Frequency domain analysis of stationary time series

This thesis provides a necessary and sufficient condition for asymptotic efficiency of a nonparametric estimator of the generalised autocovariance function of a Gaussian stationary random process. The generalised autocovariance function is the inverse Fourier transform of a power transformation of the spectral density, and encompasses the traditional and inverse autocovariance functions. Its nonparametric estimator is based on the inverse discrete Fourier transform of the same power transformation of the pooled periodogram. The general result is then applied to the class of Gaussian stationary ARMA processes and its implications are discussed. We illustrate that for a class of contrast functionals and spectral densities, the minimum contrast estimator of the spectral density satisfies a Yule-Walker system of equations in the generalised autocovariance estimator. Selection of the pooling parameter, which characterizes the nonparametric estimator of the generalised autocovariance, controlling its resolution, is addressed by using a multiplicative periodogram bootstrap to estimate the finite-sample distribution of the estimator. A multivariate extension of recently introduced spectral models for univariate time series is considered, and an algorithm for the coefficients of a power transformation of matrix polynomials is derived, which allows to obtain the Wold coefficients from the matrix coefficients characterizing the generalised matrix cepstral models. This algorithm also allows the definition of the matrix variance profile, providing important quantities for vector time series analysis. A nonparametric estimator based on a transformation of the smoothed periodogram is proposed for estimation of the matrix variance profile.

Optimisation de la cryo microscopie électronique pour les études des minicercles d'ADN

RESUME : Bien que les propriétés physiques de la structure de l'ADN aient été intensivement étudiées pendant plus de 50 ans il y a encore beaucoup de questions importantes qui attendent des réponses. Par exemple, qu'arrive-t-il à la structure de la double hélice d'ADN nue (sans protéines liées) lorsqu'elle est fortement courbée, de la même manière que dans les nucléosomes? Cet ADN nu est-il facilement plié (il reste dans le régime élastique) ou réduit-il la contrainte de flexion en formant des sites hyperflexibles «kinks» (il sort du régime élastique en cassant l'empilement des paires de bases à certains endroits) ? La microscopie électronique peut fournir une réponse à cette question par visualisation directe des minicercles d'ADN de la longueur d'un tour de nucléosome (environ 90 paires de bases). Pour que la réponse soit scientifiquement valide, on doit observer les molécules d'ADN lorsqu'elles sont en suspension dans la solution d'intérêt et sans que des colorations, produits chimiques ou fixatifs n'aient été ajoutés, étant donné que ceux-ci peuvent changer les propriétés de l'ADN. La technique de la cryo-microscopie électronique (cryo-EM) développée par le groupe de Jacques Dubochet au début des années 80, permet la visualisation directe des molécules d'ADN suspendues dans des couche minces vitrifiées de solutions aqueuses. Toutefois, le faible contraste qui caractérise la cryo-EM combinée avec la très petite taille des minicercles d'ADN rendent nécessaire l'optimisation de plusieurs étapes, aussi bien dans la préparation des échantillons que dans le processus d'acquisition d'images afin d'obtenir deux clichés stéréo qui permettent la reconstruction 3-D des minicercles d'ADN. Dans la première partie de ma thèse, je décris l'optimisation de certains paramètres pour la cryoEM et des processus d'acquisition d'image utilisant comme objets de test des plasmides et d'autres molécules d'ADN. Dans la deuxième partie, je .décris comment j'ai construit les minicercles d'ADN de 94 bp et comment j'ai introduit des modifications structurelles comme des coupures ou des lacunes. Dans la troisième partie, je décris l'analyse des reconstructions des rninicercles d'ADN. Cette analyse, appuyée par des tests biochimiques, indique fortement que des molécules d'ADN sont capables de former de petites molécules circulaires de 94 bp sans dépasser les limites d'élasticité, indiquant que les minicercles adoptent une forme circulaire régulière où la flexion est redistribuée le long la molécule. ABSTRACT : Although physical properties of DNA structure have been intensively studied for over 50 years there are still many important questions that need to be answered. For example, what happens to protein-free double-stranded DNA when it is strongly bent, as in DNA forming nucleosomes? Is such protein-free DNA smoothly bent (i.e. it remains within elastic limits of DNA rigidity) or does it release its bending stress by forming sharp kinks (i.e. it exits the elastic regime and breaks the stacking between neighbouring base-pairs in localized regions)? Electron microscopy can provide an answer to this question by directly visualizing DNA minicircles that have the size of nucleosome gyres (ca 90 bp). For the answer to be scientifically valid, one needs to observe DNA molecules while they are still suspended in the solution of interest and no staining chemicals or fixatives have been added since these can change the properties of the DNA. CryoEM techniques developed by Jacques Dubochet's group beginning in the 1980's permit direct visualization of DNA molecules suspended in cryo-vitrified layers of aqueous solutions. However, a relatively weak contrast of cryo-EM preparations combined with the very small size of the DNA minicircles made it necessary to optimize many of the steps and parameters of the cryo-EM specimen preparation and image acquisition processes in order to obtain stereo-pairs of images that permit the 3-D reconstruction of the observed DNA minicircles. In the first part of my thesis I describe the optimization of the cryo-EM preparation and the image acquisition processes using plasmid size DNA molecules as a test object. In the second part, I describe how I formed the 94 by DNA minicircles and how I introduced structural modifications like nicks or gaps. In the third part, I describe the cryo-EM analysis of the constructed DNA minicircles. That analysis, supported by biochemical tests, strongly indicates that DNA minicircles as small as 94 by remain within the elastic limits of DNA structure, i.e. the minicircles adopt a regular circular shape where bending is redistributed along the molecules.

