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Les cellules sont capables de détecter les distributions spatiales de protéines et ainsi de migrer ou s’étendre dans la direction appropriée. Une compréhension de la réponse cellulaire aux modifications de ces distributions spatiales de protéines est essentielle pour l’avancement des connaissances dans plusieurs domaines de recherches tels que le développement, l’immunologie ou l’oncologie. Un exemple particulièrement complexe est le guidage d’axones se déroulant pendant le développement du système nerveux. Ce dernier nécessite la présence de plusieurs distributions de molécules de guidages étant attractives ou répulsives pour connecter correctement ce réseau complexe qu’est le système nerveux. Puisque plusieurs indices de guidage collaborent, il est particulièrement difficile d’identifier la contribution individuelle ou la voie de signalisation qui est déclenchée in vivo, il est donc nécessaire d’utiliser des méthodes pour reproduire ces distributions de protéines in vitro. Plusieurs méthodes existent pour produire des gradients de protéines solubles ou liées aux substrats. Quelques méthodes pour produire des gradients solubles sont déjà couramment utilisées dans plusieurs laboratoires, mais elles limitent l’étude aux distributions de protéines qui sont normalement sécrétées in vivo. Les méthodes permettant de produire des distributions liées au substrat sont particulièrement complexes, ce qui restreint leur utilisation à quelques laboratoires. Premièrement, nous présentons une méthode simple qui exploite le photoblanchiment de molécules fluorescentes pour créer des motifs de protéines liées au substrat : Laser-assisted protein adsorption by photobleaching (LAPAP). Cette méthode permet de produire des motifs de protéines complexes d’une résolution micrométrique et d’une grande portée dynamique. Une caractérisation de la technique a été faite et en tant que preuve de fonctionnalité, des axones de neurones du ganglion spinal ont été guidés sur des gradients d’un peptide provenant de la laminine. Deuxièmement, LAPAP a été amélioré de manière à pouvoir fabriquer des motifs avec plusieurs composantes grâce à l’utilisation de lasers à différentes longueurs d’onde et d’anticorps conjugués à des fluorophores correspondants à ces longueurs d’onde. De plus, pour accélérer et simplifier le processus de fabrication, nous avons développé LAPAP à illumination à champ large qui utilise un modulateur spatial de lumière, une diode électroluminescente et un microscope standard pour imprimer directement un motif de protéines. Cette méthode est particulièrement simple comparativement à la version originale de LAPAP puisqu’elle n’implique pas le contrôle de la puissance laser et de platines motorisées, mais seulement d’envoyer l’image du motif désiré au modulateur spatial. Finalement, nous avons utilisé LAPAP pour démontrer que notre technique peut être utilisée dans des analyses de haut contenu pour quantifier les changements morphologiques résultant de la croissance neuronale sur des gradients de protéines de guidage. Nous avons produit des milliers de gradients de laminin-1 ayant différentes pentes et analysé les variations au niveau du guidage de neurites provenant d’une lignée cellulaire neuronale (RGC-5). Un algorithme pour analyser les images des cellules sur les gradients a été développé pour détecter chaque cellule et quantifier la position du centroïde du soma ainsi que les angles d’initiation, final et de braquage de chaque neurite. Ces données ont démontré que les gradients de laminine influencent l’angle d’initiation des neurites des RGC-5, mais n’influencent pas leur braquage. Nous croyons que les résultats présentés dans cette thèse faciliteront l’utilisation de motifs de protéines liées au substrat dans les laboratoires des sciences de la vie, puisque LAPAP peut être effectué à l’aide d’un microscope confocal ou d’un microscope standard légèrement modifié. Cela pourrait contribuer à l’augmentation du nombre de laboratoires travaillant sur le guidage avec des gradients liés au substrat afin d’atteindre la masse critique nécessaire à des percées majeures en neuroscience. / Cells are able to sense spatial distribution of proteins and accordingly migrate or extend in the appropriate direction. Understanding cellular responses to modifications in molecular spatial distributions is essential for advances in several fields such as development, immunology and oncology. A particularly complex example is axonal guidance that occurs during the development of the nervous system, which relies on distributions of attractive and repulsive guidance molecules to correctly wire this intricate network. Since several guidance cues collaborate to development of the nervous system, it is particularly difficult to assess the individual contribution of each cue and the signaling cascade each trigger in vivo; therefore methods to reproduce those distributions individually in vitro are necessary to study in detail the effect of each guidance cue. Several methods exist to produce graded distributions of protein that are either soluble or substrate-bound. A few methods making solution gradients are already widely used in several laboratories to perform experiments with the guidance cues that