Laboratoire de Physique Théorique
Thèses en ligne de l'Université Toulouse III - Paul SabatierNot a member yet
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Evaluation des effets chroniques du diclofénac sur un mollusque gastéropode avec des approches physiologiques, comportementales, transcriptomiques et métabolomiques
Get PDFLa contamination environnementale par les médicaments est devenue une préoccupation majeure cette dernière décennie. Parmi ces médicaments, le diclofénac (DCF) est l'une des molécules médicamenteuses les plus consommées et les plus régulièrement identifiées dans l'environnement aquatique. De nombreuses études écotoxicologiques se sont intéressées aux effets de cette molécule sur les espèces aquatiques, marines et dulcicoles, montrant notamment un impact sur la reproduction. Cependant, les études chroniques conduites à concentrations environnementales chez des invertébrés aquatiques sont peu nombreuses, et les mécanismes moléculaires mis en jeu dans les effets observés sont peu compris. Cette thèse a pour objectif d'évaluer l'impact du DCF à concentrations environnementales après une exposition multigénérationnelle chez un gastéropode d'eau douce, Lymnaea stagnalis. Dans ce but, des approches physiologiques, comportementales et moléculaires ont été mises en oeuvre. Les produits de biotransformation du DCF formés chez L. stagnalis après une exposition de 3 et 7 jours à 300 µg/L ont été explorés. Puis une étude multigénérationnelle a été conduite sur 3 générations de limnées exposées à 0,1 ; 2 et 10 µg/L de DCF en explorant l'impact de ce contaminant sur des paramètres physiologiques (éclosion des oeufs, croissance, reproduction) et comportementaux (alimentation, locomotion, réponses au stress lumineux). La génération parentale exposée à 0,1 et 10 µg/L a fait l'objet d'une analyse moléculaire au stade adulte sur deux organes (têtes et appareils reproducteurs). L'étude du métabolisme du DCF chez la limnée a permis de mettre en évidence 19 métabolites du DCF, dont 14 de phase I et 4 de phase II. Parmi ces métabolites, 12 n'avaient jamais été observés chez une espèce aquatique. L'hydroxylation semble être une voie majeure de biotransformation chez cet organisme, avec l'identification de 3 métabolites hydroxylés et 3 dihydroxylés. Lors de l'exposition chronique au DCF, l'éclosion a été impactée par le DCF uniquement dans la génération F2, avec une éclosion des pontes plus rapide (10 µg/L). La croissance des juvéniles a été plus rapide pour la génération parentale (F0) et la génération F2 exposées à toutes les concentrations de DCF ainsi que dans la F1 exposée à 0,1 µg/L. Au contraire, pour la F1 exposée à 2 et 10 µg/L, la croissance a été plus lente. La production de ponte n'a pas été touchée par une exposition au DCF dans la génération parentale, tandis qu'un plus faible nombre d'oeufs par ponte a été observé chez la F1 (2 µg/L) et une quantité de pontes plus importante a été produite par individus dans la F2 (10 µg/L). Le DCF a diminué la prise alimentaire chez les juvéniles de la F0 (2 µg/L) et les adultes de la F1 (0,1 et 2 µg/L), tandis qu'il l'a augmentée chez les adultes de la F2 (10 µg/L). Le DCF a stimulé le comportement locomoteur chez les individus de la F1 (2 et 10 µg/L). Le DCF n'a pas eu d'effet sur la réponse au stress lumineux. Les approches moléculaires non ciblées (transcriptomique, métabolomique) conduites chez les adultes de la génération F0 suggèrent l'induction de neurotoxicité, d'un stress oxydant et un déséquilibre immunitaire. L'osmorégulation pourrait également être altérée, ainsi que le métabolisme énergétique et la reproduction. Cet impact potentiel sur la reproduction n'a pas été mis en évidence sur la génération F0 lors des tests de reproduction mais l'a été sur la descendance, confirmant le potentiel des marqueurs moléculaires comme indicateurs précoces d'effet. L'ensemble de ces résultats nous permet d'avoir une vision plus large des effets chroniques du DCF sur l'environnement aquatique.Pharmaceuticals environmental contamination provoked an increase of concern over the past decade. Among these drugs, diclofenac (DCF) is one of the most consumed and identified in the aquatic environment. Multiple ecotoxicological studies have investigated these contaminant effects on marine and freshwater aquatic species, showing mostly a reproduction impact. However, only a few chronic studies at environmental concentrations has been conducted on aquatic invertebrates, and the molecular mechanisms involved in the effects that have been observed are poorly understood. This thesis aimed to assess DCF impact at environmental concentrations after a multigenerational exposure in the Lymnaea stagnalis freshwater gastropod. For this purpose, physiological, behavioral and molecular approaches were implemented. DCF biotransformation products formed in L. stagnalis after 3 and 7 days of exposure at 300 µg/L were explored. A multigenerational study was then conducted on 3 generations of snails exposed to 0.1, 2 and 10 µg/L DCF concentrations. This contaminant impact was explored on physiological (egg hatching, growth, reproduction) and behavioral (feeding, locomotion, light stress response) parameters. The parental generation exposed to 0.1 and 10 µg/L was analyzed molecularly at the adult stage on 2 organs (heads and reproductive apparatus). The DCF metabolism study in L. stagnalis snail revealed 19 DCF metabolites, 14 of which were phase I and 4 were phase II. Among these metabolites, 12 were observed for the first time in aquatic species. The major biotransformation pathway in this organism appeared to be hydroxylation, with 3 hydroxylated and 3 dihydroxylated identified metabolites. During the chronic DCF exposure, hatching was affected by DCF only in the F2 generation, with a faster egg hatching (10 µg/L). The juvenile growth was faster in the parental generation (F0) and in the F2 generation at all DCF concentrations, as well as in the F1 exposed to 0.1 µg/L. On the contrary, the growth was slower in the F1 exposed to 2 and 10 µg/L. The egg masses production was not impacted by the DCF exposure in the parental generation, while a lower number of eggs per egg mass was observed in the F1 (2 µg/L) and a higher number of egg masses was produced per snail in the F2 (10 µg/L). DCF lowered the feeding rate in the F0 juveniles (2 µg/L) and in the F1 adults (0.1 and 2 µg/L), whereas it increased it in the F2 adults (10 µg/L). DCF stimulated locomotor behavior in F1 individuals (2 and 10 µg/L). DCF did not affect the light stress response. The non-targeted molecular approaches (transcriptomic, metabolomics) conducted on the F0 adult snails suggested neurotoxicity, oxidative stress and immunity imbalance induction. Osmoregulation could be altered, as well as the energy metabolism and the reproduction. This potential impact of DCF on reproduction was not highlighted in the F0 generation reproduction test but was demonstrated on the offspring, thus confirming the molecular markers potential to be early effects indicators. All these results allow us to have a larger view of DCF chronic effects on the aquatic environment
