Complex organization of CTF/NF-I, C/EBP, and HNF3 binding sites within the promoter of the liver-specific vitellogenin gene.

Vitellogenin genes are expressed specifically in the liver of female oviparous vertebrates under the strict control of estrogen. To explain this tissue-specific expression, we performed a detailed analysis of the Xenopus laevis vitellogenin gene B1 promoter by DNase I footprinting and gel mobility-shift assays. We characterized five binding sites for the ubiquitous factor CTF/NF-I. Two of these sites are close to the TATA-box, whereas the others are located on both sides of the estrogen responsive unit formed by two imperfect estrogen response elements. Moreover two liver-enriched factors, C/EBP and HNF3, were found to interact with multiple closely spaced proximal promoter elements in the first 100 base pairs upstream of the TATA-box. To confirm the physiological significance of this in vitro analysis, in vivo DNase I footprinting experiments were carried out using the ligation-mediated polymerase chain reaction technique. The various cis-elements characterized in vitro as binding sites for known transcription factors and more particularly for liver-enriched transcription factors are efficiently recognized in vivo as well, suggesting that they play an important role in the control of the liver-specific vitellogenin gene B1 expression.

The complex organization of human cognitive domains and their heritability: a systematic review

Una revisión sistemática de la organización compleja de los dominios cognitivos humanos y su heredabilidad. Antecedentes: se ha propuesto que la estructura de la cognición humana respondería a un sistema jerárquico, donde las secuencias propias a una acción se organizarían desde sub-unidades de análisis hasta funciones de nivel superior relativamente complejas. Esta estructura organizacional estaría reflejada en las representaciones neurales que subyacen al comportamiento humano, así como también en sus sustratos genéticos. El objetivo del presente estudio fue explorar la posible organización jerárquica de las influencias genéticas subyacentes a los dominios cognitivos humanos. Método: se revisaron treinta y cuatro estudios de la heredabilidad de la cognición en muestras de la población general, que incluyeron medidas de inteligencia, habilidades verbales y manipulativas, memoria, memoria de trabajo y velocidad de procesamiento. Resultados: diversos dominios cognitivos mostraron distintas proporciones de influencias genéticas, con las mayores estimaciones de heredabilidad halladas para las funciones cognitivas de nivel superior y las menores estimaciones para las funciones de orden medio o inferior. Conclusiones: tomando como referencia los conocimientos actuales acerca del neurodesarrollo humano, las contribuciones genéticas de las habilidades cognitivas parecen organizarse paralelamente al crecimiento ontogénico del cerebro. Se discuten estos resultados en relación a la interacción entre el control genético de las funciones cognitivas y sus influencias ambientales.

A systematic review of the complex organization of human cognitive domains and their heritability

Resumen tomado de la publicación

Intrinsic organization of the suprachiasmatic nucleus in the capuchin monkey

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Intrinsic organization of the suprachiasmatic nucleus in the capuchin monkey

The suprachiasmatic nucleus (SCN), which is the main circadian biological clock in mammals, is composed of multiple cells that function individually as independent oscillators to express the self-sustained mRNA and protein rhythms of the so-called clock genes. Knowledge regarding the presence and localization of the proteins and neuroactive substances of the SCN are essential for understanding this nucleus and for its successful manipulation. Although there have been advances in the investigation of the intrinsic organization of the SCN in rodents, little information is available in diurnal species, especially in primates. This study, which explores the pattern of expression and localization of PER2 protein in the SCN of capuchin monkey, evaluates aspects of the circadian system that are common to both primates and rodents. Here, we showed that PER2 protein immunoreactivity is higher during the light phase. Additionally, the complex organization of cells that express vasopressin, vasoactive intestinal polypeptide, neuron-specific nuclear protein, calbindin and calretinin in the SCN, as demonstrated by their immunoreactivity, reveals an intricate network that may be related to the similarities and differences reported between rodents and primates in the literature.

Chromosome-specific molecular organization of maize (Zea mays L.) centromeric regions

A set of oat–maize chromosome addition lines with individual maize (Zea mays L.) chromosomes present in plants with a complete oat (Avena sativa L.) chromosome complement provides a unique opportunity to analyze the organization of centromeric regions of each maize chromosome. A DNA sequence, MCS1a, described previously as a maize centromere-associated sequence, was used as a probe to isolate cosmid clones from a genomic library made of DNA purified from a maize chromosome 9 addition line. Analysis of six cosmid clones containing centromeric DNA segments revealed a complex organization. The MCS1a sequence was found to comprise a portion of the long terminal repeats of a retrotransposon-like repeated element, termed CentA. Two of the six cosmid clones contained regions composed of a newly identified family of tandem repeats, termed CentC. Copies of CentA and tandem arrays of CentC are interspersed with other repetitive elements, including the previously identified maize retroelements Huck and Prem2. Fluorescence in situ hybridization revealed that CentC and CentA elements are limited to the centromeric region of each maize chromosome. The retroelements Huck and Prem2 are dispersed along all maize chromosomes, although Huck elements are present in an increased concentration around centromeric regions. Significant variation in the size of the blocks of CentC and in the copy number of CentA elements, as well as restriction fragment length variations were detected within the centromeric region of each maize chromosome studied. The different proportions and arrangements of these elements and likely others provide each centromeric region with a unique overall structure.

