The evolution of unicoloniality in ant societies : recognition, dispersal and population genetic structure

Introduction Societies of ants, bees, wasps and termites dominate many terrestrial ecosystems (Wilson 1971). Their evolutionary and ecological success is based upon the regulation of internal conflicts (e.g. Ratnieks et al. 2006), control of diseases (e.g. Schmid-Hempel 1998) and individual skills and collective intelligence in resource acquisition, nest building and defence (e.g. Camazine 2001). Individuals in social species can pass on their genes not only directly trough their own offspring, but also indirectly by favouring the reproduction of relatives. The inclusive fitness theory of Hamilton (1963; 1964) provides a powerful explanation for the evolution of reproductive altruism and cooperation in groups with related individuals. The same theory also led to the realization that insect societies are subject to internal conflicts over reproduction. Relatedness of less-than-one is not sufficient to eliminate all incentive for individual selfishness. This would indeed require a relatedness of one, as found among cells of an organism (Hardin 1968; Keller 1999). The challenge for evolutionary biology is to understand how groups can prevent or reduce the selfish exploitation of resources by group members, and how societies with low relatedness are maintained. In social insects the evolutionary shift from single- to multiple queens colonies modified the relatedness structure, the dispersal, and the mode of colony founding (e.g. (Crozier & Pamilo 1996). In ants, the most common, and presumably ancestral mode of reproduction is the emission of winged males and females, which found a new colony independently after mating and dispersal flights (Hölldobler & Wilson 1990). The alternative reproductive tactic for ant queens in multiple-queen colonies (polygyne) is to seek to be re-accepted in their natal colonies, where they may remain as additional reproductives or subsequently disperse on foot with part of the colony (budding) (Bourke & Franks 1995; Crozier & Pamilo 1996; Hölldobler & Wilson 1990). Such ant colonies can contain up to several hundred reproductive queens with an even more numerous workforce (Cherix 1980; Cherix 1983). As a consequence in polygynous ants the relatedness among nestmates is very low, and workers raise brood of queens to which they are only distantly related (Crozier & Pamilo 1996; Queller & Strassmann 1998). Therefore workers could increase their inclusive fitness by preferentially caring for their closest relatives and discriminate against less related or foreign individuals (Keller 1997; Queller & Strassmann 2002; Tarpy et al. 2004). However, the bulk of the evidence suggests that social insects do not behave nepotistically, probably because of the costs entailed by decreased colony efficiency or discrimination errors (Keller 1997). Recently, the consensus that nepotistic behaviour does not occur in insect colonies was challenged by a study in the ant Formica fusca (Hannonen & Sundström 2003b) showing that the reproductive share of queens more closely related to workers increases during brood development. However, this pattern can be explained either by nepotism with workers preferentially rearing the brood of more closely related queens or intrinsic differences in the viability of eggs laid by queens. In the first chapter, we designed an experiment to disentangle nepotism and differences in brood viability. We tested if workers prefer to rear their kin when given the choice between highly related and unrelated brood in the ant F. exsecta. We also looked for differences in egg viability among queens and simulated if such differences in egg viability may mistakenly lead to the conclusion that workers behave nepotistically. The acceptance of queens in polygnous ants raises the question whether the varying degree of relatedness affects their share in reproduction. In such colonies workers should favour nestmate queens over foreign queens. Numerous studies have investigated reproductive skew and partitioning of reproduction among queens (Bourke et al. 1997; Fournier et al. 2004; Fournier & Keller 2001; Hammond et al. 2006; Hannonen & Sundström 2003a; Heinze et al. 2001; Kümmerli & Keller 2007; Langer et al. 2004; Pamilo & Seppä 1994; Ross 1988; Ross 1993; Rüppell et al. 2002), yet almost no information is available on whether differences among queens in their relatedness to other colony members affects their share in reproduction. Such data are necessary to compare the relative reproductive success of dispersing and non-dispersing individuals. Moreover, information on whether there is a difference in reproductive success between resident and dispersing queens is also important for our understanding of the genetic structure of ant colonies and the dynamics of within group conflicts. In chapter two, we created single-queen colonies and then introduced a foreign queens originating from another colony kept under similar conditions in order to estimate the rate of queen acceptance into foreign established colonies, and to quantify the reproductive share of resident and introduced queens. An increasing number of studies have investigated the discrimination ability between ant workers (e.g. Holzer et al. 2006; Pedersen et al. 2006), but few have addressed the recognition and discrimination behaviour of workers towards reproductive individuals entering colonies (Bennett 1988; Brown et al. 2003; Evans 1996; Fortelius et al. 1993; Kikuchi et al. 2007; Rosengren & Pamilo 1986; Stuart et al. 1993; Sundström 1997; Vásquez & Silverman in press). These studies are important, because accepting new queens will generally have a large impact on colony kin structure and inclusive fitness of workers (Heinze & Keller 2000). In chapter three, we examined whether resident workers reject young foreign queens that enter into their nest. We introduced mated queens into their natal nest, a foreign-female producing nest, or a foreign male-producing nest and measured their survival. In addition, we also introduced young virgin and mated queens into their natal nest to examine whether the mating status of the queens influences their survival and acceptance by workers. On top of polgyny, some ant species have evolved an extraordinary social organization called 'unicoloniality' (Hölldobler & Wilson 1977; Pedersen et al. 2006). In unicolonial ants, intercolony borders are absent and workers and queens mix among the physically separated nests, such that nests form one large supercolony. Super-colonies can become very large, so that direct cooperative interactions are impossible between individuals of distant nests. Unicoloniality is an evolutionary paradox and a potential problem for kin selection theory because the mixing of queens and workers between nests leads to extremely low relatedness among nestmates (Bourke & Franks 1995; Crozier & Pamilo 1996; Keller 1995). A better understanding of the evolution and maintenance of unicoloniality requests detailed information on the discrimination behavior, dispersal, population structure, and the scale of competition. Cryptic genetic population structure may provide important information on the relevant scale to be considered when measuring relatedness and the role of kin selection. Theoretical studies have shown that relatedness should be measured at the level of the `economic neighborhood', which is the scale at which intraspecific competition generally takes place (Griffin & West 2002; Kelly 1994; Queller 1994; Taylor 1992). In chapter four, we conducted alarge-scale study to determine whether the unicolonial ant Formica paralugubris forms populations that are organised in discrete supercolonies or whether there is a continuous gradation in the level of aggression that may correlate with genetic isolation by distance and/or spatial distance between nests. In chapter five, we investigated the fine-scale population structure in three populations of F. paralugubris. We have developed mitochondria) markers, which together with the nuclear markers allowed us to detect cryptic genetic clusters of nests, to obtain more precise information on the genetic differentiation within populations, and to separate male and female gene flow. These new data provide important information on the scale to be considered when measuring relatedness in native unicolonial populations.