Information auxiliaire non paramétrique : géométrie de l'information, processus empirique et applications
Get PDFLe premier objectif de cette thèse a été de développer une méthode d'injection optimale d'une information auxiliaire c'est à dire une information extérieure à l'expérience statistique observée. Ainsi nous proposons de rechercher la mesure de probabilité discrète ayant pour support l'échantillon vérifiant l'information auxiliaire et qui soit la plus proche de la mesure empirique au sens de la géométrie de l'information. Nous prouvons qu'il existe deux solutions à ce problème et nous montrons qu'il existe aussi une approximation commune explicite et facilement calculable de ces deux solutions. Nous la définissons comme étant la mesure empirique informée. Par la suite, nous étudions les propriétés de cette mesure empirique informée en établissant des résultats non asymptotiques de concentration et asymptotique du type P-Glivenko-Cantelli et P-Donsker. La conséquence majeure d'une information exacte est la diminution uniforme de la variance asymptotique du processus empirique. Le deuxième objectif de cette thèse a été de généraliser la mesure empirique informée à des informations auxiliaires dites faibles (préférence d'un expert par exemple). Après avoir généralisé la mesure empirique informée à ces informations auxiliaires faibles, nous lui étendons des résultats asymptotiques du type P-Glivenko-Cantelli et P-Donsker. Le troisième objectif de cette thèse a été d'étudier l'impact de l'utilisation d'une information auxiliaire fausse et de mettre en place une procédure adaptative permettant de sélectionner les informations auxiliaires pertinentes pour l'estimation d'un paramètre d'intérêt. Enfin nous terminons cette thèse en proposant des applications de la mesure empirique informée à des problèmes variés issus de la statistique et de la simulation stochastique (utilisation de variables auxiliaires, amélioration de la méthode de Monte-Carlo, maximum de vraisemblance informé, moindres carrés avec informations auxiliaires, apprentissage etc). Ces applications illustrent l'impact positif et relativement immédiat d'une information auxiliaire.The first aim of this thesis was to develop a method for the optimal use of auxiliary information, i.e. information external to the observed statistical experiment. Thus we propose to search for the discrete probability measure that has as support the sample verifying the auxiliary information and that is the closest to the empirical measure in the sense of the information geometry. We prove that there are two solutions to this problem and we show that there is also a common approximation of these two solutions allowing to define the informed empirical measure. Subsequently, we study the properties of this informed empirical measure by establishing non-asymptotic concentration and asymptotic results of the P-Glivenko-Cantelli and P-Donsker type. The major consequence of accurate information is the uniform decrease in the asymptotic variance of the empirical process. The second aim of this thesis was to generalize the empirical informed measure to so-called weak auxiliary information (e.g. expert preference). After generalizing the empirical informed measure to these weak auxiliary information, we establish asymptotic results of the type P-Glivenko-Cantelli and P-Donsker. The third aim of this thesis was to study the impact of using false auxiliary information and to set up an adaptive procedure to select the relevant auxiliary information for the estimation of a parameter of interest. Finally, we conclude this thesis by proposing applications of the informed empirical measure to various problems in statistics and stochastic simulation (use of auxiliary variables, improvement of the Monte Carlo method, informed maximum likelihood, least squares estimator with auxiliary information, learning, etc). These applications illustrate the positive and relatively immediate impact of auxiliary information
Analyse multimodale de situations conflictuelles en contexte véhicule
Get PDFDans cette thèse nous étudions les interactions humaines afin d'identifier des situations conflictuelles dans l'habitacle d'un véhicule. Les humains utilisent le plus communément la vue et l'ouïe pour analyser les interactions. Cette tâche paraît anodine, mais reste complexe pour un modèle d'intelligence artificielle. Celui-ci doit capturer les informations vidéo et audio et les analyser pour prédire une situation conflictuelle. Notre approche est nouvelle en regard des recherches réalisées jusque-là sur ce sujet puisque les passagers sont contraints dans leurs mouvements dans l'habitacle et que la puissance de calcul embarqué pour cette tâche est limitée. Aucuns travaux, à notre connaissance, ne se sont intéressés à l'analyse des interactions humaines pour la détection de situations conflictuelles dans ce contexte et avec ces contraintes. Nos investigations s'appuient tout d'abord sur un corpus public d'analyse de sentiment pour se comparer à la littérature. Nous implémentons un modèle capable d'ingérer des données vidéo, audio et textes (transcription de l'audio) pour les fusionner et prendre une décision. Dans notre contexte applicatif, nous enregistrons par la suite un jeu de données multimodal d'interactions humaines simulant des situations plus ou moins conflictuelles dans un habitacle de véhicule. Cette base de données est exploitée afin d'implémenter des modèles de classification de bout-en-bout et paramétrique. Les résultats obtenus sont cohérents avec la littérature sur l'impact de chaque modalité sur les performances du système. Ainsi, le texte est respectivement plus informatif que l'audio et que la vidéo. Les différentes approches de fusion implémentées montrent des bénéfices notables sur les performances de classification mono-modalité.In this thesis we study human interactions in order to identify potential aggression situations in the vehicle cabin. Humans most commonly use sight and hearing to analyze interactions. This task seems trivial, but is complex for an artificial intelligence model. It must capture video and audio information and analyze it to predict a conflictual situation. Our approach is new compared to previous research on this topic since passengers are constrained in their movements in the cabin and the computing power on board for this task is limited. To our knowledge, no work has been done on the analysis of human interactions for conflictual situation detection in this context and with these constraints. Our investigations are first based on a public corpus of sentiment analysis to compare with the literature. We implement a model capable of ingesting video, audio and text data (audio transcription) to merge them and make a decision. In our application context, we then record a multimodal dataset of human interactions simulating more or less conflictual situations in a vehicle cockpit. This database is exploited to implement end-to-end and parametric classification models. The results obtained are consistent with the literature on the impact of each modality on the system performance. Thus, text is respectively more informative than audio and video. The different fusion approaches implemented show significant benefits on the performance of single-modality classification
