Évolution moléculaire : un modèle Markov-modulé pour les processus de substitution

Les processus Markoviens continus en temps sont largement utilisés pour tenter d’expliquer l’évolution des séquences protéiques et nucléotidiques le long des phylogénies. Des modèles probabilistes reposant sur de telles hypothèses sont conçus pour satisfaire la non-homogénéité spatiale des contraintes fonctionnelles et environnementales agissant sur celles-ci. Récemment, des modèles Markov-modulés ont été introduits pour décrire les changements temporels dans les taux d’évolution site-spécifiques (hétérotachie). Des études ont d’autre part démontré que non seulement la force mais également la nature de la contrainte sélective agissant sur un site peut varier à travers le temps. Ici nous proposons de prendre en charge cette réalité évolutive avec un modèle Markov-modulé pour les protéines sous lequel les sites sont autorisés à modifier leurs préférences en acides aminés au cours du temps. L’estimation a posteriori des différents paramètres modulants du noyau stochastique avec les méthodes de Monte Carlo est un défi de taille que nous avons su relever partiellement grâce à la programmation parallèle. Des réglages computationnels sont par ailleurs envisagés pour accélérer la convergence vers l’optimum global de ce paysage multidimensionnel relativement complexe. Qualitativement, notre modèle semble être capable de saisir des signaux d’hétérogénéité temporelle à partir d’un jeu de données dont l’histoire évolutive est reconnue pour être riche en changements de régimes substitutionnels. Des tests de performance suggèrent de plus qu’il serait mieux ajusté aux données qu’un modèle équivalent homogène en temps. Néanmoins, les histoires substitutionnelles tirées de la distribution postérieure sont bruitées et restent difficilement interprétables du point de vue biologique.

Estimation des longueurs de branche et artefact sur la datation moléculaire

La phylogénie moléculaire fournit un outil complémentaire aux études paléontologiques et géologiques en permettant la construction des relations phylogénétiques entre espèces ainsi que l’estimation du temps de leur divergence. Cependant lorsqu’un arbre phylogénétique est inféré, les chercheurs se focalisent surtout sur la topologie, c'est-à-dire l’ordre de branchement relatif des différents nœuds. Les longueurs des branches de cette phylogénie sont souvent considérées comme des sous-produits, des paramètres de nuisances apportant peu d’information. Elles constituent cependant l’information primaire pour réaliser des datations moléculaires. Or la saturation, la présence de substitutions multiples à une même position, est un artefact qui conduit à une sous-estimation systématique des longueurs de branche. Nous avons décidé d’estimer l‘influence de la saturation et son impact sur l’estimation de l’âge de divergence. Nous avons choisi d’étudier le génome mitochondrial des mammifères qui est supposé avoir un niveau élevé de saturation et qui est disponible pour de nombreuses espèces. De plus, les relations phylogénétiques des mammifères sont connues, ce qui nous a permis de fixer la topologie, contrôlant ainsi un des paramètres influant la longueur des branches. Nous avons utilisé principalement deux méthodes pour améliorer la détection des substitutions multiples : (i) l’augmentation du nombre d’espèces afin de briser les plus longues branches de l’arbre et (ii) des modèles d’évolution des séquences plus ou moins réalistes. Les résultats montrèrent que la sous-estimation des longueurs de branche était très importante (jusqu'à un facteur de 3) et que l’utilisation d'un grand nombre d’espèces est un facteur qui influence beaucoup plus la détection de substitutions multiples que l’amélioration des modèles d’évolutions de séquences. Cela suggère que même les modèles d’évolution les plus complexes disponibles actuellement, (exemple: modèle CAT+Covarion, qui prend en compte l’hétérogénéité des processus de substitution entre positions et des vitesses d’évolution au cours du temps) sont encore loin de capter toute la complexité des processus biologiques. Malgré l’importance de la sous-estimation des longueurs de branche, l’impact sur les datations est apparu être relativement faible, car la sous-estimation est plus ou moins homothétique. Cela est particulièrement vrai pour les modèles d’évolution. Cependant, comme les substitutions multiples sont le plus efficacement détectées en brisant les branches en fragments les plus courts possibles via l’ajout d’espèces, se pose le problème du biais dans l’échantillonnage taxonomique, biais dû à l‘extinction pendant l’histoire de la vie sur terre. Comme ce biais entraine une sous-estimation non-homothétique, nous considérons qu’il est indispensable d’améliorer les modèles d’évolution des séquences et proposons que le protocole élaboré dans ce travail permettra d’évaluer leur efficacité vis-à-vis de la saturation.