Regulation of sodium transport in the cortical collecting duct : physiological role of GILZ in vitro and in vivo : characterisation of Na+ transport in the mCCDcl1 cell line

SUMMARY Regulation of sodium excretion by the kidney is a key mechanism in the long term regulation of blood pressure, and when altered it constitutes a risk factor for the appearance of arterial hypertension. Aldosterone, which secretion depends upon salt intake in the diet, is a steroid hormone that regulates sodium reabsorption in the distal part of the nephron (functional unit of the kidney) by modulating gene transcription. It has been shown that it can act synergistically with the peptidic hormone insulin through the interaction of their signalisation pathways. Our work consisted of two distinct parts: 1) the in vitro and in vivo characterisation of Glucocorticoid-Induced Leucine Zipper (GILZ) (an aldosterone-induced gene) mechanism of action; 2) the in vitro characterisation of insulin mechanism of action and its interaction with aldosterone. GILZ mRNA, coded by the TSC22D3 gene, is strongly induced by aldosterone in the cell line of principal cells of the cortical collecting duct (CCD) mpkCCDc14, suggesting that GILZ is a mediator of aldosterone response. Co-expression of GILZ and the amiloride-sensitive epithelial sodium channel ENaC in vitro in the Xenopus oocyte expression system showed that GILZ has no direct effect on the ENaC-mediated Na+ current in basal conditions. To define the role of GILZ in the kidney and in other organs (colon, heart, skin, etc.), a conditional knock-out mouse is being produced and will allow the in vivo study of its role. Previous data showed that insulin induced a transepithelial sodium transport at supraphysiological concentrations. Insulin and the insulin-like growth factor 1 (IGF-1) are able to bind to each other receptor with an affinity 50 to 100 times lower than to their cognate receptor. Our starting hypothesis was that the insulin effect observed at these supraphysiological concentrations is actually mediated by the IGF receptor type 1 (IGF-1R). In a new cell line that presents all the characteristics of the principal cells of the CCD (mCCDc11) we have shown that both insulin and IGF-1 induce a physiologically significant increase of Na+ transport through the activation of IGF-1R. Aldosterone and insulin/IGF-1 have an additive effect on Na+ transport, through the activation of the PI3-kinase (PI3-K) pathway and the phosphorylation of the serum- and glucocorticoid-induced kinase 1 (Sgk1) by the IGF-1R, and the induction of Sgk1 expression by aldosterone. Thus, Sgk1 integrates IGF-1/insulin and aldosterone effects. We suggest that IGF-1 is physiologically relevant in the modulation of sodium balance, while insulin can only regulate Na+ transport at supraphysiological conditions. Both hormones would bind to the IGF-1R and induce Na+ transport by activating the PI3-K PDK1/2 - Sgk1 pathway. We have shown for the first time that Sgk1 is expressed and phosphorylated in principal cells of the CCD in basal conditions, although the mechanism that maintains Sgk1 phosphorylation is not known. This new role for IGF-1 suggests that it could be a salt susceptibility gene. In effect, IGF-1 stimulates Na+ and water transport in the kidney in vivo. Moreover, 35 % of the acromegalic patients (overproduction of growth hormone and IGF-1) are hypertensives (higher proportion than in normal population), and genetic analysis suggest a link between the IGF-1 gene locus and blood pressure. RÉSUMÉ La régulation de l'excrétion rénale de sodium (Na+) joue un rôle principal dans le contrôle à long terme de la pression sanguine, et ses altérations constituent un facteur de risque de l'apparition d'une hypertension artérielle. L'aldosterone, dont la sécrétion dépend de l'apport en sel dans la diète, est une hormone stéroïdienne qui régule la réabsorption de Na+ dans la partie distale du nephron (unité fonctionnelle du rein) en contrôlant la transcription de gènes. Elle peut agir de façon synergistique avec l'hormone peptidique insuline, probablement via l'interaction de leurs voies de signalisation cellulaire. Le but de notre travail comportait deux volets: 1) caractériser in vitro et in vivo le mécanisme d'action du Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ) (un gène induit par l'aldosterone); 2) caractériser in vitro le mécanisme d'action de l'insuline et son interaction avec l'aldosterone. L'ARNm de GILZ, codé par le gène TSC22D3, est induit par l'aldosterone dans la lignée cellulaire de cellules principales du tubule collecteur cortical (CCD) mpkCCDc14, suggérant que GILZ est un médiateur potentiel de la réponse à l'aldosterone. La co-expression in vitro de GILZ et du canal à Na+ sensible à l'amiloride ENaC dans le système d'expression de l'oocyte de Xénope a montré que GILZ n'a pas d'effet sur les courants sodiques véhiculées par ENaC en conditions basales. Une souris knock-out conditionnelle de GILZ est en train d'être produite et permettra l'étude in vivo de son rôle dans le rein et d'autres organes. Des expériences préliminaires ont montré que l'insuline induit un transport transépithelial de Na+ à des concentrations supraphysiologiques. L'insuline et l'insulin-like growth factor 1 (IGF-1) peuvent se lier à leurs récepteurs réciproques avec une affinité 50 à 100 fois moindre qu'à leur propre récepteur. Nous avons donc proposé que l'effet de l'insuline soit médié par le récepteur à l'IGF type 1 (IGF-1R). Dans une nouvelle lignée cellulaire qui présente toutes les caractéristiques des cellules principales du CCD (mCCDc11) nous avons montré que les deux hormones induisent une augmentation physiologiquement significative du transport du Na+ par l'activation des IGF-1 R. Aldosterone et insuline/IGF-1 ont un effet additif sur le transport de Na+, via l'activation de la voie de la PI3-kinase et la phosphorylation de la serum- and glucocorticoid-induced kinase 1 (Sgk1) par l'IGF-1R, dont l'expression est induite par l'aldosterone. Sgk1 intègre les effets de l'insuline et l'aldosterone. Nous proposons que l'IGF-1 joue un rôle dans la modulation physiologique de la balance sodique, tandis que l'insuline régule le transport de Na+ à des concentrations supraphysiologiques. Les deux hormones agissent en se liant à l'IGF-1R et induisent le transport de Na+ en activant la cascade de signalisation PI3-K - PDK1/2 - Sgk1. Nous avons montré pour la première fois que Sgk1 est exprimée et phosphorylée dans des conditions basales dans les cellules principales du CCD, mais le mécanisme qui maintient sa phosphorylation n'est pas connu. Ce nouveau rôle pour l'IGF-1 suggère qu'il pourrait être un gène impliqué de susceptibilité au sel. Aussi, l'IGF-1 stimule le transport rénal de Na+ in vivo. De plus, 35 % des patients atteints d'acromégalie (surproduction d'hormone de croissance et d'IGF-1) sont hypertensifs (prévalence plus élevée que la population normale), et des analyses génétiques suggèrent un lien entre le locus du gène de l'IGF-1 et la pression sanguine. RÉSUMÉ GRAND PUBLIC Nos ancêtres se sont génétiquement adaptés pendant des centaines de millénaires à un environnement pauvre en sel (chlorure de sodium) dans la savane équatoriale, où ils consommaient moins de 0,1 gramme de sel par jour. On a commencé à ajouter du sel aux aliments avec l'apparition de l'agriculture (il y a 5000 à 10000 années), et aujourd'hui une diète omnivore, qui inclut des plats préparés, contient plusieurs fois la quantité de sodium nécessaire pour notre fonction physiologique normale (environ 10 grammes par jour). Le corps garde sa concentration constante dans le sang en s'adaptant à une consommation très variable de sel. Pour ceci, il module son excrétion soit directement, soit en sécrétant des hormones régulatrices. Le rein joue un rôle principal dans cette régulation puisque l'excrétion urinaire de sel change selon la diète et peut aller d'une quantité dérisoire à plus de 36 grammes par jour. L'attention qu'on prête au sel est liée à sa relation avec l'hypertension essentielle. Ainsi, le contrôle rénal de l'excrétion de sodium et d'eau est le principal mécanisme dans la régulation de la pression sanguine, et une ingestion excessive de sel pourrait être l'un des facteurs-clé déclenchant l'apparition d'un phénotype hypertensif. L'hormone aldosterone diminue l'excrétion de sodium par le rein en modulant l'expression de gènes qui pourraient être impliqués dans la sensibilité au sel. Dans une lignée cellulaire de rein l'expression du gène TSC22D3, qui se traduit en la protéine Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ), est fortement induite par l'aldosterone. Ceci suggère que GILZ est un médiateur potentiel de l'effet de l'aldosterone, et pourrait être impliqué dans la sensibilité au sel. Pour analyser la fonction de GILZ dans le rein plusieurs approches ont été utilisées. Par exemple, une souris dans laquelle GILZ est spécifiquement inactivé dans le rein est en train d'être produite et permettra l'étude du rôle de GILZ dans l'organisme. De plus, on a montré que GILZ, en conditions basales, n'a pas d'effet direct sur la protéine transportant le sodium à travers la membrane des cellules, le canal sodique épithélial ENaC. On a aussi essayé de trouver des protéines qui interagissent directement avec GILZ utilisant une technique appelée du « double-hybride dans la levure », mais aucun candidat n'a émergé. Des études ont montré que, à de hautes concentrations, l'insuline peut aussi diminuer l'excrétion de sodium. A ces concentrations, elle peut activer son récepteur spécifique, mais aussi le récepteur d'une autre hormone, l'Insulin-Like Growth Factor 1 (IGF-1). En plus, l'infusion d'IGF-1 augmente la rétention rénale de sodium et d'eau, et des mutations du gène codant pour l'IGF-1 sont liées aux différents niveaux de pression sanguine. On a utilisé une nouvelle lignée cellulaire de rein développée dans notre laboratoire, appelée mCCDc11, pour analyser l'importance relative des deux hormones dans l'induction du transport de sodium. On a montré que les deux hormones induisent une augmentation significative du transport de sodium par l'activation de récepteurs à l'IGF-1 et non du récepteur à l'insuline. On a montré qu'à l'intérieur de la cellule leur activation induit une augmentation du transport sodique par le biais du canal ENaC en modifiant la quantité de phosphates fixés sur la protéine Serumand Glucocorticoid-induced Kinase 1 (Sgk1). On a finalement montré que l'IGF-1 et l'aldosterone ont un effet additif sur le transport de sodium en agissant toutes les deux sur Sgk1, qui intègre leurs effets dans le contrôle du transport de sodium dans le rein.