Etude des propriétés dynamiques de la sécrétion régulée des vésicules glutamatergiques des astrocytes

RESUME GRAND PUBLICLe cerveau est composé de différents types cellulaires, dont les neurones et les astrocytes. Faute de moyens pour les observer, les astrocytes sont très longtemps restés dans l'ombre alors que les neurones, bénéficiant des outils ad hoc pour être stimulés et étudiés, ont fait l'objet de toutes les attentions. Le développement de l'imagerie cellulaire et des outils fluorescents ont permis d'observer ces cellules non électriquement excitables et d'obtenir des informations qui laissent penser que ces cellules sont loin d'être passives et participent activement au fonctionnement cérébral. Cette participation au fonctionnement cérébral se fait en partie par le biais de la libération de substances neuro-actives (appellées gliotransmetteurs) que les astrocytes libèrent à proximité des synapses permettant ainsi de moduler le fonctionnement neuronal. Cette libération de gliotransmetteurs est principalement causée par l'activité neuronale que les astrocytes sont capables de sentir. Néanmoins, nous savons encore peu de chose sur les propriétés précises de la libération des gliotransmetteurs. Comprendre les propriétés spatio-temporelles de cette libération est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. En utilisant des outils fluorescents récemment développés et en combinant différentes techniques d'imagerie cellulaire, nous avons pu obtenir des informations très précises sur la libération de ces gliotransmetteurs par les astrocytes. Nous avons ainsi confirmé que cette libération était un processus très rapide et qu'elle était contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit une organisation complexe de la machinerie supportant la libération des gliotransmetteurs. Cette organisation complexe semble être à la base de la libération extrêmement rapide des gliotransmetteurs. Cette rapidité de libération et cette complexité structurelle semblent indiquer que les astrocytes sont des cellules particulièrement adaptées à une communication rapide et qu'elles peuvent, au même titre que les neurones dont elles seraient les partenaires légitimes, participer à la transmission et à l'intégration de l'information cérébrale.RESUMEDe petites vésicules, les « SLMVs » ou « Synaptic Like MicroVesicles », exprimant des transporteurs vésiculaires du glutamate (VGluTs) et libérant du glutamate par exocytose régulée, ont récemment été décrites dans les astrocytes en culture et in situ. Néanmoins, nous savons peu de chose sur les propriétés précises de la sécrétion de ces SLMVs. Contrairement aux neurones, le couplage stimulussécrétion des astrocytes n'est pas basé sur l'ouverture des canaux calciques membranaires mais nécessite l'intervention de seconds messagers et la libération du calcium par le reticulum endoplasmique (RE). Comprendre les propriétés spatio-temporelles de la sécrétion astrocytaire est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. Nous avons utilisé des outils fluorescents récemment développés pour étudier le recyclage des vésicules synaptiques glutamatergiques comme les colorants styryles et la pHluorin afin de pouvoir suivre la sécrétion des SLMVs à l'échelle de la cellule mais également à l'échelle des évènements. L'utilisation combinée de l'épifluorescence et de la fluorescence à onde évanescente nous a permis d'obtenir une résolution temporelle et spatiale sans précédent. Ainsi avons-nous confirmé que la sécrétion régulée des astrocytes était un processus très rapide (de l'ordre de quelques centaines de millisecondes). Nous avons découvert que cette sécrétion est contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit des compartiments cytosoliques délimités par le RE à proximité de la membrane plasmique et contenant les SLMVs. Cette organisation semble être à la base du couplage rapide entre l'activation des GPCRs et la sécrétion. L'existence de compartiments subcellulaires indépendants permettant de contenir les messagers intracellulaires et de limiter leur diffusion semble compenser de manière efficace la nonexcitabilité électrique des astrocytes. Par ailleurs, l'existence des différents pools de vésicules recrutés séquentiellement et fusionnant selon des modalités distinctes ainsi que l'existence de mécanismes permettant le renouvellement de ces pools lors de la stimulation suggèrent que les astrocytes peuvent faire face à une stimulation soutenue de leur sécrétion. Ces données suggèrent que la libération de gliotransmetteurs par exocytose régulée n'est pas seulement une propriété des astrocytes en culture mais bien le résultat d'une forte spécialisation de ces cellules pour la sécrétion. La rapidité de cette sécrétion donne aux astrocytes toutes les compétences pour pouvoir intervenir de manière active dans la transmission et l'intégration de l'information.ABSTRACTRecently, astrocytic synaptic like microvesicles (SLMVs), that express vesicular glutamate transporters (VGluTs) and are able to release glutamate by Ca2+-dependent regulated exocytosis, have been described both in tissue and in cultured astrocytes. Nevertheless, little is known about the specific properties of regulated secretion in astrocytes. Important differences may exist between astrocytic and neuronal exocytosis, starting from the fact that stimulus-secretion coupling in astrocytes is voltage independent, mediated by G-protein-coupled receptors and the release of Ca2+ from internal stores. Elucidating the spatiotemporal properties of astrocytic exo-endocytosis is, therefore, of primary importance for understanding the mode of communication of these cells and their role in brain signaling. We took advantage of fluorescent tools recently developed for studying recycling of glutamatergic vesicles at synapses like styryl dyes and pHluorin in order to follow exocytosis and endocytosis of SLMVs at the level of the entire cell or at the level of single event. We combined epifluorescence and total internal reflection fluorescence imaging to investigate, with unprecedented temporal and spatial resolution, the events underlying the stimulus-secretion in astrocytes. We confirmed that exo-endocytosis process in astrocytes proceeds with a time course on the millisecond time scale. We discovered that SLMVs exocytosis is controlled by local and fast Ca2+ elevations; indeed submicrometer cytosolic compartments delimited by endoplasmic reticulum (ER) tubuli reaching beneath the plasma membrane and containing SLMVs. Such complex organization seems to support the fast stimulus-secretion coupling reported here. Independent subcellular compartments formed by ER, SLMVs and plasma membrane containing intracellular messengers and limiting their diffusion seem to compensate efficiently the non-electrical excitability of astrocytes. Moreover, the existence of two pools of SLMVs which are sequentially recruited suggests a compensatory mechanisms allowing the refill of SLMVs and supporting exocytosis process over a wide range of multiple stimuli. These data suggest that regulated secretion is not only a feature of cultured astrocytes but results from a strong specialization of these cells. The rapidity of secretion demonstrates that astrocytes are able to actively participate in brain information transmission and processing.

