Une nouvelle approche computationnelle pour la découverte des sites de fixation de facteurs de transcription à l’ADN, adaptée aux données de ChIP-chip et de ChIP-séquençage

Les facteurs de transcription sont des protéines spécialisées qui jouent un rôle important dans différents processus biologiques tel que la différenciation, le cycle cellulaire et la tumorigenèse. Ils régulent la transcription des gènes en se fixant sur des séquences d’ADN spécifiques (éléments cis-régulateurs). L’identification de ces éléments est une étape cruciale dans la compréhension des réseaux de régulation des gènes. Avec l’avènement des technologies de séquençage à haut débit, l’identification de tout les éléments fonctionnels dans les génomes, incluant gènes et éléments cis-régulateurs a connu une avancée considérable. Alors qu’on est arrivé à estimer le nombre de gènes chez différentes espèces, l’information sur les éléments qui contrôlent et orchestrent la régulation de ces gènes est encore mal définie. Grace aux techniques de ChIP-chip et de ChIP-séquençage il est possible d’identifier toutes les régions du génome qui sont liées par un facteur de transcription d’intérêt. Plusieurs approches computationnelles ont été développées pour prédire les sites fixés par les facteurs de transcription. Ces approches sont classées en deux catégories principales: les algorithmes énumératifs et probabilistes. Toutefois, plusieurs études ont montré que ces approches génèrent des taux élevés de faux négatifs et de faux positifs ce qui rend difficile l’interprétation des résultats et par conséquent leur validation expérimentale. Dans cette thèse, nous avons ciblé deux objectifs. Le premier objectif a été de développer une nouvelle approche pour la découverte des sites de fixation des facteurs de transcription à l’ADN (SAMD-ChIP) adaptée aux données de ChIP-chip et de ChIP-séquençage. Notre approche implémente un algorithme hybride qui combine les deux stratégies énumérative et probabiliste, afin d’exploiter les performances de chacune d’entre elles. Notre approche a montré ses performances, comparée aux outils de découvertes de motifs existants sur des jeux de données simulées et des jeux de données de ChIP-chip et de ChIP-séquençage. SAMD-ChIP présente aussi l’avantage d’exploiter les propriétés de distributions des sites liés par les facteurs de transcription autour du centre des régions liées afin de limiter la prédiction aux motifs qui sont enrichis dans une fenêtre de longueur fixe autour du centre de ces régions. Les facteurs de transcription agissent rarement seuls. Ils forment souvent des complexes pour interagir avec l’ADN pour réguler leurs gènes cibles. Ces interactions impliquent des facteurs de transcription dont les sites de fixation à l’ADN sont localisés proches les uns des autres ou bien médier par des boucles de chromatine. Notre deuxième objectif a été d’exploiter la proximité spatiale des sites liés par les facteurs de transcription dans les régions de ChIP-chip et de ChIP-séquençage pour développer une approche pour la prédiction des motifs composites (motifs composés par deux sites et séparés par un espacement de taille fixe). Nous avons testé ce module pour prédire la co-localisation entre les deux demi-sites ERE qui forment le site ERE, lié par le récepteur des œstrogènes ERα. Ce module a été incorporé à notre outil de découverte de motifs SAMD-ChIP.

Développement d’une approche quantitative pour l’étude du poumon équin : fixation et échantillonnage pour l’application des principes de la stéréologie

La présente étude visait à développer un protocole de fixation et d'échantillonnage pour le poumon équin suivant les directives publiées sur l’utilisation d’une approche stéréologique de type « design-based ». Les poumons gauches de chevaux contrôles et atteints du souffle ont été fixés avec du formaldéhyde 10% pendant 48h à une pression constante de 25-30 cm d’H2O. Les poumons ont été sectionnés en 20-21 tranches d’une épaisseur d'environ 2,5 cm chacune; de 10-11 tranches ont été sélectionnées de façon aléatoire et systématique pour la mesure du volume de référence avec la méthode de Cavalieri. Un protocole d’échantillonnage systématique, aléatoire et uniforme utilisant le principe du « smooth fractionator » et un poinçon à biopsie de 17 mm ont été utilisés pour échantillonner une fraction représentative de chaque poumon. Les méthodes d’échantillonnage de sections verticales, uniformes et aléatoires (VUR) et d’échantillonnage isotropique, uniforme et aléatoire (IUR) ont toutes deux été effectuées pour comparer le nombre de voies respiratoires en coupe perpendiculaire obtenues à partir de chaque méthode. L'architecture globale et la qualité des tissus fixés ont également été évaluées. Des spécimens pulmonaires équins ont été échantillonnés avec succès selon un protocole visant à produire des données morphométriques valides. Les tissus ont été fixés avec un minimum d'artéfacts et contenaient une quantité suffisante de voies respiratoires en coupe perpendiculaire dans les deux types d’échantillons. En conclusion, un protocole de fixation et d'échantillonnage adapté au poumon équin permettant l'utilisation d'une approche stéréologique de type « design-based » a été élaboré pour l’étude du remodelage des voies respiratoires.

