Overcoming the heterologous bias: an in vivo functional analysis of multidrug efflux transporter, CgCdr1p in matched pair clinical isolates of Candida glabrata.

We have taken advantage of the natural milieu of matched pair of azole sensitive (AS) and azole resistant (AR) clinical isolates of Candida glabrata for expressing its major ABC multidrug transporter, CgCdr1p for structure and functional analysis. This was accomplished by tagging a green fluorescent protein (GFP) downstream of ORF of CgCDR1 and integrating the resultant fusion protein at its native chromosomal locus in AS and AR backgrounds. The characterization confirmed that in comparison to AS isolate, CgCdr1p-GFP was over-expressed in AR isolates due to its hyperactive native promoter and the GFP tag did not affect its functionality in either construct. We observed that in addition to Rhodamine 6 G (R6G) and Fluconazole (FLC), a recently identified fluorescent substrate of multidrug transporters Nile Red (NR) could also be expelled by CgCdr1p. Competition assays with these substrates revealed the presence of overlapping multiple drug binding sites in CgCdr1p. Point mutations employing site directed mutagenesis confirmed that the role played by unique amino acid residues critical to ATP catalysis and localization of ABC drug transporter proteins are well conserved in C. glabrata as in other yeasts. This study demonstrates a first in vivo novel system where over-expression of GFP tagged MDR transporter protein can be driven by its own hyperactive promoter of AR isolates. Taken together, this in vivo system can be exploited for the structure and functional analysis of CgCdr1p and similar proteins wherein the artefactual concerns encountered in using heterologous systems are totally excluded.

Genetic structure of a linear population of Beta vulgaris ssp maritima (sea beet) revealed by isozyme and RFLP analysis

Knowledge of the genetic structure of plant populations is necessary for the understanding of the dynamics of major ecological processes. It also has applications in conservation biology and risk assessment for genetically modified crops. This paper reports the genetic structure of a linear population of sea beet, Beta vulgaris ssp. maritima (the wild relative of sugar beet), on Furzey Island, Poole Harbour. The relative spatial positions of the plants were accurately mapped and the plants were scored for variation at isozyme and RFLP loci. Structure was analysed by repeated subdivision of the population to find the average size of a randomly mating group. Estimates of F-ST between randomly mating units were then made, and gave patterns consistent with the structure of the population being determined largely by founder effects. The implications of these results for the monitoring of transgene spread in wild sea beet populations are discussed.

Constraints on the permeability structure of alluvial aquifers from P-wave sonic logs

Modern sonic logging tools designed for shallow environmental and engineering applications allow for P-wave phase velocity measurements over a wide frequency band. Methodological considerations indicate that, for saturated unconsolidated sediments in the silt to sand range and source frequencies ranging from approximately 1 to 30 kHz, the observable poro-elastic P-wave velocity dispersion is sufficiently pronounced to allow for reliable first-order estimations of the underlying permeability structure. These predictions have been tested on and verified for a surficial alluvial aquifer. Our results indicate that, even without any further calibration, the thus obtained permeability estimates as well as their variabilities within the pertinent lithological units are remarkably close to those expected based on the corresponding granulometric characteristics.

Multiple origins of invasive and "native" water frogs (Pelophylax spp.) in Switzerland

The marsh frog (Pelophylax ridibundus) has been introduced in many places of Central and Western Europe due to commercial trades with Eastern Europe, and is rapidly replacing the native pool frog (P. lessonae). A large number of Pelophylax species are distributed in Eastern Europe and the strong phenotypic similarity between these species is rendering their identification hazardous. Consequently, alien populations of Pelophylax might not strictly be composed of P. ridibundus as previously suspected. In the present study, we analyzed the cytochrome b and NADH dehydrogenase subunit 3 genes of introduced and native Pelophylax from Switzerland (299 individuals), in order to properly identify the source populations of the invaders and the genetic status of the native species. Our study highlighted the occurrence of several genetic lineages of invasive frogs in western Switzerland. Unexpectedly, we also showed that several populations of the native pool frog (P. lessonae) cluster with the Italian pool frog P. bergeri from central Italy (considered by some authors as a subspecies of P. lessonae) Hence, these populations are probably also the result of introductions, meaning that the number of native P. lessonae populations is less important than expected in Switzerland. These findings have important implications concerning the conservation of the endemic pool frog populations, as the presence of multiple alien species could strongly affect their long-term subsistence.