Étude des mécanismes moléculaires influençant la variation de phase des adhésines P, F1651 et CS31A présentes chez des souches d'Escherichia coli pathogènes.

F1651, les pili Pap et l’antigène CS31A associé aux antigènes de surface K88 sont tout trois des membres de la famille de type P des facteurs d’adhérence jouant un rôle prépondérant lors de l’établissement d’une maladie causée par des souches Escherichia coli pathogènes, en particulier des souches d’E. coli pathogènes extra-intestinales (ExPEC, Extra-intestinal pathogenic E. coli). Leur expression est sous le contrôle d’un mécanisme de régulation transcriptionnel dépendant de l’état de méthylation de l’ADN, résultant dans l’existence de deux populations définies, l’une exprimant l’adhésine (population ON) et l’autre ne l’exprimant pas (population OFF). Malgré de fortes identités de séquences, ces trois systèmes diffèrent l’un de l’autre, principalement par le pourcentage de cellules ON rencontrées. Ainsi, quand CS31A est systématiquement orienté vers un état considéré comme OFF, F1651 présente une phase ON particulièrement élevée et Pap montre deux états OFF et ON bien distincts, selon le phénotype de départ. La protéine régulatrice sensible à la leucine (Lrp, Leucine-responsive regulatory protein) joue un rôle essentiel dans la réversibilité de ce phénomène épigénétique et il est supposé que les différences de séquences au niveau de la région régulatrice modifient la localisation à ces sites de fixation de Lrp; ce qui résulte, en final, aux différences de phase existant entre CS31A, F1651 et Pap.À l’aide de divers techniques parmi lesquelles l’utilisation de gènes rapporteurs, mutagénèses dirigées et d’analyse des interactions ADN-protéines in vitro, nous montrons dans ce présent projet que la phase OFF prédominante chez CS31A est principalement due à une faible interaction de Lrp avec la région distale de l’opéron clp, et que la présence d’un homologue du régulateur local PapI joue un rôle également clef dans la production de CS31A. Dans le cas de F1651, nous montrons dans cette étude que le taux élevé de cellules en phase ON est dû à une altération dans le maintien de Lrp sur les sites répresseurs 1-3. Ceci est dû à la présence de deux nucléotides spécifiques, situé de part et d’autre du site répresseur 1, qui défavorisent la fixation de Lrp sur ce site précis. Tout comme dans le cas de CS31A, la formation d’un complexe, activateur ou répresseur de la phase ON, dépend également de l’action de du régulatuer local FooI, qui favorise alors le déplacement de Lrp des sites répresseurs 1-3 vers les sites activateurs 4-6.