Robot Motion Vision by Fixation

In many motion-vision scenarios, a camera (mounted on a moving vehicle) takes images of an environment to find the "motion'' and shape. We introduce a direct-method called fixation for solving this motion-vision problem in its general case. Fixation uses neither feature-correspondence nor optical-flow. Instead, spatio-temporal brightness gradients are used directly. In contrast to previous direct methods, fixation does not restrict the motion or the environment. Moreover, fixation method neither requires tracked images as its input nor uses mechanical tracking for obtaining fixated images. The experimental results on real images are presented and the implementation issues and techniques are discussed.

Factors associated to avascular necrosis of the femoral head and non-union in patients younger than 65 years old with displaced femoral neck fractures treated with reduction and internal fixation.

Pocos estudios han evaluado el tratamiento de las fracturas desplazadas de cuello femoral en pacientes menores de 65 años de edad, y no han sido claramente definidos los factores de riesgo para necrosis avascular o no-unión dentro de este rango de edad. Para determinar los factores asociados a la necrosis avascular de la cabeza femoral (AVN) y no-unión en pacientes menores de 65 años de edad con fracturas desplazadas del cuello femoral tratados con reducción y fijación interna, se realizó un estudio retrospectivo de 29 fracturas desplazadas del cuello femoral en 29 pacientes consecutivos tratados en una sola institución. La influencia de la edad, la energía del trauma, tipo de reducción, y el tiempo entre la fractura y el tratamiento en desarrollo de la AVN y no-unión fueron evaluados. Los pacientes que desarrollaron NAV fueron significativamente mayores y sufrieron un trauma de más baja energía que en los casos sin AVN. Ninguna variable fue asociada con la no-unión. La regresión logística determinó que sólo la edad se asoció de forma independiente a NAV. La edad es un buen predictor para el desarrollo de NAV, con un C-estadístico de 0.861, y un mejor corte-determinado en 53,5 años. Conclusión: Los pacientes de entre 53,5 y 65 años presentan un riesgo más alto de NAV. La artroplastia primaria se debe considerar en este subgrupo.

Pea-barley intercropping for efficient symbiotic N-2-fixation, soil N acquisition and use of other nutrients in European organic cropping systems

Complementarity in acquisition of nitrogen (N) from soil and N-2-fixation within pea and barley intercrops was studied in organic field experiments across Western Europe (Denmark, United Kingdom, France, Germany and Italy). Spring pea and barley were sown either as sole crops, at the recommended plant density (P100 and B100, respectively) or in replacement (P50B50) or additive (P100B50) intercropping designs, in each of three cropping seasons (2003-2005). Irrespective of site and intercrop design, Land Equivalent Ratios (LER) between 1.4 at flowering and 1.3 at maturity showed that total N recovery was greater in the pea-barley intercrops than in the sole Crops Suggesting a high degree of complementarity over a wide range of growing conditions. Complementarity was partly attributed to greater soil mineral N acquisition by barley, forcing pea to rely more on N-2-fixation. At all sites the proportion of total aboveground pea N that was derived from N-2-fixation was greater when intercropped with barley than when grown as a sole crop. No consistent differences were found between the two intercropping designs. Simultaneously, the accumulation Of Phosphorous (P), potassium (K) and sulphur (S) in Danish and German experiments was 20% higher in the intercrop (P50B50) than in the respective sole crops, possibly influencing general crop yields and thereby competitive ability for other resources. Comparing all sites and seasons, the benefits of organic pea-barley intercropping for N acquisition were highly resilient. It is concluded that pea-barley intercropping is a relevant cropping strategy to adopt when trying to optimize N-2-fixation inputs to the cropping system. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Amino-acid cycling drives nitrogen fixation in the legume - Rhizobium symbiosis

The biological reduction of atmospheric N-2 to ammonium (nitrogen fixation) provides about 65% of the biosphere's available nitrogen. Most of this ammonium is contributed by legume rhizobia symbioses(1), which are initiated by the infection of legume hosts by bacteria (rhizobia), resulting in formation of root nodules. Within the nodules, rhizobia are found as bacteroids, which perform the nitrogen fixation: to do this, they obtain sources of carbon and energy from the plant, in the form of dicarboxylic acids(2,3). It has been thought that, in return, bacteroids simply provide the plant with ammonium. But here we show that a more complex amino-acid cycle is essential for symbiotic nitrogen fixation by Rhizobium in pea nodules. The plant provides amino acids to the bacteroids, enabling them to shut down their ammonium assimilation. In return, bacteroids act like plant organelles to cycle amino acids back to the plant for asparagine synthesis. The mutual dependence of this exchange prevents the symbiosis being dominated by the plant, and provides a selective pressure for the evolution of mutualism.