Defining secretion processes in astrocytes

During the last decade, evidence that release of chemical transmitters from astrocytes might modulate neuronal activity (the so-called "gliotransmission") occurs in situ has been extensively provided. Nevertheless, gliotransmission remains a highly debated topic because of the lack of direct morphological and functional evidence. Here we provided new information supporting gliotransmission, by i) deepen knowledge about specific properties of regulated secretion of glutamatergic SLMVs, and ii) investigating the involvement of astrocytes in the transmission of dopamine, a molecule whose interaction with astrocytes is likely to occur, but it's still not proven.¦VGLUT-expressing glutamatergic SLMVs have been previously identified both in situ and in vitro, but description of kinetics of release were still lacking. To elucidate this issue, we took advantage of fluorescent tools (styryl dyes and pHluorin) and adapted experimental paradigms and analysis methods previously developed to study exo-endocytosis and recycling of glutamatergic vesicles at synapses. Parallel use of EPIfluorescence and total internal reflection (TIRF) imaging allowed us to find that exo-endocytosis processes in astrocytes are extremely fast, with kinetics in the order of milliseconds, able to sustain and follow neuronal signalling at synapses. Also, exocytosis of SLMVs is under the control of fast, localized Ca2+ elevations in close proximity of SLMVs and endoplasmatic reticulum (ER) tubules, the intracellular calcium stores. Such complex organization supports the fast stimulus-secretion coupling we described; localized calcium elevations have been recently observed in astrocytes in situ, suggesting that these functional microdomains might be present in the intact tissue. In the second part of the work, we investigated whether astrocytes possess some of the benchmarks of brain dopaminergic cells. It's been known for years that astrocytes are able to metabolize monoamines by the enzymes MAO and COMT, but to date no clear information that glial cells are able to uptake and store monoamines have been provided. Here, we identified a whole apparatus for the storage, degradation and release of monoamines, at the ultrastructural level. Electron microscopy immunohistochemistry allowed us to visualize VMAT2- and dopamine-positive intracellular compartments within astrocytic processes, i.e. dense -core granules and cisterns. These organelles might be responsible for dopamine release and storage, respectively; interestingly, this intracellular distribution is reminiscent of VMAT2 expression in dendrites if neurons, where dopamine release is tonic and plays a role in the regulation of its a basal levels, suggesting that astrocytic VMAT2 is involved in the homeostasis of dopamine in healthy brains of adult mammals.¦Durant cette dernière décennie, de nombreux résultats sur le relâchement des transmetteurs par les astrocytes pouvant modulé l'activité synaptique (gliotransmission) ont été fournis. Néanmoins, la gliotransmission reste un processus encore très débattu, notamment à cause de l'absence de preuves directes, morphologique et fonctionnelle démontrant ce phénomène. Nous présentons dans nos travaux de nombreux résultats confortant l'hypothèse de la gliotransmission, dont i) une étude approfondie sur les propriétés spatiales et temporelles de la sécrétion régulée du glutamate dans les astrocytes, et ii) une étude sur la participation des astrocytes dans la transmission de la dopamine, une neuromodulateur dont l'interaction avec les astrocytes est fortement probable, mais qui n'a encore jamais été prouvée. L'expression des petites vésicules (SLMVs - Synaptic Like Micro Vesicles) glutamatergiques exprimant les transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUTs) dans les astrocytes a déjà été prouvé tant in situ qu'in vitro. Afin de mettre en évidence les propriétés précises de la sécrétion de ces organelles, nous avons adapté à nos études des méthodes expérimentales conçues pour observer les processus de exocytose et endocytose dans les neurones. Les résolutions spatiale et temporelle obtenues, grâce a l'utilisation en parallèle de l'épi fluorescence et de la fluorescence a onde évanescente (TIRF), nous ont permis de montrer que la sécrétion régulée dans les astrocytes est un processus extrêmement rapide (de l'ordre de la milliseconde) et qu'elle est capable de soutenir et de suivre la transmission de signaux entre neurones. Nous avons également découvert que cette sécrétion a lieu dans des compartiments subcellulaires particuliers où nous observons la présence du reticulum endoplasmique (ER) ainsi que des augmentations rapides de calcium. Cette organisation spatiale complexe pourrait être la base morphologique du couplage rapide entre le stimulus et la sécrétion. Par ailleurs, plusieurs études récentes in vivo semblent confirmer l'existence de ces compartiments. Depuis des années nous savons que les astrocytes sont capables de métaboliser les monoamines par les enzymes MAO et COMT. Nous avons donc fourni de nouvelles preuves concernant la présence d'un appareil de stockage