ASIC1a oligomerization structure-function of its extracellular vestibule and functional characterization of αS243Pβɣ ENaC

Quatre cristaux du canal ASIC1a ont été publiés et soutiennent une stoechiométrie trimérique. Cependant, ces données contredisant de précédentes analyses fonctionnelles effectuées sur des canaux de la même famille, notre intérêt fut porté sur l'oligomérisation d'ASIC1a. Dans ce sens, un nouvel essai couplant la méthode d'analyse par substitution de cystéines (SCAM) avec l'utilisation de réactifs sulfhydryls bifonctionnels (crosslinkers) a été mis en place. Le but étant de stabiliser, puis sélectionner les canaux fonctionnels, pour ensuite les séparer selon leur taille par SDS-PAGE. Grâce à cette technique, nous avons démontré que le complexe stabilisé a une taille coïncidant avec une organisation tétramérique. En plus de son oligomérisation, le chemin emprunté par les ions pour traverser le canal n'est pas clairement défini dans ces structures. De ce fait, utilisant une approche électrophysiologique, nous avons étudié le lien entre la structure et la fonction du vestibule extracellulaire d'ASIC1a. Dans ce but, nous nous sommes intéressés l'accessibilité de cystéines spécifiques localisées dans ce vestibule pour des réactifs méthanethiosulfonates (MTS). Ainsi, nous avons pu corréler les cinétiques de modification de ces cystéines par les MTS avec les effets sur le courant sodique, et donc avoir des informations supplémentaires sur la voie empruntée par les ions. De plus, la simulation informatique de liaison de ces réactifs illustre le remplissage total de ce vestibule. Fonctionnellement, cette interaction ne perturbe pas le passage de ions, c'est pourquoi il nous apparaît probable que le vestibule présente une taille plus large que celle illustrée par les cristaux. Dans un deuxième temps, notre intérêt fut porté sur ENaC. Ce canal est composé des trois sous-unités (a, ß et y) et est exprimé dans divers épithéliums, dont les tubules des reins. Il participe à l'homéostasie sodique et est essentiellement régulé par voie hormonale via l'aldostérone et la Vasopressine, mais également par des sérines protéases ou le Na+. Nous avons étudié la répercussion fonctionnelle de la mutation aS243P, découverte chez un nouveau-né prématuré atteint de pseudohypoaldostéronisme de type 1. Cette maladie autosomale récessive se caractérise, généralement, par une hyponatrémie liée à d'importantes pertes de sel dans les urines, une hyperkaliémie, ainsi qu'un niveau élevé d'aldostérone. Tout d'abord aucune des expériences biochimiques et électrophysiologiques n'a pu démontrer un défaut d'expression ou une forte diminution de l'activité soutenant les données cliniques. Cependant, en challengeant aS243PßyENaC avec une forte concentration de Na+ externe, une hypersensibilité de canal fut observée. En effet, ni les phénomènes régulateurs de « feedback inhibition » ou de « Na+ self-inhibition » n'étaient semblables au canal sauvage. De ce fait, ils apparaissaient exacerbés en présence de la mutation, amenant ainsi à une diminution de la réabsorption de Na+. Ceci corrobore entièrement l'hyponatrémie diagnostiquée. Le rein d'un prématuré étant immature, la quantité de Na+ atteignant la partie distale du néphron est plus élevée, du fait que les autres mécanismes de réabsorption en amont ne sont probablement pas encore en place. Cette hypothèse est renforcée par l'existence d'un frère présentant la même mutation, mais qui, né à terme, ne présentait aucun signe d'hyponatrémie. - The main topic of my thesis is the structure-function relationship of the ENaC/Deg family of ion channels, namely the Acid-Sensing Ion Channel ASIC1a and the Epithelial Na Channel ENaC. The primary part of this research is dedicated to the structure of ASIC1a. Four channel crystals have been published, which support a trimeric stoichiometry, although these data contradict previous functional experiments on other ENaC/Deg members. We are therefore interested in ASIC1a oligomerization and have set up a new assay combining the Substituted- Cysteine Accessibility Method (SCAM) with Afunctional sulfhydryl reagents (crosslinkers) allowing its study. The aim was to first stabilize the channels, then select those that are functional and then resolve them according to their size on SDS-PAGE. We demonstrated that the stabilized complex has a molecular weight corresponding to a tetrameric stoichiometry. In addition to our interest in the oligomerization of the ENaC/Deg family of ion channels, we also wanted to investigate the thus far undefined way of permeation for these channels. Therefore, taking the advantage of a more electrophysiological approach, we studied the accessibility of specific cysteines for methanethiosulfonate reagents (MTS) and were able to correlate the MTS association kinetics on cysteine residues with Na+ currents. These results have given us an insight into ion permeation and our functional evidence indicates that the extracellular is larger than that depicted by the crystal structures. As a side project, we focused on ENaC, which is made up of three subunits (a, ß and y) and is expressed in various epithelia, especially in the distal nephron of the kidneys. It plays a role in Na+ homeostasis and is essentially regulated by hormones via aldosterone and vasopressin, but also by serine proteases or Na+. We have studied the functional impact of the aS243P mutation, discovered in a premature baby suffering from pseudohypoaldosteronism of type 1. This autosomal recessive disease is characterized by hyponatremia, hyperkalemia and high aldosterone levels. Firstly, neither biochemical nor electrophysiological experiments indicated an expression defect or a strong decrease in activity. However, challenging aS243PßyENaC with increased external Na+ concentration showed channel hypersensitivity. Indeed, both the "feedback inhibition" and the "Na+ self-inhibition" regulatory mechanisms are impaired, leading to a decrease in Na+ reabsorption, entirely supports the diagnosis. The kidneys in preterm infants are immature and Na+ levels reaching the distal nephron are higher than normally observed. We hypothesize that the upstream reabsorption machinery is unlikely to be sufficiently matured and this assumption is supported by an asymptomatic sibling carrying the same mutation, but born at term. - La cellule, unité fonctionnelle du corps humain, est délimitée par une membrane plasmique servant de barrière biologique entre les milieux intra et extracellulaires. Une communication entre cellules est indispensable pour un fonctionnement adéquat. Sa survie dépend, entre autres, du maintien de la teneur en ions dans chacun des milieux qui doivent pouvoir être réabsorbés, ou sécrétés, selon les besoins. Les protéines insérées dans la membrane forment un canal et sont un moyen de communication permettant spécifiquement à des ions tel que le sodium (Na+) de traverser. Le Na+ se trouve dans la plupart des aliments et le sel, et est spécifiquement réabsorbé au niveau des reins grâce au canal sodique épithélial ENaC. Cette réabsorption se fait de l'urine primaire vers l'intérieur de la cellule, puis est transporté vers le sang. Pour maintenir un équilibre, une régulation de ce canal est nécessaire. En effet, des dysfonctionnements impliquant la régulation ou l'activité d'ENaC lui-même sont à l'origine de maladies telles que la mucoviscidose, l'hypertension ou encore, le pseudohypoaldostéronisme (PHA). Cette maladie est caractérisée, notamment, par d'importantes pertes de sel dans les urines. Des pédiatres ont diagnostiqué un PHA chez un nouveau-né, ce dernier présentant une modification du canal ENaC, nous avons recréé cette protéine afin d'étudier l'impact de ce changement sur son activité. Nous avons démontré que la régulation d'ENaC était effectivement perturbée, conduisant ainsi à une forte réduction de la réabsorption sodique. Afin de développer des molécules capables de moduler l'activité de protéines. Il est nécessaire d'en connaître la structure. Celle du canal sodique sensible à l'acidification ASIC1, un canal cousin d'ENaC, est connue. Ces données structurales contredisant cependant les analyses fonctionnelles, nous nous sommes penchés une nouvelle fois sur ASIC1. Une protéine est une macromolécule biologique composée d'une chaîne d'acides aminés (aa). De l'enchaînement d'aa à la protéine fonctionnelle, quatre niveaux de structuration existent. Chaque aa donne une indication quant au repliement et plus particulièrement la cystéine. Arborant un groupe sulfhydryle (SH) capable de former une liaison spécifique et stable avec un autre SH, celle-ci est souvent impliquée dans la structure tridimensionnelle de la protéine. Ce type de liaison intervient également dans la stabilisation de la structure quaternaire, qui est l'association de plusieurs protéines identiques (homomère), ou pas (hétéromère). Dans cette partie, nous avons remplacé des aa par des cystéines à des endroits spécifiques. Le but était de stabiliser plusieurs homomères d'ASICl ensemble avec des réactifs créant des ponts entre deux SH. Ainsi, nous avons pu déterminer le nombre de protéines ASIC1 participant à la formation d'un canal fonctionnel. Nos résultats corroborent les données fonctionnelles soutenant un canal tétramérique. Nous avons également étudié l'accessibilité de ces nouvelles cystéines afin d'obtenir des informations supplémentaires sur la structure du chemin emprunté par le Na+ à travers ASIC1 et plus particulièrement du vestibule extracellulaire.