Coordination-driven self-assembly of a novel carbonato-bridged heteromolecular neutral nickel(II) triangle by atmospheric CO2 fixation

Formation of a quasi-symmetrical mu(3)-carbonato-bridged self-assembled heteromolecular triangle of Ni(II), [(mu(3)-CO3){Ni-2(salmeNH)(2)(NCS)(2)}[Ni(salmeNH(2))(2)]center dot Et2O center dot H2O (HsalmeNH = 2-[(3-methylamino-propylimino)-methyl]-phenol) involves atmospheric CO2 uptake in a neutral medium, by spontaneous self-reorganization of the starting mononuclear Ni(II)-Schiff-base complex, [Ni(salmeNH)(2)]. The environment around Ni(II) in two of the subunits is different from the third one. The starting complex, (Ni(salmeNH)(2)], and one of the possible intermediate species, [Ni(salmeNH(2))(2)(NCS)(2)], which has a very similar coordination environment to that in the third Ni(II) center, have been characterized structurally. A plausible mechanism for the formation of such a triangle has also been proposed. The compound shows a very strong antiferromagnetic coupling. Fit as a regular triangular arrangement gave J = -53.1, g = 2.24, and R = 1.5 x 10(-4).

Occurrence of ribbons of cyclic water pentamers in a metallo-organic framework formed by spontaneous fixation of CO2

In the reaction of equimolar amounts of copper(II) acetate with 2,2'-dipyridylamine (DPA) in aqueous tetrahydrofuran, in presence of KOH, aerial CO2 is spontaneously fixed to the carbonate anion yielding [Cu(DPA)(CO3)] . 3H(2)O (1). X-ray crystallography shows the presence of zigzag ribbons of cyclic water pentamers in the channels of a chain-like metallo-organic framework. The water ribbons are stabilised by hydrogen bonds to the metallo-organic backbone. Each (H2O)(5) pentamer is approximately planar.

Free atmospheric CO2 enrichment increased above ground biomass but did not affect symbiotic N2-fixation and soil carbon dynamics in a mixed deciduous stand in Wales

Through increases in net primary production (NPP), elevated CO2 is hypothesizes to increase the amount of plant litter entering the soil. The fate of this extra carbon on the forest floor or in mineral soil is currently not clear. Moreover, increased rates of NPP can be maintained only if forests can escape nitrogen limitation. In a Free atmospheric CO2 Enrichment (FACE) experiment near Bangor, Wales, 4 ambient CO2 and 4 FACE plots were planted with patches of Betula pendula, Alnus glutinosa and Fagus sylvatica on a former arable field. Four years after establishment, only a shallow L forest floor litter layer had formed due to intensive bioturbation. Total soil C and N contents increased irrespective of treatment and species as a result of afforestation. We could not detect an additional C sink in the soil, nor were soil C stabilization processes affected by FACE. We observed a decrease of leaf N content in Betula and Alnus under FACE, while the soil C/N ratio decreased regardless of CO2 treatment. The ratio of N taken up from the soil and by N2-fixation in Alnus was not affected by FACE. We infer that increased nitrogen use efficiency is the mechanism by which increased NPP is sustained under elevated CO2 at this site.

Novel European free-living, non-diazotrophic Bradyrhizobium isolates from contrasting soils that lack nodulation and nitrogen fixation genes - a genome comparison

The slow-growing genus Bradyrhizobium is biologically important in soils, with different representatives found to perform a range of biochemical functions including photosynthesis, induction of root nodules and symbiotic nitrogen fixation and denitrification. Consequently, the role of the genus in soil ecology and biogeochemical transformations is of agricultural and environmental significance. Some isolates of Bradyrhizobium have been shown to be non-symbiotic and do not possess the ability to form nodules. Here we present the genome and gene annotations of two such free-living Bradyrhizobium isolates, named G22 and BF49, from soils with differing long-term management regimes (grassland and bare fallow respectively) in addition to carbon metabolism analysis. These Bradyrhizobium isolates are the first to be isolated and sequenced from European soil and are the first free-living Bradyrhizobium isolates, lacking both nodulation and nitrogen fixation genes, to have their genomes sequenced and assembled from cultured samples. The G22 and BF49 genomes are distinctly different with respect to size and number of genes; the grassland isolate also contains a plasmid. There are also a number of functional differences between these isolates and other published genomes, suggesting that this ubiquitous genus is extremely heterogeneous and has roles within the community not including symbiotic nitrogen fixation.