste à l'activation rapide de ces HSCs dormantes lors d'une blessure, comme une ablation myéloide. Elles re-entrent alors en cycle cellulaire et sont essentielles pour une génération rapide des cellules progénitrices et matures qui vont remplacer les cellules perdues. De plus, la détection des LCRs, combinée avec l'utilisation du marqueur de HSCs c-kit, peut être utilisée pour la localisation des HSCs dormantes présentes dans la paroi endostéale de la cavité osseuse. De manière surprenante, les LCRs c-kit+ ont surtout étés trouvées isolées en cellule unique, suggérant que le micro-environement spécifique entourant et maintenant les HSCs, appelé niche, pourrait être très réduit et abriter une seule HSC par niche. Rôles complexes du gène supresseur de tumeur Pten dans le système hématopoiétique La phosphatase PTEN disparaît dans certains cancers héréditaires ou sporadiques humains, comme les gliomes, les cancers de l'utérus ou du sein. Pten inhibe la voie de signalisation de la PI3-kinase et joue un rôle clé dans l'apoptose, la croissance, la prolifération et la migration cellulaire. Notre but était d'étudier le rôle de Pten dans les HSC normale et durant la formation de leucémies. Pour ce faire, nous avons généré un modèle murin dans lequel le gène Pten peut être supprimé dans les cellules hématopoiétiques, incluant les HSCs. Ceci a été possible en croissant l'allèle conditionnelle ptenflox soit avec le transgène MxCre inductible par l'interféron α soit avec le transgène Scl-CreERt inductible par le tamoxifen. Ceci permet la conversion de l'allèle ptenflox en l'allèle nul PtenΔ dans les HSCs et les autres types cellulaires hématopoiétiques. Les souris mutantes Pten développent une splénomégalie massive causée par une expansion dramatiques de toutes les cellules myéloides. De manière interessante, alors que le nombre de HSCs dans la moelle osseuse diminue progressivement, le nombre des HSCs dans la rate augmente de manière proportionnelle. Etrangement, les analyses de cycle cellulaire ont montrés que Pten n'avait que peu ou pas d'effet sur la dormance des HSCs ou sur leur autorenouvellement. En revanche, une augmentation massive du niveau de la cytokine de mobilisation G-CSF a été détéctée dans le serum sanguin, suggérant que la suppression de Pten stimulerait la mobilisation et la migration des HSC de la moelle osseuse vers la rate. Finallement, la transplantation de moelle osseuse délétée en Pten dans des souris immuno-déficientes montre que Pten fonctionnerait comme un suppresseur de tumeur dans le système hématopoiétique car son absence entraîne la formation rapide de leucémies lymphocytaires. Summary Identification, localization and activation of dormant hematopoietic stun cells in vivo Somatic stem cells are present in most self-renewing tissues including the skin, the intestinal epithelium and the hematopoietic system. On a single cell basis they have the capacity to produce more stem cells of the same phenotype (self-renewal) and to give rise to a defined set of mature differentiated progeny, responsible for the maintenance or repair of the host tissue. The best characterized adult stem cell is the hematopoietic stem cell (HSC) located in the bone marrow. One goal of my thesis work was to further characterize the location of endogenous HSCs in vivo. To do this, a technique called "label retaining assay» was used which takes advantage of the fact that stem cells (including HSCs) divide very infrequently and can be dormant for months. After labeling mice with the DNA analogue BrdU followed by a long BrdU free "chase", BrdU "label retaining cells" (CRCs) could be identified in the bone marrow. These CRCs were 300-fold enriched for phenotypic HSCs and by using flow cytometry analysis it could be shown that about 15% of all HSCs in the mouse are dormant for many weeks. Our results suggest that these long-term dormant HSCs are unlikely to be involved in homeostatic maintenance. However they are rapidly activated and reenter the cell cycle in response to injury signals such as myeloid ablation. In addition, detection of LRCs in combination with the HSC marker c-Kit could be used to locate engrafted dormant HSCs close to the endosteal lining of the bone marrow cavities. Most surprisingly, c-Kit+LRCs were found predominantly as single cells suggesting that the specific stem cell maintaining microenvironment, called niche, has limited space and may house only single HSCs. Complex roles of the tumor suppressor gene Pten in the hematopoietic system. The phosphatase PTEN is lost in hereditary and sporadic forms of human cancers, including gliomas, endometrial and breast cancers. Pten inhibits the PI3-kina.se pathway and plays a key role in apoptosis, cell growth, proliferation and migration. Our aim was to study the role of Pten in normal HSCs and during leukemia formation. To do this, we generated a mouse model in which the Pten gene can be deleted in hematopoietic cells including HSCs. This was achieved by crossing the conditional ptenflox allele with either the interferona inducible MxCre or the tamoxifen inducible Scl-CreERT transgene. This allowed the conversion of the ptenflox allele into a pterr' null allele in HSCs and other hematopoietic cell types. As a result Pten mutant mice developed massive splenomegaly due to a dramatic expansion of all myeloid cells. Interestingly, while the number of bone marrow HSCs progressively decreased, the number of HSCs in the spleen increased to a similar extent. Unexpectedly, extensive cell cycle analysis showed that Pten had little or no effect on HSC dormancy or HSC self-renewal. Instead, dramatically increased levels of the mobilizing cytokine G-CSF were detected in the blood serum suggesting that loss-of Pten stimulates mobilization and migration of HSC from the BM to the spleen. Finally, transplantation of Pten deficient BM cells into immuno-compromised mice showed that Pten can function as a tumor suppressor in the hematopoietic system and that its absence leads to the rapid formation of T cell leukemia.