Regulation of Rat and Human T-cell Immune Response by Pharmacologically Modified Dendritic Cells.

BACKGROUND: The central function of dendritic cells (DC) in inducing and preventing immune responses makes them ideal therapeutic targets for the induction of immunologic tolerance. In a rat in vivo model, we showed that dexamethasone-treated DC (Dex-DC) induced indirect pathway-mediated regulation and that CD4+CD25+ T cells were involved in the observed effects. The aim of the present study was to investigate the mechanisms underlying the acquired immunoregulatory properties of Dex-DC in the rat and human experimental systems. METHODS: After treatment with dexamethasone (Dex), the immunogenicity of Dex-DC was analyzed in T-cell proliferation and two-step hyporesponsiveness induction assays. After carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester labeling, CD4+CD25+ regulatory T-cell expansion was analyzed by flow cytometry, and cytokine secretion was measured by ELISA. RESULTS: In this study, we demonstrate in vitro that rat Dex-DC induced selective expansion of CD4+CD25+ regulatory T cells, which were responsible for alloantigen-specific hyporesponsiveness. The induction of regulatory T-cell division by rat Dex-DC was due to secretion of interleukin (IL)-2 by DC. Similarly, in human studies, monocyte-derived Dex-DC were also poorly immunogenic, were able to induce T-cell anergy in vitro, and expand a population of T cells with regulatory functions. This was accompanied by a change in the cytokine profile in DC and T cells in favor of IL-10. CONCLUSION: These data suggest that Dex-DC induced tolerance by different mechanisms in the two systems studied. Both rat and human Dex-DC were able to induce and expand regulatory T cells, which occurred in an IL-2 dependent manner in the rat system.