Les sources d'influence des pratiques d'emploi instaurées par les entreprises multinationales originaires des pays européens dans leurs filiales québécoises.

Le but de notre recherche est de répondre à la question suivante : Quelles sont les sources d’influence des pratiques d’emploi instaurées par les EMN originaires de pays européens dans leurs filiales québécoises? Comme les EMN constituent notre objet de recherche, nous avons, dans un premier temps, recensé les principales caractéristiques de celles-ci. Il faut noter que les EMN ont un portrait différent par rapport à celui des entreprises qui ne sont pas multinationales. Comme le Québec est l’endroit où notre recherche a eu lieu, nous avons aussi expliqué les caractéristiques socioéconomiques du marché québécois. Nous avons constaté que le marché québécois se distingue du reste du Canada par son hybridité résultant d’un mélange de caractéristiques libérales et coordonnées. Comme les EMN étudiées sont d’origine européenne, nous avons aussi expliqué les caractéristiques des pays européens à économie coordonnée et libérale. Il faut noter que les pays à économie coordonnée et à économie libérale ont de caractéristiques différentes, voire opposées. Dans un deuxième temps, nous avons recensé les études qui ont tenté de répondre à notre question de recherche. La littérature identifie quatre sources d’influence des pratiques d’emploi que les EMN instaurent dans leurs filiales étrangères : le pays d’accueil, le pays d’origine, les sources d’influence hybrides, et les sources d’influence globales. Les sources d’influence provenant des pays d’accueil déterminent les pratiques d’emploi des filiales étrangères en mettant en valeur l’isomorphisme, les principes calculateur et collaborateur, et la capacité des filiales à modifier les marchés dans lesquels elles opèrent. Les sources d’influence provenant des pays d’origine influencent les pratiques d’emploi en mettant en valeur l’isomorphisme culturel, l’effet du pays d’origine, et l’effet du pays de gestion. Les sources d’influence hybrides combinent les facteurs en provenance des pays d’accueil, des pays d’origine, et du marché global pour déterminer les pratiques d’emploi des filiales étrangères. Finalement, les sources d’influence globales mettent en valeur les pressions d’intégration au marché mondial pour expliquer la convergence des pratiques d’emploi des filiales étrangères vers un modèle universel anglo-saxon. Pour répondre à notre question de recherche, nous avons identifié les niveaux de coordination des pays d’origine comme variable indépendante, et les niveaux de coordination des pratiques d’emploi comme variable dépendante. Sept hypothèses avec leurs indicateurs respectifs ont tenu compte des relations entre nos variables indépendantes et dépendante. Nous avons préparé un questionnaire de recherche, et avons interviewé des membres du personnel de RH de dix EMN européennes ayant au moins une filiale au Québec. Les filiales faisant partie de notre échantillon appartiennent à des EMN originaires de divers pays européens, autant à marché libéral que coordonné. Nous avons décrit en détail les caractéristiques de chacune de ces EMN et de leurs filiales québécoises. Nous avons identifié des facteurs explicatifs (index de coordination de Hall et Gingerich, secteur d’activité, taille des filiales, et degré de globalisation des EMN) qui auraient pu aussi jouer un rôle dans la détermination et la nature des pratiques d’emploi des filiales. En matière de résultats, nous n’avons constaté de lien entre le type de marché du pays d’origine et le degré de coordination des pratiques d’emploi que pour les pratiques salariales; confirmant ainsi notre première hypothèse. Les pratiques de stabilité d’emploi, de formation, et de relations de travail ont un lien avec le secteur d’activité; soit le secteur de la production des bien, ou celui des services. Ainsi, les filiales dans le secteur de la production de biens font preuve de plus de coordination en matière de ces trois pratiques comparativement aux filiales dans le secteur des services. Finalement, les pratiques de développement de carrière et de partage d’information et consultation sont de nature coordonnée dans toutes les filiales, mais aucun facteur explicatif n’explique ce résultat. Compte tenu que le marché d’accueil québécois est commun à toutes les filiales, le Québec comme province d’accueil pourrait expliquer le fort degré de coordination de ces deux pratiques. Outre le marché d’accueil, le caractère multinational des EMN auxquelles ces filiales appartiennent pourrait aussi expliquer des résultats semblables en matière des pratiques d’emploi. Notre recherche comporte des forces et des faiblesses. Concernant les forces, notre méthode de recherche nous a permis d’obtenir des données de source directe, car nous avons questionné directement les gens concernées par les pratiques d’emploi. Ceci a pour effet d’assurer une certaine validité à notre recherche. Concernant nos faiblesses, la nature restreinte de notre échantillon ne nous permet pas de généraliser les résultats. Il faudrait réaliser d’autres recherches pour améliorer la fiabilité. De plus, les pays d’origine des filiales demeure ambigu pour certaines d’entre elles, car celles-ci ont changé de propriétaire plusieurs fois. D’autres ont au moins deux propriétaires originaires de pays distincts.

