Dans cette thèse, nous nous intéressons à la résolution exacte de programmes linéaires en variables binaires. L'ensemble de nos travaux s'articule autour de l'étude de Resolution search (Chvátal (1997)) pour la résolution du problème du sac à dos multidimensionnel en 0-1. Dans un premier temps, nous proposons un algorithme d'énumération implicite centré sur une analyse des coûts réduits à l'optimum de la relaxation continue ainsi que sur une décomposition de l'espace de recherche en hyperplans. Nous proposons une stratégie de branchement originale visant à élaguer au plus tôt l'arbre de recherche. Cette stratégie est efficace pour résoudre des instances jugées difficiles mais rend l'algorithme dépendant de la connaissance d'une bonne solution de départ. Dans un deuxième temps, nous proposons une méthode de résolution plus autonome combinant Resolution search avec une énumération implicite inspirée du premier algorithme. Cette coopération permet d'obtenir rapidement de bonnes solutions et prouve les optimums d'instances de plus grande taille. Finalement, nous présentons une application de Resolution Search à la résolution d'un problème de planification dans le domaine des télécommunications.

Dans l'embryon de vertébrés l'hématopoïèse se met en place à partir de deux vagues successives de précurseurs hématopoïétiques (PH). Alors que les précurseurs de la première vague, générée dans le Sac Vitellin (SV), présentent des capacités de maintenance et de différenciation réduites, ceux qui sont issus de la seconde présentent toutes les caractéristiques des cellules souches hématopoïétiques (CSH). Elles sont en effet capables de se différencier dans tous les lignages sanguins et permettent d'assurer, à long terme, la reconstitution hématopoïétique de souris létalement irradiées.<br />Le facteur de transcription GATA-3 est exprimé dans l'embryon au cours des phases de détermination et de génération des CSH. Il n'est jamais exprimé aux stades équivalents dans le SV. GATA-3 pourrait jouer un rôle important dans la génération des CSH et dans l'acquisition des propriétés différentes des précurseurs hématopoïétiques des deux sites.<br />Nous avons développé une démarche expérimentale permettant d'effectuer l'analyse fonctionnelle de gènes présentant une expression différente entre les deux sites de génération des précurseurs hématopoïétiques de l'embryon. Nous avons sélectionné l'électroporation in situ pour perturber l'expression génique au moment de la détermination de ces précurseurs, et la transduction rétrovirale pour cibler les PH au moment de leur génération.<br />Nous avons réalisé l'expression ectopique de GATA-3 dans les PH du SV en utilisant l'infection rétrovirale. Nos résultats montrent que GATA-3 est capable d'amplifier et de maintenir des PH immatures. Des tests effectués en parallèle en effectuant l'expression forcée de GATA-5 (naturellement absent du SV), ou la surexpression GATA-1, nous ont permis de conclure à la spécificité de ces effets. De façon remarquable, GATA-3 est également capable d'amplifier une population répondant à un phénotype de type mésodermique/pré-hématopoïétique.<br />En conclusion, nos résultats montrent que GATA-3 pourrait être impliqué dans les phénomènes liés au maintien du contingent de CSH.

Le problème de la recherche d'un élément dans un ensemble donne est un des problèmes fondamentaux en informatique non numérique, lie, par exemple, aux bases de données, a la compilation, a l'optimisation combinatoire, etc... Dans cette thèse nous abordons le problème de la recherche dans des ensembles ordonnes et quelques problèmes qui lui sont lies. Une matrice est dite triée si elle possédé une relation d'ordre total sur chaque ligne et chaque colonne. Un cas particulier est l'ensemble des matrices définies par x+y, la somme cartésienne de deux vecteurs tries. Après un tour d'horizon des problèmes de la sélection, de la recherche et du tri sur des ensembles de la forme x=y, nous démontrons des bornes inférieures et introduisons des bornes supérieures pour les problèmes de la recherche et de la sélection. Nous proposons, en outre, plusieurs algorithmes parallèles pour la recherche dans x+y. Ensuite nous montrons comment appliquer ces résultats a la resolution en parallèle du problème de décision du sac-a-dos, ou, étant donnes plusieurs objets et un sac de capacité définie a remplir, on veut décider s'il existe une combinaison des objets qui remplit exactement le sac. Des algorithmes avec une accélération optimale sont introduits pour divers modèles de machines parallèles a mémoire partagée et distribuée. Pour ce problème les approches existantes se ramènent soit a la recherche dans x+y, soit a la traversée d'un espace combinatoire a l'aide de la technique du Branch & Bound. Cette dernière technique est aussi discutée dans ce travail, ou nous présentons un algorithme de Branch & Bound en vue de la resolution de problèmes d'optimisation combinatoire sur la connexion machine. Enfin, toujours dans le domaine de l'optimisation combinatoire, nous étudions le comportement de l'algorithme de recuit simule. Nous prouvons que, malgré la confiance qu'il inspire et sa grande utilisation pour des application

