Dense granular bodies: a novel nucleoplasmic structure in hibernating dormice.

Dense granular bodies (DGB) are particular structural constituents observed in cell nuclei of different tissues-liver, pancreas, brown adipose tissue, adrenal cortex-of hibernating dormice. They appear as strongly electron-dense clusters of closely packed granules, with thin fibrils spreading out at their periphery. DGB always occur in the nucleoplasm, sometimes making contact with other nuclear structural constituents typical of the hibernating state, such as coiled bodies, amorphous bodies and nucleoplasmic fibrils. DGB are present only during deep hibernation and rapidly disappear upon arousal from hibernation. Cytochemical and immunocytochemical analyses showed that DGB contain ribonucleoproteins and several nucleoplasmic RNA processing factors, suggesting that DGB can represent accumulation sites of splicing factors which are provided to splicing sites when normal metabolic activity is rapidly restored during arousal.

Hypomyelination Caused by Scap Deletion is Slowly Rescued by Extracellular Lipids that Alter Myelin Structure

Myelination requires a massive increase in glial cell membrane synthesis. Here we demonstrate that the acute phase of myelin lipid synthesis is regulated by SREBP cleavage activation protein (SCAP), an activator of sterol regulatory element-binding proteins (SREBPs). Deletion of SCAP in Schwann cells led to a loss of SREBP-mediated gene expression, congenital hypomyelination and abnormal gait. Interestingly, aging SCAP mutant mice showed partial regain of function; they exhibited improved gait and produced small amounts of myelin indicating a slow SCAP-independent uptake of external lipids. Accordingly, extracellular lipoproteins promoted myelination by SCAP mutant Schwann cells. However, SCAP mutant myelin never reached normal thickness and had biophysical abnormalities concordant with abnormal lipid composition. These data demonstrate that SCAP mediated regulation of glial lipogenesis is key to the proper synthesis of myelin membrane. The described defects in SCAP mutant myelination provide new insights into the pathogenesis, and open new avenues for treatment strategies, of peripheral neuropathies associated with lipid metabolic disorders.

Regional specificity of MRI contrast parameter changes in normal ageing revealed by voxel-based quantification (VBQ).

Normal ageing is associated with characteristic changes in brain microstructure. Although in vivo neuroimaging captures spatial and temporal patterns of age-related changes of anatomy at the macroscopic scale, our knowledge of the underlying (patho)physiological processes at cellular and molecular levels is still limited. The aim of this study is to explore brain tissue properties in normal ageing using quantitative magnetic resonance imaging (MRI) alongside conventional morphological assessment. Using a whole-brain approach in a cohort of 26 adults, aged 18-85years, we performed voxel-based morphometric (VBM) analysis and voxel-based quantification (VBQ) of diffusion tensor, magnetization transfer (MT), R1, and R2* relaxation parameters. We found age-related reductions in cortical and subcortical grey matter volume paralleled by changes in fractional anisotropy (FA), mean diffusivity (MD), MT and R2*. The latter were regionally specific depending on their differential sensitivity to microscopic tissue properties. VBQ of white matter revealed distinct anatomical patterns of age-related change in microstructure. Widespread and profound reduction in MT contrasted with local FA decreases paralleled by MD increases. R1 reductions and R2* increases were observed to a smaller extent in overlapping occipito-parietal white matter regions. We interpret our findings, based on current biophysical models, as a fingerprint of age-dependent brain atrophy and underlying microstructural changes in myelin, iron deposits and water. The VBQ approach we present allows for systematic unbiased exploration of the interaction between imaging parameters and extends current methods for detection of neurodegenerative processes in the brain. The demonstrated parameter-specific distribution patterns offer insights into age-related brain structure changes in vivo and provide essential baseline data for studying disease against a background of healthy ageing.

Energy and structure of dilute hard- and soft-sphere gases

The energy and structure of dilute hard- and soft-sphere Bose gases are systematically studied in the framework of several many-body approaches, such as the variational correlated theory, the Bogoliubov model, and the uniform limit approximation, valid in the weak-interaction regime. When possible, the results are compared with the exact diffusion Monte Carlo ones. Jastrow-type correlation provides a good description of the systems, both hard- and soft-spheres, if the hypernetted chain energy functional is freely minimized and the resulting Euler equation is solved. The study of the soft-sphere potentials confirms the appearance of a dependence of the energy on the shape of the potential at gas paremeter values of x~0.001. For quantities other than the energy, such as the radial distribution functions and the momentum distributions, the dependence appears at any value of x. The occurrence of a maximum in the radial distribution function, in the momentum distribution, and in the excitation spectrum is a natural effect of the correlations when x increases. The asymptotic behaviors of the functions characterizing the structure of the systems are also investigated. The uniform limit approach is very easy to implement and provides a good description of the soft-sphere gas. Its reliability improves when the interaction weakens.