Detecção do peptídeo p17 (HIV) baseado em SERS (Surface-enhanced Raman Spectrosocpy)

Pós-graduação em Química - IQ

Adaptive Immunity against Leishmania Nucleoside Hydrolase Maps Its C-Terminal Domain as the Target of the CD4+ T Cell-Driven Protective Response

Nucleoside hydrolases (NHs) show homology among parasite protozoa, fungi and bacteria. They are vital protagonists in the establishment of early infection and, therefore, are excellent candidates for the pathogen recognition by adaptive immune responses. Immune protection against NHs would prevent disease at the early infection of several pathogens. We have identified the domain of the NH of L. donovani (NH36) responsible for its immunogenicity and protective efficacy against murine visceral leishmaniasis (VL). Using recombinant generated peptides covering the whole NH36 sequence and saponin we demonstrate that protection against L. chagasi is related to its C-terminal domain (amino-acids 199-314) and is mediated mainly by a CD4+ T cell driven response with a lower contribution of CD8+ T cells. Immunization with this peptide exceeds in 36.73 +/- 12.33% the protective response induced by the cognate NH36 protein. Increases in IgM, IgG2a, IgG1 and IgG2b antibodies, CD4+ T cell proportions, IFN-gamma secretion, ratios of IFN-gamma/IL-10 producing CD4+ and CD8+ T cells and percents of antibody binding inhibition by synthetic predicted epitopes were detected in F3 vaccinated mice. The increases in DTH and in ratios of TNF alpha/IL-10 CD4+ producing cells were however the strong correlates of protection which was confirmed by in vivo depletion with monoclonal antibodies, algorithm predicted CD4 and CD8 epitopes and a pronounced decrease in parasite load (90.5-88.23%; p = 0.011) that was long-lasting. No decrease in parasite load was detected after vaccination with the N-domain of NH36, in spite of the induction of IFN-gamma/IL-10 expression by CD4+ T cells after challenge. Both peptides reduced the size of footpad lesions, but only the C-domain reduced the parasite load of mice challenged with L. amazonensis. The identification of the target of the immune response to NH36 represents a basis for the rationale development of a bivalent vaccine against leishmaniasis and for multivalent vaccines against NHs-dependent pathogens.

A glycine-arginine domain in control of the human MRE11 DNA repair protein.