dans les astrocytes participant à la dégradation et la libération de monoamines au niveau ultrastructurelle. Grâce à la microscopie électronique, nous avons découvert la présence de compartiments intracellulaires exprimant VMAT2 dans les processus astrocytaires, sous forme de granules et des citernes. Ces organelles pourraient donc être responsables à la fois du relâchement et du stockage de la dopamine. De manière surprenante, cette distribution intracellulaire est similaire aux dendrites des neurones exprimant VMAT2, où la dopamine est libérée de façon tonique permettant d'agir sur la régulation de ses niveaux de base. Ces résultats, suggèrent une certaine participation des VMAT2 présents dans les astrocytes dans le processus d'homéostase de la dopamine dans le cerveau.¦A de nombreuses reprises, dans des émissions scientifiques ou dans des films, il est avancé que les hommes n'utilisent que 10% du potentiel de leur cerveau. Cette légende provient probablement du fait que les premiers chercheurs ayant décrit les cellules du cerveau entre le XIXème et le XXeme siècle, ont montré que les neurones, les cellules les plus connues et étudiées de cet organe, ne représentent seulement que 10% de la totalité des cellules composant du cerveau. Parmi les 90% restantes, les astrocytes sont sans doute les plus nombreuses. Jusqu'au début des années 90, les astrocytes ont été plutôt considérés peu plus que du tissu conjonctif, ayant comme rôles principaux de maintenir certaines propriétés physiques du cerveau et de fournir un support métabolique (énergie, environnement propre) aux neurones. Grace à la découverte que les astrocytes ont la capacité de relâcher des substances neuro-actives, notamment le glutamate, le rôle des astrocytes dans le fonctionnement cérébral a été récemment reconsidérée.¦Le rôle du glutamate provenant des astrocytes et son impact sur la fonctionnalité des neurones n'a pas encore été totalement élucidé, malgré les nombreuses publications démontrant l'importance de ce phénomène en relation avec différentes fonctions cérébrales. Afin de mieux comprendre comment les astrocytes sont impliqués dans la transmission cérébrale, nous avons étudié les propriétés spatio-temporelles de cette libération grâce à l'utilisation des plusieurs marqueurs fluorescents combinée avec différentes techniques d'imagerie cellulaires. Nous avons découvert que la libération du glutamate par les astrocytes (un processus maintenant appelé "gliotransmission") était très rapide et contrôlée par des augmentations locales de calcium. Nous avons relié ces phénomènes à des domaines fonctionnels subcellulaires morphologiquement adaptés pour ce type de transmission. Plus récemment, nous avons concentré nos études sur un autre transmetteur très important dans le fonctionnement du cerveau : la dopamine. Nos résultats morphologiques semblent indiquer que les astrocytes ont la capacité d'interagir avec ce transmetteur, mais d'une manière différente comparée au glutamate, notamment en terme de rapidité de transmission. Ces résultats suggèrent que le astrocytes ont la capacité de modifier leurs caractéristiques et de s'adapter à leur environnement par rapport aux types de transmetteur avec lequel ils doivent interagir.

Coevolutionary networks: a novel approach to understanding the relationships of humans with the infectious agents

Human organism is interpenetrated by the world of microorganisms, from the conception until the death. This interpenetration involves different levels of interactions between the partners including trophic exchanges, bi-directional cell signaling and gene activation, besides genetic and epigenetic phenomena, and tends towards mutual adaptation and coevolution. Since these processes are critical for the survival of individuals and species, they rely on the existence of a complex organization of adaptive systems aiming at two apparently conflicting purposes: the maintenance of the internal coherence of each partner, and a mutually advantageous coexistence and progressive adaptation between them. Humans possess three adaptive systems: the nervous, the endocrine and the immune system, each internally organized into subsystems functionally connected by intraconnections, to maintain the internal coherence of the system. The three adaptive systems aim at the maintenance of the internal coherence of the organism and are functionally linked by interconnections, in such way that what happens to one is immediately sensed by the others. The different communities of infectious agents that live within the organism are also organized into functional networks. The members of each community are linked by intraconnections, represented by the mutual trophic, metabolic and other influences, while the different infectious communities affect each other through interconnections. Furthermore, by means of its adaptive systems, the organism influences and is influenced by the microbial communities through the existence of transconnections. It is proposed that these highly complex and dynamic networks, involving gene exchange and epigenetic phenomena, represent major coevolutionary forces for humans and microorganisms.