Perception of damaging effects of smoking, and brief cessation counselling by doctors : a comparison between native Swiss and immigrants

Résumé Une étude prospective ouverte a été menée parmi les patients venant pour la première fois, sans rendez-vous et en urgence, dans une policlinique urbaine (où plus de la moitié des patients sont d'origine étrangère) pour déterminer si les connaissances sur les méfaits du tabac sont identiques chez les immigrés et les Suisses, si le niveau d'intégration influence les connaissances et si les médecins du service donnent des conseils aussi souvent aux fumeurs Suisses qu'aux fumeurs étrangers. 226 fumeurs ont participé à l'étude, 105 Suisses (46.5%) et 121 étrangers (53,5%). 32.2% (95% IC [24.4%; 41.1%]) des migrants et 9.6% [5.3% ; 16.8%] des Suisses ne pouvaient pas mentionner un effet nocif du tabac. Après ajustement pour l'âge, l'analyse multivariée montre que le risque d'ignorer les méfaits du tabac est plus élevé pour les personnes ne maîtrisant pas la langue locale que pour celles la maîtrisant (odds ratio (OR)=7.5 [3.6; 15.8], p<0,001), et est plus élevé pour les hommes que pour les femmes (OR=4.3 [1.9 10.0], p<0.001). Un conseil pour arrêter de fumer a été donné avec une égale fréquence aux immigrants (31.9% [24.2% ; 40.1%]) et aux Suisses (29% [21.0% ; 38.5%]). Les patients ne maîtrisant pas la langue locale n'ont pas reçu moins de conseil que ceux la maîtrisant (0R-1.1 [0.6 ; 2.1], p=0.812). En conclusion, le niveau de connaissances des méfaits du tabac est moins bon chez les hommes immigrés non intégrés ou qui ne maîtrisent pas la langue locale. Un conseil sur l'arrêt du tabac n'est donné qu'à une minorité, mais à égale fréquence à tous les patients du service, quelle que soit leur nationalité. Abstract An open prospective study was conducted among the patients visiting an urban medical policlinic for the first time without an appointment to assess whether the immigrants (who represent more than half of our patients) are aware of the health effects of smoking, whether the level of acculturation influences knowledge, and whether doctors give similar advice to Swiss and foreign smokers. 226 smokers, 105 Swiss (46.5%), and 121 foreign-born (53.5%), participated in the study. 32.2% (95% CI [24.4%; 41.1%]) of migrants and 9.6% [5.3%; 16.8%] of Swiss patients were not aware of negative effects of smoking. After adjustment for age, the multivariate model showed that the estimated odds of "ignorance of health effects of smoking" was higher for people lacking mastery of the local language compared with those mastering it (odds ratio (OR) = 7.5 [3.6; 15.8], p <0.001), and higher for men (OR 4.3 [1.9; 10.0], p <0.001). Advice to stop smoking was given with similar frequency to immigrants (31.9% [24.2%; 40.8%] and Swiss patients (29.0% [21.0%; 38.5%]). Non-integrated patients did not appear to receive less counselling than integrated patients (OR = 1.1 [0.6; 2.1], p 0.812). We conclude that the level of knowledge among male immigrants not integrated or unable to speak the local language is lower than among integrated foreign-born and Swiss patients. Smoking cessation counselling by a doctor was only given to a minority of patients, but such counselling seemed irrespective of nationality.