1D.03: Inactive matrix GLA protein is associated with renal resistive index in a population-based study

OBJECTIVE: Renal resistive index (RRI) varies directly with renal vascular stiffness and pulse pressure. RRI correlates positively with arteriolosclerosis in damaged kidneys and predicts progressive renal dysfunction. Matrix Gla-protein (MGP) is a vascular calcification inhibitor that needs vitamin K to be activated. Inactive MGP, known as desphospho-uncarboxylated MGP (dp-ucMGP), can be measured in plasma and has been associated with various cardiovascular (CV) markers, CV outcomes and mortality. In this study we hypothesize that increased RRI is associated with high levels of dp-ucMGP. DESIGN AND METHOD: We recruited participants via a multi-center family-based cross-sectional study in Switzerland exploring the role of genes and kidney hemodynamics in blood pressure regulation. Dp-ucMGP was quantified in plasma samples by sandwich ELISA. Renal doppler sonography was performed using a standardized protocol to measure RRIs on 3 segmental arteries in each kidney. The mean of the 6 measures was reported. Multiple regression analysis was performed to estimate associations between RRI and dp-ucMGP adjusting for sex, age, pulse pressure, mean pressure, renal function and other CV risk factors. RESULTS: We included 1035 participants in our analyses. Mean values were 0.64 ± 0.06 for RRI and 0.44 ± 0.21 (nmol/L) for dp-ucMGP. RRI was positively associated with dp-ucMGP both before and after adjustment for sex, age, body mass index, pulse pressure, mean pressure, heart rate, renal function, low and high density lipoprotein, smoking status, diabetes, blood pressure and cholesterol lowering drugs, and history of CV disease (P < 0.001). CONCLUSIONS: RRI is independently and positively associated with high levels of dp-ucMGP after adjustment for pulse pressure and common CV risk factors. Further studies are needed to determine if vitamin K supplementation can have a positive effect on renal vascular stiffness and kidney function.