Perception et réponses aux strigolactones chez les champignons mycorhiziens à arbuscules
No full textLa symbiose mycorhizienne à arbuscules (MA) est une association symbiotique entre les racines de la majorité des espèces végétales terrestres et des champignons du sol du sous-phylum Glomeromycotina. Tandis que le champignon fournit à la plante de l'eau et des minéraux, la plante lui apporte du carbone sous forme de lipides et de glucides. L'initiation de la symbiose MA implique des molécules diffusibles sécrétées par les deux partenaires. Les strigolactones (SLs) sont des dérivés de caroténoïdes produits par les plantes et exsudés dans le sol. Elles sont nécessaires lors de l'initiation de la symbiose et déclenchent chez les champignons MA des réponses cellulaires, métaboliques et développementales telles que la ramification des hyphes. En plus de leur bioactivité sur les champignons MA, les SLs induisent la germination des graines de plantes parasites et jouent un rôle hormonal dans le développement des plantes. Les diverses SLs naturelles identifiées à ce jour sont composées d'un cycle méthylbuténolide (D) invariable, lié à une partie lactone tricyclique (ABC) variable. Les mécanismes de perception des SLs sont bien documentés chez les plantes : ils impliquent des récepteurs de la famille des alpha/bêta-hydrolases, qui ont la particularité de cliver les SLs et de former une liaison covalente avec le cycle D. L'objectif principal de ma thèse était de mieux comprendre la perception des SLs chez les champignons MA. Dans une première partie de mon travail, j'ai utilisé des analogues de SLs portant un cycle D modifié. J'ai évalué leurs impacts sur le développement du champignon MA Rhizophagus irregularis cultivé in vitro, ainsi que leurs capacités à favoriser l'initiation de la symbiose. Un résultat marquant a été qu'un analogue de SL avec un cycle D non méthylé pouvait inhiber la ramification des hyphes tout en augmentant la capacité de R. irregularis à coloniser les racines d'une plante hôte. Cette observation a montré pour la première fois que l'initiation de la symbiose MA peut être découplée de la ramification du champignon. Dans la deuxième partie de mon projet, j'ai cherché à aborder la nature des récepteurs des SLs chez les champignons MA. J'ai observé que deux inhibiteurs connus pour cibler les récepteurs des SLs chez les plantes suppriment également les réponses de R. irregularis aux SLs. Cela suggère que les récepteurs fongiques partagent des caractéristiques structurals avec ceux des plantes. Par une approche de modélisation, nous avons identifié huit protéines fongiques de la famille des alpha/bêta-hydrolases présentant une structure tridimensionnelle proche de celle d'un récepteur végétal de SLs. L'analyse phylogénétique a révélé une expansion des gènes codant pour ces protéines et des protéines apparentées chez les Glomeromycotina. La caractérisation in vitro de ces protéines a révélé que deux d'entre elles étaient capables de cliver des analogues synthétiques de SL, et que les deux inhibiteurs des récepteurs des SLs de plantes interféraient avec leur activité enzymatique. Collectivement, ces observations soutiennent l'hypothèse selon laquelle les champignons MA ont évolué la capacité de percevoir les SLs par expansion et néo-fonctionnalisation d'alpha/bêta-hydrolases, de façon comparable aux plantes parasites et aux mousses.
Un dernier objectif était d'étudier le transfert de phytohormones d'une plante à une autre via des réseaux mycorhiziens communs. Des protocoles expérimentaux ont été conçus et mis en œuvre, mais les analyses biochimiques n'ont pas permis de fournir des preuves concluantes d'un tel transfert. L'ensemble de mon projet de thèse met également en évidence le fait que des signaux moléculaires tels que les SL peuvent être perçus, modifiés ou transportés par un certain nombre d'organismes vivants, et peuvent donc jouer des rôles complexes dans les écosystèmes au-delà de leur classification en tant que phytohormones.The arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis associates the roots of most terrestrial plant species with soil fungi of the Glomeromycotina subphylum. While the fungus provides the plant with water and nutrients, the plant delivers carbon in the form of lipids and carbohydrates to the fungus. The initiation of AM symbiosis involves diffusible molecules secreted by both partners. Strigolactones (SLs) are carotenoid-derived compounds produced by plants and exuded into the soil. They are required at the early stages of symbiosis and trigger in AM fungi cellular, metabolic and developmental responses such as the stimulation of spore germination and hyphal branching. In addition to their bioactivity on AM fungi, SLs induce seed germination of parasitic weeds and act in plants as phytohormones.
The diverse natural SLs identified to date comprise a conserved methylbutenolide D-ring, linked to a more variable tricyclic lactone moiety. The mechanisms of SL perception are well documented in plants: they involve receptors belonging to the alpha/beta-hydrolase fold family of proteins, which have the particularity of cleaving SLs and forming a covalent bond with the D-ring. The main objective of my PhD was to better understand SL perception in AM fungi. In a first part of my work, I focused on SL analogs bearing a modified D-ring. I tested their impact on the development of the AM fungus Rhizophagus irregularis grown in vitro, as well as their capacity to favor symbiosis initiation. A striking result was that an SL analog with an unmethylated D-ring could inhibit hyphal branching while enhancing the ability of R. irregularis to colonize host roots. This showed for the first time that initiation of AM symbiosis can be uncoupled from hyphal branching.