Microscopic description of the twist mode in normal and superfluid trapped Fermi gases

We investigate the "twist" mode (rotation of the upper against the lower hemisphere) of a dilute atomic Fermi gas in a spherical trap. The normal and superfluid phases are considered. The linear response to this external perturbation is calculated within the microscopic Hartree-Fock-Bogoliubov approach. In the normal phase the excitation spectrum is concentrated in a rather narrow peak very close to the trapping frequency. In the superfluid phase the strength starts to be damped and fragmented and the collectivity of the mode is progressively lost when the temperature decreases. In the weak-pairing regime some reminiscence of the collective motion still exists, whereas in the strong-pairing regime the twist mode is completely washed out. The disappearance of the twist mode in the strong-pairing regime with decreasing temperature is interpreted in the framework of the two-fluid model.

Nurture versus nature: long-term impact of forced right-handedness on structure of pericentral cortex and basal ganglia.

Does a conflict between inborn motor preferences and educational standards during childhood impact the structure of the adult human brain? To examine this issue, we acquired high-resolution T1-weighted magnetic resonance scans of the whole brain in adult "converted" left-handers who had been forced as children to become dextral writers. Analysis of sulcal surfaces revealed that consistent right- and left-handers showed an interhemispheric asymmetry in the surface area of the central sulcus with a greater surface contralateral to the dominant hand. This pattern was reversed in the converted group who showed a larger surface of the central sulcus in their left, nondominant hemisphere, indicating plasticity of the primary sensorimotor cortex caused by forced use of the nondominant hand. Voxel-based morphometry showed a reduction of gray matter volume in the middle part of the left putamen in converted left-handers relative to both consistently handed groups. A similar trend was found in the right putamen. Converted subjects with at least one left-handed first-degree relative showed a correlation between the acquired right-hand advantage for writing and the structural changes in putamen and pericentral cortex. Our results show that a specific environmental challenge during childhood can shape the macroscopic structure of the human basal ganglia. The smaller than normal putaminal volume differs markedly from previously reported enlargement of cortical gray matter associated with skill acquisition. This indicates a differential response of the basal ganglia to early environmental challenges, possibly related to processes of pruning during motor development.

Objective Sleep Structure and Cardiovascular Risk Factors in the General Population: The HypnoLaus Study.

STUDY OBJECTIVES: To evaluate the association between objective sleep measures and metabolic syndrome (MS), hypertension, diabetes, and obesity. DESIGN: Cross-sectional study. SETTING: General population sample. PARTICIPANTS: There were 2,162 patients (51.2% women, mean age 58.4 ± 11.1). INTERVENTIONS: Patients were evaluated for hypertension, diabetes, overweight/obesity, and MS, and underwent a full polysomnography (PSG). MEASUREMENTS AND RESULTS: PSG measured variables included: total sleep time (TST), percentage and time spent in slow wave sleep (SWS) and in rapid eye movement (REM) sleep, sleep efficiency and arousal index (ArI). In univariate analyses, MS was associated with decreased TST, SWS, REM sleep, and sleep efficiency, and increased ArI. After adjustment for age, sex, smoking, alcohol, physical activity, drugs that affect sleep and depression, the ArI remained significantly higher, but the difference disappeared in patients without significant sleep disordered breathing (SDB). Differences in sleep structure were also found according to the presence or absence of hypertension, diabetes, and overweight/obesity in univariate analysis. However, these differences were attenuated after multivariate adjustment and after excluding subjects with significant SDB. CONCLUSIONS: In this population-based sample we found significant associations between sleep structure and MS, hypertension, diabetes, and obesity. However, these associations were cancelled after multivariate adjustment. We conclude that normal variations in sleep contribute little if any to MS and associated disorders.

High-resolution ultrasonography of subretinal structure and assessment of retina degeneration in rat.

The purpose of this work was to evaluate the ability of 80 MHz ultrasonography to differentiate intra-retinal layers and quantitatively assess photoreceptor dystrophy in small animal models. Four groups of 10 RCS rats each (five dystrophic and five controls) were explored at 25, 35, 45 and 55 days post-natal (PN). A series of retina cross-sections were obtained ex vivo from outside intact eyes using an 80 MHz three-dimensional ultrasound backscatter microscope (20-microm-axial resolution). Ultrasound features of normal retina were correlated to those of corresponding histology and thickness measurements of photoreceptor segment and nuclear layers were performed on all groups. To show the ability of 80 MHz ultrasonography to distinguish the retinal degeneration in vivo, one RCS rat was explored at 25 and 55 days post-natal. Ultrasound image of normal retina displayed four distinct layers marked by reflections at neurites/nuclei interfaces and permitted to differentiate the photoreceptor segment and nuclear layers. The backscatter level from the retina was shown to be related to the size, density and organization of the intra-layer structure. Ultrasound thickness measurements highly correlated with histologic measurements. A thinning (p<0.05) of outer nuclear layer (ONL) was detected over time for controls and was thought to be assigned to retina maturation. Retinal degeneration started at PN35 and resulted in a more pronounced ONL thinning (p<0.05) over time. ONL degeneration was accompanied by segment layer thickening (p<0.05) at PN35 and thinning thereafter. These changes may indicate accumulation of outer segment debris at PN35 then progressive destruction. In vivo images of rat intra-retinal structure showed the ability of the method to distinguish the photoreceptor layer changes. Our results indicate that 80 MHz ultrasonography reveals intra-retinal layers and is sensitive to age and degenerative changes of photoreceptors. This technique has great potential to follow-up retinal dystrophy and therapeutic effects in vivo.