Nlrp5, a maternal-effect gene, is required for embryonic progression and female fertility in mice. Previous work indicated an age-related decline in Nlrp5 transcripts in murine oocytes. As maternal age is associated with increased spindle organization defects, studies in this thesis focused on the analysis of meiotic spindle defects in oocytes of Nlrp5-deficient mice. NALP5 protein showed a novel kinetochore-localization pattern, which was disturbed by spindle poisons. Nlrp5-deficient oocytes displayed a higher frequency of spindle abnormalities and chromosomal misalignment. Upon fertilization, these defects translated into increased incidences of multinucleation. As these phenotypes are associated with deficiencies in genome stability, we examined spindle assembly checkpoint (SAC) components. We found that numerous SAC proteins were dysregulated, implying that NALP5 may be critical in sensing oocyte-related SAC defects. We found that Nlrp5-deficient oocytes may have increased DNA damage. Thus, Nlrp5 may be an integral component responsible for preservation of genome integrity in female gametes.

Nlrp5, a maternal-effect gene, is required for embryonic progression and female fertility in mice. Previous work indicated an age-related decline in Nlrp5 transcripts in murine oocytes. As maternal age is associated with increased spindle organization defects, studies in this thesis focused on the analysis of meiotic spindle defects in oocytes of Nlrp5-deficient mice. NALP5 protein showed a novel kinetochore-localization pattern, which was disturbed by spindle poisons. Nlrp5-deficient oocytes displayed a higher frequency of spindle abnormalities and chromosomal misalignment. Upon fertilization, these defects translated into increased incidences of multinucleation. As these phenotypes are associated with deficiencies in genome stability, we examined spindle assembly checkpoint (SAC) components. We found that numerous SAC proteins were dysregulated, implying that NALP5 may be critical in sensing oocyte-related SAC defects. We found that Nlrp5-deficient oocytes may have increased DNA damage. Thus, Nlrp5 may be an integral component responsible for preservation of genome integrity in female gametes.

The Global System for Mobile (GSM) Communication is the most widely used cellular technology. The privacy has been protected using some version of stream ciphers until the 3rd Generation of GSM. KASUMI, a block cipher, has been chosen as a standard algorithm in order to be used in 3rd Generation. In this thesis, s-boxes of KASUMI, MISTY1 (former version of KASUMI) and RIJNDAEL (the Advanced Encryption Standard) are evaluated according to their linear approximation tables, XOR table distributions and satisfaction of the strict avalanche criterion (SAC). Then, the nonlinear part, FI function, of KASUMI and MISTY1 are investigated for SAC. A new FI function is defined by replacing both s-boxes of KASUMI by RIJNDAEL&rsquo / s s-box. Calling this new version KASUMI-R, it is found to have an FI function significantly better than others. Finally, the randomness characteristics of the overall KASUMI-R for different rounds are compared to those of MISTY1 and KASUMI, in terms of avalanche weight distribution (AWD) and some statistical tests. The overall performance of the three ciphers is found to be same, although there is a significant difference in their FI functions.

The Drosophila dorsal Air Sac Primordium (ASP) is a tracheal tube that invasively grows toward and into the wing imaginal disc. The unfolding of Drosophila wing is a process following eclosion with a cuticular bilayer replacing epithelial cells originally packing the wing. We reasoned that protease functions might be needed for the invasion of ASP into the wing imaginal disc as well as the rearrangement of epithelia cells during wing unfolding. Our study is particularly focused on understanding the role of a Cathepsin L like cysteine protease (CP1) in the development of dorsal ASP and wing development of Drosophila melanogaster. To analyze the function of CP1, we overexpressed and knocked down CP1, respectively, using UAS-GAL4 system in combination with RNA interference technology. We found that both the knockdown and overexpression of CP1 in ASP resulted in perturbed growth, migration and weakened invasion of ASPs. We further explored the mechanism by which CP1 regulates ASP development and found that CP1 is capable of degrading collagen IV, a component of extracellular matrix. For wing development, we observed that both the knockdown and overexpression of CP1 in wing imaginal discs interrupted with normal wing development. In summary, our study demonstrated that CP1 facilitates the normal development of ASPs by degrading extracellular matrix and regulates wing development via a complex network of signaling pathways and protein interactions. Knowledge gained from this study has the potential to help us better understand the invasion of tumor cells through the extracellular matrix in humans.