In the second part of my project, I aimed to gain insight into the nature of SL receptors in AM fungi. I observed that two chemical inhibitors known to target plant SL receptors also suppress responses of R. irregularis to SLs. This suggests that fungal SL receptors share structural similarities with those of plants. By using tridimensional modeling, we identified eight fungal alpha/beta-hydrolase fold proteins sharing structural similarities with a plant SL receptor. Phylogenetic analysis revealed an expansion in Glomeromycotina of genes encoding these and related proteins. In vitro characterization revealed that two of them were able to cleave synthetic SL analogs. Moreover, both inhibitors of plant SL receptors decreased this enzymatic activity. Taken together, these observations lend support to the hypothesis that like parasitic weeds and mosses, AM fungi evolved the capacity to perceive SLs with great sensitivity through expansion and neo-functionalization of alpha-beta hydrolase fold proteins.
A final objective was to investigate the transfer of phytohormones from one plant to another via common mycorrhizal networks. Experimental setups were designed and implemented, but biochemical analyses failed to provide conclusive evidence for such a transfer. Nevertheless, it remains important to bear in mind the contribution of these networks to plant-fungus and plant-plant interactions in natural environments. My whole PhD project also highlights that molecular signals such as SLs can be perceived, modified or transported by a number of living organisms, and thus can play complex roles in ecosystems beyond their classification as phytohormones
Effet de l'exposition chronique à l'interleukine-1 bêta sur la cognition et la réponse aux cassures double-brin de l'ADN dans les neurones
Get PDFDe nombreuses maladies neurologiques chroniques, qu'elles soient neuropsychiatriques ou neurodégénératives, partagent des perturbations similaires de la fonction neuronale, de l'humeur et de la mémoire. Elles ont également en commun la présence d'une inflammation chronique à bas bruit. L'interleukine-1 bêta (IL-1bêta) est une cytokine pro-inflammatoire qui est présente à bas-bruit dans le plasma et le cerveau au cours de nombreuses maladies neuroinflammatoires et neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer (MA). Alors que ses mécanismes d'action sur le fonctionnement neuronal et glial sont relativement bien décrits dans le contexte d'inflammation aigüe, notamment au cours de traumatismes ou du syndrome fébrile qui accompagne les infections résolutives, la contribution précise de l'IL-1bêta aux troubles du comportement observés dans des maladies chroniques reste inconnue. L'épigénétique neuronale joue un rôle clef dans la fonction et l'adaptation de réponse du cerveau à son environnement, et contribue de manière critique aux mécanismes qui sous-tendent l'apprentissage et la mémoire. La réponse aux cassures double-brin de l'ADN (CDB) est désormais connue comme un acteur clé de l'épigénétique neuronale, impliquée dans les processus cognitifs. Au cours de la MA, les CDB s'accumulent anormalement dans les neurones. A ce jour, le rôle des cytokines proinflammatoire dans la régulation de l'épigénétique neuronale n'a pas été étudié. Dans ce contexte, l'objectif central a été de déterminer si l'exposition chronique à l'IL-1bêta pouvait contribuer aux déficits de mémoire comme ceux retrouvés au cours de maladies neuroinflammatoires chroniques, et cela, en dérégulant la réponse aux DSB. A l'aide de pompes osmotiques implantées en sous-cutané chez la souris, nous avons montré que l'exposition chronique à l'IL-1bêta perturbe la mémoire spatiale et cela de manière rémanente puisque ces effets persistent après l'arrêt de son infusion. L'exposition chronique à l'IL-1bêta entraine l'accumulation de CDB dans les neurones de l'hippocampe sans impacter l'environnement glial ni la neurogénèse adulte. A l'aide de modèles transgéniques de souris, nous avons aussi déterminé que ces troubles nécessitent l'activation du récepteur IL-1R1 et la signalisation des CDB dans les neurones excitateurs de l'hippocampe. Ces résultats permettent donc de mieux comprendre des mécanismes impliqués dans les effets sur la cognition d'un des médiateurs de la neuroinflammation chronique à bas bruit. De cette manière, ils ouvrent des perspectives quant à l'identification de nouvelles cibles permettant de bloquer les effets délétères de l'inflammation chronique, qui pourrait être utilisées dans le cadre de nombreuses maladies neurologiques chroniques.In many chronic neurological diseases, such as neuropsychiatric or neurodegenerative disorders, similar alterations of neuronal function, mood and memory are shared. They also share a chronic low-grade inflammatory process. Mild increases in plasma and brain levels of Interleukin-1 bêta (IL-1bêta), a pro-inflammatory cytokine, are detected in the course of several neuroinflammatory and neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease (AD). Unlike in the context of acute inflammation, notably during trauma or the sickness behavior syndrome that accompanies resolving infections, whereby its mechanisms of action on neuronal and glial function are well described, the precise contribution of IL-1bêta to behavioral alterations observed in chronic inflammation remains unknown. Neuronal epigenetics plays a key role in the function and adaptive response of the brain to its environment, and critically contributes to the mechanisms underlying learning and memory. DNA double-strand breaks (DSB) response is now considered as a key player in neuronal epigenetics, involved in cognitive processes. In AD, DSB accumulate abnormally in neurons. Yet, the contribution of pro-inflammarory cytokines to neuronal epigenetics hasn't been studied. In this context, the main goal of this thesis project was to determine whether chronic exposure to IL-1bêta could contribute to memory deficits such as those found in chronic neuroinflammatory diseases, by deregulating the DSB response. Using subcutaneously implanted osmotic pumps in mice, we showed that chronic exposure to IL-1bêta causes long-lasting disruption of spatial memory, since these effects persist after the exposure stopped. Chronic exposure to IL-1bêta causes DSB to accumulate in hippocampal neurons without impacting glial cells numbers or activation nor adult neurogenesis. Using transgenic mouse models, we found that IL-1bêta-induced impairment could be prevented by suppressing IL-1R1 receptor activation or DSB signaling in hippocampal excitatory neurons. Our results shed light on mechanisms involved in the deleterious impact on cognition of one of the major mediators of chronic low-grade neuroinflammation. Thus, they provide new perspectives for the identification of targets that could be useful to inhibit the deleterious effects of chronic inflammation, and could be used in the context of many chronical neurological diseases
Évaluation du rôle des métabolites dans l'écologie des sphaignes dans un contexte de changements climatiques : de l'espace des traits fonctionnels des sphaignes à la dynamique du carbone
No full textLes effets du changement climatique sont plus prononcés aux hautes latitudes, ce qui impacte fortement la dynamique du carbone mondiale. En effet, les écosystèmes nordiques comme les tourbières ont un rôle clé dans cette dynamique en tant que puits de carbone, puisqu'un tiers du carbone organique du sol y est stocké. Les mousses et les sphaignes contribuent de manière significative au piégeage du carbone. Leurs caractéristiques morphologiques et biochimiques (métabolites) uniques font qu'elles façonnent activement leur habitat en produisant une litière récalcitrante à la décomposition. De fait, elles influencent la structure et l'activité microbienne et contrôlent ainsi les cycles du carbone et des nutriments. Malgré ces connaissances, le rôle des métabolites de la sphaigne en tant que traits fonctionnels importants pour l'écologie des tourbières reste peu étudié et, ainsi que leur réponse aux changements climatiques. Le but de ce travail de thèse était d'explorer le potentiel des métabolites de la sphaigne pour améliorer la compréhension mécanistique de leur rôle fonctionnel, et de prédire la composition des communautés microbiennes et leur espace fonctionnel le long d'un gradient environnemental. J'ai aussi étudié comment les patrons saisonniers des métabolites répondent aux changements climatiques et les conséquences que cela induit sur l'absorption du carbone par les tourbières. Pour cela, j'ai réalisé des observations et des expériences sur le terrain le long d'un gradient latitudinal. Des informations sur les traits anatomiques et morphologiques et sur les métabolites de la sphaigne ont été recueillies. Les flux de CO2 des tourbières et la structure et l'activité des communautés microbiennes ont été mesurés. L'expérience de transplantation réciproque le long du gradient couvrant cinq pays a permis de mimer les changements des conditions climatiques et d'évaluer la plasticité des métabolites.