Social Dynamics in Paper Wasps: The case of nest-drifting in Polistes canadensis

Le passage de la vie solitaire à la vie sociale représente une des principales transitions évolutives. La socialité a évolué au sein de plusieurs taxons du règne animal et notamment chez les insectes sociaux qui ont atteint son niveau le plus élevé : l'eusocialité. Les colonies d'insectes sociaux se composent d'une reine, qui monopolise la reproduction, et d'ouvrières, non-reproductrices ou parfois stériles, qui aident à élever la descendance de la reine. Selon la théorie de la sélection de parentèle, les ouvrières augmentent leur fitness (succès reproducteur) non pas à travers leur propre progéniture, mais en aidant des individus apparentés (leur reine) à produire davantage de descendants. Cette théorie prédit ainsi que les ouvrières ont un intérêt à rester fidèles à leur nid natal. Toutefois, chez la guêpe tropicale Polistes canadensis, de nombreuse ouvrières visitent d'autres nids que leur nid natal : un phénomène appelé « dérive des ouvrières ». Le but de ce doctorat est ainsi de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans ce comportement particulier des ouvrières ainsi que ces implications pour la théorie de la sélection de parentèle. Nous avons examiné le comportement de dérive des ouvrières à travers une étude des dynamiques sociales chez la guêpe tropicale P. canadensis. Mes résultats montrent que les populations de P. canadensis se composent en différentes agrégations de nids. Malgré de précédentes suggestions, on n'observe qu'une faible viscosité génétique au sein des populations de P. canadensis étudiées. On retrouve toutefois un degré d'apparentement entre nids d'une même agrégation. Ceci suggère que les ouvrières dériveuses sont susceptibles de bénéficier de fitness indirect en aidant les nids proches géographiquement. De plus, ces échanges d'ouvrières ne semblent pas accidentels puisque l'on constate des variations de taux de dérive et puisque les déplacements observés entre nids persistent sur plusieurs périodes de temps. La charge de travail, qui correspond aux différences d'effort de fourragement entre nid visités et natals, est décrite dans notre étude comme potentiel facteur expliquant le comportement de dérive des ouvrières chez P. canadensis. Nos expériences de retrait d'ouvrières et de couvain ont révélées que les dériveuses ne semblent pas répondre aux changements de besoins en aide des nids visités. Les ouvrières dériveuses biaisent leur effort en aidant leur propre nid, par lequel elles bénéficient le plus en termes de fitness indirect, avant de se consacrer à tout autre nid. Dans l'ensemble, ces résultats sur la dérive des ouvrières chez P. canadensis sont cohérents et suggèrent que ce comportement est une importante stratégie de reproduction alternative chez cette espèce qui contribue à la fitness indirecte de ces ouvrières non-reproductrices. De plus, ce doctorat apporte des informations sur la structure génétique des populations de guêpes Polistes et décrit le rôle des ouvrières inactives. Celles-ci semblent servir de réserve en ouvrières apportant du support à la colonie dans l'éventualité d'une perte d'individus. Plus généralement, ce travail met l'accent sur l'organisation complexe et l'adaptabilité des individus dans les sociétés d'insectes. - One major transition in evolution is the shift from solitary to social life. Sociality has evolved in a few taxa of the animal kingdom, most notably in the social insects which have achieved the highest level of sociality: eusociality. Colonies of social insects are formed by a reproductive queen, and many non-reproductive or sterile workers who help raise their mother queen's offspring. Kin selection theory explains worker behaviour in terms of the indirect fitness they gain from raising non-offspring kin. It therefore predicts that workers should stay faithful to their natal nests, to which they are the more related. However, in the tropical paper wasps Polistes canadensis, high levels of nest-drifting, whereby workers spend time on other neighbouring nests, has been reported. This PhD aimed at understanding the mechanisms involved in this peculiar behaviour as well as its implications for kin selection theory. I examined nest-drifting through the study of the social dynamics of the tropical paper wasp P. canadensis. My results showed that populations of this species of paper wasps are composed of different aggregations of nests. The studied populations showed little limited dispersal (viscosity), despite previous suggestion, but nests within these aggregations were more related to each other than nests outside of aggregations. This suggested that drifters may benefit from indirect fitness when helping on neighbouring nests. Drifting was unlikely to be accidental since we found drifting patterns at various rates and consistently over several time periods during monitoring. Workload (differences in colony-level foraging effort) was also a potential factor explaining nest-drifting in P. canadensis. Worker and brood removal experiments revealed that drifters do not respond to any changes in the need for help in the non-natal nests they visit. Drifters thus bias their help in their natal nests, from which they may benefit the most in terms of indirect fitness, before investing in others. Altogether, these results on nest-drifting in P. canadensis are consistent and suggest that nest-drifting is an important alternative reproductive strategy, contributing to the indirect fitness benefits gained by non-reproductive wasps. Additionally, this PhD provides information on the genetic structure of paper wasps' populations and demonstrates the role of inactive or lazy wasps as a "reserve worker force", which provides resilience to the colony in the event of worker mortality. More generally, this work further highlights the complex organization and adaptability of individuals in insect societies.