Amélioration de l'exactitude de l'inférence phylogénomique

L’explosion du nombre de séquences permet à la phylogénomique, c’est-à-dire l’étude des liens de parenté entre espèces à partir de grands alignements multi-gènes, de prendre son essor. C’est incontestablement un moyen de pallier aux erreurs stochastiques des phylogénies simple gène, mais de nombreux problèmes demeurent malgré les progrès réalisés dans la modélisation du processus évolutif. Dans cette thèse, nous nous attachons à caractériser certains aspects du mauvais ajustement du modèle aux données, et à étudier leur impact sur l’exactitude de l’inférence. Contrairement à l’hétérotachie, la variation au cours du temps du processus de substitution en acides aminés a reçu peu d’attention jusqu’alors. Non seulement nous montrons que cette hétérogénéité est largement répandue chez les animaux, mais aussi que son existence peut nuire à la qualité de l’inférence phylogénomique. Ainsi en l’absence d’un modèle adéquat, la suppression des colonnes hétérogènes, mal gérées par le modèle, peut faire disparaître un artéfact de reconstruction. Dans un cadre phylogénomique, les techniques de séquençage utilisées impliquent souvent que tous les gènes ne sont pas présents pour toutes les espèces. La controverse sur l’impact de la quantité de cellules vides a récemment été réactualisée, mais la majorité des études sur les données manquantes sont faites sur de petits jeux de séquences simulées. Nous nous sommes donc intéressés à quantifier cet impact dans le cas d’un large alignement de données réelles. Pour un taux raisonnable de données manquantes, il appert que l’incomplétude de l’alignement affecte moins l’exactitude de l’inférence que le choix du modèle. Au contraire, l’ajout d’une séquence incomplète mais qui casse une longue branche peut restaurer, au moins partiellement, une phylogénie erronée. Comme les violations de modèle constituent toujours la limitation majeure dans l’exactitude de l’inférence phylogénétique, l’amélioration de l’échantillonnage des espèces et des gènes reste une alternative utile en l’absence d’un modèle adéquat. Nous avons donc développé un logiciel de sélection de séquences qui construit des jeux de données reproductibles, en se basant sur la quantité de données présentes, la vitesse d’évolution et les biais de composition. Lors de cette étude nous avons montré que l’expertise humaine apporte pour l’instant encore un savoir incontournable. Les différentes analyses réalisées pour cette thèse concluent à l’importance primordiale du modèle évolutif.

Un oeil sur la langue : aspects neuro-cognitifs du processus de la navigation chez l'aveugle-né

