MBIS: multivariate Bayesian image segmentation tool.

We present MBIS (Multivariate Bayesian Image Segmentation tool), a clustering tool based on the mixture of multivariate normal distributions model. MBIS supports multichannel bias field correction based on a B-spline model. A second methodological novelty is the inclusion of graph-cuts optimization for the stationary anisotropic hidden Markov random field model. Along with MBIS, we release an evaluation framework that contains three different experiments on multi-site data. We first validate the accuracy of segmentation and the estimated bias field for each channel. MBIS outperforms a widely used segmentation tool in a cross-comparison evaluation. The second experiment demonstrates the robustness of results on atlas-free segmentation of two image sets from scan-rescan protocols on 21 healthy subjects. Multivariate segmentation is more replicable than the monospectral counterpart on T1-weighted images. Finally, we provide a third experiment to illustrate how MBIS can be used in a large-scale study of tissue volume change with increasing age in 584 healthy subjects. This last result is meaningful as multivariate segmentation performs robustly without the need for prior knowledge.

Estimating vadose zone hydraulic properties using ground penetrating radar: The impact of prior information

A number of geophysical methods, such as ground-penetrating radar (GPR), have the potential to provide valuable information on hydrological properties in the unsaturated zone. In particular, the stochastic inversion of such data within a coupled geophysical-hydrological framework may allow for the effective estimation of vadose zone hydraulic parameters and their corresponding uncertainties. A critical issue in stochastic inversion is choosing prior parameter probability distributions from which potential model configurations are drawn and tested against observed data. A well chosen prior should reflect as honestly as possible the initial state of knowledge regarding the parameters and be neither overly specific nor too conservative. In a Bayesian context, combining the prior with available data yields a posterior state of knowledge about the parameters, which can then be used statistically for predictions and risk assessment. Here we investigate the influence of prior information regarding the van Genuchten-Mualem (VGM) parameters, which describe vadose zone hydraulic properties, on the stochastic inversion of crosshole GPR data collected under steady state, natural-loading conditions. We do this using a Bayesian Markov chain Monte Carlo (MCMC) inversion approach, considering first noninformative uniform prior distributions and then more informative priors derived from soil property databases. For the informative priors, we further explore the effect of including information regarding parameter correlation. Analysis of both synthetic and field data indicates that the geophysical data alone contain valuable information regarding the VGM parameters. However, significantly better results are obtained when we combine these data with a realistic, informative prior.

Stochastic models and numerical algorithms for a class of regulatory gene networks.

Regulatory gene networks contain generic modules, like those involving feedback loops, which are essential for the regulation of many biological functions (Guido et al. in Nature 439:856-860, 2006). We consider a class of self-regulated genes which are the building blocks of many regulatory gene networks, and study the steady-state distribution of the associated Gillespie algorithm by providing efficient numerical algorithms. We also study a regulatory gene network of interest in gene therapy, using mean-field models with time delays. Convergence of the related time-nonhomogeneous Markov chain is established for a class of linear catalytic networks with feedback loops.

Long-term and long range migration of radioisotopes in terrestrial systems : mechanisms of radioisotopes (Cs, Sr, Pu, Am) mobilization in soils