Mes résultats montrent que les espèces de sphaigne qui poussent dans des conditions environnementales locales (composition de la végétation, teneur en nutriments) et régionales (température, précipitations) différentes possèdent des traits biochimiques divers définissant leur forme, leurs fonctions et leur résistance aux changements environnementaux. De plus, j'ai constaté que le volume de l'espace des traits de la sphaigne était quatre fois plus grand quand des traits biochimiques étaient ajoutés à l'ensemble habituel de traits morphologiques et anatomiques, que lorsqu'ils étaient exclus. L'ajout de traits fonctionnels de la sphaigne aux variables environnementales locales et régionales dans un modèle d'équation structurelle (SEM) a permis d'augmenter notre capacité à prédire les variations taxonomiques et fonctionnelles des microorganismes dans les tourbières. De plus, les métabolites se sont avérés être de meilleurs prédicteurs de la structure des communautés microbiennes, comparé aux caractéristiques anatomiques et morphologiques. Enfin, avec l'expérience de transplantation réciproque j'ai montré que les sphaignes transplantées sur de nouveaux sites avaient des réponses similaires aux changements climatique en termes de concentrations en métabolites et de productivité primaire brute au cours de chaque saison, avec des valeurs maximales dans les sites les plus chauds. J'ai aussi mis en évidence la forte plasticité des métabolites face aux variations de températures et de précipitations. Plus intéressant encore, mes données ont montré des liens importants entre les métabolites des sphaignes et les processus liés au carbone, qui étaient plus importants au printemps et en automne. En résumé, l'approche basée sur les traits biochimiques utilisée dans cette thèse a montré un fort potentiel pour mieux comprendre et prédire l'espace fonctionnel de la sphaigne, la structure et les traits des communautés microbiennes associées, les processus écosystémiques liés au carbone ainsi que les réponses au changement climatique.Climate change is a threat to most ecosystems. However, these effects will be most pronounced at high northern latitudes, significantly affecting global carbon dynamics. Indeed, northern ecosystems, such as peatlands, play a key role in global carbon dynamics as carbon sinks, where one third of soil organic carbon is stored. Mosses, such as Sphagnum mosses, contribute significantly to carbon sequestration in peatlands, due to their unique morphological and biochemical (metabolites) traits. Sphagnum metabolites actively shape peatland habitat by producing recalcitrant litter and driving microbial structure and activities, and possibly controlling carbon and nutrients cycling. Despite this knowledge, the role of Sphagnum metabolites as important functional traits in peatland ecology remains poorly studied, particularly their response to climate change. The aim of my PhD work was to explore the potential of Sphagnum metabolites in providing deeper mechanistic understanding of the Sphagnum functional trait space, and to predict microbial community composition and functioning across environmental gradients. I further examined how seasonal patterns of Sphagnum metabolites respond to climate changes and the consequence for peatland C uptake. To meet these goals, several field observations and experiments were conducted along a latitudinal gradient in Europe. I collected information about Sphagnum anatomical, morphological traits, and metabolites, as well as on peatland CO2 fluxes and on microbial structure and activities. The reciprocal transplantation along a latitudinal gradient spanning five countries allowed to emulate shifts in climate conditions and evaluate Sphagnum metabolites plasticity. My findings showed that Sphagnum species growing in different local environmental (vegetation composition, nutrients content) and regional (temperature, precipitation) conditions possess a suite of diverse biochemical traits (metabolites and enzymes) that support Sphagnum form and function, as well as Sphagnum resistance to environmental changes. Additionally, I found that the volume of the Sphagnum trait space was four times larger when biochemical traits were added to the usual suite of morphological-anatomical traits, than when they were excluded. Sphagnum interspecific trait variations were shown to play a key role in driving microbial community composition and microbial traits in addition to local and regional environmental conditions. The addition of Sphagnum traits to local and regional environmental variables in structural equation models (SEM) increased our capacity to predict and explain the variance of microbial communities and functions in peatlands. Additionally, the metabolites were shown to be better predictors of microbial community structure and traits compared to anatomical and morphological traits. Finally, using a reciprocal transplantation experiment, I showed that Sphagnum species, transplanted to new sites, had similar responses of metabolites concentrations and gross ecosystem productivity over all seasons, with the maximum values in warmer sites. Sphagnum metabolites were very plastic in response to temperature and precipitation and the variation in phenotype (graphically represented as reaction norms) had similar slopes and curvatures. More interestingly, my data showed important linkages between Sphagnum metabolites and C-related processes, which were the most prominent in spring and autumn. In a nutshell, trait-based approach used in this thesis has a potential for understanding and predicting Sphagnum functional space, associated microbial community structure and microbial traits, carbon-related ecosystem processes in the context of climate change
Caractérisation structurale et fonctionnelle du tissu adipeux périprostatique : implication dans le cancer de la prostate