La vision est un élément très important pour la navigation en général. Grâce à des mécanismes compensatoires les aveugles de naissance ne sont pas handicapés dans leurs compétences spatio-cognitives, ni dans la formation de nouvelles cartes spatiales. Malgré l’essor des études sur la plasticité du cerveau et la navigation chez les aveugles, les substrats neuronaux compensatoires pour la préservation de cette fonction demeurent incompris. Nous avons démontré récemment (article 1) en utilisant une technique d’analyse volumétrique (Voxel-Based Morphometry) que les aveugles de naissance (AN) montrent une diminution de la partie postérieure de l’hippocampe droit, structure cérébrale importante dans la formation de cartes spatiales. Comment les AN forment-ils des cartes cognitives de leur environnement avec un hippocampe postérieur droit qui est significativement réduit ? Pour répondre à cette question nous avons choisi d’exploiter un appareil de substitution sensorielle qui pourrait potentiellement servir à la navigation chez les AN. Cet appareil d’affichage lingual (Tongue display unit -TDU-) retransmet l’information graphique issue d’une caméra sur la langue. Avant de demander à nos sujets de naviguer à l’aide du TDU, il était nécessaire de nous assurer qu’ils pouvaient « voir » des objets dans l’environnement grâce au TDU. Nous avons donc tout d’abord évalué l’acuité « visuo »-tactile (article 2) des sujets AN pour les comparer aux performances des voyants ayant les yeux bandées et munis du TDU. Ensuite les sujets ont appris à négocier un chemin à travers un parcours parsemé d’obstacles i (article 3). Leur tâche consistait à pointer vers (détection), et contourner (négociation) un passage autour des obstacles. Nous avons démontré que les sujets aveugles de naissance non seulement arrivaient à accomplir cette tâche, mais encore avaient une performance meilleure que celle des voyants aux yeux bandés, et ce, malgré l’atrophie structurelle de l’hippocampe postérieur droit, et un système visuel atrophié (Ptito et al., 2008). Pour déterminer quels sont les corrélats neuronaux de la navigation, nous avons créé des routes virtuelles envoyées sur la langue par le biais du TDU que les sujets devaient reconnaitre alors qu’ils étaient dans un scanneur IRMf (article 4). Nous démontrons grâce à ces techniques que les aveugles utilisent un autre réseau cortical impliqué dans la mémoire topographique que les voyants quand ils suivent des routes virtuelles sur la langue. Nous avons mis l’emphase sur des réseaux neuronaux connectant les cortex pariétaux et frontaux au lobe occipital puisque ces réseaux sont renforcés chez les aveugles de naissance. Ces résultats démontrent aussi que la langue peut être utilisée comme une porte d’entrée vers le cerveau en y acheminant des informations sur l’environnement visuel du sujet, lui permettant ainsi d’élaborer des stratégies d’évitement d’obstacles et de se mouvoir adéquatement.

La méthadone permet-elle de sortir du monde de la drogue? : points de vue de personnes inscrites aux programmes de substitution

Deux paradigmes se côtoient dans le traitement de la dépendance au Québec. Tout d’abord, il y a le paradigme de l’abstinence avec un modèle d’intervention souvent basé sur les Alcooliques Anonymes. Avec ce modèle, l’alcoolisme (ou la toxicomanie) est défini comme une maladie. En ce qui a trait à la réduction des méfaits, cette dernière vise la réduction des effets néfastes de l’usage de drogues plutôt que l’élimination de leur usage (Brisson, 1997). Nous nous sommes intéressés à une intervention inscrite dans ce paradigme soit le programme de substitution à la méthadone. Cette étude avait comme but de connaître les perceptions de personnes inscrites à ce programme, comprendre comment est vécu le rétablissement à travers la participation au programme et connaître les perceptions de ces personnes en ce qui a trait aux conséquences de la dépendance. Un cadre théorique s’inscrivant dans la perspective de l’interactionnisme symbolique a été choisi. Plus précisément, les processus de transformations normatives de Maria Caiata Zufferey, la théorie de l’étiquetage d’Howard Becker et le concept de stigmate d’Erving Goffman ont été retenus. Ensuite, dix entrevues semi-dirigées auprès d’hommes et de femmes majeures inscrites à un programme de substitution à la méthadone ont été réalisées. En ce qui a trait au chapitre portant sur les résultats, il a mis en lumière différents rapports à la méthadone vécus par les participants. Pour ce faire, trois figures construites à l’aide de l’analyse typologique ont été développées. Il ressort que pour certaines personnes, la méthadone fut décrite comme un substitut nécessaire, pour d’autres, elle correspondait à une aide dont ils veulent se débarrasser et pour une minorité, elle suscitait de l’ambivalence. En définitive, bien que la substitution demeure le traitement de choix pour la dépendance aux opioïdes, il est difficile de parler de sortie du monde de la drogue à l’aide de la méthadone puisque ce traitement apparaît comme étant presque aussi stigmatisé que la dépendance à l’héroïne (Lauzon, 2011). À première vue, la méthadone permet de prendre une distance avec le monde de la drogue (l’argent facile, les vols, la prostitution) et permet de se reconstruire une existence sur la base de repères stables, mais à bien considérer les choses, elle confine les personnes interrogées dans une situation d’ambivalence puisqu’elle les rattache à une identité de toxicomane. Mots-clés : dépendance, programme de substitution à la méthadone, perception, participant, réduction des méfaits, stigmatisation.