Human MRE11 is a key enzyme in DNA double-strand break repair and genome stability. Human MRE11 bears a glycine-arginine-rich (GAR) motif that is conserved among multicellular eukaryotic species. We investigated how this motif influences MRE11 function. Human MRE11 alone or a complex of MRE11, RAD50, and NBS1 (MRN) was methylated in insect cells, suggesting that this modification is conserved during evolution. We demonstrate that PRMT1 interacts with MRE11 but not with the MRN complex, suggesting that MRE11 arginine methylation occurs prior to the binding of NBS1 and RAD50. Moreover, the first six methylated arginines are essential for the regulation of MRE11 DNA binding and nuclease activity. The inhibition of arginine methylation leads to a reduction in MRE11 and RAD51 focus formation on a unique double-strand break in vivo. Furthermore, the MRE11-methylated GAR domain is sufficient for its targeting to DNA damage foci and colocalization with gamma-H2AX. These studies highlight an important role for the GAR domain in regulating MRE11 function at the biochemical and cellular levels during DNA double-strand break repair.

The solution structure of the Zα domain of the human RNA editing enzyme ADAR1 reveals a prepositioned binding surface for Z-DNA

Double-stranded RNA deaminase I (ADAR1) contains the Z-DNA binding domain Zα. Here we report the solution structure of free Zα and map the interaction surface with Z-DNA, confirming roles previously assigned to residues by mutagenesis. Comparison with the crystal structure of the (Zα)2/Z-DNA complex shows that most Z-DNA contacting residues in free Zα are prepositioned to bind Z-DNA, thus minimizing the entropic cost of binding. Comparison with homologous (α+β)helix–turn–helix/B-DNA complexes suggests that binding of Zα to B-DNA is disfavored by steric hindrance, but does not eliminate the possibility that related domains may bind to both B- and Z-DNA.

Solution structure of DFF40 and DFF45 N-terminal domain complex and mutual chaperone activity of DFF40 and DFF45

Apoptotic DNA fragmentation is mediated by a caspase-activated DNA fragmentation factor (DFF)40. Expression and folding of DFF40 require the presence of DFF45, which also acts as a nuclease inhibitor before DFF40 activation by execution caspases. The N-terminal domains (NTDs) of both proteins are homologous, and their interaction plays a key role in the proper functioning of this two-component system. Here we report that the NTD of DFF45 alone is unstructured in solution, and its folding is induced upon binding to DFF40 NTD. Therefore, folding of both proteins regulates the formation of the DFF40/DFF45 complex. The solution structure of the heterodimeric complex between NTDs of DFF40 and DFF45 reported here shows that the mutual chaperoning includes the formation of an extensive network of intermolecular interactions that bury a hydrophobic cluster inside the interface, surrounded by intermolecular salt bridges.

Transplantation of a 17-amino acid alpha-helical DNA-binding domain into an antibody molecule confers sequence-dependent DNA recognition.

Recombinant antibodies capable of sequence-specific interactions with nucleic acids represent a class of DNA- and RNA-binding proteins with potential for broad application in basic research and medicine. We describe the rational design of a DNA-binding antibody, Fab-Ebox, by replacing a variable segment of the immunoglobulin heavy chain with a 17-amino acid domain derived from TFEB, a class B basic helix-loop-helix protein. DNA-binding activity was studied by electrophoretic mobility-shift assays in which Fab-Ebox was shown to form a specific complex with DNA containing the TFEB recognition motif (CACGTG). Similarities were found in the abilities of TFEB and Fab-Ebox to discriminate between oligodeoxyribonucleotides containing altered recognition sequences. Comparable interference of binding by methylation of cytosine residues indicated that Fab-Ebox and TFEB both contact DNA through interactions along the major groove of double-stranded DNA. The results of this study indicate that DNA-binding antibodies of high specificity can be developed by using the modular nature of both immunoglobulins and transcription factors.

Functional domains of Bacillus subtilis transcription factor AraR and identification of aminoacids important for nucleoprotein complex assembly and effector-binding.