Regulation of bistable ICEclc transfer in pseudomonas knackmussii B13

L'élément génétique intégratif et conjugatif auto-transférable de 103 kb qui se trouve dans le génome de Pseudomonas knackmussii B13 (ICEc/c) confère la capacité de dégrader le 3-chlorobenzoate et le 2-aminophénol. L'élément ICE c/c peut être transféré par conjugaison de la souche B13 à diverses bêta- et gamma- protéobactéries. Seule une sous-population de 3 à 5% des cellules transfère l'élément, les cellules dites "compétentes pour le transfert". L'acquisition de la compétence pour le transfert est vraisemblablement la conséquence d'une régulation bistable, conduisant une partie des cellules au transfert de l'élément ICE c/c tandis que, dans les autres, l'élément reste quiescent et ne se transfère pas. À ce jour, les mécanismes et les acteurs moléculaires qui régulent l'activation bistable de l'élément sont restés inconnus. Mon travail de doctorat visait à identifier les éléments bistables du régulon de la compétence pour le transfert et d'analyser les fondements moléculaires de la bistabilité de l'élément ICE c/c chez P. knackmussii. Le premier chapitre introduit le thème du transfert génétique horizontal avec un accent particulier sur les éléments intégratifs et conjugatifs (ICE) et ICEcIc. L'état actuel des connaissances sur l'organisation génétique, la régulation, l'intégration et le transfert de différents modèles de ICEs est exposé en détail. En outre, je m'étends sur les phénomènes d'hétérogénéité et de bistabilité phénotyplques, qu'on peut distinguer dans une population isogénique dans des conditions de culture homogènes, et qui sont susceptibles de jouer un rôle dans le transfert de l'élément ICE c/c, dans la mesure où il ne s'active et n'est transférable que dans une très petite sous-population de cellules. Dans le chapitre 2, je présente une analyse globale des régions promotrices minimales des gènes appartenant au régulon de la compétence pour le transfert de l'élément ICE c/c. Nous avons étudié les caractéristiques d'expression des promoteurs et, s'ils s'avéraient bistables, leur activation dans le temps par comparaison avec le mutant lntB13. Pour ce faire, nous avons utilisé des fusions de promoteurs avec des gènes rapporteurs et testé l'expression bistable chez P. knackmussii par microscopie à épifluorescence. Pour six promoteurs présentant une expression bistable, nous avons employé de la microscopie temporelle pour déterminer la chronologie de leur expression par rapport à Pint et PinR. Parmi eux, nous avons identifié deux gènes exprimés précocement et trois gènes exprimés tardivement dans le processus d'acquisition de la compétence de transfert. Dans le chapitre 3, j'expose une analyse d'expression génétique pour l'un des groupes de gènes dont la transcription est la plus élevée dans la région conservée de ICE c/c, les gènes orf81655-orf68241 contenus dans une région de 14 kb. Nous montrons d'abord que cet opéron fait partie du même régulon bistable que intB13 et inrR et analysons les caractéristiques génétiques qui conduisent à une transcription élevée. Nous étudions les fonctions biologiques de ce groupe de gènes par des délétlons ciblées et montrons que certaines d'entre elles empêchent le transfert de l'élément. Nous approfondissons la caractérlsatlon de I'orf8l655 en construisant une fusion transcrlptionnelle avec le gène codant pour la protéine fluorescente verte (egfp) (en utilisant le système minl-Tn5). L'expression de Vorf81655 dans des cellules individuelles est comparée au signal mesuré par hybridation in situ en fluorescence (FISH) sur le ARN messager du gène. En utilisant FISH, des délétlons du promoteur et de l'analyse directe de transcription, nous avons localisé la région promotrice du groupe de gènes. En outre, nous avons utilisé des mutations dirigées pour comprendre la bistabilité de cette région promotrice, caractérisée par une transcription très élevée et une traduction lente de l'ARN messager.  Dans le chapitre 4, nous nous efforçons de comprendre comment la bistabilité est générée au sein du régulon te de l'élément ICE c/c. Pour ce faire, nous avons tenté de reconstituer une expression bistable, dans un hôte qui ne présente pas de bistabilité naturellement, à partir d'éléments génétiques individuels. L'hôte choisi est Pseudomonas putida dans lequel nous avons introduit une copie unique de Pint, PinR ou PaipA fusionnés à la egfp, construits qui permettent d'observer l'apparition de bistabilité. Nous avons ensuite construit différents assemblages de composants génétiques de l'élément ICE c/c, en nous concentrant sur la région parA-inrR. En effet, nous avons pu démontrer qu'une expression bistable apparaît dans P. putida grâce à ces éléments en l'absence de l'élément ICE c/c complet. À noter que la plupart des construits génétiques activent PaipA ou P|,,R, mais qu'un seul recrée la bistabilité de Pint, ce qui suggère que la région parA-inrR permet à la fois d'engendrer la bistabilité et d'opérer la transition entre les promoteurs précoces et les promoteurs tardifs du régulon de la bistabilité. Dans le chapitre 5, nous concluons sur une discussion de la pertinence de nos résultats et sur de futures perspectives de recherche. -- The 103-kb self-transmissible integrative and conjugative element (ICE) of Pseudomonas knackmussii B13 (ICEc/c) confers the capacity to degrade 3- chlorobenzoate and 2-aminophenol. ICEc/c can be conjugated from strain B13 to a variety of Beta- and Gammaproteobacteria. Interestingly, ICE c/c transfer is observed in a subpopulatlon of cells (3-5%) only, the so-called 'transfer competent' cells. The formation of transfer competence (tc) is thought to be the consequence of a 'bistable' decision, which forces those cells to follow the developmental path which leads to ICEc/c transfer, whereas in others ICE c/c remains silent and does not transfer. So far, the mechanisms and molecular partners generating this bistable transfer activation in cells of P. knackmussii B13 remain mostly unidentified. This thesis aimed at understanding the extent of the tc bistability regulon and to dissect the molecular basis of bistabillty formation of ICEc/c in P. knackmussii. The first chapter is a general Introduction on horizontal gene transfer (HGT) with particular emphasis on ICEs and ICE c/c. The emphasis is made on the current knowledge about the HGT gene organization, regulation and specific integration and transfer aspects of the different ICEs models. Furthermore, I focus on the phenomena of phenotypic heterogeneity and bistability (the property of two distinguishable phenotypes existing within an isogenic population under homogeneous conditions), which may play a particular role in ICEc/c behaviour, since ICE activation and transfer only occurs in a very small subpopulation of cells. In Chapter Two, I focus on a global analysis of the different core promoters that might belong to the ICEc/c tc pathway regulon. We studied both expression patterns of ICEc/c promoters and, once being identified as "bistable", their temporal activation compared to that of intB13. In order to do this, we used promoter reporter fusions and tested blstability expression in P. knackmussii using epifluorescence microscopy. For the 6 promoters that showed bistable expression, we used time-lapse microscopy to study the timing of promoter expression in comparison to that of P,,,t or PlnR. We could establish two "early" and 3 "late" phase promoters in the process of transfer competence. In Chapter Three, I focused my attention on analysis of gene expression of one of the most highly transcribed gene clusters in the conserved core region of ICEc/c, a 14-kb gene cluster formed by the genes orf81655-orf68241. First we showed that this operon is part of the same bistability 'regulon' as intB13 and inrR, and analysed the genetic features that lead to high transcription. We studied the potential biological function of this cluster for ICE c/c by making specific gene deletions, showing that some interrupt ICEc/c transfer. We further analysed the orfdl655 promoter by constructing transcriptional egfp fusion reporter strains using the miniTn5 delivery system. Expression of the orf81655 promoter in single cells was compared to signals measured by Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) on orfSl655 mRNA. We localized the promoter region of the gene cluster using FISH, promoter deletions, and by direct transcript analysis. We further used site-directed mutagenesis to understand the bistability character of the promoter region and the extremely high transcription but low translation from this mRNA. In Chapter Four, we set out to understand how bistability is generated in the tc pathway of ICEc/c. For this we tried rebuilding bistable expression from ICEc/c individual gene components in a host, which normally does not display bistability. As host we used P. putida without ICEc/c but with a single copy Pint-, PlnR- or PalpA- egfp fusion that enabled us to verify bistability formation. Subsequently, we built different assemblages of ICEc/c gene components, focusing on the parA-inrR region. Indeed, we found that bistable expression can be build from those components in P. putida without ICEc/c. Interestingly, most genetic constructs activated PaipA or PlnR, but only one resulted in bistable activation of PinT. This suggests that the parA-inrR region acts as a bistability "generator", but also as a bistability "relay" from early to late promoters in the tc pathway hierarchy. In the final fifth chapter, we conclude with a discussion of the relevance of the present thesis and the resulting perspectives for future studies.

Maladaptive emotion regulation strategies and stress sensitivity mediate the relation between adverse life events and attenuated positive psychotic symptoms.

INTRODUCTION: There is now solid evidence for a relation between adverse life events (ALE) and psychotic symptoms in patients with psychosis and in the general population. A recent study has shown that this relation may be partially mediated by stress sensitivity, suggesting the influence of other factors. The aim of this study was to assess the mediation effect of emotion regulation strategies and stress sensitivity in the relation between ALE and attenuated positive psychotic symptoms (APPS) in the general population. METHODS: Hundred and twelve healthy volunteers were evaluated with measures of APPS, emotion regulation strategies, ALE and stress sensitivity. RESULTS: Results demonstrated that the relation between ALE, hallucination and delusion proneness was completely mediated by maladaptive emotion regulation strategies, but not by stress sensitivity. However, in addition to maladaptive emotion regulation strategies, stress sensitivity demonstrated a mediation effect between ALE and attenuated positive psychotic positive symptoms when positive psychotic symptoms were grouped together. CONCLUSIONS: There are probably several possible trajectories leading to the formation of positive psychotic symptoms and the results of the present study reveal that one such trajectory may involve the maladaptive regulation of negative emotions alongside a certain general vulnerability after experiencing ALE.