Qualitative and quantitative analysis of thalamo-cortical axons in the somatosensory cortex of normal and barrelless mice

Résumé Les rongeurs utilisent leurs moustaches (vibrisses) pour explorer le milieu environnant. Chaque moustache est mue par un système des muscles. Les récepteurs situés à sa base transmettent les informations au système nerveux central. La transmission vers l'écorce se fait via trois neurones de relais qui se trouvent au niveau du ganglion trigéminé, du tronc cérébral et du thalamus. La représentation corticale d'une vibrisse est une concentration des axones thalamo-corticaux (ATC) autour desquelles s'organisent leurs cibles, les cellules de la couche IV. La structure peut être identifiée histologiquement en coupes tangentielles et porte le nom de « barrel » (« tonneau »). Cette correspondance vibrisse - barrel fait de ce système un model idéal pour étudier l'influence de l'activité périphérique sur l'établissement et le maintien des cartes somatotopiques. Notre laboratoire dispose d'une souche de souris qui a subi une mutation spontanée pour le gène codant l'adenylyl cyclase I (ACI). Cette enzyme membranaire catalyse la formation de l'AMPc et joue un rôle important dans le guidage axonal, la libération des neurotransmetteurs et l'intégration des signaux postsynaptiques. Nous avons démontré dans un premier temps que cette souris adulte ne développe pas de barrels. Cela est dû à un manque d'organisation des ATC et aussi des cellules de la couche IV. De plus, les résultats électrophysiologiques montrent que les informations venant des vibrisses adjacentes ne sont pas intégrées d'une manière normale. Dans ce travail de thèse, j'ai analysé la morphologie des ATC révélés individuellement avec de la biocytine. L'analyse quantitative des ATC a mis en évidence les points suivants: 1. Les axones de la souris normale (NOR) quittent le thalamus, traversent la capsule interne et la substance blanche sous-corticale et pénètrent dans le cortex somato-sensoriel primaire. A l'intérieur de l'écorce ils traversent au maximum 3 colonnes corticales adjacentes dont une contient le barrel cible. En passant à travers les couches VI et V, ces axones arborisent et convergent progressivement vers le barrel dans lequel ils forment une riche arborisation. Un petit nombre des branches « errantes », pleines de boutons synaptiques, pénètrent dans les barrels voisins. Deux axones NOR provenant de corps cellulaires très proches dans le thalamus peuvent avoir un cheminement très divergent lors de la traversée de la capsule interne et de la substance blanche sous-corticale mais, à leur entrée dans le cortex, ils sont distants d'au maximum 2 colonnes corticales de la colonne qui contient le barrel cible et ils convergent progressivement vers ce barrel. 2. Les axones de la souris mutante (BRL) ont le même trajet sous-cortical que les axones NOR, mais leur entrée dans le cortex somato-sensoriel primaire est aléatoire. A l'interface entre la substance blanche sous-corticale et le cortex, l'axone principal se divise rapidement en troncs axonaux qui traversent les couches VI et V d'une manière divergente pour arriver dans la couche IV. Cela contraste beaucoup avec la trajectoire des NOR qui convergent graduellement vers leur barrel cible. Le nombre de branches radiales que les axones BRL utilisent pour entrer dans le cortex et dans la couche IV est double par rapport aux axones NOR. Parmi ces branches, seules quelques-unes donnent des arborisations, les autres ne sont pas développées et leur morphologie est semblable à celle des branches formées par les axones de la souris normale lors du développement. Deux axones BRL issus de corps cellulaires proches dans le thalamus peuvent avoir une trajectoire très divergente jusqu'à leur entrée dans la couche IV, mais à ce niveau ils sont réorientés pour se retrouver et faire un nombre maximal de branches et boutons synaptiques dans la même région corticale. Dans un cas extrême, un des axones observés est entré dans le cortex à la limite entre l'aire somatosensorielle primaire et secondaire et a parcouru une distance de 2 mm pour retrouver son partenaire thalamique et donner avec celui-ci un nombre maximal de branches dans la même région de la couche IV. 3. Les mesures quantitatives ont montré que les arborisations corticales des axones NOR ont une longueur moyenne de 18mm et sont formées par 200 segments qui portent 1200 boutons synaptiques. Par rapport à la souris NOR, les axones BRL ont en moyenne la même longueur, le même nombre de segments et boutons synaptiques, mais donnent deux fois plus de branches radiales. La surface tangentielle occupée par les arborisations BRL dans la couche IV est 2 fois plus grande que celle des NOR. Cela signifie que les 1000 boutons synaptiques qui caractérisent les arborisations NOR et BRL dans la couche IV sont disséminés sur une surface tangentielle double chez les derniers, et donc que la densité des boutons par unité de surface corticale est en moyenne plus faible. En effet, l'augmentation de la surface corticale tangentielle des BRL est due aux surfaces de faible et moyenne densité synaptique (0 - 8 boutons / 400pn2) qui augmentent 2 fois tandis que les surfaces de haute densité synaptiques (8 - 64 boutons / 4001.tm2) sont les mêmes. Nous émettons l'hypothèse selon laquelle, durant le développement, les ATC de la souris BRL divergent et forment un nombre exubérant de branches. Grâce à cette divergence et aux branches supranuméraires, ils trouvent l'endroit de l'écorce où se trouvent leurs voisins thalamiques et arborisent abondamment dans cette région. Cependant, le déficit en AGI ne leurs permet pas par la suite, sous influence de l'activité périphérique, de retirer les branches qui se trouvent dans les endroits inappropriés de l'écorce, avec de possibles conséquences sur la discrimination tactile.