Linkages of dietary patterns, international trade and land use: the case of olive oil in the European Union

Within only two decades olive oil developed from a niche product which could hardly be found in food stores outside the producing regions towards an integrated component in the diets of industrial countries. This paper discusses the impacts of the promotion of the “healthy Mediterranean diet” on land use and agro-ecosystems in the producing countries. It examines the dynamics of olive oil production, trade and consumption in the EU15 in the period 1972 to 2003 and the links between dietary patterns, trade and land use. It analyses the underlying socio-economic driving forces behind the increasing spatial disconnect between production and consumption of olive oil in the EU15 and in particular in Spain, the world largest producer during the last three decades. In the observed period olive oil consumption increased 16 fold in the non-producing EU15 countries. In the geographically limited producing regions like Spain, the 5 fold increase in export production was associated with the rapid industrialization of olive production, the conversion of vast Mediterranean landscapes to olive monocultures and a range of environmental pressures. High amounts of subsidies of the European Common Agricultural Policy and feedback loops within production and consumption systems were driving the transformation of the olive oil system. Our analysis indicates the process of change was not immediately driven by increases in demand for olive oil in non-producing countries, but rather by the institutional setting of the European Union and by concerted political interventions.

A general multiserver state-dependent queueing system

The work studies a general multiserver queue in which the service time of an arriving customer and the next interarrival period may depend on both the current waiting time and the server assigned to the arriving customer. Stability of the system is proved under general assumptions on the predetermined distributions describing the model. The proof exploits a combination of the Markov property of the workload process with a regenerative property of the process. The key idea leading to stability is a characterization of the limit behavior of the forward renewal process generated by regenerations. Extensions of the basic model are also studied.

A new, automated, four-colour interphase FISH approach for the simultaneous detection of specific aneuploidies of diagnosis and prognosis significance in high hyperdiploid ALL

In hyperdiploid acute lymphoblastic leukaemia (ALL), the simultaneous occurrence of specific aneuploidies confers a more favourable outcome than hyperdiploidy alone. Interphase (I) FISH complements conventional cytogenetics (CC) through its sensitivity and ability to detect chromosome aberrations in non-dividing cells. To overcome the limits of manual I-FISH, we developed an automated four-colour I-FISH approach and assessed its ability to detect concurrent aneuploidies in ALL. I-FISH was performed using centromeric probes for chromosomes 4, 6, 10 and 17. Parameters established for automatic nucleus selection and signal detection were evaluated (3 controls). Cut-off values were determined (10 controls, 1000 nuclei/case). Combinations of aneuploidies were considered relevant when each aneuploidy was individually significant. Results obtained in 10 ALL patients (1500 nuclei/patient) were compared with those by CC. Various combinations of aneuploidies were identified. All clones detected by CC were observed by I-FISH. I-FISH revealed numerous additional abnormal clones, ranging between 0.1 % and 31.6%, based on the large number of nuclei evaluated. Four-colour automated I-FISH permits the identification of concurrent aneuploidies of prognostic significance in hyperdiploid ALL. Large numbers of cells can be analysed rapidly by this method. Owing to its high sensitivity, the method provides a powerful tool for the detection of small abnormal clones at diagnosis and during follow up. Compared to CC, it generates a more detailed cytogenetic picture, the biological and clinical significance of which merits further evaluation. Once optimised for a given set of probes, the system can be easily adapted for other probe combinations.