Journal of Bacteriology (Apr 2006) 3024-3036

Solid-phase synthesis and NMR studies of modified oligonucleotides forming triplex helix and of oligonucleopeptides mimicking the topoisomerase I-DNA covalent complex

Report for the scientific sojourn carried out at the Institut de Biologia Molecular de Barcelona of the CSIC –state agency – from april until september 2007. Topoisomerase I is an essential nuclear enzyme that modulates the topological status of DNA, facilitating DNA helix unwinding during replication and transcription. We have prepared the oligonucleotide-peptide conjugate Ac-NLeu-Asn-Tyr(p-3’TTCAGAAGC5’)-LeuC-CONH-(CH2)6-OH as model compound for NMR studies of the Topoisomerase I- DNA complex. Special attention was made on the synthetic aspects for the preparation of this challenging compound especially solid supports and protecting groups. The desired peptide was obtained although we did not achieve the amount of the conjugate needed for NMR studies. Most probably the low yield is due to the intrinsic sensitive to hydrolysis of the phosphate bond between oligonucleotide and tyrosine. We have started the synthesis and the structural characterization of oligonucleotides carrying intercalating compounds. At the present state we have obtained model duplex and quadruplex sequences modified with acridine and NMR studies are underway. In addition to this project we have successfully resolved the structure of a fusion peptide derived from hepatitis C virus envelope synthesized by the group of Dr. Haro and we have synthesized and started the characterization of a modified G-quadruplex.

Deletion, insertion and translocation of DNA sequences contribute to chromosome size polimorphism in Plasmodium berghei

Extensive chromosome size polymorphism in Plasmodium berghei in vivo mitotic multiplication. Size differences between homologous chromosomes mainly involve rearrangements in the subtelomeric regions while internal chromosomal regions are more conserved. Size differences are almost exclusively due to differences in the copy number of a 2.3 kb subtelomeric repeat unit. Not only deletion of 2.3 kb repeats occurs, but addition of new copies of this repeat sometimes results in the formation of enlarged chromosomes. Even chromosomes which originally lack 2.3 kb repeats, can acquire these during mitotic multiplication. In one karyotype mutant, 2.3 kb repeats were inserted within one of the original telomeres of chromosome 4, creating an internal stretch oftelomeric repeats. Chromosome translocation can contribute to chromosome size polymorphism as well We found a karyotype mutant in which chromosome 7 with a size of about 1.4 Mb is translocated to chromosome 13/14 with a size of about 3 Mb, resulting in a rearranged chromosome, which was shown to contain a junction between internal DNA sequences of chromosome 13/14 and subtelomeric 2.3 kb repeats of chromosome 7. In this mutant a new chromosome of 1.4 Mb is present which consists of part of chromosome 13/14.

Expression of human estrogen receptor mutants in Xenopus oocytes: correlation between transcriptional activity and ability to form protein-DNA complexes.

The human estrogen receptor (hER) is a trans-acting regulatory protein composed of a series of discrete functional domains. We have microinjected an hER expression vector (HEO) into Xenopus oocyte nuclei and demonstrate, using Western blot assay, that the hER is synthesized. When nuclear extracts from oocytes were prepared and incubated in the presence of a 2.7 kb DNA fragment comprising the 5' end of the vitellogenin gene B2, formation of estrogen-dependent complexes could be visualized by electron microscopy over the estrogen responsive element (ERE). Of crucial importance is the observation that the complex formation is inhibited by the estrogen antagonist tamoxifen, is restored by the addition of the hormone and does not take place with extracts from control oocytes injected with the expression vector lacking the sequences encoding the receptor. The presence of the biologically active hER is confirmed in co-injection experiments, in which HEO is co-introduced with a CAT reporter gene under the control of a vitellogenin promoter containing or lacking the ERE. CAT assays and primer extensions analyses reveal that both the receptor and the ERE are essential for estrogen induced stimulation of transcription. The same approach was used to analyze selective hER mutants. We find that the DNA binding domain (region C) is essential for protein--DNA complex formation at the ERE but is not sufficient by itself to activate transcription from the reporter gene. In addition to region C, both the hormone binding (region E) and amino terminal (region A/B) domains are needed for an efficient transcription activation.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)