Individual differences in gene expression : insights from transcriptional control of the CSL gene and from human population studies

CSL is a key transcription factor, mostly acting as a repressor, which has been shown to have a highly context-dependent function. While known as the main effector of Notch signaling, it can also exert Notch-independent functions. The downstream effects of the Notch/CSL signaling pathway and its involvement in several biological processes have been intensively studied. We recently showed that CSL is important to maintain skin homeostasis, as its specific deletion in mouse dermal fibroblasts -or downmodulation in human stromal fibroblasts- creates an inducing environment for squamous cell carcinoma (SCC) development, possibly due to the conversion of stromal fibroblasts into cancer associated fibroblasts (CAFs). Despite the wide interest in CSL as a transcriptional regulator, the mechanism of its own regulation has so far been neglected. We show here that CSL expression levels differ between individuals, and correlate among others with genes involved in DNA damage response. Starting from this finding we show that in dermal fibroblasts CSL is under transcriptional control of stress inducers such as UVA irradiation and Reactive Oxygen Species (ROS) induction, and that a main player in CSL transcriptional regulation is the transcription factor p53. In a separate line of work, we focused on individual variability, studying the differences in gene expression between human populations in various cancer types, particularly focusing on the Caucasian and African populations. It is indeed widely known that these populations have different incidences and mortalities for various cancers, and response to cancer treatment may also vary between them. We show here several genes that are differentially expressed and could be of interest in the study of population differences in cancer. -- CSL est un facteur de transcription agissant essentiellement comme répresseur, et qui a une fonction hautement dépendant du contexte. C'est l'effecteur principal de la voie de signalisation de Notch, mais il peut également exercer ses fonctions dans une façon Notch- indépendante. Nous avons récemment montré que CSL est important pour maintenir l'homéostasie de la peau. Sa suppression spécifique dans les fibroblastes dermiques de la souris ou dans les fibroblastes stromales humaines crée un environnement favorable pour le développement du carcinome épidermoïde (SCC), probablement en raison de la conversion des fibroblastes en fibroblastes associé au cancer (CAF). Malgré le grand intérêt de CSL comme régulateur transcriptionnel, le mécanisme de sa propre régulation a été jusqu'ici négligée. Nous montrons ici que dans les fibroblastes dermiques CSL est sous le contrôle transcriptionnel de facteurs de stress tels que l'irradiation UVA et l'induction des ROS dont p53 est l'acteur principal de cette régulation. Nous montrons aussi que les niveaux d'expression de CSL varient selon les individus, en corrélation avec d'autres gènes impliqués dans la réponse aux dommages de l'ADN. Dans une autre axe de recherche, concernant la variabilité individuelle, nous avons étudié les différences dans l'expression des gènes dans différents types de cancer entre les populations humaines, en se concentrant particulièrement sur les populations africaines et caucasiennes. Il est en effet bien connu que ces populations montrent des variations dans l'incidence des cancers, la mortalité, ainsi que pour les réponses au traitement. Nous montrons ici plusieurs gènes qui sont exprimés différemment et pourraient être digne d'intérêt dans l'étude du cancer au sein de différentes populations.

Apolipoprotein CIII polymorphism and triglyceride levels of a Japanese population living in Southern Brazil

Apolipoprotein CIII (apo-CIII) participates in the regulation of triglyceride-rich lipoprotein metabolism. Several polymorphic sites have been detected within and around the apo-CIII gene. Here, we examined the relationship between apo-CIII SstI polymorphism (CC, CG, GG genotypes) and plasma triglyceride (TG) levels in a group of 159 Japanese individuals living in Southern Brazil. The sample was divided into a group of Japanese descendants (N = 51) with high TG (HTG; >200 mg/dL) and a group of Japanese descendants (N = 108) with normal TG (NTG; <200 mg/dL). TG and total cholesterol levels were analyzed by an enzymatic method using the Labtest-Diagnostic kit and high- and low-density lipoproteins by a direct method using the Labtest-Diagnostic kit and DiaSys Diagnostic System International kit, respectively. A 428-bp sequence of apo-CIII gene was amplified using oligonucleotide primers 5' GGT GAC CGA TGG CTT CAG TTC CCT GA 3' and 5' CAG AAG GTG GAT AGA GCG CTG GCC T 3'. The PCR products were digested with a restriction endonuclease SstI. Rare G allele was highly prevalent in our study population (0.416) compared to Caucasians (0.00-0.11). G allele was almost two times more prevalent in the HTG group compared to the NTG group (P < 0.001). The genotype distribution was consistent with the Hardy-Weinberg equilibrium. There was a significant association between rare G allele and HTG in Japanese individuals living in Southern Brazil as indicated by one-way ANOVA, P < 0.05.

Size regulation of double and half embryos in the mice musculus

Genetic chimeras made by aggregating early mouse embryos have many uses in developmental biology and have also provided insights into embryonic growth regulation. There is an indication that the embryo can regulate for an increase in size because although aggregation chimeras are twice as big as normal embryos when made, they are born of normal size. Upward regula..... tion of size reduced embryos is also possible. Half embryos made by the isolation or destruction of one of the blastomeres of a 2-cell embryo are also born of normal size. Little is known about the timing or the mechanism of this size regulation. In this study, the timing of size regulation in double and half embryos was clearly established by comparison of cell numbers derived from serial reconstruction of light microscope sections of control and experimental embryos. It was shown that size regulation in double embryos occurred around 6dl6h and in half embryos by 7dOh. Size regulation occurred in all tissues at the same time indicating a single control mechanism for the entire embryo. More detailed examination of the growth of double embryos revealed that size regulation occurred by alteration in cell cycle length~ No excessive cell death was found in double embryos compared to the controls and continuous labelling with [3H] thymidine showed no large non-dividing cell population in double embryos. However, a comparison of the mitotic index of double and control embryos after colcemid treatment, revealed a large difference between the two around 5dl6h to 6d16h. During this period, control embryos underwent a proliferative burst not shown by the double embryos. The mechanism for cell cycle control is not clear; it may be intrinsic to the embryo or determined by the uterine environment. Evidence was found suggesting that differentiation in the postimplantation embryo was cell number dependent. The timing of differentiative events was examined in half, double and control embryos. Proamnion formation, which occurs prior to size regulation, occurs at the same cell number but at different times in the three groups of embryos. However mesoderm which appears after size regulation was seen at the same time in all grollps of embryos.