Thermal niches are more conserved at cold than warm limits in arctic-alpine plant species

Aim Understanding the stability of realised niches is crucial for predicting the responses of species to climate change. One approach is to evaluate the niche differences of populations of the same species that occupy regions that are geographically disconnected. Here, we assess niche conservatism along thermal gradients for 26 plant species with a disjunct distribution between the Alps and the Arctic. Location European Alps and Norwegian Finnmark. Methods We collected a comprehensive dataset of 26 arctic-alpine plant occurrences in two regions. We assessed niche conservatism through a multi-species comparison and analysed species rankings at cold and warm thermal limits along two distinct gradients corresponding to (1) air temperatures at 2 meters above ground level and (2) elevation distances to the treeline (TLD) for the two regions. We assessed whether observed relationships were close to those predicted under thermal limit conservatism. Results We found a weak similarity in species ranking at the warm thermal limits. The range of warm thermal limits for the 26 species was much larger in the Alps than in Finnmark. We found a stronger similarity in species ranking and correspondence at the cold thermal limit along the gradients of 2-m temperature and TLD. Yet, along the 2-m temperature gradient, the cold thermal limits of species in the Alps were lower on average than those in Finnmark. Main conclusion We found low conservatism of the warm thermal limits but a stronger conservatism of the cold thermal limits. We suggest that biotic interactions at the warm thermal limit likely modulate species responses more strongly than at the cold limit. The differing biotic context between the two regions is likely responsible for the observed differences in realised niches.

The snail hosts of schistosomiasis: some evolutionary and ecological perspectives in relation to control

Despite opportunities for radiation provided by spatio-temporal isolation, the basic morphological plan of pulmonate snails has remained conservative. In consequence of the resulting dearth of morphological characters and their plasticity, there is a case for using biochemical characters such as exogenous chemicals released by the snails (e.g. amino acids) and their chemoreception niche as taxonomic aids to classify snails of medical importance. As these same chemicals are used by snails to distinguish conspecifics they could also be used as "environmental antibodies" in controlled release formulations (CRF's) designed to remove target snails in a specific, cost-effective and ecologically acceptable manner. The snails, surface-living bacteria, algae and macrophytic plants are considered as co-evolved, interactive modular systems with strong mutualistic elements. Recently, anthropogenic perturbations such as deforestation, and damming of flowing waters, have benefited these modules whereas others such as river canalization, acid deposition, accumulation of pesticide residues and eutrophication have harmed them. Research is needed to elucidate the factors which limit the growth of snails in primitive habitats, uninfluenced by man, as well as in those subject to harmful anthropogenic factors. The understanding thus gained could be applied to develop cost-effective primary health care strategies to reduce or prevent transmission of schistosomiasis and other water related diseases.

Species delimitation: A case study in a problematic ant taxon

Species delimitation has been invigorated as a discipline in systematics by an influx of new character sets, analytical methods, and conceptual advances. We use genetic data from 68 markers, combined with distributional, bioclimatic, and coloration information, to hypothesize boundaries of evolutionarily independent lineages (species) within the widespread and highly variable nominal fire ant species Solenopsis saevissima, a member of a species group containing invasive pests as well as species that are models for ecological and evolutionary research. Our integrated approach uses diverse methods of analysis to sequentially test whether populations meet specific operational criteria (contingent properties) for candidacy as morphologically cryptic species, including genetic clustering, monophyly, reproductive isolation, and occupation of distinctive niche space. We hypothesize that nominal S. saevissima comprises at least 4-6 previously unrecognized species, including several pairs whose parapatric distributions implicate the development of intrinsic premating or postmating barriers to gene flow. Our genetic data further suggest that regional genetic differentiation in S. saevissima has been influenced by hybridization with other nominal species occurring in sympatry or parapatry, including the quite distantly related Solenopsis geminata. The results of this study illustrate the importance of employing different classes of genetic data (coding and noncoding regions and nuclear and mitochondrial DNA [mtDNA] markers), different methods of genetic data analysis (tree-based and non-tree based methods), and different sources of data (genetic, morphological, and ecological data) to explicitly test various operational criteria for species boundaries in clades of recently diverged lineages, while warning against over reliance on any single data type (e.g., mtDNA sequence variation) when drawing inferences.