When several queens reign: how polygyny affects social life in ants

Astract: The aim of this thesis was to investigate how the presence of multiple queens (polygyny) affects social organization in colonies of the ant Formica exsecta. This is important because polygyny results in reduced relatedness among colony members and therefore reflects a potential paradox for altruistic cooperation being explained by inclusive fitness theory. The reason for this is that workers in polygynous colonies rear no longer only their siblings (high inclusive fitness gain) but also more distantly ox even unrelated brood (low or no inclusive fitness gain). All research projects conducted in this thesis are novel and significant contributions to the understanding of the social evolution of insect societies. We used a mixture of experimental and observational methodologies in laboratory and field colonies of F. exsecta to examine four important aspects of social life that are impacted by polygyny. First, we investigated the influence of queen number on colony sex allocation and found that the number of queens present in a colony significantly affects colony sex ratio investment. The data were consistent with the queen-replenishment hypothesis, which is based on the observation that newly mated queens are often recruited back to their parental nest. According to this theory, colonies containing many queens should only produce males due to local resource competition (i.e. related queens compete for common resources), whereas colonies hosting few queens benefit most from producing new queens to ensure colony survival. Second, we examined how reproduction is partitioned among nestmate queens. We detected a novel pattern of reproductive partitioning whereby a high proportion of queens were completely specialized in the production of only a subset of offspring classes produced within a colony, which might translate into great differences in reproductive success between queens. Third, we could demonstrate that F. exsecta workers indiscriminately reared highly related and unrelated brood although such nepotistic behaviour (preferential rearing of relatives) would be predicted by inclusive fitness theory. The absence of nepotism is probably best explained by its negative effects on overall colony efficiency. Finally, we conducted a detailed population genetic analysis, which revealed that the genetic population structure is different for queens and workers. Our data were best explained with queens forming family-based groups (multicolonial population structure), whereas workers from several nests seemed to be grouped into larger unites (unicolonial population structure) with workers moving freely between neighbouring nests. Altogether, the presented work significantly increased our understanding of the complex organization of polygynous social insect colonies and shows how an important life history trait such as queen number affects social organization at various levels. Résumé: Le but de cette thèse était d'étudier comment la présence de plusieurs reines par colonie (polygynie) influence la vie sociale chez la fourmi Formica exsecta. Ce sujet est important parce que la polygynie chez les insectes sociaux présente un passible paradoxe au niveau de la théorie du "fitness inclusive". Ce paradoxe est basé sur le fait que les ouvrières n'élèvent plus uniquement leurs frères et soeurs (gain de "fitness inclusive" maximale), mais également des individus moins ou pas du tout apparentés (gain de "fitness inclusive" réduit ou absent). Tous les projets de recherche présentés au cours de cette thèse apportent une meilleure compréhension et connaissance au niveau de l'organisation des colonies chez les insectes sociaux. Nous avons employé des méthodes d'observation et de laboratoire afin de mettre en évidence des aspects importants de la vie sociale chez les fourmis influencés par la polygynie. Quatre aspects ont été caractérisés : (1) l'influence du nombre de reines sur le sexe ratio produit par la colonie. Nous avons démontré que les colonies contenant beaucoup de reines produisaient rarement des reines tandis que les colonies contenant peu de reines souvent investissaient beaucoup de ressources dans la production des reines. Ces résultats sont en accord avec la "queen-replenishment hypothesis" qui est basé sur l'observation que les nouvelles reines sont recrutées dans la colonie où elles étaient nées. Cette hypothèse postule que la production des reines est défavorable dans les colonies contenant beaucoup de reines, parce que ces reines apparentées, rentrent en compétition pour des ressources communes. Au contraire, la production des reines est favorable dans des colonies contenant peu de reines afin d'assurer la survie de la colonie ; (2) comment les reines dans une colonie répartissent leur reproduction. Nous avons mis en évidence un nouveau pattern de cette répartition où une grande proportion de reines est complètement spécialisée dans la production d'un seul type de couvain ce qui probablement aboutit à des différences significatives entre reines dans le succès reproducteur ; (3) la capacité des ouvrières à discriminer un couvain de soeur d'un couvain non apparenté. Les résultats ont montré que les ouvrières ne font pas de discrimination entre le couvain de soeur et le couvain non apparenté ce qui n'est pas en accord avec la théorie de la "fitness inclusive". Cette absence de discrimination est probablement due à des effets négatifs comme par exemple la diminution de la production du couvain; (4) la structure génétique d'une population de F. exsecta. Nous avons mis en évidence que la structure génétique entre des groupes de reines est significativement différente de la structure génétique entre des groupes d'ouvrières. Les données suggèrent que les reines forment des groupes basés sur une structure familiale tandis que les ouvrières sont groupées dans des unités plus grandes.