Summary Artificial radionuclides were released in the environment during the atmospheric nuclear weapon tests and after accidental events involving nuclear industries. As a primary receptor of the deposition, the soil is a very sensitive compartment and understanding the interaction and migration of radionuclides within soils allows the development of scenario for the contamination risk of the population and of the environment. Most available field studies on radionuclides in soils only concern one or two isotopes, mostly 137Cs, and few physico-chemical soil parameters. The purpose of this study was a broader understanding of the radioecology of an Alpine valley. In a first part, we aimed to describe the depth distribution of 137Cs, 90Sr, 239+240Pu, and 241Am within different alpine soils and to identify some stable elements as indicators for accumulating layers. In the central part of the study, the goal was to investigate the repartition of ^Sr and 239Pu between the truly dissolved fraction and the colloidal fraction of the soil solutions and to identify the nature of colloids involved in the adsorption of ^Sr and 239Pu. These results were integrated in an "advection- sorption" transport model seeking to explain the migration of 239Pu and 90Sr within the soils and to assess the importance of colloidal transport for these two isotopes. A further aspect studied was the role of the competition between the radioisotopes (137Cs and 90Sr) and their stable chemical analogues (K and Ca) with respect to plant uptake by different plant species. The results on the depth distribution within the soils showed that 137Cs was mostly retained in the topsoil, to the exception of an organic-rich soil (Histosol 2) receiving important surface runoff, where migration down to a depth of 30 cm was observed. 137Cs depth distribution within the soils was similar to unsupported 210Pb depth distribution. The plant uptake of 137Cs clearly depended on the concentration of exchangeable potassium in the soils. Moreover, we showed that the 137Cs uptake by certain species of the taxonomic orders Poales and Rosales was more sensitive to the increase in exchangeable Κ compared to other orders. Strontium-90 was much more mobile in the soils than 137Cs and depth migration and accumulation in specific AI- and Fe-rich layers were found down to 30 cm. Copper and Ni showed accumulations in these same layers, indicating their potential to be used as indicators for the migration of ^Sr within the soils. In addition, we observed a 90Sr activity peak in the topsoil that can be attributable to recycling of 90Sr by plant uptake. We demonstrated for the first time that a part of 90Sr (at least 40%) was associated with the colloids in organic-rich soil solutions. Therefore, we predict a significant effect of the colloidal migration of ^Sr in organic-rich soil solutions. The plant uptake results for 90Sr indicated a phylogenetic effect between Non-Eudicot and Eudicots: the order Poales concentrating much less 90Sr than Eudicots do. Moreover, we were able to demonstrate that the sensitivity of the 90Sr uptake by 5 different Alpine plant species to the amount of exchangeable Ca was species-independent. Plutonium and 241Am accumulated in the second layer of all soils and only a slight migration deeper than 20 cm was observed. Plutonium and 241Am showed a similar depth distribution in the soils. The model results suggested that the present day migration of 239Pu was very slow and that the uptake by plants was negligible. 239Pu activities between 0.01 to 0.08 mBq/L were measured in the bulk soil solutions. Migration of 239Pu with the soil solution is dominated by colloidal transport. We reported strong evidences that humic substances were responsible of the sorption of 239Pu to the colloidal fraction of the soil solutions. This was reflected by the strong correlation between 239Pu concentrations and the content of (colloidal) organic matter in the soil solution. Résumé Certains radioéléments artificiels ont été disséminés dans l'environnement suite aux essais atmosphériques de bombes nucléaires et suite à des accidents impliquant les industries nucléaires. En tant que récepteur primaire de la déposition, le sol est un compartiment sensible et des connaissances sur les interactions et la migration des radioéléments dans le sol permettent de développer des modèles pour estimer la contamination de la population et de l'environnement. Actuellement, la plupart des études de terrain sur ce sujet concernent uniquement un ou deux radioéléments, surtout le 137Cs et peu d'études intègrent les paramètres du sol pour expliquer la migration des radioéléments. Le but général de cette étude était une compréhension étendue de la radio-écologie d'une vallée alpine. Notre premier objectif était de décrire la distribution en profondeur de 137Cs, ^Sr, 239+240pu et 241Am dans différents sols alpins en relation avec des éléments stables du sol, dans le but d'identifier des éléments stables qui pourraient servir d'indicateurs pour des horizons accumulateurs. L'objectif de la deuxième partie, qui était la partie centrale de l'étude, était d'estimer le pourcentage d'activité sous forme colloïdale du 239Pu et du 90Sr dans les solutions des sols. De plus nous avons déterminé la nature des colloïdes impliqués dans la fixation du ^Sr et 239Pu. Nous avons ensuite intégré ces résultats dans un modèle de transport développé dans le but de décrire la migration du 239Pu et 90Sr dans le sol. Finalement, nous avons étudié l'absorption de 137Cs et 90Sr par les plantes en fonction de l'espèce et de la compétition avec leur élément analogue stable (K et Ca). Les résultats sur la migration en profondeur du 137Cs ont montré que ce radioélément était généralement retenu en surface, à l'exception d'un sol riche en matière organique dans lequel nous avons observé une nette migration en profondeur. Dans tous les sols, la distribution en profondeur du 137Cs était corrélée avec la distribution du 210Pb. L'absorption du 137Cs par les plantes, était dépendante de la concentration en Κ échangeable dans le sol, le potassium étant un compétiteur. De plus, nous avons observé que les espèces ne réagissaient pas de la même manière aux variations de la concentration de Κ échangeable. En effet, les espèces appartenant aux ordres des Poales et des Rosales étaient plus sensibles aux variations de potassium échangeable dans le sol. Dans tous les sols Le 90Sr était beaucoup plus mobile que le 137Cs. En effet, nous avons observé des accumulations de 90Sr dans des horizons riches en Fe et Al jusqu'à 30 cm de profondeur. De plus, le Cu et le Ni montraient des accumulations dans les mêmes horizons que le 90Sr, indiquant qu'il pourrait être possible d'utiliser ces deux éléments comme analogues pour la migration du 90Sr. D'après le modèle développé, le pic de 90Sr dans les premiers centimètres du sol peut être attribué à du recyclage par les plantes. Le 90Sr en solution était principalement sous forme dissoute dans des solutions de sols peu organique (entre 60 et 100% de 90Sr dissous). Par contre, dans des solutions organiques, un important pourcentage de 90Sr (plus de 40%) était associé aux colloïdes. La migration colloïdale du 90Sr peut donc être significative dans des solutions organiques. Comme pour le 137Cs, l'absorption du 90Sr par les plantes dépendait de la concentration de son analogue chimique dans la fraction échangeable du sol. Par contre, les espèces de plantes étudiées avaient la même sensibilité aux variations de la concentration du calcium échangeable. Le plutonium et l'américium étaient accumulés dans le deuxième horizon du sol et nous avons observé seulement une faible migration plus profondément que 20 cm. Selon le modèle, la migration actuelle du plutonium est très lente et l'absorption par les plantes semble négligeable. Nous avons mesuré entre 0.01 et 0.08 mBq/L de 239Pu dans les solutions de sol brutes. La migration du plutonium par la solution du sol est due principalement aux colloïdes, probablement de nature humique. Résumé grand public Dans les années 1950 à 1960, l'environnement a été contaminé par des éléments radioactifs (radioéléments) artificiels provenant des essais des armes atomiques et de l'industrie nucléaire. En effet, durant ces années, les premiers essais de bombes atomiques se faisaient dans l'atmosphère, libérant de grandes quantités d'éléments radioactifs. De plus certains accidents impliquant l'industrie nucléaire civile ont contribué à la dissémination d'éléments radioactifs dans l'environnement. Ce fut par exemple le cas de l'accident de la centrale atomique de Tchernobyl en 1986 qui a causé une importante contamination d'une grande partie de l'Europe par le 137Cs. Lorsqu'ils sont libérés dans l'atmosphère, les radioéléments sont dispersés et transportés par les courants atmosphériques, puis peuvent être déposés dans l'environnement, principalement par les précipitations. Une fois déposés sur le sol, les radioéléments vont interagir avec les composants du sol et migrer plus ou moins vite. La connaissance des interactions des éléments radioactifs avec le sol est donc importante pour prédire les risques de contamination de l'environnement et de l'homme. Le but général de ce travail était d'évaluer la migration de différents éléments radioactifs (césium-137, strontium-90, plutonium et américium-241) à travers le sol. Nous avons choisi un site d'étude en milieu alpin (Val Piora, Tessin, Suisse), contaminé en radioéléments principalement par les retombées de l'accident de Tchernobyl et des essais atmosphériques de bombes atomiques. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la distribution en profondeur des éléments radioactifs dans le sol et l'avons comparée à divers éléments stables. Cette comparaison nous a permit de remarquer que le cuivre et le nickel s'accumulaient dans les mêmes horizons du sol que le strontium-90 et pourraient donc être utilisés comme analogue pour la migration du strontium-90 dans les sols. Dans la plupart des sols étudiés, la migration du césium-137, du plutonium et de l'américium-241 était lente et ces radioéléments étaient donc accumulés dans les premiers centimètres du sol. Par contre, le strontium-90 a migré beaucoup plus rapidement que les autres radioéléments si bien qu'on observe des accumulations de strontium-90 à plus de 30 cm de profondeur. Les radioéléments migrent dans la solution du sol soit sous forme dissoute, soit sous forme colloïdale, c'est-à-dire associés à des particules de diamètre < Ιμηι. Cette association avec des colloïdes permet à des radioéléments peu solubles, comme le plutonium, de migrer plus rapidement qu'attendu. Nous avons voulu savoir quelle était la part de strontium-90 et plutonium associés à des colloïdes dans la solution du sol. Les résultats ont montré que le plutonium en solution était principalement associé à des colloïdes de type organique. Quant au strontium-90, ce dernier était en partie associé à des colloïdes dans des solutions de sol riches en matière organique, par contre, il était principalement sous forme dissoute dans les solutions de sol peu organiques. L'absorption de radioéléments par les plantes représente une voie importante pour le transfert vers la chaîne alimentaire, par conséquent pour la contamination de l'homme. Nous avons donc étudié le transfert du césium-137 et du strontium-90 de plusieurs sols vers différentes espèces de plantes. Les résultats ont montré que l'absorption des radioéléments par les plantes était liée à la concentration de leur analogue chimique (calcium pour le strontium-90 et potassium pour le césium- 137) dans la fraction échangeable du sol. De plus certaines espèces de plantes accumulent significativement moins de strontium-90.