are normally diffusing in vivo. However, current methods allowing the fabrication of substrate-bound gradients are quite complex, which restrict their use to a few laboratories. First, we present a straightforward method exploiting photobleaching of a fluorescently tagged molecule using a visible laser to generating substrate-bound protein patterns: Laser-assisted protein adsorption by photobleaching (LAPAP). This method allows producing complex patterns of protein with micron spatial resolution and high dynamic range. An extensive characterization of the technique was performed and as proof of functionality, axons from dorsal root ganglions cells were guided on laminin peptide gradients. Secondly, LAPAP was improved in order to produce multicomponent patterns by using lasers at different wavelengths and antibodies conjugated to fluorophores corresponding to these wavelengths. Moreover, to speed-up the fabrication process and simplify the device, we developed widefield illumination LAPAP which uses a spatial light modulator, a light emitting diode and a standard microscope to directly print patterns. This patterning method is relatively simple compared to the original LAPAP setup, since it does not involve controlling the laser power or a motorized stage, but only sends an image of the desired pattern to a spatial light modulator. Finally, we used LAPAP to show how it could be used in automated high-content screening assays to quantify the morphological changes resulting from axon growth on gradients of guidance proteins. We produced thousands of laminin-1 gradients of different slopes and analyzed the variations in neurite guidance of neuron-like cells (RGC-5). An image analysis algorithm was developed to process bright field microscopy images, detecting each cell and quantifying the soma centroid and the initiation, terminal and turning angles of the maximal neurite. This data showed that laminin gradients influence the initiation angle of neurite extension of RGC-5, but does not contribute to its turning. We believe that the results presented in this thesis will facilitate the use of substrate- bound protein patterning in typical life science laboratories, since a confocal microscope or a slightly modified standard microscope is the only specialized equipment needed to fabricate patterns by LAPAP. This could increase the number of laboratories working with substrate-bound protein patterns in order to reach the critical mass necessary for major advances in neuroscience.

La découverte de motifs est une tâche centrale pour<br />l'extraction de connaissances dans les bases de données. Cette thèse<br />traite de l'extraction de motifs locaux sous contraintes. Nous<br />apportons un éclairage nouveau avec un cadre combinant des primitives<br />monotones pour définir des contraintes quelconques. La variété de ces<br />contraintes exprime avec précision l'archétype des motifs recherchés<br />par l'utilisateur au sein d'une base de données. Nous proposons alors<br />deux types d'approche d'extraction automatique et générique malgré les<br />difficultés algorithmiques inhérentes à cette tâche. Leurs efficacités<br />reposent principalement sur l'usage de conditions nécessaires pour<br />approximer les variations de la contrainte. D'une part, des méthodes<br />de relaxations permettent de ré-utiliser les nombreux algorithmes<br />usuels du domaines. D'autre part, nous réalisons des méthodes<br />d'extraction directes dédiées aux motifs ensemblistes pour les données<br />larges ou corrélées en exploitant des classes d'équivalences. Enfin,<br />l'utilisation de nos méthodes ont permi la découverte de phénomènes<br />locaux lors d'applications industrielles et médicales.

Dans le domaine de l'extraction de motifs, il existe un grand nombre d'algorithmes pour résoudre une large variété de sous problèmes sensiblement identiques. Cette variété d'algorithmes freine l'adoption des techniques d'extraction de motifs pour l'analyse de données. Dans cette thèse, nous proposons un formalisme qui permet de capturer une large gamme de problèmes d'extraction de motifs. Pour démontrer la généralité de ce formalisme, nous l'utilisons pour décrire trois problèmes d'extraction de motifs : le problème d'extraction d'itemsets fréquents fermés, le problème d'extraction de graphes relationnels fermés ou le problème d'extraction d'itemsets graduels fermés. Ce formalisme nous permet de construire ParaMiner qui est un algorithme générique et parallèle pour les problèmes d'extraction de motifs. ParaMiner est capable de résoudre tous les problèmes d'extraction de motifs qui peuvent ˆtre décrit dans notre formalisme. Pour obtenir de bonne performances, nous avons généralisé plusieurs optimisations proposées par la communauté dans le cadre de problèmes spécifique d'extraction de motifs. Nous avons également exploité la puissance de calcul parallèle disponible dans les archi- tectures parallèles. Nos expériences démontrent qu'en dépit de la généricité de ParaMiner ses performances sont comparables avec celles obtenues par les algorithmes les plus rapides de l'état de l'art. Ces algorithmes bénéficient pourtant d'un avantage important, puisqu'ils incorporent de nombreuses optimisations spécifiques au sous problème d'extraction de motifs qu'ils résolvent.