Structure and kinematics of the Jungfrau syncline, Faflertal (Valais, Alps), and its regional significance

The formation and structural evolution of the jungrau syncline is described, based on excellent outcrops occurring in the lotschental, in the central alps of switzerland. the quality of the outcrops allows us to demonstrate that the external massifs of the swiss alps have developed due to internal folding. The jungfrau suncline, which separates the autochtonous gastern dome from the aar massif basement gneiss folds, is composed of slivers of basement rocks with their mesozoic sedimentary cover. in the inner faflertal, a side valley of the lotschental, the 200 m thick syncline cp, roses fpir imots, the gastern massif with a reduced mesozoic sedimentary cover in a normal stratigraphic succession, two units of overturned basement rocks with their mesozoic sedimentary cover, and the overturned lower limn of the tschingelhorn gneiss fold of the aar massif with lenses of its sedimentary cover. stratigraphy shows that the lower units, related to the gastern massis, are condensed and that the upper units, deposited farther away from a gastern paleo-high, form a more complete sequence, linked to the doldenhorn meso-cneozoic basin fill. the integration of these local observations with published regional data leads to the following model. on the northern margin of the doldenhorn hbasin, at the northern fringe of the alpine tethuys, the pre-triassic crystalline basement and its mesozoic sedimentary cover were folded by ductile deformation at temperatures above 300 degrees C and in the presence of high fluid pressures, as the helveti c and penninic nappes were overthrusted towards the northwest during the main alpine deformation phase, the visosity contrast between the basement gneisses and the sediments caused the formation of large basement anticlines and tight sedimentary sunclines (mullion-type structures). The edges of basement blocks bounded buy pre-cursor se-dipping normal faults at the northwestern border of the doldenhorn basin were deformed bu simple shear, creating overturned slices of crystalline rocks with their sedimentary cover in what now forms the hungfrau syncline. the localisation of ductile deformation in the vicinity of pre-existing se-dipping faults is thought to have been helped by the circulation of fluids along the faults; these fluids would have been released from the mesozoic sediments by metamorphic dehydration reactions accompanied by creep and dynamic recrystallisation of quartz at temperatures above 300 degrees C. Quantification of the deformation suggests an strain ellipsoid with a ratio (1 + e(1)/+ e(3)) of approximately 1000. The jungfrau suncline was deformed bu more brittle nw-directed shear creating well-developed shear band cleavages at a late stage, after cooling by uplift and erosion. It is suggested that the external massifs of the apls are basement gneiss folds created at temperatures of 300 degrees C by detachment through ductile deformation of the upper crust of the european plate as it was underthrusted below the adriatic plate.

Catch-up growth strategies differ between body structures: interactions between age and structure-specific growth in wild nestling Alpine swifts

1. Little is known on the occurrence and magnitude of faster than normal (catch-up) growth in response to periods of undernutrition in the wild, and the extent to which different body structures compensate and over what timescales is poorly understood. 2. We investigated catch-up growth in nestling Alpine Swifts, Apus melba, by comparing nestling growth trajectories in response to a naturally occurring 1-week period of inclement weather and undernutrition with growth of nestlings reared in a good year. 3. In response to undernutrition, nestlings exhibited a hierarchy of tissues preservation and compensation, with body mass being restored quickly after the end of the period of undernutrition, acceleration of skeletal growth occurring later in development, and compensation in wing length occurring mostly due to a prolongation of growth and delayed fledging. 4. The effect of undernutrition and subsequent catch-up growth was age-dependent, with older nestlings being more resilient to undernutrition, and in turn having less need to compensate later in the development. 5. This shows that young in a free-living bird population can compensate in body mass and body size for a naturally occurring period of undernutrition, and that the timing and extent of compensation varies with age and between body structures.