An examination of the role of personality and self-regulation in the gambling behaviours of late adolescents and emerging adults

The purposes of this study were: a) to examine the role of personality and selfregulation in the gambling behaviour participation of late adolescents and emerging adults. In particular, the present study examined i f certain personality traits were more prevalent in high-risk gamblers than in young people considered low or at-risk gamblers; and, b) to examine i f the ability to self-regulate helped distinguish differences among the three groups of gamblers (low-risk, at-risk, and high-risk gamblers). A sample of late adolescents and emerging adults (N = 100) attending Brock University, completed a survey that assessed current gambling behaviour (both frequency and consequence experience), personality, self-esteem, and self-regulation. It was found that high-risk gamblers had lower scores on the personality dimensions Emotionality, Conscientiousness (especially on its Prudence facet), and Honesty-Humility (especially on its Fairness, Greed Avoidance, and Modesty facets) than at-risk or low-risk gamblers and higher scores on impulsive sensation seeking and impulsivity than at-risk or low-risk gamblers. Similarly, high-risk gamblers reported lower levels of self-regulation than both at-risk and low-risk gamblers. The findings from this study support past research which suggests that young people who gamble at problematic levels differ on many personality traits and often have more difficulty self-regulating than young people who do not participate at problematic levels. Findings may aid in the development of intervention and prevention programs that utilize specific self-regulation techniques with a young gambling population.

Caractérisation clinique et génétique d’une nouvelle forme d’ataxie autosomique récessive dans la population québécoise

Les ataxies autosomiques récessives sont un groupe de troubles neurologiques hétérogènes caractérisés par une incoordination brute des mouvements musculaires impliquant le dysfonctionnement nerveux du cervelet qui coordonne le mouvement. Plusieurs formes héréditaires ont été décrites dont la plus connue : l’ataxie de Friedriech. Dans cette thèse nous rapportons l'identification et la caractérisation d’une nouvelle forme dans la population québécoise. L’ataxie récessive spastique avec leucoencéphalopathie (ARSAL; aussi connue comme l’ataxie autosomique récessive spastique de type 3 (SPAX3); OMIM 611390) est la deuxième ataxie spastique décrite dans la population canadienne française. En effet, près de 50 % de nos cas sont originaires de la région de Portneuf. En 2006, nous avons décrit les caractéristiques cliniques de cette nouvelle forme d’ataxie. Un premier criblage du génome entier, constitué de plus de 500 marqueurs microsatellites, a permis la localisation du locus sur le chromosome 2q33-34. Suite au séquençage de plus de 37 gènes candidats et afin de rétrécir cet intervalle candidat, nous avons utilisé une micro-puce d’ADN constituée de marqueurs SNP «single nucleotide polymorphism» et nous avons identifié un deuxième intervalle candidat de 0.658Mb au locus 2q33 dans lequel se trouvent moins de 9 gènes. L’identification et la caractérisation de ces mutations a nécessité l’utilisation de diverses technologies de pointe. Trois mutations (une délétion et deux réarrangements complexes) dans le gène mitochondrial tRNA-synthetase (MARS2) ont été identifiées dans notre cohorte. Nous émettons l’hypothèse que la nature des mutations complexes est responsable d’un dérèglement de la transcription du gène, ce qui a un impact néfaste sur la fonction mitochondriale et le tissu neuronal.

Étude fonctionnelle et génétique d'une population de lymphocytes T CD4-CD8- impliquée dans la résistance au diabète auto-immun chez la souris

Le diabète auto-immun résulte de la destruction des cellules bêta pancréatiques sécrétrices d’insuline par les lymphocytes T du système immunitaire. Il s’ensuit une déficience hormonale qui peut être comblée par des injections quotidiennes d’insuline d’origine exogène, toutefois il demeure à ce jour impossible de guérir les patients atteints de la maladie. De façon générale, un système immunitaire sain reconnaît une multitude d’antigènes différents et assure ainsi notre défense à l’égard de différents pathogènes ou encore de cellules tumorales. Il arrive cependant que, pour des raisons génétiques et/ou environnementales, les lymphocytes T puissent s’activer de façon aberrante suite à la reconnaissance d’antigènes provenant du soi. C’est ce bris de tolérance qui mène au développement de pathologies auto-immunes telles que le diabète auto-immun. Afin de limiter l’auto-immunité, des mécanismes de sélection stricts permettent d’éliminer la majorité des lymphocytes T présentant une forte affinité envers des antigènes du soi lors de leur développement dans le thymus. Certains de ces lymphocytes réussissent toutefois à échapper à l’apoptose et migrent en périphérie afin d’y circuler en quête d’un antigène spécifiquement reconnu. Il est alors primordial que des mécanismes périphériques assurent le maintien de la tolérance immunitaire en faisant obstacle à l’activation et à la prolifération des lymphocytes T auto-réactifs. L’une des avenues afin d’inhiber le développement de réponses immunitaires aberrantes est la génération de lymphocytes T régulateurs. Ces cellules, d’origine thymique ou périphérique, peuvent arborer différents phénotypes et agissent via de multiples mécanismes afin d’inactiver et/ou éliminer les cellules impliquées dans l’apparition de pathologies auto-immunes. L’utilisation de modèles murins transgéniques a permis la mise en évidence d’une population peu caractérisée de lymphocytes T au potentiel régulateur. En effet, la proportion de ces cellules T n’exprimant pas les corécepteurs CD4 et CD8 (double négatives, DN) a été inversement corrélée à la prédisposition à l’auto-immunité chez ces ii souris. L’objectif principal de cette thèse est de démontrer la fonction immuno-régulatrice des lymphocytes T DN, tout en investiguant les facteurs génétiques responsables du maintien de cette population cellulaire. Nous avons observé que les lymphocytes T DN exercent une activité cytotoxique à l’égard des lymphocytes B de façon spécifique à l’antigène, via la libération de granules cytolytiques contenant du granzyme B et de la perforine. Par ailleurs, nous avons établi qu’un unique transfert adoptif de ces cellules est suffisant afin d’inhiber le développement du diabète auto-immun chez des hôtes transgéniques prédisposés à la maladie. Le recours à des souris déficientes pour l’expression du gène CD47 a permis de constater que la voie de signalisation CD47-Sirp est essentielle dans le maintien de la proportion des lymphocytes T DN. De plus, le locus murin de prédisposition au diabète auto-immun Idd13, qui contient le gène Sirp, a été identifié pour son rôle dans la régulation de la proportion de ces cellules. Finalement, une analyse génétique a révélé que d’autres intervalles génétiques sont impliqués dans le contrôle de la population des lymphocytes T DN. Parmi ceux-ci, un locus situé en région proximale du chromosome 12 a été validé grâce à la création de souris congéniques. Grâce aux résultats présentés dans cette thèse, notre compréhension de la biologie ainsi que de la régulation des lymphocytes T DN est approfondie. Ces connaissances constituent un pas important vers la création de thérapies cellulaires novatrices permettant de prévenir et de guérir diverses pathologies auto-immunes.