Compressed collagen gel: a novel scaffold for human bladder cells.

Collagen is highly conserved across species and has been used extensively for tissue regeneration; however, its mechanical properties are limited. A recent advance using plastic compression of collagen gels to achieve much higher concentrations significantly increases its mechanical properties at the neo-tissue level. This controlled, cell-independent process allows the engineering of biomimetic scaffolds. We have evaluated plastic compressed collagen scaffolds seeded with human bladder smooth muscle cells inside and urothelial cells on the gel surface for potential urological applications. Bladder smooth muscle and urothelial cells were visualized using scanning electron microscopy, conventional histology and immunohistochemistry; cell viability and proliferation were also quantified for 14 days in vitro. Both cell types tested proliferated on the construct surface, forming dense cell layers after 2 weeks. However, smooth muscle cells seeded within the construct, assessed with the Alamar blue assay, showed lower proliferation. Cellular distribution within the construct was also evaluated, using confocal microscopy. After 14 days of in vitro culture, 30% of the smooth muscle cells were found on the construct surface compared to 0% at day 1. Our results provide some evidence that cell-seeded plastic compressed collagen has significant potential for bladder tissue regeneration, as these materials allow efficient cell seeding inside the construct as well as cell proliferation.

Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

Ecologia de les Invasions Ecològiques

La paradoxa de les invasions planteja com és possible que algunes espècies siguin capaces d'envair regions a les que no han evolucionat i, fins i tot, arribar a ser més abundants que espècies autòctones que han tingut més oportunitat d’adaptars’hi. Comprendre l’ecologia de les invasions és especialment interessant perquè algunes d’aquestes espècies causen greus impactes ecològics i econòmics arreu del món. Per intentar resoldre la paradoxa en aquest treball s’ha seguit dues aproximacions. Per una banda, mitjançant anàlisis comparatius s’ha volgut identificar aquelles característiques que afecten el resultat de les introduccions d’ocells, i utilitzar-les com a predictors en protocols d’avaluació de riscos per prevenir futures invasions. Seguint en aquest nivell d’aproximació també s’ha volgut validar si, tal com prediu la teoria ecològica, les estratègies vitals de les espècies afecten l'èxit en l'establiment de poblacions d'ocells exòtics. D'altra banda, a través d'aproximacions descriptives i experimentals, s’ha volgut investigar els mecanismes d’invasió en un cas d’estudi concret, el del Rossinyol del Japó (Leiothrix lutea) als boscos de Collserola (Barcelona). Els anàlisis comparatius han mostrat que és possible de predir la probabilitat d’establiment de les espècies introduïdes a partir d’unes poques característiques amb notable precisió. Altrament, l’anàlisi sobre l’efecte de les estratègies vitals sobre el resultat de les invasions sembla indicar que hi ha un biaix en el registre històric d’introduccions que impedeix descobrir la naturalesa d’aquesta relació i suggereixen buscar una aproximació alternativa per al problema. Respecte el cas del Rossinyol del Japó, els resultats preliminars suggereixen que les raons del seu èxit als boscos de Collserola podrien ser que ha trobat un nínxol ecològic que està poc aprofitat per les espècies natives. Aquest treball vol mostrar com a través de la integració de diferents aproximacions podem ser capaços d’aportar una visió més completa per comprendre la paradoxa de les invasions.