Combined External Pressure And Cu-substitution Studies On Bafe2as2 Single Crystals.

We report a combined study of external pressure and Cu-substitution on BaFe2As2 single crystals grown by the in-flux technique. At ambient pressure, the Cu-substitution is known to suppress the spin density wave (SDW) phase in pure BaFe2As2(TSDW ≈ 140 K) and to induce a superconducting (SC) dome with a maximum transition temperature [Formula: see text]. This [Formula: see text] is much lower than the Tc ∼ 15-28 K achieved in the case of Ru, Ni and Co substitutions. Such a lower Tc is attributed to a Cu(2+) magnetic pair-breaking effect. The latter is strongly suppressed by applied pressure, as shown herein, Tc can be significantly enhanced by applying high pressures. In this work, we investigated the pressure effects on Cu(2+) magnetic pair-breaking in the BaFe2-xCuxAs2 series. Around the optimal concentration (xopd = 0.11), all samples showed a substantial increase of Tc as a function of pressure. Yet for those samples with a slightly higher doping level (over-doped regime), Tc presented a dome-like shape with maximum Tc ≃ 8 K. Remarkably interesting, the under-doped samples, e.g. x = 0.02 display a maximum pressure induced Tc ≃ 30 K which is comparable to the maximum Tc's found for the pure compound under external pressures. Furthermore, the magnetoresistance effect as a function of pressure in the normal state of the x = 0.02 sample also presented an evolution consistent with the screening of the Cu(2+) local moments. These findings demonstrate that the Cu(2+) magnetic pair-breaking effect is completely suppressed by applying pressure in the low concentration regime of Cu(2+) substituted BaFe2As2.

Sob o signo de Darwin? Sobre o mau uso de uma quimera

No ano de 2003 Francisco de Oliveria publicou um artigo intitulado "O Ornitorrinco" no qual fez considerações críticas sobre a conjectura politico-social daquele momento histórico. Tal artigo é permeado por um paralelo entre o evolucionismo darwinista e a visão do autor sobre a sociedade brasileira contemporânea. Entretanto, ao fazer tal analogia ele incorre numa série de equívocos teóricos sobre a teoria evolucionista. Tais equívocos consistem, em grande parte, numa substuição indevida entre aquilo que ficou conhecido como Darwinismo Social e a teoria neodarwinista como entendida pelos seus atuais proponentes. O presente trabalho identifica estes equívocos e os contextualiza dentro da teoria neodarwiniana. Além disso, fazemos um recorte histórico do processo de formação do pensamento evolucionista para enfatizar que a associação entre biologia e darwinismo social é mais complexa do que geralmente se assume.

A microscopic view of substitution reactions solvated by ionic liquids

The solvation effect of the ionic liquid 1-N-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate on nucleophilic substitution reactions of halides toward the aliphatic carbon of methyl p-nitrobenzenesulfonate (pNBS) was investigated by computer simulations. The calculations were performed by using a hybrid quantum-mechanical/molecular-mechanical (QM/MM) methodology. A semiempirical Hamiltonian was first parametrized on the basis of comparison with ab initio calculations for Cl(-) and Br(-) reaction with pNBS at gas phase. In condensed phase, free energy profiles were obtained for both reactions. The calculated reaction barriers are in agreement with experiment. The structure of species solvated by the ionic liquid was followed along the reaction progress from the reagents, through the transition state, to the final products. The simulations indicate that this substitution reaction in the ionic liquid is slower than in nonpolar molecular solvents proper to significant stabilization of the halide anion by the ionic liquid in comparison with the transition state with delocalized charge. Solute-solvent interactions in the first solvation shell contain several hydrogen bonds that are formed or broken in response to charge density variation along the reaction coordinate. The detailed structural analysis can be used to rationalize the design of new ionic liquids with tailored solvation properties. (c) 2008 American Institute of Physics.