Genotype-phenotype interactions in primary dystonias revealed by differential changes in brain structure.

Our understanding of how genotype determines phenotype in primary dystonia is limited. Familial young-onset primary dystonia is commonly due to the DYT1 gene mutation. A critical question, given the 30% penetrance of clinical symptoms in DYT1 mutation carriers, is why the same genotype leads to differential clinical expression and whether non-DYT1 adult-onset primary dystonia, with and without family history share pathophysiological mechanisms with DYT1 dystonia. This study examines the relationship between dystonic phenotype and the DYT1 gene mutation by monitoring whole-brain structure using voxel-based morphometry. We acquired magnetic resonance imaging data of symptomatic and asymptomatic DYT1 mutation carriers, of non-DYT1 primary dystonia patients, with and without family history and control subjects with normal DYT1 alleles. By crossing the factors genotype and phenotype we demonstrate a significant interaction in terms of brain anatomy confined to the basal ganglia bilaterally. The explanation for this effect differs according to both gene and dystonia status: non-DYT1 adult-onset dystonia patients and asymptomatic DYT1 carriers have significantly larger basal ganglia compared to healthy subjects and symptomatic DYT1 mutation carriers. There is a significant negative correlation between severity of dystonia and basal ganglia size in DYT1 mutation carriers. We propose that differential pathophysiological and compensatory mechanisms lead to brain structure changes in non-DYT1 primary adult-onset dystonias and DYT1 gene carriers. Given the range of age of onset, there may be differential genetic modulation of brain development that in turn determines clinical expression. Alternatively, a DYT1 gene dependent primary defect of motor circuit development may lead to stress-induced remodelling of the basal ganglia and hence dystonia.

Computational and statistical analysis of copy number variants in normal and cancer genomes