L'ostéolyse expansive familiale : manifestations otologiques et dentaires d'origine génétique

RESUME Nous rapportons l'étude d'une famille de 49 membres sur 5 générations. Parmi 35 membres étudiés, 18 sont atteints d'Osteolyse Expansive Familiale (OEF). L'OEF est une dysplasie osseuse génétique rare, autosomique dominante, dont les altérations locales et générales du squelette ont une distribution périphérique prédominante qui devient manifeste à partir de la deuxième décennie de vie. Une résorption ostéoclastique progressive, accompagnée d'une faible activité ostéoblastique, est à l'origine d'une expansion médullaire osseuse. Cette dernière est caractérisée par une raréfaction de la moelle osseuse qui est remplacée par du tissu fibreux et de la graisse. L'amincissement de la moelle osseuse aboutit à des déformations invalidantes, sévères et douloureuses du squelette, avec tendance aux fractures spontanées. La première manifestation clinique de la maladie est une surdité de transmission très précoce résultant d'une lyse de la chaîne ossiculaire. Radiologiquement, il existe toujours une pneumatisation marquée de la mastoïde et du rocher. Les dents montrent des signes importants de résorption osseuse au niveau de la région apicale et/ou du collet, dont l'aspect est caractéristique et unique. La phosphatase alcaline sérique, l'hydroxyproline et la deoxypiridoline urinaire sont élevées à des taux variables. Le taux de calcium et d'hormone parathyroïdienne est normal. Le traitement par les diphosphonates, la calcitonine et la vitamine D est inefficace. Histologiquement, l'OEF présente des similitudes avec la maladie de Paget, mais l'âge de début, la distribution des lésions osseuses, les altérations dentaires et de l'oreille moyenne, ainsi que la progression clinique sont différents. Il en va de même pour la dysplasie fibreuse, l'ostéite fibro-kystique et l'ostéogénèse imparfaite. Le gêne responsable de la maladie se localise dans la région du chromosome 18q21-22. Récemment, des mutations du TNFRSF 11A, gêne qui codifie le RANK, ont été identifiées comme étant la cause de l'OEF. La duplication de la 18ème paire de base au niveau de l'exon 1 suggère qu'il correspond au site de l'anomalie. La technique chirurgicale et les résultats audiométriques à court et long terme de 13 interventions chez 8 patients sont présentés. ABSTRACT Objectives: Familial Expansive Osteolysis (EEO) is a rare autosomal dominant bone dys¬plasia. The disease can show general and focal skeletal alterations, the latter having a pre¬dominantly peripheral distribution. Onset occurs after the second decade of life. Patients and methods: We present the study, of 30 years, of a family consisting of 49 members covering five generations. Results: Among the 35 members studied, 18 have familial expansive osteolysis (FEO). The first clinical sign of the condition is transmission deafness at an early age. The features of the teeth has a unique and characteristic appearance. Thinning of the corti¬cal bone leads to severe, painful, disabling deformities. Serum alkaline phosphatase, and urinary hydroxyproline and deoxipyridinoline are elevated. Calcium and parathyroid hor¬mone are normal. Treatment with diphosphonates, calcitonin and vitamin D has been unsuccessful. We present the surgical technology and the results to short and long term of 13 interventions on 8 patients. Conclusion: Progressive osteoclastic reabsorption accompanied by weak osteoblastic activ¬ity results in medullary expansion characterized by rarefaction of the bone marrow, which is replaced by fibrous tissue and fat. FE0 is histologically similar to Paget disease, but the age of onset, the distribution of the bone lesions, the dental and middle ear alterations, and the clin¬ical progression are different. These features also differentiate FE0 from fibrous dysplasia, fibrocystic osteitis and imperfect osteogenesis. The gene responsible for EEO is located in the 18q21-22 chromosome region. Mutations in TNFRSF11A, the gene encoding receptor activa¬tor of nuclear factor-kappa-B (RANK), has been recently identified as the cause of FEO. A duplication of 18 base pairs in exon 1 of the TNFRSF11A gene suggests that this corresponds to the site of the anomaly and can be considered a "hot spot" for mutations.