Analyse systématique et permanente de la délinquance sérielle : place des statistiques criminelles ; apport des approches situationnelles pour un système de classification ; perspectives en matière de coopération

Résumé de la thèse L'évolution des systèmes policiers donne une place prépondérante à l'information et au renseignement. Cette transformation implique de développer et de maintenir un ensemble de processus permanent d'analyse de la criminalité, en particulier pour traiter des événements répétitifs ou graves. Dans une organisation aux ressources limitées, le temps consacré au recueil des données, à leur codification et intégration, diminue le temps disponible pour l'analyse et la diffusion de renseignements. Les phases de collecte et d'intégration restent néanmoins indispensables, l'analyse n'étant pas possible sur des données volumineuses n'ayant aucune structure. Jusqu'à présent, ces problématiques d'analyse ont été abordées par des approches essentiellement spécialisées (calculs de hot-sports, data mining, ...) ou dirigées par un seul axe (par exemple, les sciences comportementales). Cette recherche s'inscrit sous un angle différent, une démarche interdisciplinaire a été adoptée. L'augmentation continuelle de la quantité de données à analyser tend à diminuer la capacité d'analyse des informations à disposition. Un bon découpage (classification) des problèmes rencontrés permet de délimiter les analyses sur des données pertinentes. Ces classes sont essentielles pour structurer la mémoire du système d'analyse. Les statistiques policières de la criminalité devraient déjà avoir répondu à ces questions de découpage de la délinquance (classification juridique). Cette décomposition a été comparée aux besoins d'un système de suivi permanent dans la criminalité. La recherche confirme que nos efforts pour comprendre la nature et la répartition du crime se butent à un obstacle, à savoir que la définition juridique des formes de criminalité n'est pas adaptée à son analyse, à son étude. Depuis près de vingt ans, les corps de police de Suisse romande utilisent et développent un système de classification basé sur l'expérience policière (découpage par phénomène). Cette recherche propose d'interpréter ce système dans le cadre des approches situationnelles (approche théorique) et de le confronter aux données « statistiques » disponibles pour vérifier sa capacité à distinguer les formes de criminalité. La recherche se limite aux cambriolages d'habitations, un délit répétitif fréquent. La théorie des opportunités soutien qu'il faut réunir dans le temps et dans l'espace au minimum les trois facteurs suivants : un délinquant potentiel, une cible intéressante et l'absence de gardien capable de prévenir ou d'empêcher le passage à l'acte. Ainsi, le délit n'est possible que dans certaines circonstances, c'est-à-dire dans un contexte bien précis. Identifier ces contextes permet catégoriser la criminalité. Chaque cas est unique, mais un groupe de cas montre des similitudes. Par exemple, certaines conditions avec certains environnements attirent certains types de cambrioleurs. Deux hypothèses ont été testées. La première est que les cambriolages d'habitations ne se répartissent pas uniformément dans les classes formées par des « paramètres situationnels » ; la deuxième que des niches apparaissent en recoupant les différents paramètres et qu'elles correspondent à la classification mise en place par la coordination judiciaire vaudoise et le CICOP. La base de données vaudoise des cambriolages enregistrés entre 1997 et 2006 par la police a été utilisée (25'369 cas). Des situations spécifiques ont été mises en évidence, elles correspondent aux classes définies empiriquement. Dans une deuxième phase, le lien entre une situation spécifique et d'activité d'un auteur au sein d'une même situation a été vérifié. Les observations réalisées dans cette recherche indiquent que les auteurs de cambriolages sont actifs dans des niches. Plusieurs auteurs sériels ont commis des délits qui ne sont pas dans leur niche, mais le nombre de ces infractions est faible par rapport au nombre de cas commis dans la niche. Un système de classification qui correspond à des réalités criminelles permet de décomposer les événements et de mettre en place un système d'alerte et de suivi « intelligent ». Une nouvelle série dans un phénomène sera détectée par une augmentation du nombre de cas de ce phénomène, en particulier dans une région et à une période donnée. Cette nouvelle série, mélangée parmi l'ensemble des délits, ne serait pas forcément détectable, en particulier si elle se déplace. Finalement, la coopération entre les structures de renseignement criminel opérationnel en Suisse romande a été améliorée par le développement d'une plateforme d'information commune et le système de classification y a été entièrement intégré.

Early expression of the type III secretion system of Parachlamydia acanthamoebae during a replicative cycle within its natural host cell Acanthamoeba castellanii.