Tietojärjestelmän kehitystyö, vaatimusmäärittely ja toteutustavan selvitys, case: Tiedonhaun opetus

Tässä diplomityössä tarkastellaan tietojärjestelmän kehitystyötä, vaatimusmäärittelyä ja toteutustavan selvitystä monimutkaisen organisaation näkökulmasta. Työn tavoitteena on tehdä tiedonhaun opetukseen liittyvän tietojärjestelmän esitutkimus, vaatimusmäärittely ja toteutustavan arviointi. Tietojärjestelmän kehitystyötä tarkastellaan vesiputous-vaihejakomalliin kuuluvien eri vaiheiden avulla. Tietojärjestelmän vaatimusmäärittelyä tarkastellaan sen tavoitteiden, vaiheiden ja erilaisten vaatimusten kautta. Lisäksi tutkitaan kehysorganisaation vaikutusta tietojärjestelmän kehitystyöhön ja vaatimusmäärittelyyn. Työn tuloksista oli nähtävissä, että kehysorganisaatio ja sen monimutkaisuus vaikuttavat tietojärjestelmän kehitystyöhön ja sitä kautta vaatimusmäärittelyn tekemiseen monin tavoin. Nykyisten tietojärjestelmän kehitystyömallien lisäksi on jouduttu miettimään uusia keinoja siihen, miten tekniset vaatimukset yhdistetään liiketaloudellisiin ja organisatorisiin ongelmiin. Työn empiirisen osuuden tuloksena kerättiin Tiedonhaun opetus -tietojärjestelmän vaatimusmäärittelyyn tarvittavat tiedot. Lisäksi selvitettiin miten ja millä resursseilla esitetyn mukainen tietojärjestelmä olisi mahdollista toteuttaa. Erillistä vaatimusmäärittelydokumenttia ei toteutettu, koska tietojärjestelmän mahdolliseksi toteutustavaksi erottui kaksi toisistaan poikkeavaa vaihtoehtoa. Vaatimusmäärittelydokumentin tarkempi muoto hahmottuu sitten, kun tietojärjestelmän toteutustavan periaatteet ovat selvillä.

Supercomplexes multifonctionnels chez les mitochondries, et chez E. coli

Les processus mitochondriaux tels que la réplication et la traduction sont effectués par des complexes multiprotéiques. Par contre, le métabolisme et la voie de maturation des ARN mitochondriaux (p. ex précurseurs des ARNt et des ARNr) sont habituellement traités comme une suite de réactions catalysées par des protéines séparées. L’exécution fidèle et optimale de ces processus mitochondriaux, exige un couplage étroit nécessaire pour la canalisation des intermédiaires métaboliques. Or, les évidences en faveur de l'interconnexion postulée de ces processus cellulaires sont peu nombreuses et proviennent en grande partie des interactions protéine-protéine. Contrairement à la perception classique, nos résultats révèlent l’organisation des fonctions cellulaires telles que la transcription, la traduction, le métabolisme et la régulation en supercomplexes multifonctionnels stables, dans les mitochondries des champignons (ex Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus nidulans et Neurospora crassa), des animaux (ex Bos taurus), des plantes (B. oleracea et Arabidopsis thaliana) et chez les bactéries (ex E. coli) à partir desquelles les mitochondries descendent. La composition de ces supercomplexes chez les champignons et les animaux est comparable à celle de levure, toutefois, chez les plantes et E. coli ils comportent des différences notables (ex, présence des enzymes spécifiques à la voie de biosynthèse des sucres et les léctines chez B. oleracea). Chez la levure, en accord avec les changements dûs à la répression catabolique du glucose, nos résultats révèlent que les supercomplexes sont dynamiques et que leur composition en protéines dépend des stimulis et de la régulation cellulaire. De plus, nous montrons que l’inactivation de la voie de biosynthèse des lipides de type II (FASII) perturbe l’assemblage et/ou la biogenèse du supercomplexe de la RNase P (responsable de la maturation en 5’ des précurseurs des ARNt), ce qui suggère que de multiples effets pléiotropiques peuvent être de nature structurale entre les protéines. Chez la levure et chez E. coli, nos études de la maturation in vitro des précurseurs des ARNt et de la protéomique révèlent l’association de la RNase P avec les enzymes de la maturation d’ARNt en 3’. En effet, la voie de maturation des pré-ARNt et des ARNr, et la dégradation des ARN mitochondriaux semblent êtres associées avec la machinerie de la traduction au sein d’un même supercomplexe multifonctionnel dans la mitochondrie de la levure. Chez E. coli, nous avons caractérisé un supercomplexe similaire qui inclut en plus de la RNase P: la PNPase, le complexe du RNA degradosome, l’ARN polymérase, quatre facteurs de transcription, neuf aminoacyl-tRNA synthétases, onze protéines ribosomiques, des chaperons et certaines protéines métaboliques. Ces résultats supposent l’association physique de la transcription, la voie de maturation et d’aminoacylation des ARNt, la dégradation des ARN. Le nombre de cas où les activités cellulaires sont fonctionnellement et structurellement associées est certainement à la hausse (ex, l’éditosome et le complexe de la glycolyse). En effet, l’organisation en supercomplexe multifonctionnel représente probablement l’unité fonctionnelle dans les cellules et les analyses de ces super-structures peuvent devenir la prochaine cible de la biologie structurale.