Characterization of cytoplasmic antiviral signaling pathways

Summary Multicellular organisms have evolved the immune system to protect from pathogen such as viruses, bacteria, fungi or parasites. Detection of invading pathogens by the host innate immune system is crucial for mounting protective responses and depends on the recognition of microbial components by specific receptors. The results presented in this manuscript focus on the signaling pathways involved in the detection of viral infection by the sensing of viral nucleic acids. First, we describe a new regulatory mechanism controlling RNA-sensing antiviral pathways. Our results indicate that TRIF and Cardif, the crucial adaptor proteins for endosomal and cytoplasmic RNA detection signaling pathway, are processed and inactivated by caspases. The second aspect investigated here involves a signaling pathway triggered upon cytosolic DNA sensing. The interferon inducible protein DAI was recently described as a DNA sensor able to induce the activation of IRFs and NF-κΒ transcription factors leading to type I interferon production. Here we identify two RIP homotypic interaction motifs (RHIMs) in DAI and demonstrate that they mediate the recruitment of RIP1 and RIP3 and the subsequent NF-κΒ activation. Moreover, we observed that the mouse cytomegalovirus RHIM- containing protein M45 has the potential to block this signaling cascade by interfering with the formation of the DAI-RIP1/3 signaling complex. Finally, we report the generation and the initial characterization of NLRX1-deficient mice. NLRX1 is a member of the NOD-like receptor family localized to the mitochondria. The function of NLRX1 is still controversial: one study proposed that NLRX1 acts as an inhibitor of the RIG-like receptor (RLR) antiviral pathway by binding the adaptor protein Cardif, whereas another report implicated NLRX1 in the generation of reactive oxygen species (ROS) and the amplification of NF-κΒ and JNK triggered by TNF-α, poly(I:C) or Shigella infection. Collectively, our results indicate that NLRX1-deficiency does not affect RLR signaling nor TNF-α induced responses. Proteomics analysis identified UQCRC2, a subunit of the complex III of the mitochondrial respiratory chain, as a NLRX1 binding partner. This observation might reveal a possible functional link between NLRX1 and mitochondrial respiration and/or ROS generation. Résumé Au cours de l'évolution, les organismes multicellulaires ont développé le système immunitaire afin de se protéger contre les pathogènes. Une étape cruciale pour le déclenchement des réponses protectrices est la reconnaissance par les cellules du système immunitaire de molécules propres aux microbes grâce à des récepteurs spécifiques. Les résultats présentés dans cette thèse décrivent des nouveaux aspects concernant les voies de signalisation impliquées dans la détection des virus. Le premier projet décrit un mécanisme de régulation des voies activées par la détection d'ARN virale. Nos résultats montrent que TRIF et Cardif, des protéines adaptatrices des voies déclenchées par la reconnaissance de ces acides nucléiques au niveau des endosomes et du cytoplasme, sont clivés et inactivés par les caspases. Le projet suivant de notre recherche concerne une voie de signalisation activée par la détection d'ADN au niveau du cytoplasme. La protéine DAI a été récemment décrite comme un senseur pour cet ADN capable d'activer les facteurs de transcription IRF et NF-κΒ et d'induire ainsi la production des interférons de type I. Ici on démontre que DAI interagit avec RIP1 et RIP3 par le biais de domaines appelés RHIM et que ce complexe est responsable de l'activation de NF-κΒ. On a aussi identifié une protéine du cytomégalovirus de la souris, M45, qui contient ce même domaine et on a pu démontrer qu'elle a la capacité d'interférer avec la formation du complexe entre DAI et RIP1/RIP3 bloquant ainsi l'activation de NF-κΒ. Enfin on décrit ici la génération de souris déficientes pour le gène qui code pour la protéine NLRX1. Cette protéine fait partie de la famille des récepteurs NOD et est localisée dans la mitochondrie. Une étude a suggéré que NLRX1 agit comme un inhibiteur des voies antivirales activées par les récepteurs du type RIG-I (RLR) en interagissant avec la protéine adaptatrice Cardif. Une autre étude propose par contre que NLRX1 participe à la production des dérivés réactifs de l'oxygène et contribue ainsi à augmenter l'activation de NF- κΒ et JNK induite par le TNF-α ou le poly(I:C). Nos résultats montrent que l'absence de NLRX1 ne modifie ni la voie de signalisation RLR ni les réponses induites par le TNF-α. Des analyses ultérieures ont permis d'identifier comme partenaire d'interaction de NLRX1 la protéine UQCRC2, une des sous-unités qui composent le complexe III de la chaîne respiratoire mitochondriale. Cette observation pourrait indiquer un lien fonctionnel entre NLRX1 et la respiration mitochondriale ou la production des dérivés réactifs de l'oxygène au niveau de cette organelle.

The cost effectiveness of pharmacological smoking cessation therapies in developing countries: a case study in the Seychelles

OBJECTIVE: To examine the incremental cost effectiveness of the five first line pharmacological smoking cessation therapies in the Seychelles and other developing countries. DESIGN: A Markov chain cohort simulation. SUBJECTS: Two simulated cohorts of smokers: (1) a reference cohort given physician counselling only; (2) a treatment cohort given counselling plus cessation therapy. INTERVENTION: Addition of each of the five pharmacological cessation therapies to physician provided smoking cessation counselling. MAIN OUTCOME MEASURES: Cost per life-year saved (LYS) associated with the five pharmacotherapies. Effectiveness expressed as odds ratios for quitting associated with pharmacotherapies. Costs based on the additional physician time required and retail prices of the medications. RESULTS: Based on prices for currently available generic medications on the global market, the incremental cost per LYS for a 45 year old in the Seychelles was 599 US dollars for gum and 227 dollars for bupropion. Assuming US treatment prices as a conservative estimate, the incremental cost per LYS was significantly higher, though still favourable in comparison to other common medical interventions: 3712 dollars for nicotine gum, 1982 dollars for nicotine patch, 4597 dollars for nicotine spray, 4291 dollars for nicotine inhaler, and 1324 dollars for bupropion. Cost per LYS increased significantly upon application of higher discount rates, which may be used to reflect relatively high opportunity costs for health expenditures in developing countries with highly constrained resources and high overall mortality. CONCLUSION: Pharmacological cessation therapy can be highly cost effective as compared to other common medical interventions in low mortality, middle income countries, particularly if medications can be procured at low prices.

Mécanismes moléculaires de l'homodimérisation de la protéine Scaffold IB1 et son implication dans la sécrétion d'insuline