Impact of social structure variation on population genetics, social conflicts and life histories in ants

Summary The evolution of social structures and breeding systems in animals is a complex process that combines ecological, genetical and social factors. This thesis sheds light on important changes in population genetics, life-history and social behavior that are associated with variation in social structure in ants. The socially polymorphic ant Formica selysi was chosen as the model organism because single- and multiple-queen colonies occur in close proximity within a single large population. The shift from single- to multiple-queen colonies is generally associated with profound changes in dispersal behavior and mode of colony founding. In chapter 1, we examine the genetic consequences of variation in social structure at both the colony and population levels. A detailed microsatellite analysis reveals that both colony types have similar mating systems, with few or no queen turnover. Furthermore, the complete lack of genetic differentiation observed between single- and multiple-queen colonies provides no support to the hypothesis that change in queen number leads to restricted gene flow between social forms. Besides changes in the genetic composition of the colony, the variation in the number of queens per colony is associated with changes in a network of behavioral and life-history traits that have been described as forming a "polygyny syndrome". In chapter 2, we demonstrate that multiple-queen colonies profoundly differ from single-queen ones in terms of size, nest density and lifespan of colonies, in weight of queens produced, as well as in allocation to reproductive individuals relative to workers. These multifaceted changes in life-history traits can provide various fitness benefits to members of multiple-queen colonies. Increasing the number of queens in a colony usually results in a decreased level of aggression towards non-nestmates. The phenotype matching hypothesis predicts that, compared to single-queen colonies, multiple-queen colonies have more diverse genetically-derived cues used for recognition, resulting in a lower ability to discriminate non-nestmates. In sharp contrast to this hypothesis, we show in chapter 3 that single- and multiple-queen colonies exhibit on average similar levels of aggression. Moreover, stronger aggression is recorded between colonies of different social structure than between colonies of the same social structure. Several hypotheses propose that the evolution of multiple-queen colonies is at least partly due to benefits resulting from an increase in colony genetic diversity. The task-efficiency hypothesis holds that genetic variation improves task performance due to a more complete or more sensitive expression of the genetically-based division of labor. In .chapter 4, we evaluate if higher colony genetic diversity increases worker size polymorphism and thus may improve division of labor. We show that despite the fact that worker size has a heritable component, higher levels of genetic diversity do not result in more polymorphic workers. The smaller size and lower polymorphism levels of workers of multiple-queen colonies compared to single-queen ones further indicate that an increase in colony genetic diversity does not increase worker size polymorphism but might improve colony homeostasis. In chapter 5, we provide clear evidence for an ongoing conflict between queens and workers on sex allocation, as predicted by kin selection theory. Our data show that queens of F. selysi strongly influence colony sex allocation by biasing the sex ratio of their eggs. However, there is also evidence that workers eliminated some male brood, resulting in a population sex-investment ratio that is between the queens' and workers' equilibria. Résumé L'évolution des structures sociales et systèmes d'accouplement chez les animaux est un processus complexe combinant à la fois des facteurs écologiques, génétiques et sociaux. Cette thèse met en lumière des changements importants dans la génétique des populations, les traits d'histoire de vie et les comportements sociaux qui sont associés à des variations de structure sociale chez les fourmis. Durant ce travail, nous avons étudié une population de Formica selysi composée à la fois de colonies à une reine et de colonies à plusieurs reines. La transition de colonie à une reine à colonie à plusieurs reines est généralement associée à des changements profonds dans le comportement de dispersion ainsi que le mode de fondation des sociétés. Dans le