Étude d'une population de lymphocytes T associée à la résistance au diabète auto-immun

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Exploring TERRA (TElomeric Repeat-containing RNA) Expression and Regulation During Cell Growth in Saccharomyces cerevisiae

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Parenting, self-regulation and childhood anxiety : A Self-Determination Theory perspective

Le contrôle psychologique parental est un facteur de risque réputé pour les problèmes intériorisés des enfants (p. ex., Affrunti & Ginsburg, 2011; McLeod, Wood & Weisz, 2007). Selon la Théorie de l'auto-détermination, le contrôle psychologique mène aux problèmes intériorisés (Ryan, Deci, Grolnick, & La Guardia, 2006) car il brime le besoin fondamental d'autonomie. En effet, recevoir de la pression afin de penser, se comporter et se sentir d’une certaine façon (Ryan, 1982) semble favoriser une régulation trop rigide et surcontrôlée (Ryan et al., 2006). Suite aux travaux de Soenens et Vansteenkiste (2010), la distinction conceptuelle entre deux formes de contrôle psychologique, soit manifestes (p. ex., les menaces, forcer physiquement) et dissimulées (p. ex., la surprotection, le marchandage), ont été utilisées pour évaluer le style parental (Étude 1) et les pratiques disciplinaires (Étude 2). Le contrôle psychologique parental et le soutien de l'autonomie (Étude 2) ont été mesurés durant la petite enfance puisque (1) les problèmes intériorisés émergent tôt, (2) le développement du sentiment d'autonomie est central au cours de cette période, et (3) attire probablement plus de contrôle psychologique parental. Avec ses deux articles, la présente thèse vise à clarifier la façon dont le contrôle psychologique manifeste et dissimulé est lié au développement précoce de problèmes intériorisés. L'étude 1 est une étude populationnelle examinant l'impact relatif du style parental sur des trajectoires développementales d'anxiété (N = 2 120 enfants; de 2,5 à 8 ans) avec de nombreux facteurs de risque potentiels provenant de l'enfant, de la mère et de la famille, tous mesurés au cours de la petite enfance. Les résultats ont montré qu'en plus de la timidité des enfants, de la dépression maternelle et du dysfonctionnement familial, le contrôle psychologique manifeste (c.-à-d., coercitif) et dissimulé (c.-à-d., la surprotection) augmentent le risque, pour les enfants, de suivre une trajectoire d'anxiété élevée. Une interaction entre la dépression maternelle et le contrôle dissimulé a été trouvée, ce qui indique que la surprotection augmente l'anxiété des enfants seulement lorsque la dépression maternelle est élevée. Enfin, le contrôle dissimulé prédit également l'anxiété telle que rapportée par les enseignants de deuxième année. Le deuxième article est une étude observationnelle qui examine comment l'autorégulation (AR) des bambins est liée au développement précoce des symptômes intériorisés, tout en explorant comment les pratiques disciplinaires parentales (contrôle et soutien de l'autonomie) y sont associées. Les pratiques parentales ont été codifiées lors d'une requête de rangement à 2 ans (contexte "Do", N = 102), tandis que l'AR des bambins a été codifiée à la fois durant la tâche de rangement ("Do") et durant une tâche d'interdiction (ne pas toucher à des jouets attrayants; contexte «Don't » ), à 2 ans puis à 3 ans. Les symptômes d'anxiété / dépression des enfants ont été évalués par leurs parents à 4,5 ans. Les résultats ont révélé que l'AR aux interdictions à 3 ans diminue la probabilité des enfants à manifester des taux élevés de symptômes d'anxiété / dépression. Les analyses ont aussi révélé que le parentage soutenant l'autonomie était lié à l'AR des enfants aux requêtes, un an plus tard. En revanche, le contrôle psychologique manifeste et dissimulé ont eu des effets délétères sur l'AR. Enfin, seul le contrôle dissimulé a augmenté les probabilités de présenter des niveaux plus élevés de problèmes intériorisés et ce, au-delà de l’effet protecteur de l'AR des bambins. Des résultats mitigés sont issus de cette thèse concernant les effets respectifs des deux formes de contrôle sur les problèmes intériorisés, dépendamment de l'informateur (mère c. enseignant) et de la méthodologie (questionnaires c. données observationnelles). Toutefois, le contrôle psychologique dissimulé était lié à ce problème affectif dans les deux études. Enfin, le soutien à l'autonomie s’est révélé être un facteur de protection potentiel et mériterait d'être étudié davantage.