RÉSUMÉ Les kinases activées par des mitogènes (MAPKs) constituent une importante famille d'enzymes conservée dans l'évolution. Elles forment un réseau de signalisation qui permet à la cellule de réguler spécifiquement divers processus impliqués dans la différenciation, la survie ou l'apoptose. Les kinases formant le module MAPK sont typiquement disposées en cascades de trois partenaires qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. Le module minimum est constitué d'une MAPK kinase kinase (MAPKKK), d'une MAPK kinase (MAPKK) et d'une MAPK. Une fois activée, la MAPK phosphoryle différents substrats tels que des facteurs de transcription ou d'autres protéines. Chez les mammifères, trois groupes principaux de MAPKs ont été identifiés. Il s'agit du groupe des kinases régulées par des signaux extracellulaires du type «mitogènes » (ERK), ainsi que des groupes p38 et cJun NH2-terminal kinase (JNK), ou SAPK pour stress activated protein kinase, plutôt activées par des stimuli de type «stress ». De nombreuses études ont impliqué JNK dans la régulation de différents processus physiologiques et pathologiques, comme le diabète, les arthrites rhumatoïdes, l'athérosclérose, l'attaque cérébrale, les maladies de Parkinson et d'Alzheimer. JNK, en particulier joue un rôle dans la mort des cellules sécrétrices d'insuline induite par l'interleukine (IL)-1 β, lors du développement du diabète de type 1. IB1 est une protéine scaffold (échafaud) qui participe à l'organisation du module de JNK. IB1 est fortement exprimée dans les neurones et les cellules β du pancréas. Elle a été impliquée dans la survie des cellules, la régulation de l'expression du transporteur du glucose de type 2 (Glut-2) et dans le processus de sécrétion d'insuline glucose-dépendante. IBl est caractérisée par plusieurs domaines d'interaction protéine-protéine : un domaine de liaison à JNK (JBD), un domaine homologue au domaine 3 de Src (SH3) et un domaine d'interaction avec des tyrosines phosphorylées (PID). Des partenaires d'IB1, incluant les membres de la familles des kinases de lignée mélangée (MLKs), la MAPKK MKK7, la phosphatase 7 des MAPKs (MKP-7) ainsi que la chaîne légère de la kinésine, ont été isolés. Tous ces facteurs, sauf les MLKs et MKK7 interagissent avec le domaine PID ou l'extrême partie C-terminale d'IBl (la chaîne légère de la kinésine). Comme d'autres protéines scaffolds déjà décrites, IBl et un autre membre de la famille, IB2, sont capables d'homo- et d'hétérodimériser. L'interaction a lieu par l'intermédiaire de leur région C-terminale, contenant les domaines SH3 et PID. Mais ni le mécanisme moléculaire, ni la fonction de la dimérisation n'ont été caractérisés. Le domaine SH3 joue un rôle central lors de l'assemblage de complexes de macromolécules impliquées dans la signalisation intracellulaire. Il reconnaît de préférence des ligands contenant un motif riche en proline de type PxxP et s'y lie. Jusqu'à maintenant, tous les ligands isolés se liant à un domaine SH3 sont linéaires. Bien que le domaine SH3 soit un domaine important de la transmission des signaux, aucun partenaire interagissant spécifiquement avec le domaine SH3 d'IB1 n'a été identifié. Nous avons démontré qu'IBl homodimérisait par un nouveau set unique d'interaction domaine SH3 - domaine SH3. Les études de cristallisation ont démontré que l'interface recouvrait une région généralement impliquée dans la reconnaissance classique d'un motif riche en proline de type PxxP, bien que le domaine SH3 d'IB1 ne contienne aucun motif PxxP. L'homodimère d'IB1 semble extrêmement stable. Il peut cependant être déstabilisé par trois mutations ponctuelles dirigées contre des résidus clés impliqués dans la dimérisation. Chaque mutation réduit l'activation basale de JNK dépendante d'IB 1 dans des cellules 293T. La déstabilisation de la dimérisation induite par la sur-expression du domaine SH3, provoque une diminution de la sécrétion d'insuline glucose dépendant. SUMMARY Mitogen activated kinases (MAPK) are an important and conserved enzyme family. They form a signaling network required to specifically regulate process involved in cell differentiation, proliferation or death. A MAPK module is typically organized in a threekinase cascade which are activated by sequential phosphorylation. The MAPK kinase kinase (MAPKKK), the MAPK kinase (MAPKK) and the MAPK constitute the minimal module. Once activated, the MAPK phosphorylates its targets like transcription factors or other proteins. In mammals, three major groups of MAPKs have been identified : the group of extra-cellular regulated kinase (ERK) which is activated by mitogens and the group of p38 and cJun NH2-terminal kinase (JNK) or SAPK for stress activated protein kinase, which are activated by stresses. Many studies implicated JNK in many physiological or pathological process regulations, like diabetes, rheumatoid arthritis, arteriosclerosis, strokes or Parkinson and Alzheimer disease. In particular, JNK plays a crucial role in pancreatic β cell death induced by Interleukin (IL)-1 β in type 1 diabetes. Islet-brain 1 (IB 1) is a scaffold protein that interacts with components of the JNK signal-transduction pathway. IB 1 is expressed at high levels in neurons and in pancreatic β-cells, where it has been implicated in cell survival, in regulating expression of the glucose transporter type 2 (Glut-2) and in glucose-induced insulin secretion. It contains several protein-protein interaction domains, including a JNK-binding domain (JBD), a Src homology 3 domain (SH3) and a phosphotyrosine interaction domain (PID). Proteins that have been shown to associate with IB 1 include members of the Mixed lineage kinase family (MLKs), the MAPKK MKK7, the MAPK phosphatase-7 MKP7, as well as several other ligands including kinesin light chain, LDL receptor related family members and the amyloid precursor protein APP. All these factors, except MLK3 and MKK7 have been shown to interact with the PID domain or the extreme C-terminal part (Kinesin light chain) of IB 1. As some scaffold already described, IB 1 and another member of the family, IB2, have previously been shown to engage in oligomerization through their respective C-terminal regions that include the SH3 and PID domains. But neither the molecular mechanisms nor the function of dimerization have yet been characterized. SH3 domains are central in the assembly of macromolecular complexes involved in many intracellular signaling pathways. SH3 domains are usually characterized by their preferred recognition of and association with canonical PxxP motif. In all these cases, a single linear sequence is sufficient for binding to the SH3 domain. However, although SH3 domains are important elements of signal transduction, no protein that interacts specifically with the SH3 domain of IB 1 has been identified so far. Here, we show that IB 1 homodimerizes through a navel and unique set of SH3-SH3 interactions. X-ray crystallography studies indicate that the dieter interface covers a region usually engaged in PxxP-mediated ligand recognition, even though the IB 1 SH3 domain lacks this motif. The highly stable IB 1 homodimer can be significantly destabilized in vitro by individual point-mutations directed against key residues involved in dimerization. Each mutation reduces IB 1-dependent basal JNK activity in 293T cells. Impaired dimerization induced by over-expression of the SH3 domain also results in a significant reduction in glucose-dependent insulin secretion in pancreatic β-cells.