AbstractAlthough the genomes from any two human individuals are more than 99.99% identical at the sequence level, some structural variation can be observed. Differences between genomes include single nucleotide polymorphism (SNP), inversion and copy number changes (gain or loss of DNA). The latter can range from submicroscopic events (CNVs, at least 1kb in size) to complete chromosomal aneuploidies. Small copy number variations have often no (lethal) consequences to the cell, but a few were associated to disease susceptibility and phenotypic variations. Larger re-arrangements (i.e. complete chromosome gain) are frequently associated with more severe consequences on health such as genomic disorders and cancer. High-throughput technologies like DNA microarrays enable the detection of CNVs in a genome-wide fashion. Since the initial catalogue of CNVs in the human genome in 2006, there has been tremendous interest in CNVs both in the context of population and medical genetics. Understanding CNV patterns within and between human populations is essential to elucidate their possible contribution to disease. But genome analysis is a challenging task; the technology evolves rapidly creating needs for novel, efficient and robust analytical tools which need to be compared with existing ones. Also, while the link between CNV and disease has been established, the relative CNV contribution is not fully understood and the predisposition to disease from CNVs of the general population has not been yet investigated.During my PhD thesis, I worked on several aspects related to CNVs. As l will report in chapter 3, ! was interested in computational methods to detect CNVs from the general population. I had access to the CoLaus dataset, a population-based study with more than 6,000 participants from the Lausanne area. All these individuals were analysed on SNP arrays and extensive clinical information were available. My work explored existing CNV detection methods and I developed a variety of metrics to compare their performance. Since these methods were not producing entirely satisfactory results, I implemented my own method which outperformed two existing methods. I also devised strategies to combine CNVs from different individuals into CNV regions.I was also interested in the clinical impact of CNVs in common disease (chapter 4). Through an international collaboration led by the Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) and the Imperial College London I was involved as a main data analyst in the investigation of a rare deletion at chromosome 16p11 detected in obese patients. Specifically, we compared 8,456 obese patients and 11,856 individuals from the general population and we found that the deletion was accounting for 0.7% of the morbid obesity cases and was absent in healthy non- obese controls. This highlights the importance of rare variants with strong impact and provides new insights in the design of clinical studies to identify the missing heritability in common disease.Furthermore, I was interested in the detection of somatic copy number alterations (SCNA) and their consequences in cancer (chapter 5). This project was a collaboration initiated by the Ludwig Institute for Cancer Research and involved other groups from the Swiss Institute of Bioinformatics, the CHUV and Universities of Lausanne and Geneva. The focus of my work was to identify genes with altered expression levels within somatic copy number alterations (SCNA) in seven metastatic melanoma ceil lines, using CGH and SNP arrays, RNA-seq, and karyotyping. Very few SCNA genes were shared by even two melanoma samples making it difficult to draw any conclusions at the individual gene level. To overcome this limitation, I used a network-guided analysis to determine whether any pathways, defined by amplified or deleted genes, were common among the samples. Six of the melanoma samples were potentially altered in four pathways and five samples harboured copy-number and expression changes in components of six pathways. In total, this approach identified 28 pathways. Validation with two external, large melanoma datasets confirmed all but three of the detected pathways and demonstrated the utility of network-guided approaches for both large and small datasets analysis.RésuméBien que le génome de deux individus soit similaire à plus de 99.99%, des différences de structure peuvent être observées. Ces différences incluent les polymorphismes simples de nucléotides, les inversions et les changements en nombre de copies (gain ou perte d'ADN). Ces derniers varient de petits événements dits sous-microscopiques (moins de 1kb en taille), appelés CNVs (copy number variants) jusqu'à des événements plus large pouvant affecter des chromosomes entiers. Les petites variations sont généralement sans conséquence pour la cellule, toutefois certaines ont été impliquées dans la prédisposition à certaines maladies, et à des variations phénotypiques dans la population générale. Les réarrangements plus grands (par exemple, une copie additionnelle d'un chromosome appelée communément trisomie) ont des répercutions plus grave pour la santé, comme par exemple dans certains syndromes génomiques et dans le cancer. Les technologies à haut-débit telle les puces à ADN permettent la détection de CNVs à l'échelle du génome humain. La cartographie en 2006 des CNV du génome humain, a suscité un fort intérêt en génétique des populations et en génétique médicale. La détection de différences au sein et entre plusieurs populations est un élément clef pour élucider la contribution possible des CNVs dans les maladies. Toutefois l'analyse du génome reste une tâche difficile, la technologie évolue très rapidement créant de nouveaux besoins pour le développement d'outils, l'amélioration des précédents, et la comparaison des différentes méthodes. De plus, si le lien entre CNV et maladie a été établit, leur contribution précise n'est pas encore comprise. De même que les études sur la prédisposition aux maladies par des CNVs détectés dans la population générale n'ont pas encore été réalisées.Pendant mon doctorat, je me suis concentré sur trois axes principaux ayant attrait aux CNV. Dans le chapitre 3, je détaille mes travaux sur les méthodes d'analyses des puces à ADN. J'ai eu accès aux données du projet CoLaus, une étude de la population de Lausanne. Dans cette étude, le génome de plus de 6000 individus a été analysé avec des puces SNP et de nombreuses informations cliniques ont été récoltées. Pendant mes travaux, j'ai utilisé et comparé plusieurs méthodes de