Get PDFDes études récentes ont montré que l'un des composants majeurs du microenvironnement de la prostate, le tissu adipeux périprostatique (TAPP) participe à la progression du cancer de la prostate (CaP). Dans ce travail nous avons montré que ce tissu était dans un état hypoxique associé à une réponse inflammatoire et une augmentation des fibres de collagènes. Ensuite, nous avons observé une association entre accumulation excessive de TAPP et l'agressivité du CaP. Sur le plan biologique, nos résultats préliminaires montrent qu'un remodelage extensif de la matrice extracellulaire (MEC) dans les TAPP abondants permet leur expansion et contribue à la génération de fragments bioactifs de la MEC impliqués dans la progression tumorale. En conclusion, ces résultats ouvrent de nouvelles pistes sur les mécanismes permettant au TAPP d'être un acteur dans la progression du CaP et souligne le rôle majeur de la MEC dans le contrôle de son expansion mais également dans la progression du CaP.Recent studies showed that periprostatic adipose tissue, which is a main component of the prostate microenvironment, plays a key role in prostate cancer (PCa) progression. In this work, we report that PPAT exhibits a hypoxic state responsible for the occurrence of an inflammatory and a fibrotic state, that limits its expansion in obesity. We then reported an association between PPAT accumulation , independently of body mass index, and PCa aggressiveness. At biological levels, our preliminary result showed that an extensive remodeling of the extracellular matrix (ECM) in abundant PPAT allows its expansion and generate ECM bio-actives fragments involved in prostate cancer progression. These results open new avenues on the mechanisms implicating PPAT in the progression of PCa and underline the major role of the ECM in the control of its expansion but also in the progression of PCa
Conception d'un outil de simulation d'activation neutronique à vocation industrielle basé sur les capacités de calcul Monte-Carlo 3D du logiciel RayXpert®
Get PDFLa production de neutrons dans les installations nucléaires peut être à l'origine de la présence d'un débit d'équivalent de dose ambiante H*(10) (noté DeD) et ce même des mois après l'arrêt de la création de neutrons. En effet, les neutrons peuvent générer des noyaux radioactifs lorsqu'ils interagissent avec ceux-ci. Ces noyaux pourront alors émettre spontanément des particules ionisantes lors de leur décroissance. Ces particules représentant un danger potentiel à la fois pour les tissus biologiques et pour les composants électroniques, il est judicieux de prédire leur présence et quantité à travers des grandeurs macroscopiques telle que le DeD. Différentes méthodes existent pour simuler le DeD des matériaux activés par des neutrons. La méthode la plus utilisée est la méthode R2S (Rigorous-Two-Steps) utilisant un maillage virtuel superposé à la géométrie. Cette méthode associe un code de transport Monte-Carlo et un code d'inventaire isotopique afin de calculer le DeD. Le code Monte-Carlo calcule le flux neutronique dans le maillage défini par l'utilisateur pour prendre en compte les gradients de flux dans le modèle. Chaque étape du calcul du DeD nécessite des ressources numériques importantes et un délai significatif afin d'obtenir des résultats suffisamment précis. L'objectif de cette thèse est alors d'élaborer des techniques permettant de réduire les ressources nécessaires au calcul du DeD. Un outil d'analyse d'activation neutronique baptisé RayActive a alors été mis au point afin de répondre à cet objectif. RayActive utilise sur la capacité de calcul Monte-Carlo 3D du code de calcul RayXpert® ainsi que ses fonctionnalités de modélisation CAO. RayActive s'appuie sur une méthode R2S modifiée autorisant une identification quasi-exacte du volume des cellules contenues dans chaque voxel d'un maillage superposé. Cette identification est rendue possible par la définition de la géométrie du modèle basée sur de la CAO. De plus, RayActive est conçu comme un outil "tout-en-un" ne nécessitant aucun couplage de codes. RayActive a été mis au point dans le but d'être aussi facile d'utilisation que possible et pour que chaque partie du calcul soit optimisée afin de minimiser le temps de calcul. L'identification des cellules englobées dans les mailles permet d'augmenter la précision du calcul du flux neutronique. De plus, la parallélisation du transport Monte-Carlo a été améliorée grâce à la mutualisation des détecteurs. Un nouvel algorithme de calcul des inventaires isotopiques est également disponible. En effet, le système d'équations régissant l'évolution de l'inventaire isotopique est naturellement instable. L'algorithme de RayActive rend ainsi le calcul plus précis et réduit significativement le risque d'échec. Une méthode de biaisage des sources de décroissance radioactive est nativement présente dans RayActive et permet d'augmenter sensiblement les performances du calcul. Enfin, toutes ces fonctionnalités sont regroupées dans le même outil. RayActive permet ainsi de réduire les risques associés aux manipulations des fichiers d'entrée/sortie pour les différents codes de calcul utilisés dans les méthodes R2S classiques.Neutron production in nuclear facilities can induce a SDDR (Shutdown Dose Rate) even after months and this even months after the neutron creation has been stopped. Indeed, neutrons can generate radioactive nuclei when they interact with them. These nuclei can then spontaneously emit ionizing particles during their decay. As these particles represent a potential danger for both biological tissues and electronic components, it is relevant to predict their presence and quantity through macroscopic quantities such as the SDDR. Different methods exist to simulate the SDDR of neutron activated materials. The most used method is the mesh-based R2S (Rigorous-Two-Steps). This method couples a Monte-Carlo code and an isotopic inventory code to compute the SDDR. The Monte-Carlo code computes the neutron flux on a user-defined mesh to take into account the neutron flux gradients in the cells. Each step of the SDDR calculation requires significant computational resources and time to obtain sufficiently accurate results. The aim of this thesis is then to create techniques to reduce the resources needed to compute the SDDR. A neutron activation analysis tool called RayActive was then elaborated to reach this objective. RayActive uses the 3D Monte Carlo calculation capability of the RayXpert® calculation code as well as its CAD modeling capabilities. RayActive is based on a modified