chapitre 1, nous examinons les conséquences génétiques de la variation de structure sociale tant au niveau de la colonie qu'au niveau de la population. Une analyse détaillée à l'aide de marqueurs microsatellites nous révèle que les deux types de colonies ont des systèmes d'accouplements similaires avec peu ou pas de renouvellement de reines. L'absence totale de différenciation génétique entre les colonies à une et à plusieurs reines n'apporte aucun support à l'hypothèse selon laquelle un changement dans le nombre de reines conduit à un flux de gènes restreint entre les deux formes sociales. A côté de changements dans la composition génétique de la colonie, la variation du nombre de reines dans une colonie est associée à une multitude de changements comportementaux et de traits d'histoire de vie qui ont été décrits comme formant un "syndrome polygyne". Dans le chapitre 2, nous démontrons que les colonies à plusieurs reines diffèrent profondément des colonies à une reine en terme de taille, densité de nids, longévité des colonies, poids des nouvelles reines produites ainsi que dans l'allocation entre les individus reproducteurs et les ouvrières. Ces changements multiples dans les traits d'histoire de vie peuvent apporter des bénéfices variés en terme de fitness aux colonies à plusieurs reines. L'augmentation du nombre de reines dans une colonie est généralement associée à une baisse du degré d'agressivité envers les fourmis étrangères au nid. L'hypothèse "phénotype matching" prédit que les colonies à plusieurs reines ont une plus grande diversité dans les facteurs d'origine génétique utilisés pour la reconnaissance, résultant en une capacité diminuée à discriminer une fourmi étrangère au nid. Contrairement à cette hypothèse, nous montrons dans le chapitre 3 que les colonies à une et à plusieurs reines ont des niveaux d'agressivité similaires. De plus, une agressivité accrue est observée entre colonies de structures sociales différentes comparée à des colonies de même structure sociale. Plusieurs hypothèses ont proposé que l'évolution de colonies ä plusieurs reines soit en partie due aux bénéfices résultant d'une augmentation de la diversité génétique dans la colonie. L'hypothèse "task efficiency" prédit que la diversité génétique améliore l'efficacité à effectuer certaines tâches grâce à une expression plus complète et plus souple d'une division du travail génétiquement déterminée. Nous évaluons dans le chapitre 4 si un accroissement de la diversité génétique augmente le polymorphisme de taille des ouvrières, d'où peut ainsi découler une meilleure division du travail. Nous montrons qu'en dépit du fait que la taille des ouvrières soit un caractère héritable, une forte diversité génétique ne se traduit pas par un plus fort polymorphisme chez les ouvrières. Les ouvrières de colonies à plusieurs reines sont plus petites et moins polymorphes que celles des colonies à une seule reine. Dans le chapitre 5, nous démontrons l'existence d'un conflit ouvert entre reines et ouvrières à propos de l'allocation dans les sexes, comme le prédit la théorie de la sélection de parentèle. Nos données révèlent que les reines de F. selysi influencent fortement l'allocation dans les sexes en biaisant la sexe ratio des oeufs. Cependant, certains indices indiquent que les ouvrières éliminent une partie du couvain mâle, ce qui a pour effet d'avoir un investissement dans les sexes au niveau de la population intermédiaire entre les intérêts des reines et des ouvrières.

Genetic structure of the genus Leptospira by multilocus enzyme electrophoresis

Thirty strains from the 11 species of the genus Leptospira were studied by multilocus enzyme electrophoresis at 12 enzyme loci, all of which were polymorphic. The mean number of alleles per locus was 6.5. Twenty-five electrophoretic types were distinguished. Grouping of the strains by cluster analysis was in general agreement with species delineation as determined by DNA-DNA hybridization, except for the strains of Leptospira meyeri and Leptospira inadai, which were scattered throughout the genus, reflecting previously recognized taxonomic uncertainties. Analysis of the clonality within Leptospira interrogans sensu stricto indicated that this population was relatively heterogeneous and a lack of gene linkage disequilibrium could not be excluded. There was a genetic discrimination between the pathogenic species and the saprophytic ones. The phenotypically intermediate species (L. inadai and Leptospira fainei) were also genetically separated and were probably closer to the saprophytes than to the pathogens.