A proteome-wide strategy reveals a novel mechanism of control of cell cycle progression through modulation of cyclin mRNA stability

La quantité de données générée dans le cadre d'étude à grande échelle du réseau d'interaction protéine-protéine dépasse notre capacité à les analyser et à comprendre leur sens; d'une part, par leur complexité et leur volume, et d'un autre part, par la qualité du jeu de donnée produit qui semble bondé de faux positifs et de faux négatifs. Cette dissertation décrit une nouvelle méthode de criblage des interactions physique entre protéines à haut débit chez Saccharomyces cerevisiae, la complémentation de fragments protéiques (PCA). Cette approche est accomplie dans des cellules intactes dans les conditions natives des protéines; sous leur promoteur endogène et dans le respect des contextes de modifications post-traductionnelles et de localisations subcellulaires. Une application biologique de cette méthode a permis de démontrer la capacité de ce système rapporteur à répondre aux questions d'adaptation cellulaire à des stress, comme la famine en nutriments et un traitement à une drogue. Dans le premier chapitre de cette dissertation, nous avons présenté un criblage des paires d'interactions entre les protéines résultant des quelques 6000 cadres de lecture de Saccharomyces cerevisiae. Nous avons identifié 2770 interactions entre 1124 protéines. Nous avons estimé la qualité de notre criblage en le comparant à d'autres banques d'interaction. Nous avons réalisé que la majorité de nos interactions sont nouvelles, alors que le chevauchement avec les données des autres méthodes est large. Nous avons pris cette opportunité pour caractériser les facteurs déterminants dans la détection d'une interaction par PCA. Nous avons remarqué que notre approche est sous une contrainte stérique provenant de la nécessité des fragments rapporteurs à pouvoir se rejoindre dans l'espace cellulaire afin de récupérer l'activité observable de la sonde d'interaction. L'intégration de nos résultats aux connaissances des dynamiques de régulations génétiques et des modifications protéiques nous dirigera vers une meilleure compréhension des processus cellulaires complexes orchestrés aux niveaux moléculaires et structuraux dans les cellules vivantes. Nous avons appliqué notre méthode aux réarrangements dynamiques opérant durant l'adaptation de la cellule à des stress, comme la famine en nutriments et le traitement à une drogue. Cette investigation fait le détail de notre second chapitre. Nous avons déterminé de cette manière que l'équilibre entre les formes phosphorylées et déphosphorylées de l'arginine méthyltransférase de Saccharomyces cerevisiae, Hmt1, régulait du même coup sont assemblage en hexamère et son activité enzymatique. L'activité d'Hmt1 a directement un impact dans la progression du cycle cellulaire durant un stress, stabilisant les transcrits de CLB2 et permettant la synthèse de Cln3p. Nous avons utilisé notre criblage afin de déterminer les régulateurs de la phosphorylation d'Hmt1 dans un contexte de traitement à la rapamycin, un inhibiteur de la kinase cible de la rapamycin (TOR). Nous avons identifié la sous-unité catalytique de la phosphatase PP2a, Pph22, activé par l'inhibition de la kinase TOR et la kinase Dbf2, activé durant l'entrée en mitose de la cellule, comme la phosphatase et la kinase responsable de la modification d'Hmt1 et de ses fonctions de régulations dans le cycle cellulaire. Cette approche peut être généralisée afin d'identifier et de lier mécanistiquement les gènes, incluant ceux n'ayant aucune fonction connue, à tout processus cellulaire, comme les mécanismes régulant l'ARNm.

Restricted expression of NADPH oxidase/peroxidase gene (Duox) in zone VII of the ascidian endostyle

The ascidian Ciona intestinalis, a marine invertebrate chordate, is an emerging model system for developmental and evolutionary studies. The endostyle, one of the characteristic organs of ascidians, is a pharyngeal structure with iodine-concentrating and peroxidase activities and is therefore considered to be homologous to the follicular thyroid of higher vertebrates. We have previously reported that a limited part of the endostyle (zone VII) is marked by the expression of orthologs of the thyroid peroxidase (TPO) and thyroid transcription factor-2 (TTF-2/FoxE) genes. In this study, we have identified the Ciona homolog of NADPH oxidase/peroxidase (Duox), which provides hydrogen peroxide (H2O2) for iodine metabolism by TPO in the vertebrate thyroid. Expression patterns assessed by in situ hybridization have revealed that Ciona Duox (Ci-Duox) is predominantly expressed in the dorsal part of zone VII of the endostyle. Furthermore, two-color fluorescent in situ hybridization with Ci-Duox and Ciona TPO (CiTPO) has revealed that the ventral boundary of the Ci-Duox domain of expression is more dorsal than that of CiTPO. We have also characterized several genes, such as Ci-Fgf8/17/18, 5HT7, and Ci-NK4, which are predominantly expressed in the ventral part of zone VII, in a region complementary to the Ci-Duox expression domain. These observations suggest that, at the molecular level, zone VII has a complex organization that might have some impact on the specification of cell types and functions in this thyroid-equivalent element of the ascidian endostyle.