R2S method with an almost exact identification of volume of cells enclosed in each voxel of a superimposed mesh. The CAD based geometry definition for the model makes possible this identification. Moreover, RayActive is designed as an "all-in-one" package without any other code coupling. RayActive is designed to be as easy to use as possible and each part of the computation has been optimized to minimize the computational time. The identification of the cells enclosed in voxels allows for increased accuracy in the calculation of the neutron flux. In addition, the parallelization of the Monte Carlo transport has been improved thanks to the mutualization of the detectors. A new algorithm for calculating isotopic inventories is also available. Indeed, the system of equations governing the evolution of the isotopic inventory is naturally unstable. The RayActive algorithm makes the calculation more accurate and significantly reduces the risk of failure. A method of biasing the radioactive decay sources is natively present in RayActive and allows to increase significantly the performances of the calculation. Finally, all these functionalities are grouped in the same tool and thus reduce the risks associated with the junction of calculation codes
Caractérisation d'un nouvel anticorps ciblant les macrophages associés aux tumeurs
Get PDFLes macrophages associés aux tumeurs (TAM) sont une des principales populations cellulaires du microenvironnement tumoral. Ils favorisent la croissance et les métastases tumorales et confèrent aux cellules cancéreuses une résistance à l'apoptose, aux attaques du système immunitaire et à la thérapie. Le ciblage thérapeutique des TAM dans les cancers reste difficile, en raison de leur grande plasticité et de l'absence de marqueurs exclusifs. L'équipe 9 du CRCT a alors développé un anticorps monoclonal appelé 6-25, en utilisant des cellules de type Nurse-like (NLC) comme modèle de TAM. Les NLC sont le type de TAM rencontrés dans la leucémie lymphoïde chronique (LLC), sont cruciales pour la survie des cellules leucémiques et peuvent être facilement générées in vitro. L'anticorps 6-25 a été caractérisé pour se lier spécifiquement aux TAM de différentes tumeurs en reconnaissant la protéine sidéroflexine-3 (SFXN3) à leur surface. L'anticorps 6-25 et sa cible ont été brevetés (WO2018/020000 et WO2018/19990). L'objectif global de cette thèse était de caractériser davantage la spécificité et le potentiel thérapeutique de l'anticorps 6-25 ainsi que le rôle biologique de sa cible, la SFXN3. La première partie de la thèse visait à évaluer la fonctionnalité de l'anticorps 6-25. La version IgG1 nue de l'anticorps 6-25 n'a montré aucune toxicité envers les PBMC provenant à la fois de donneurs sains et de patients atteints de LLC. Il n'a pas causé de déplétion des NLC et n'a montré qu'un effet mineur sur le phénotype de ces cellules et des macrophages dérivés des monocytes (MDM) in vitro. Cependant, l'anticorps 6 25 s'est avéré être efficacement internalisé par les NLC. La deuxième partie de la thèse a été consacrée à la cible proposée reconnue par l'anticorps 6-25, la SFXN3. En raison du manque général d'informations concernant SFXN3, la caractérisation plus approfondie de son expression dans les macrophages a été étudiée. De nombreuses expériences sur MDM traitées avec divers agents polarisants M1 et M2, ont prouvé que la cible du 6 25 est spécifiquement exprimée à la surface des macrophages de type M2. Les résultats obtenus lors du criblage de la cible 6-25 sur MDM ont en outre été utilisés pour étudier son modèle d'expression dans la NLC. L'augmentation de l'expression de la cible du 6-25 à la surface des NLC a été corrélée à leurs fonctions protectrices, ce qui en fait un marqueur de TAM protumoraux. De plus, des expériences sur la polarisation des NLC ont permis de mieux comprendre le rôle du TNF et de l'IL-10 sur la biologie de ces cellules et en particulier la fonction protectrice vis-à-vis des cellules cancéreuses LLC. La réalisation des expériences complémentaires sur la cible reconnue par l'anticorps 6 25 a conduit à la remise en cause initiale et finalement à la disqualification de la SFXN3 en tant qu'épitope potentiel. La ré-identification ultérieure de la cible a été effectuée à l'aide d'une immunoprécipitation optimisée/spectrométrie de masse quantitative (IP-MS) et d'une approche RNAseq, qui a fourni la liste des cibles potentielles. Dans le processus de criblage, le récepteur du folate ß (FRß) a été identifié comme la cible de l'anticorps 6-25. Les résultats présentés dans cette thèse montrent que l'anticorps 6-25 représente une voie prometteuse pour cibler les TAM. Le FRß a été montré comme étant un marqueur M2 spécifique des TAM. En raison des propriétés fonctionnelles du 6 25, y compris une spécificité élevée et une internalisation lors de la liaison aux macrophages de type M2, une version conjuguée à une drogue (ADC) de celui-ci a été générée. Comme les premières expériences avec le 6-25 ADC ont montré des résultats prometteurs de déplétion des macrophages exprimant le FRß, elles seront poursuivies à l'avenir. Toujours en perspective, les expériences in vivo avec l'anticorps 6-25 sont prévues pour évaluer son efficacité dans la modulation du TME, afin d'améliorer les résultats de la thérapie anticancéreuse.Tumor-associated macrophages (TAM) belong to the major cell population of tumor microenvironment where they support tumor growth and metastasis, and also confer cancer cells resistance to apoptosis, immune system attacks and therapy. Therapeutic targeting of TAM in cancer remains challenging, owing to their high plasticity and lack of exclusive markers. To address these problems, Team 9 of CRCT developed the monoclonal antibody called 6-25, using Nurse-like cells (NLCs) as the model of TAM. NLCs are the type of TAM encountered in chronic lymphocytic leukemia (CLL), are crucial for the survival of cancer B-CLL cells and can be easily generated in vitro. The 6-25 antibody has been further characterized to specifically bind to TAM of different human malignancies by recognizing sideroflexin-3 (SFXN3) protein on their surface. Both 6-25 antibody and its target have been patented (WO2018/020000 and WO2018/19990).