<p>Posttranscriptional gene expression is controlled and coordinated by RNA binding proteins (RBPs), many of which recognize specific RNAs through cis-regulatory RNA elements. One of the most highly studied classes of cis-regulatory RNA elements is the AU-rich elements (AREs). AREs are bound by a class of RBPs called ARE binding proteins (ARE-BPs), of which there are over a dozen in humans including HuR, tristetraprolin (TTP) and butyrate response factors 1 and 2 (BRF1 and BRF2). TTP, BRF1 and BRF2 belong to a family of tandem C3H zinc finger proteins that destabilize ARE-containing mRNAs. HuR acts to enhance the stability and translation of ARE-containing mRNAs, a function that is rare among ARE-BPs. While each of these ARE-BPs regulates the expression of ARE-containing mRNAs, some ARE-BPs themselves are also encoded by ARE-containing mRNAs, raising the possibility that each of these ARE-BPs may regulate one another's expression. In order to determine how these ARE-BPs influence each others expression and how this affects the regulation of global gene expression programs we have focused on three different aspects of these ARE-BP networks: control, response to stimuli, and global effects.</p><p>To address of network control of ARE-BPs we have focused on how HuR regulates a network of mRNAs including TTP, BRF1 and HuR's own mRNA. We demonstrate that HuR can bind to TTP's, BRF1's and its own mRNA. Furthermore, by employing overexpression and siRNA knockdown approaches we demonstrate that these mRNAs and their corresponding 3'UTR luciferase reporters are resilient to fluctuations in HuR levels and that the degree of this resiliency is cell type and condition specific.</p><p>To address the temporal responses within an ARE-BP network we focused on how each of the members of the TTP family of ARE-BPs reacts following the induction of the other family members by using epidermal growth factor (EGF) stimulation. Here we show that induction of TTP family member mRNAs during EGF stimulation is partially attributable to changes in mRNA stability. Furthermore, we also show that TTP and BRF1 are able to bind each of the TTP family member mRNAs and subsequently affect their expression by altering their mRNA degradation rates. In addition, we demonstrate that the unique temporal induction patterns of the TTP family member RBPs is correlated with the EGF stimulated induction of TTP-bound mRNAs, suggesting that a network comprised of TTP family members is able to influence the timing of complex gene expression patterns. </p><p>Finally, to address the influence of these networks on regulation of global gene expression programs we have focused on how HuR recognizes AREs and whether it can globally recognize multiple classes of ARE-containing mRNAs, including the canonical class of AREs recognized by the TTP family members. To investigate how the three RNA recognition motifs (RRMs) of HuR contribute to ARE recognition we generated a series of RRM point mutants and test their ability to disrupt RNA recognition of each of the RRMs. To identify different classes of ARE-containing mRNAs we examined these mutants with a global RNA binding site detection method called photoactivatable ribonucleoside crosslinking immunoprecipitation (PAR-CLIP). Together these techniques suggest that the RRMs of HuR cooperate to recognize mRNA targets and that HuR's ability to bind RNA is coupled to the cellular distribution of HuR, and thus, are important in its role for regulating expression of bound mRNAs. </p><p>Together these studies indicate that ARE-BP posttranscriptional networks are highly interconnected and display complex regulatory interactions depending on cell type and stimuli. Furthermore, these networks can create complex behaviors such as timing of expression events or resiliency to fluctuations in protein levels. Finally, the components of these ARE-BP networks target partially overlapping sets of mRNAs to impact global gene expression patterns that ultimately coordinate the cellular responses to external stimuli.</p> / Dissertation

This thesis documents three polychrome, geometric mosaics that were discovered in the Praetorium of the Trajanic Roman fort at Humayma in southern Jordan. Patterns used in the mosaics are swastika meanders, quatrefoil rosettes and interlocking circles, while colours used are beige, red, and two shades of blue. The mosaics can be confidently dated to the initial construction of the fort, between A.D. 111 and A.D. 114. I document the excavation and present state of the most southern mosaics in Jordan, and place them in their regional and social context. By comparing the patterns employed with other similar mosaics, both geographically and temporally, I shed light on the early development of mosaics in the region. I argue that the Roman military employed local craftsmen to construct the mosaics and that evidence of craftsmen training is visible in details of the mosaics. The social and cultural context of the Humayma mosaics is reconstructed by examining both other local examples, and comparanda from the wider, Mediterranean corpus of mosaics, including sites such as Delos, Olynthus, Antioch, Pompeii, and Ostia. The focus is on the extent of diffusion of the specific motifs employed. Interpretation of the mosaics at Humayma will concentrate on such issues as patronage, craftsman training, and indications of regional wealth.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2002. / Härtill 6 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2004. / Härtill 5 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2005. / Härtill 5 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2005. / Härtill 4 uppsatser.