Bayesian-MCMC inversion of time-lapse geophysical data to characterize vadose zone hydraulic behaviour

Geophysical methods have the potential to provide valuable information on hydrological properties in the unsaturated zone. In particular, time-lapse geophysical data, when coupled with a hydrological model and inverted stochastically, may allow for the effective estimation of subsurface hydraulic parameters and their corresponding uncertainties. In this study, we use a Bayesian Markov-chain-Monte-Carlo (MCMC) inversion approach to investigate how much information regarding vadose zone hydraulic properties can be retrieved from time-lapse crosshole GPR data collected at the Arrenaes field site in Denmark during a forced infiltration experiment.

Environmental changes in the aftermath of Neoproterozoic glaciations: a biogeochemical study of sediments from SW-Gondwana

Abstract The late Neoproterozoic or Ediacaran period, (635 to -543 Ma) is a primordial time in the Earth history corresponding to the beginning of animal life and the most extreme ice ages on Earth. In this dissertation, palaeoenvironmental conditions were reconstructed for Ediacaran, post-Gaskiers shelf deposits in SW- Gondwana and their changes were evaluated according to the diversity of organisms. The present study addresses the question of interactions between biodiversity and environmental change by using the elemental and isotopic geochemistry of sedimentary rocks and associated organic matter, as well as the distribution of hydrocarbon biomarkers. The studied sedimentary sequences are from a large basin extended from the Paraguay belt to the Rio de la Plata craton, including the Corumbâ Group in SW-Brazil (Paraguay belt), the Arroyo del Soldado Group in Uruguay and the Sierras Bayas Group in Argentina (both in the Rio de la Plata craton). Several geochemical signatures of the sediments from Corumbâ and Sierras Bayas groups provides evidence for an euxinic setting in the Ediacaran Ocean: 1) The occurrence of syngenetic pyrite in the Corumbâ Group together with hydrocarbon biomarkers of an anoxic microbial consortium including traces of gammacerane, a distribution of hopanes with maxima at C29 as well as a low pristane/phytane (Pr/Ph) ratio; 2) the occurrence of 34S enrichments within sulfides of the Sierras Bayas Group exceeding the sulfur isotopic composition of coeval carbonate-associated sulfate. In the Arroyo del Soldado Group, an event of reducing conditions was revealed by higher concentrations of redox-sensitive trace elements and negative 513Ccar shifts in all sections. This event is extended to the whole unit in the deepest section and is restricted to tempestites in the two other shallow sections. The persistent negative. ôl3Ccar values recorded at the basinal setting implies strong isotopic gradient between shallow and deep water environments and therefore, a locus of deposition below the redox chemocline. In all studied sections, the excursions, the strong enrichment of authigenic trace-elements, the occurrence of longer chain «-alkanes, gammacerane and low Pr/Ph and Ph/>;-C]a ratios, combined with the previous sedimentological and paleontological observations indicate that the chemistry of the ocean was strongly controlled by the oxygen availability; waters being moderately oxic at the surface and anoxic at depth for much of the Neoproterozoic. This water column stratification was favourable to the storage of large amounts of nutrients in the deep ocean. During upwelling periods, the export of these nutrient-rich waters may have triggered an important bioproductivity in surface waters. Drops in Al3Cc,,.](Cr and positive ôl3Ccllr excursions highlight the increase in primary productivity. Preservation of organic carbon was ensured by reducing conditions at the bottom. The Al3ccar.kcr excursions could also reflect changes in the composition of the primary biomass. New geochemical evidence from SW-Gondwana sections supports a stratified Ediacaran ocean, outside restricted or hypersaline environments, in the aftermath of glaciations. The association of ocean stratification and the appearance of metazoans support the model that the evolution of eukaryotic life was related to the increase of oxygen levels in surface environments due to an efficient recycling of nutrients in the anoxic deep ocean. Résumé Le Néoprotérozoïque terminal, ou Édiacarien (635 à -543 Ma), est un période de première importance dans l'histoire de la Terre, car elle correspond a l'apparition des métazoaires pendant un intervalle de glaciations extrêmes. Le présent mémoire se propose de reconstituer les conditions paléoenvironnementales des dépôts de plateforme mis en place durant l'Édiacarien, au sud-ouest du Gondwana. Les interactions entre changements environnementaux et biodiversité sont évaluées en s'appuyant d'une part sur la composition élémentaire et isotopique des roches sédimentaires et de leur matière organique, et d'autre part sur la distribution moléculaire de biomarqueurs hydrocarbonés. Les séquences sédimentaires étudiées proviennent d'un grand bassin qui s'étend de la chaîne du Paraguay jusqu'au craton du Rio de la Plata. La séquence du Groupe Corumbâ au Sud Ouest du Brésil se situe dans la chaîne du Paraguay, tandis que le Groupe Arroyo del Soldado en Uruguay et le Groupe Sierras Bayas en Argentine sont situés sur le craton du Rio de la Plata. L'étude géochimique des sédiments des groupes Corumbâ et Sierras Bayas révèle de façon claire des conditions euxiniques dans l'océan édiacarien. On trouve ainsi, dans le Groupe Corumbâ, les biomarqueurs d'un cortège microbien anoxique et sulfurique comprenant des bactéries sulfato-réductrices, et dans les sulfures du Groupe Sierras Bayas, des enrichissements en Î4S excédant les rapports isotopiques du soufre dans le sulfate cogénétique associé aux carbonates. Dans la séquence de l'Arroyo del Soldado, un événement réducteur est mis en évidence par des teneurs plus élevées en éléments traces sensibles aux conditions redox et par des excursions négatives du 613Ccardans toutes les coupes. Cet événement affecte la totalité de la section la plus profonde et n'apparaît que dans les tempestites dans les sections les moins profondes. La persistance de valeurs négatives du ô13Ccarau large implique un gradient isotopique prononcé entre les environnements superficiels et profonds, et donc, ta présence d'une chémocline redox. Les excursions du. ôBCcar, l'enrichissement authigène en éléments traces, la présence de gammacérane et de rt-alcanes à longue chaîne, ainsi que de faibles rapports Pr/Ph et Ph/«-Cl8, viennent s'ajouter aux observations préliminaires sur la sédimentologie et la paléontologie pour indiquer que la chimie de l'océan était fortement contrôlée par la disponibilité d'oxygène, les eaux étant modérément oxiques à la surface et anoxiques en profondeur pendant la plus grande partie du Néoprotérozoïque. La stratification de la colonne d'eau était favorable au stockage de grandes quantités de nutriments dans l'océan profond. Dans les zones d'upwelling, la migration d'eaux profondes riches en nutriment vers la surface a pu provoquer une bioproductivité prononcée dans les eaux de surface. La conservation du carbone organique était assurée par les conditions anoxiques prévalant au fond. Les excursions du A13Ccar.kt.r pourraient aussi refléter des changements dans la biomasse primaire. Le présent travail apporte donc de nouvelles preuves qu'un océan stratifié s'est maintenu à la suite des glaciations néoprotérozoïques dans le Sud Ouest du Gondwana. L'association d'un océan stratifié et de l'apparition de la vie animale est en accord avec le modèle stipulant que l'évolution de la vie est associée à une meilleure oxygénation des environnements de surface. Résumé pour le grand public La période Ediacarienne (635 à -543 Ma) à la fin du Précambrien est l'une de plus énigmatiques dans l'histoire de la Terre, car elle est caractérisée par la diversification de la vie multicellulaire (eucaryote) pendant un intervalle de glaciations extrêmes. Dans ce travail de thèse, nous cherchons à déceler l'existence éventuelle d'un lien entre ces changements environnementaux et l'évolution de la vie eucaryote à travers une étude biogéochimique. La biogéochimie est l'étude des activités biologiques dans la géosphère, telles que celles intervenant dans les cycles des éléments chimiques (y compris les isotopes stables) et celles de production de composés carbonés caractérisant certains groups d'organismes ou taxons. La recherche des signatures paléoenvironnementales dans les roches précambriennes a été fortement facilitée par l'utilisation des biomarqueurs ou fossiles moléculaires. Ces composés, provenant des lipides biologiques (molécules avec des fonctions spécifiques dans les organismes), peuvent être reliés à des taxons spécifiques ou à des voies métaboliques. La transformation d'un biolipide en fossile moléculaire intervient lorsque des restes organiques déposés dans un substrat subissent un enfouissement et une augmentation de la pression (diagenèse). Ce processus mène à la formation de kérogène, un grand agrégat chimique de matière organique insoluble dans des solvants organiques, et de bitume ou fraction soluble (extractible) de la matière organique. L'analyse intégrée du kérogène et du bitume fournit des indications précieuses pour les reconstitutions paléoenvironnementales. Des conditions paléoenvironnementales ont ainsi été déterminées pour une plateforme marine Ediacarienne située dans la partie sud-américaine du bloc occidental du paléocontinent Gondwana. Les séquences sédimentaires étudiées appartiennent au même bassin qui s'étend de la ceinture du Paraguay (Groupe Corumbâ, Brésil) au craton du Rio de la Plata (Groupes Arroyo del Soldado, Uruguay et Sierras Bayas, Argentina). Nous nous sommes intéressés aux isotopes stables de carbonates et de la matière organique associée (kérogène et bitume), aux éléments majeurs et traces, ainsi qu'aux biomarqueurs caractérisant ces roches. Les résultats de cette dissertation suggèrent qu'au cours de l'Édiacarien, suite aux glaciations néoprotérozoïques dans le bloc occidental du Gondwana, l'océan était stratifié en zones spécifiques d'eaux riches en sulfures et dépourvues d'oxygène (euxiniques). L'association d'un océan stratifié et de l'apparition de la vie animale est en accord avec le modèle stipulant que l'évolution de la vie est associée à une meilleure oxygénation des environnements de surface. Les excursions isotopiques (tendance à des valeurs positives ou négatives) en constante fluctuation pour le carbone et très positives pour le soufre des sulfures, l'enrichissement en éléments trace et la présence de certains composés (e.g. gammacerane; Pr/Ph et Ph/«-Ci8 en basse proportion) conjugués aux observations sédimentologiques et paléontologiques des différents profils étudiés indiquent que la chimie de l'océan était fortement contrôlée par la disponibilité d'oxygène, avec des eaux modérément oxygénées en surface et euxiniques en profondeur pour la plupart du Néoprotérozoïque.