détection des CNVs. Les résultats n'étant pas complètement satisfaisant, j'ai implémenté ma propre méthode qui donne de meilleures performances que deux des trois autres méthodes utilisées. Je me suis aussi intéressé aux stratégies pour combiner les CNVs de différents individus en régions.Je me suis aussi intéressé à l'impact clinique des CNVs dans le cas des maladies génétiques communes (chapitre 4). Ce projet fut possible grâce à une étroite collaboration avec le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) et l'Impérial College à Londres. Dans ce projet, j'ai été l'un des analystes principaux et j'ai travaillé sur l'impact clinique d'une délétion rare du chromosome 16p11 présente chez des patients atteints d'obésité. Dans cette collaboration multidisciplinaire, nous avons comparés 8'456 patients atteint d'obésité et 11 '856 individus de la population générale. Nous avons trouvés que la délétion était impliquée dans 0.7% des cas d'obésité morbide et était absente chez les contrôles sains (non-atteint d'obésité). Notre étude illustre l'importance des CNVs rares qui peuvent avoir un impact clinique très important. De plus, ceci permet d'envisager une alternative aux études d'associations pour améliorer notre compréhension de l'étiologie des maladies génétiques communes.Egalement, j'ai travaillé sur la détection d'altérations somatiques en nombres de copies (SCNA) et de leurs conséquences pour le cancer (chapitre 5). Ce projet fut une collaboration initiée par l'Institut Ludwig de Recherche contre le Cancer et impliquant l'Institut Suisse de Bioinformatique, le CHUV et les Universités de Lausanne et Genève. Je me suis concentré sur l'identification de gènes affectés par des SCNAs et avec une sur- ou sous-expression dans des lignées cellulaires dérivées de mélanomes métastatiques. Les données utilisées ont été générées par des puces ADN (CGH et SNP) et du séquençage à haut débit du transcriptome. Mes recherches ont montrées que peu de gènes sont récurrents entre les mélanomes, ce qui rend difficile l'interprétation des résultats. Pour contourner ces limitations, j'ai utilisé une analyse de réseaux pour définir si des réseaux de signalisations enrichis en gènes amplifiés ou perdus, étaient communs aux différents échantillons. En fait, parmi les 28 réseaux détectés, quatre réseaux sont potentiellement dérégulés chez six mélanomes, et six réseaux supplémentaires sont affectés chez cinq mélanomes. La validation de ces résultats avec deux larges jeux de données publiques, a confirmée tous ces réseaux sauf trois. Ceci démontre l'utilité de cette approche pour l'analyse de petits et de larges jeux de données.Résumé grand publicL'avènement de la biologie moléculaire, en particulier ces dix dernières années, a révolutionné la recherche en génétique médicale. Grâce à la disponibilité du génome humain de référence dès 2001, de nouvelles technologies telles que les puces à ADN sont apparues et ont permis d'étudier le génome dans son ensemble avec une résolution dite sous-microscopique jusque-là impossible par les techniques traditionnelles de cytogénétique. Un des exemples les plus importants est l'étude des variations structurales du génome, en particulier l'étude du nombre de copies des gènes. Il était établi dès 1959 avec l'identification de la trisomie 21 par le professeur Jérôme Lejeune que le gain d'un chromosome supplémentaire était à l'origine de syndrome génétique avec des répercussions graves pour la santé du patient. Ces observations ont également été réalisées en oncologie sur les cellules cancéreuses qui accumulent fréquemment des aberrations en nombre de copies (telles que la perte ou le gain d'un ou plusieurs chromosomes). Dès 2004, plusieurs groupes de recherches ont répertorié des changements en nombre de copies dans des individus provenant de la population générale (c'est-à-dire sans symptômes cliniques visibles). En 2006, le Dr. Richard Redon a établi la première carte de variation en nombre de copies dans la population générale. Ces découvertes ont démontrées que les variations dans le génome était fréquentes et que la plupart d'entre elles étaient bénignes, c'est-à-dire sans conséquence clinique pour la santé de l'individu. Ceci a suscité un très grand intérêt pour comprendre les variations naturelles entre individus mais aussi pour mieux appréhender la prédisposition génétique à certaines maladies.Lors de ma thèse, j'ai développé de nouveaux outils informatiques pour l'analyse de puces à ADN dans le but de cartographier ces variations à l'échelle génomique. J'ai utilisé ces outils pour établir les variations dans la population suisse et je me suis consacré par la suite à l'étude de facteurs pouvant expliquer la prédisposition aux maladies telles que l'obésité. Cette étude en collaboration avec le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois a permis l'identification d'une délétion sur le chromosome 16 expliquant 0.7% des cas d'obésité morbide. Cette étude a plusieurs répercussions. Tout d'abord elle permet d'effectuer le diagnostique chez les enfants à naître afin de déterminer leur prédisposition à l'obésité. Ensuite ce locus implique une vingtaine de gènes. Ceci permet de formuler de nouvelles hypothèses de travail et d'orienter la recherche afin d'améliorer notre compréhension de la maladie et l'espoir de découvrir un nouveau traitement Enfin notre étude fournit une alternative aux études d'association génétique qui n'ont eu jusqu'à présent qu'un succès mitigé.Dans la dernière partie de ma thèse, je me suis intéressé à l'analyse des aberrations en nombre de copies dans le cancer. Mon choix s'est porté sur l'étude de mélanomes, impliqués dans le cancer de la peau. Le mélanome est une tumeur très agressive, elle est responsable de 80% des décès des cancers de la peau et est souvent résistante aux traitements utilisés en oncologie (chimiothérapie, radiothérapie). Dans le cadre d'une collaboration entre l'Institut Ludwig de Recherche contre le Cancer, l'Institut Suisse de Bioinformatique, le CHUV et les universités de Lausanne et Genève, nous avons séquencés l'exome (les gènes) et le transcriptome (l'expression des gènes) de sept mélanomes métastatiques, effectués des analyses du nombre de copies par des puces à ADN et des caryotypes. Mes travaux ont permis le développement de nouvelles méthodes d'analyses adaptées au cancer, d'établir la liste des réseaux de signalisation cellulaire affectés de façon récurrente chez le mélanome et d'identifier deux cibles thérapeutiques potentielles jusqu'alors ignorées dans les cancers de la peau.