The overall aim of this thesis was to further characterize specificity and therapeutic potential of 6-25 antibody and also biological role of its target - SFXN3. The first part of the thesis aimed to evaluate the functionality of the 6-25 antibody. Naked, IgG1 version of 6-25 antibody showed no toxicity toward PBMC from both healthy donor and CLL patients. It did not cause depletion of NLCs and showed only minor effect on the phenotype of monocyte-derived macrophages (MDM) in vitro. On the other hand, 6 25 antibody turned out to be efficiently internalized by NLCs. The second part of the thesis was dedicated to the proposed target recognized by 6-25 antibody - SFXN3. Because of overall lack of information regarding SFXN3, the more in-depth characterization of its expression in macrophages have been studied. Numerous experiments on MDM treated with various M1 and M2 polarizing agents, proved that 6 25 target is specifically expressed on the surface of M2-like macrophages and its level could be abolished after administration of TNF and to lesser extent with IFN-ƴ and LPS. Results obtained during screening of 6-25 target on MDM were further used to study its expression pattern in NLC. Upregulation of 6-25 target on the surface of NLCs was consistently correlated with their protective functions, making it a marker of protumoral-TAM. Additionally, experiments on NLC polarization led to gaining an insight into the role of TNF and IL-10 on the biology of these cells and in particular the protective function toward cancer CLL cells. Performing the additional experiments on the target recognized by 6-25 antibody, led to initially question and finally disqualification of SFXN3 as the potential epitope. Subsequent target re-identification was done using optimized immunoprecipitation/quantitative mass spectrometry (IP-MS) and RNAseq approach, which provided the list of potential antibody targets. In the process of screening, folate receptor ß (FRß) was identified as the target of 6-25 antibody. This result was successfully validated by: 1 - knock-out (KO) of FRß gene (FOLR2) in primary macrophages, and 2 - overexpression of FOLR2 in HEK-T cells (wild type HEK-T cells do not express 6-25 target). Results presented in this thesis show that the 6-25 antibody represents a promising way of targeting TAM. They also fully support FRß, as a specific M2 marker of TAM. Because of functional properties of 6 25, including high specificity and internalization upon binding to M2-like macrophages, antibody-drug conjugate (ADC) version of it have been generated. As initial experiments with 6-25 ADC showed promising results in depletion of macrophages expressing FRß, they will be continued in the future. Also in perspective, the in vivo experiments with 6-25 antibody are planned to evaluate its efficacy in modulating tumor microenvironment (TME), in order to improve the outcomes of anticancer therapy
La couleur dans l'environnement visuel : perception(s), lecture(s), interprétation(s) et impact(s) sur l'usager âgé. De l'approche de l'ingénieur lumière (science et technologies des systèmes d'éclairage) et du designer-coloriste (arts-appliqués, design)
Get PDFLa vieillesse déplaisait à Robert Louis Stevenson, "le plus pénible, quand on vieillit, c'est de se sentir encore jeune". La jeunesse, c'est continuer à se sentir jeune malgré l'âge grandissant. Toute cette énergie, accompagnée de tant de possibilités. Elle s'ouvre à nous mais finit, inexorablement, par nous échapper avec l'âge. Mais pourquoi devrait-on se résigner à subir notre vieillesse plutôt que l'accueillir, avec ses conséquences et les besoins nouveaux qui l'accompagnent ? Dans un contexte de vieillissement de la population, j'ai questionné les possibilités existantes et en devenir, qui permettent et permettront à nos aînés de mieux vivre leur vieillissement. Bien-vieillir, l'un des enjeux de notre XXIe siècle. Je me suis appuyée sur le postulat suivant : maintenir leur capacité à conduire leurs activités quotidiennes est un levier majeur pour prendre soin de leur qualité de vie ; pour un vieillissement de qualité pourrait-on dire. Je me suis interroger sur les modalité de compensation de la perte d'autonomie des individus âgés concernés et ai choisi d'orienter mon étude sur la conception d'environnements adaptés à l'éventail des pathologies du vieillissement, pouvant devenir invalidantes. Pour cela, les paramètres principaux qui ont été choisi sont la couleur et la lumière, qui revêtent alors une importance toute particulière pour offrir un environnement visuel efficient. J'ai pour cela procéder à l'analyse des besoins et envies des usagers pour rend ainsi possible la reconquête de leur autonomie en me basant sur une démarche non-médicamenteuse et centrée sur l'usager pour développer une nouvelle conception combinée du design-couleur et de la science de l'éclairage se met au service des personnes âgées. J'ai pour cela et en premier chercher à comprendre le fonctionnement de chaque discipline concernée afin de cristalliser de nouvelles connaissances autour de cette riche collaboration. Cela m'a ainsi permis de faire émerger les contours d'une nouvelle méthode de conception, elle-même dessinant les principes fondateurs de ce que devrait être un environnement bienveillant pour les personnes âgées, et plus largement applicable pour nous tous. Cette démarche systémique devient alors moteur d'une innovation sociale co-conçue et en rupture avec les modalités actuelles du prendre soin.Old age displeased Robert Louis Stevenson, "the most painful thing when you get old is to feel young". Youth is to continue to feel young despite growing age. All this energy, accompanied by so many possibilities. It opens up to us but eventually, inexorably, escapes us with age. But why should we resign ourselves to enduring our old age rather than welcoming it, with its consequences and the new needs which accompany it? In the context of an aging population, I questioned the existing and future possibilities that allow and will allow our seniors to live better with their aging. Aging well, one of the challenges of our 21st century. I based myself on the following postulate: maintaining their ability to carry out their daily activities is a major lever for taking care of their quality of life; for a quality aging one might say. I wondered about the modalities of compensation for the loss of autonomy of the elderly individuals concerned and chose to focus my study on the design of environments adapted to the range of pathologies of aging, which can become disabling. For this, the main parameters that have been chosen are color and light, which are then of particular importance to provide an efficient visual environment. For this, I proceeded to analyze the needs and desires of users to make it possible to regain their autonomy based on a non-drug and user-centered approach to develop a new combined design-color concept. and the science of lighting puts itself at the service of the elderly. I have for this and first seek to understand the functioning of each discipline concerned in order to crystallize new knowledge around this rich collaboration. This allowed me to bring out the outlines of a new design method, itself drawing the founding principles of what a caring environment should be for the elderly, and more widely applicable for all of us. This systemic approach then becomes the driving force behind a co-designed social innovation that breaks with the current modalities of caring