Effect of the Partial Substitution of Soy Proteins by Highly Methyl-esterified Pectin on Chemical and Sensory Characteristics of Sausages

Pectin can be used as a natural emulsifier in food formulations. In this study, textured soybean protein (TSP), used as an emulsifier in commercial sausages, was partially replaced by a mixture containing pectin and isolated soybean proteins, which were either extruded (EXT) or not extruded (MIX), and the chemical and sensory characteristics of samples were evaluated after 60 days of storage at 4 degrees C. Responses such as oxidation measured by PV and TBARS, hardness, color, pH and sensory characteristics were compared with those of a commercial sausage (CON). The mixture containing highly methyl-esterified pectin, textured soybean proteins and isolated soybean proteins, as emulsifier agent, reduced the hardness (EXT: 21.69 +/- 0.98 and MIX: 20.17 +/- 2.76 N) and the pH (EXT: 5.46 +/- 0.03 and MIX: 5.29 +/- 0.01) of the samples and increased the concentration of peroxides (EXT: 0.10 +/- 0.01 and MIX: 0.15 +/- 0.01 meq/kg) when compared with samples formulated only with TSP (28.57 +/- 2.54 N, pH of 6.92 +/- 0.04 and PV = 0.07 +/- 0.01 meq/kg). These effects were likely caused by the anionic character of the emulsifier. However, no sensory difference was observed between the sausages containing highly methyl-esterified pectin, textured soybean proteins and isolated soybean proteins submitted to the extrusion process (EXT) and the control sausages, suggesting that the formulation proposed in this study can be a potential alternative for the further development of sausages that have functional properties or are free of artificial additives.

Carrageenans with complex substitution patterns from red algae of the genus Erythroclonium

Extracellular polysaccharides from three Erythroclonium spp. were shown, by a combination of compositional, linkage analyses, and Fourier transform infrared and C-13-nuclear magnetic resonance spectroscopy, to be highly substituted carrageenans with at least five types of repeating disaccharide units. These are the carrabiose 2,4'-disulfate of iota-carrageenan, carrabiose 2-sulfate of alpha-carrageenan, the 6'-O-methylated counterparts of each of these repeating units, and 4',6'-O-(1-carboxyethylidene)carrabiose 2-sulfate. The polysaccharides also contain significant amounts of unsubstituted, 4-linked galactopyranose and small amounts of 4-linked 3-O-methylgalactopyranose and terminal glycosyl residues. The carrageenan preparations of the three species are similar, differing only in the proportions of some components. (C) 1998 Elsevier Science Ltd.

H-1-NMR structural studies of a cystine-linked peptide containing residues 71-93 of transthyretin and effects of a Ser84 substitution implicated in familial amyloidotic polyneuropathy

The Ile-->Ser84 substitution in the thyroid hormone transport protein transthyretin is one of over 50 variations found to be associated with familial amyloid polyneuropathy, a hereditary type of lethal amyloidosis. Using a peptide analogue of the loop containing residue 84 in transthyretin, we have examined the putative local structural effects of this substitution using H-1-NMR spectroscopy. The peptide, containing residues 71-93 of transthyretin with its termini linked via a disulfide bond, was found to possess the same helix-turn motif as in the corresponding region of the crystallographically derived structure of transthyretin in 20% trifluoroethanol (TFE) solution. It therefore, represents a useful model with which to examine the effects of amyloidogenic substitutions. In a peptide analogue containing the Ile84-->Ser substitution it was found that the substitution does not greatly disrupt the overall three-dimensional structure, but leads to minor local differences at the turn in which residue 84 is involved. Coupling constant and NOE measurements indicate that the helix-turn motif is still present, but differences in chemical shifts and amide-exchange rates reflect a small distortion. This is in keeping with observations that several other mutant forms of transthyretin display similar subunit interactions and those that have been structurally analysed possess a near native structure. We propose that the Ser84 mutation induces only subtle perturbations to the transthyretin structure which predisposes the protein to amyloid formation.