A pipeline approach with spatial information for segmenting multiple sclerosis lesions on brain magnetic resonance imaging

Background: Conventional magnetic resonance imaging (MRI) techniques are highly sensitive to detect multiple sclerosis (MS) plaques, enabling a quantitative assessment of inflammatory activity and lesion load. In quantitative analyses of focal lesions, manual or semi-automated segmentations have been widely used to compute the total number of lesions and the total lesion volume. These techniques, however, are both challenging and time-consuming, being also prone to intra-observer and inter-observer variability.Aim: To develop an automated approach to segment brain tissues and MS lesions from brain MRI images. The goal is to reduce the user interaction and to provide an objective tool that eliminates the inter- and intra-observer variability.Methods: Based on the recent methods developed by Souplet et al. and de Boer et al., we propose a novel pipeline which includes the following steps: bias correction, skull stripping, atlas registration, tissue classification, and lesion segmentation. After the initial pre-processing steps, a MRI scan is automatically segmented into 4 classes: white matter (WM), grey matter (GM), cerebrospinal fluid (CSF) and partial volume. An expectation maximisation method which fits a multivariate Gaussian mixture model to T1-w, T2-w and PD-w images is used for this purpose. Based on the obtained tissue masks and using the estimated GM mean and variance, we apply an intensity threshold to the FLAIR image, which provides the lesion segmentation. With the aim of improving this initial result, spatial information coming from the neighbouring tissue labels is used to refine the final lesion segmentation.Results:The experimental evaluation was performed using real data sets of 1.5T and the corresponding ground truth annotations provided by expert radiologists. The following values were obtained: 64% of true positive (TP) fraction, 80% of false positive (FP) fraction, and an average surface distance of 7.89 mm. The results of our approach were quantitatively compared to our implementations of the works of Souplet et al. and de Boer et al., obtaining higher TP and lower FP values.Conclusion: Promising MS lesion segmentation results have been obtained in terms of TP. However, the high number of FP which is still a well-known problem of all the automated MS lesion segmentation approaches has to be improved in order to use them for the standard clinical practice. Our future work will focus on tackling this issue.