Structure and kinematics of the Siviez-Mischabel nappe in the Mattertal (western Alps of Switzerland) = Structure et cinématique de la nappe de Siviez-Mischabel le long de la vallée de Zermatt (Alpes de Suisse occidentale)

Résumé Cette étude porte sur le flanc inverse de la nappe de Siviez-Mischabel et sur les unités tectoniques sous jacentes (zone de Stalden supérieur et zone Houillère) dans la vallée menant à Zermatt. L'étude structurale du granite permien de Randa (orthogneiss oeillé) permet de mieux comprendre les effets de la déformation alpine sur les roches de socle. La cartographie détaillée de l'orthogneiss et de son encaissant, ainsi que l'étude lithostratigraphique des terrains sédimentaires associés permettent de proposer un schéma structural et cinématique du flanc inverse de la nappe de Siviez-Mischabel et de mieux comprendre ses relations avec les unités tectoniques sous-jacentes. L'analyse structurale de l'orthogneiss de Randa et de son encaissant révèle la superposition de plusieurs phases de déformation ductile. Cet orthogneiss formé sous des conditions métamorphiques du faciès schiste vert possède une forte schistosité alpine avec au moins deux linéations d'extension. La première, L1, orientée NW-SE est associée à la mise en place de la nappe. La seconde, L2, orientée SW-NE, se corrèle au cisaillement ductile du Simplon. La quantification de la déformation au moyen de la méthode de Fry sur les faciès porphyriques donne des ellipses à rapports axiaux compris entre 1.9 et 5.3, en accord avec les valeurs obtenues par d'autres marqueurs {tourmalines étirées, fibres). Les valeurs mesurées parallèlement à L1 ou L2 sont très semblables. La méthode de Fry a nécessité une étude théorique préalable afin de vérifier son applicabilité aux orthogneiss oeillés. La méthode requiert une distribution spatiale homogène et isotrope des marqueurs utilisés. Les tests statistiques effectués ont révélé que les phénocristaux de feldspath alcalin satisfont à cette condition et qu'ils peuvent être utilisés comme marqueur de la déformation au moyen de la méthode de Fry. Les valeurs obtenues révèlent l'importance du cisaillement ductile du Simplon sur la géométrie de la nappe dans la région d'étude. Le levé cartographique a permis d'améliorer la lithostratigraphie de la base de la nappe de Siviez-Mischabel. Trois formations en position renversée peuvent être observées sous les gneiss formant le coeur de la nappe. Ces trois formations forment le coeur du synclinal de St-Niklaus qui connecte la nappe de Siviez-Mischabel à la zone de Stalden supérieur. La datation par U-Pb de zircons détritiques et magmatiques par LA-ICP-MS permet de contraindre l'âge des formations observées (probablement Carbonifère à Trias précoce). Ces données ont des répercussions importantes sur la structure de la nappe dans la région, prouvant l'existence de plusieurs plis avec des séries normales et renversées bien préservées. La définition et la datation de ces formations, ainsi que leur identification dans la-Zone- Houillère avoisinante permettent de mieux comprendre la géométrie initiale et les relations tectoniques des nappes du Pennique moyen dans la vallée de Zermatt. Summary This study investigates the overturned limb of the Siviez-Mischabel nappe and underlying tectonic units (Upper Stalden zone and Houillère zone) in the Mattertal area. Detailed structural analysis in the Permian Randa granite (augen orthogneiss) allows a better understanding of the Alpine deformation effects on basement rocks. Detailed mapping of this orthogneiss and surrounding rocks, and the study of the lithostratigraphy in the related sedimentary horizons allow the proposition of a structural and kinematic model for the overturned limb of the Siviez-Mischabel and to better understand the relations with the underlying tectonic units. The structural analysis of the Randa orthogneiss and surrounding rocks revealed the superposition of several phases of ductile deformation. This orthogneiss formed under greenschist facies metamorphic conditions displays a strong Alpine foliation with at least two stretching lineations. The first lineation, L1, is oriented NW-SE and is related to the nappe emplacement northward. The second one, L2, is related to the Simplon ductile shear zone. Strain estimation using the Fry method has been performed on porphyritic facies of the Randa orthogneiss. The obtained ellipses have axial ratios varying between 1.9 and 5.3, in agreement with strain estimation obtained from other markers (stretched turmalines, fringes). The strain values are very similar if measured parallel to L1 or to L2. A theoretical approach was necessary to verify the relevant application of the Fry method to augen orthogneiss. This method requires that the distribution of the used markers has to be homogeneous and isotropic. Statistical tests have been done and revealed that K-feldspar phenocrysts satisfy these conditions and can be used as strain markers with the Fry method. The obtained strain measurements revealed the importance of the Simplon ductile shear zone on the geometry of the nappe in the studied area. Mapping has improved the lithostratigraphy at the base of the Siviez-Mischabel nappe. Three overturned formations can be observed below the gneisses forming the core of the nappe. These three formations form the St-Niklaus syncline, which connects the Siviez-Mischabel nappe to the underlying Upper Stalden zone. U-Pb dating of detrital and magmatic zircons by LA-ICPMS allowed the age of the observed formations to be constrained (presumably Carboniferous to Early Triassic). This data has critical implications for nappe structure in the region, composed of few recumbent folds with well preserved normal and overturned limbs. The definition and dating of these formations, as well as their identification in the adjacent "Houillère Zone" improve the understanding of the geometry and tectonic relations of the Middle Penninic nappes in the Mattertal.

Cytoskeletal and DNA structure abnormalities result from bypass of requirement for the cdc10 start gene in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe.

The cdc10 gene of the fission yeast S. pombe is required for traverse of the start control in late G1 and commitment to the mitotic cell cycle. To increase our understanding of the events which occur at start, a pseudoreversion analysis was undertaken to identify genes whose products may interact with cdc10 or bypass the requirement for it. A single gene, sct1+ (suppressor of cdc ten), has been identified, mutation of which suppresses all conditional alleles and a null allele of cdc10. Bypass of the requirement for cdc10+ function by sct1-1 mutations leads to pleiotropic defects, including microtubule, microfilament and nuclear structural abnormalities. Our data suggest that sct1 encodes a protein that is dependent upon cdc10+ either for its normal function or expression, or is a component of a checkpoint that monitors execution of p85cdc10 function.