An Activated O N Acyl Transfer Auxiliary: Efficient Amide-Backbone Substitution of Hindered "Difficult" Peptides

Overcoming the phenomenon known as difficult synthetic sequences has been a major goal in solid-phase peptide synthesis for over 30 years. In this work the advantages of amide backbone-substitution in the solid-phase synthesis of difficult peptides are augmented by developing an activated N-alpha-acyl transfer auxiliary. Apart from disrupting troublesome intermolecular hydrogen-bonding networks, the primary function of the activated N-alpha-auxiliary was to facilitate clean and efficient acyl capture of large or beta-branched amino acids and improve acyl transfer yields to the secondary N-alpha-amine. We found o-hydroxyl-substituted nitrobenzyl (Hnb) groups were suitable N-alpha-auxiliaries for this purpose. The relative acyl transfer efficiency of the Hnb auxiliary was superior to the 2-hydroxy-4-methoxybenzyl (Hmb) auxiliary with protected amino acids of varying size. Significantly, this difference in efficiency was more pronounced between more sterically demanding amino acids. The Hnb auxiliary is readily incorporated at the N-alpha-amine during SPPS by reductive alkylation of its corresponding benzaldehyde derivative and conveniently removed by mild photolysis at 366 nm. The usefulness of the Hnb auxiliary for the improvement of coupling efficiencies in the chain-assembly of difficult peptides was demonstrated by the efficient Hnb-assisted Fmoc solid-phase synthesis of a known hindered difficult peptide sequence, STAT-91. This work suggests the Hnb auxiliary will significantly enhance our ability to synthesize difficult polypeptides and increases the applicability of amide-backbone substitution.

Mechanisms of substitution reactions on cyclometallated platinum(IV) complexes: "Quasi-labile" systems

The substitution reactions of SMe2 by phosphines (PMePh2, PEtPh2, PPh3, P(4-MeC6H4)(3), P(3-MeC6H4)(3), PCy3) on Pt-IV complexes having a cyclometalated imine ligand, two methyl groups in a cis-geometrical arrangement, a halogen, and a dimethyl sulfide as ligands, [Pt(CN)(CH3)(2)(X)(SMe2)], have been studied as a function of temperature, solvent, and electronic and steric characteristics of the phosphines and the X and CN ligands. In all cases, a limiting dissociative mechanism has been found, where the dissociation of the SMe2 ligand corresponds to the rate-determining step. The pentacoordinated species formed behaves as a true pentacoordinated Pt-IV compound in a steady-state concentration, given the solvent independence of the rate constant. The X-ray crystal structures of two of the dimethyl sulfide complexes and a derivative of the pentacoordinate intermediate have been determined. Differences in the individual rate constants for the entrance of the phosphine ligand can only be estimated as reactivity ratios. In all cases an effect of the phosphine size is detected, indicating that an associative step takes place from the pentacoordinated intermediate. The nature of the (CN) imine and X ligands produces differences in the dimethyl sulfide dissociation reactions rates, which can be quantified by the corresponding DeltaS double dagger values (72, 64, 48, 31, and 78 J K-1 mol(-1) for CN/X being C6H4CHNCH2C6H5/Br, C6H4CHNCH2-(2,4,6-(CH3)(3))C6H2/Br, C6H4CHNCH2C6H5/Cl, C6Cl4CHNCH2C6H5/Cl, and C6W4CH2NCHC6H5/ Pr, respectively). As a whole, the donor character of the coordinated C-aromatic and X atoms have the greatest influence on the dissociativeness of the rate-determining step.

Import substitution and economic growth

Despite Latin America`s dismal performance between the 1950s and 1980s, the region experienced strong capital deepening. We suggest that these facts can be explained as a consequence of the restrictive trade regime adopted at that time. Our framework is based on a dynamic Heckscher-Ohlin model, with scale economies in the capital-intensive sector. Initially, the economy is open and produces only the labor-intensive good. The trade regime is modeled as a move to a closed economy. The model produces results consistent with the Latin American experience. Specifically, a Sufficiently small Country experiences no long-run income growth, but an increase in capital. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.