The type three secretion system (T3SS) operons of Chlamydiales bacteria are distributed in different clusters along their chromosomes and are conserved at both the level of sequence and genetic organization. A complete characterization of the temporal expression of multiple T3SS components at the transcriptional and protein levels has been performed in Parachlamydia acanthamoebae, replicating in its natural host cell Acanthamoeba castellanii. The T3SS components were classified in four different temporal clusters depending on their pattern of expression during the early, mid- and late phases of the infectious cycle. The putative T3SS transcription units predicted in Parachlamydia are similar to those described in Chlamydia trachomatis, suggesting that T3SS units of transcriptional expression are highly conserved among Chlamydiales bacteria. The maximal expression and activation of the T3SS of Parachlamydia occurred during the early to mid-phase of the infectious cycle corresponding to a critical phase during which the intracellular bacterium has (1) to evade and/or block the lytic pathway of the amoeba, (2) to differentiate from elementary bodies (EBs) to reticulate bodies (RBs), and (3) to modulate the maturation of its vacuole to create a replicative niche able to sustain efficient bacterial growth.

'Hearts and bones': the ups and downs of 'plasticity' in stem cell biology.

More than a decade ago, 'plasticity' suddenly became a 'fashionable' topic with overemphasized implications for regenerative medicine. The concept of 'plasticity' is supported by old transplantation work, at least for embryonic cells, and metaplasia is a classic example of plasticity observed in patients. Nevertheless, the publication of a series of papers showing rare conversion of a given cell type into another unrelated cell raised the possibility of using any unaffected tissue to create at will new cells to replace a different failing tissue or organ. This resulted in disingenuous interpretations and a reason not to fund anymore research on embryonic stem cells (ESc). Moreover, many papers on plasticity were difficult to reproduce and thus questioned; raising issues about plasticity as a technical artefact or a consequence of rare spontaneous cells fusion. More recently, reprogramming adult differentiated cells to a pluripotent state (iPS) became possible, and later, one type of differentiated cell could be directly reprogrammed into another (e.g. fibroblasts into neurons) without reverting to pluripotency. Although the latter results from different and more robust experimental protocols, these phenomena also exemplify 'plasticity'. In this review, we want to place 'plasticity' in a historical perspective still taking into account ethical and political implications.

Role of disease activity for decision making ability in early multiple sclerosis

Background and purpose: Decision making (DM) has been defined as the process through which a person forms preferences, selects and executes actions, and evaluates the outcome related to a selected choice. This ability represents an important factor for adequate behaviour in everyday life. DM impairment in multiple sclerosis (MS) has been previously reported. The purpose of the present study was to assess DM in patients with MS at the earliest clinically detectable time point of the disease. Methods: Patients with definite (n=109) or possible (clinically isolated syndrome, CIS; n=56) MS, a short disease duration (mean 2.3 years) and a minor neurological disability (mean EDSS 1.8) were compared to 50 healthy controls aged 18 to 60 years (mean age 32.2) using the Iowa Gambling Task (IGT). Subjects had to select a card from any of 4 decks (A/B [disadvantageous]; C/D [advantageous]). The game consisted of 100 trials then grouped in blocks of 20 cards for data analysis. Skill in DM was assessed by means of a learning index (LI) defined as the difference between the averaged last three block indexes and first two block indexes (LI=[(BI-3+BI-4+BI-5)/3-(BI-1+B2)/2]). Non parametric tests were used for statistical analysis. Results: LI was higher in the control group (0.24, SD 0.44) than in the MS group (0.21, SD 0.38), however without reaching statistical significance (p=0.7). Interesting differences were detected when MS patients were grouped according to phenotype. A trend to a difference between MS subgroups and controls was observed for LI (p=0.06), which became significant between MS subgroups (p=0.03). CIS patients who confirmed MS diagnosis by presenting a second relapse after study entry showed a dysfunction in the IGT in comparison to the other CIS (p=0.01) and definite MS (p=0.04) patients. In the opposite, CIS patients characterised by not entirely fulfilled McDonald criteria at inclusion and absence of relapse during the study showed an normal learning pattern on the IGT. Finally, comparing MS patients who developed relapses after study entry, those who remained clinically stable and controls, we observed impaired performances only in relapsing patients in comparison to stable patients (p=0.008) and controls (p=0.03). Discussion: These results raise the assumption of a sustained role for both MS relapsing activity and disease heterogeneity (i.e. infra-clinical severity or activity of MS) in the impaired process of decision making.