Diagnostic and identification in situ of fungal pathogens in superficial mycosis

Fungi are divided in 3 groups in the field of medical mycology. The dermatophytes are filamentous fungi able to grow on keratinized tissues from human or animals. They are the main cause of superficial and cutaneous mycoses of the skin and its appendix (hair and nail). The yeasts, or dimorphic fungi, can be responsible of diverse types of infections (superficial to deep mycoses). The moulds include all Non-dermatophyte Filamentous Fungi (NDF). In medical mycology, the most representative moulds are Aspergillus spp., Fusarium spp. and Mucor spp. Diagnosis of mycosis is currently based on direct mycological examination of biological samples, as well as macroscopic and microscopic identification of the infectious fungus in culture assay. However, culture assays were found to remain sterile in roughly 40% of cases otherwise positive by direct mycological examinations. Additionally, results from culture assays are often difficult to interpret as various NDF are sometimes isolated. This thesis work is composed of three projects focusing on the development of new assays for direct in situ identification of fungi from dermatological samples. Part 1. A Polymerase Chain Reaction - Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism assay (PCR-TRFLP) targeting the 28S rDNA was developed to identify dermatophytes and NDF in nails with suspected onychomycosis. This method is faster and more efficient than culture. It further enables the distinction of more than one agent in case of mixed infection. A fast and reliable assay for the identification of dermatophytes and NDF in onychomycosis was found to be highly relevant since onychomycosis with Fusarium spp. or other NDF are weakly responsive or unresponsive to standard onychomycosis treatments with oral terbinafine and itraconazole. Part 2. A nested PCR-sequencing assay targeting the 28S rDNA was developed to identify dermatophyte species in skin and hair samples. This method is especially suitable for tinea capitis where dermatophytes identification is critical for subsequently prescribing the adequate treatment. The challenge presented when performing direct PCR fungi identification in skin and hair differs from that seen in onychomycosis as small amount of material is generally collected, few fungal elements are present in the clinical sample and one dermatophyte among a dozen species must be identified. Part 3. Fusarium spp. is currently isolated from nails with a frequency of 15% of that of dermatophytes in the laboratory of Mycology of the CHUV (2005-2012). The aim of this work was to examine if the intensive use of terbinafine and itraconazole could be a cause of the high incidence of Fusarium nail infections. For that purpose, two different methods, specific PCR and TRFLP, were used to detect both Fusarium spp. and Trichophyton spp. in nails of previously treated or untreated patients. TRFLP assay was found to be less sensitive than classical PCR assays specifically detecting Fusarium spp. or Trichophyton spp. Independently of the detection method used, the prevalence of Fusarium spp. appears not to be higher in patients previously treated by oral standard treatment with terbinafine and azoles which are highly effective to fight Trichophyton spp. in nails. In many cases Fusarium sp. was detected in samples of patients not previously subjected to antifungal therapy. Therefore, these treatments do not appear to favor the establishment of Fusarium spp. after elimination of a dermatophyte in nail infection. - En mycologie médicale, les champignons sont classés en 3 groupes. Les dermatophytes sont des champignons filamenteux capables de se développer dans les tissus kératinisés des hommes et des animaux, ils représentent la principale cause des mycoses superficielles et cutanées de la peau et de ses appendices (ongles et cheveux). Les levures, ou champignons dimorphiques, peuvent être responsables de divers types d'infections (superficielles à profondes). Les moisissures incluent tous les champignons filamenteux non-dermatophytes (NDF), les Aspergillus spp., les Fusarium spp. et les Mucor spp. sont les principales espèces rencontrées. Le diagnostic d'une mycose est basé sur un examen mycologique direct des prélèvements biologiques ainsi que sur l'identification macroscopique et microscopique du champignon infectieux isolé en culture. Cependant, dans environ 40% des cas, l'identification de l'agent pathogène est impossible par cette méthode car la culture reste stérile, bien que l'examen direct soit positif. De plus, la croissance de moisissures et/ou autres contaminants peut rendre l'interprétation de l'examen difficile. Ce travail de thèse est composé de trois projets focalisés sur le développement de nouvelles méthodes d'identification des champignons directement à partir d'échantillons dermatologiques. Projet 1. Une méthode de Réaction en chaîne de polymérase couplée à du polymorphisme de longueur des fragments de restriction terminaux (PCR-TRFLP), en ciblant l'ADN ribosomal 28S, a été développée pour l'identification des dermatophytes et moisissures dans les ongles avec suspicion d'onychomycoses. Cette technique s'est avérée plus rapide et plus efficace que la culture, permettant l'identification de plusieurs champignons en même temps. Posséder une méthode d'identification rapide et fiable des dermatophytes et des NDF dans les onychomycoses a été jugée nécessaire du fait que les Fusarium et d'autres NDF sont peu ou pas sensibles aux traitements oraux standards à la terbinafine et à Γ itraconazole. Projet 2. Une PCR nichée couplée au séquençage d'un fragment de l'ADN ribosomal 28S a été développée afin de différencier les dermatophytes dans la peau et les cheveux. Cette méthode est particulièrement adaptée au cas de tinea capitis, où l'identification du dermatophyte est essentielle afin de prescrire le traitement adéquat. Le problème de l'identification du pathogène fongique dans les cheveux et la peau diffère des onychomycoses car de petites quantités sont prélevées chez les patients, peu d'éléments fongiques sont présents et il faut discriminer un dermatophyte parmi une douzaine d'espèces potentielles. Projet 3. Au laboratoire de Mycologie du CHUV, les Fusarium ont été isolé dans les ongles à une fréquence de 15% pour la période 2005-2012. Le but de ce travail était d'examiner si l'utilisation intensive de terbinafine et d'itraconazole pouvait être une des causes de la forte incidence des infections des ongles par Fusarium. A cet effet, deux méthodes ont été utilisées pour détecter à la fois Fusarium spp. et Trichophyton spp., la PCR spécifique et le TRFLP. Indépendamment de la méthode choisie, il en résulte que la prévalence des Fusarium η'apparaît pas liée à un traitement au préalable des patients avec de la terbinafine ou des azoles, thérapies très efficaces contre les Trichophyton spp. dans les ongles. De plus, il existe de nombreux cas où Fusarium était détecté chez des patients non traités.