Alkylphenanthrenes such as retene (7-isopropyl-1-methylphenanthrene) are aquatic contaminants commonly found in anthropogenically-, industrially-, and petroleum-contaminated environments, and have been implicated in crude oil toxicity. In the early life stages (ELS) of fish, exposures to alkylphenanthrenes produce signs of toxicity typical of those observed in exposures to halogenated aromatic hydrocarbons, particularly to 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD). TCDD, the most toxic congener, serves as the basis of the current mechanism-based risk assessment model. The model assumes that congeners that produce TCDD-like toxicity share a common mode of action and act additively. The mechanism of TCDD-like toxicity is assumed to be mediated by the aryl hydrocarbon receptor (AhR), a ligand-activated transcription factor involved in the xenobiotic response (e.g., induction of cytochrome P450 1A enzymes; CYP1A) and in normal development. CYP1A enzymes are not involved in the mechanism of TCDD toxicity. Alkylphenanthrenes toxic to the ELS of fish are AhR ligands, but in contrast to TCDD, are readily metabolized by CYP1A enzymes. The byproducts of CYP1A metabolism have been implicated in retene toxicity. However, the target tissue of retene and the direct roles of AhR and CYP1A in retene toxicity are unknown, but are expected to be similar to those of TCDD. The results presented in this thesis suggest that in the ELS of fish: (1) the primary target of retene is the cardiovascular system (Chapters 2 & 5); (2) retene toxicity is stage-specific (Chapter 2); (3) the mechanism of retene toxicity is mediated by AhR2, and is independent of CYP1A enzymes (Chapter 5); (4) multiple CYP1A-independent toxicities can result from exposures to different mixtures of CYP1A inducing (retene) and CYP1A inhibiting (alpha-naphthoflavone or 2-aminoanthracene) PAHs (Chapters 3 & 4); and (5) multiple concentration-dependent mechanisms of toxicity (i.e., synergism and response addition) can occur in co-exposures of a CYP1A inducer (retene) with a range of CYP1A inhibitor (alpha-naphthoflavone) concentrations (Chapter 3). Thus, retene toxicity is mechanistically similar to that of TCDD toxicity, suggesting alkylphenanthrenes can be included in the current risk assessment model. However, the observed variable mixture toxicities and species differences in retene toxicity raise questions about the effectiveness of this model. / Thesis (Ph.D, Biology) -- Queen's University, 2009-01-13 12:10:31.373

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Sheep are commonly used as animal model for in vivo testing of new spinal implants as well as surgical procedures. Therefore, extensive knowledge of the precise morphometry and biomechanics features of sheep spine is crucial for experimental design and interpretation of results obtained in these trials. Little is known about the sheep spine. Therefore, the current study, which comprises of two parts, aimed to gain more knowledge concerning the morphometry of sheep thoracolumbar spine. The first part aimed to document the morphometry of the sheep thoracolumbar vertebrae and to assess the feasibility of using sheep lumbar vertebrae as a model for human spine researches based on morphometric comparison. For this reason, computed tomographic (CT) scanning was carried out in five clinically healthy female Merino sheep (2 years, 62 ± 5.3 kg) under general anaesthesia. CT images were reformatted with 1-mm slice thickness from T2 through L6. The CT images were reformatted in transverse and sagittal planes using multiplaner reconstruction algorithm. Subsequently, CT images were transferred to a workstation and reviewed with dedicated software for measuring the dimensions of the vertebral bodies, spinal canal, intervertebral disc, and pedicles. Based on the generated morphometric data of the sheep lumbar vertebrae, four spinal indices and Pavlov’s ratio were calculated as well as the volume of the vertebral bodies. The spinal indices were concavity index, endplate index, spinal canal index and pedicle index. For measuring vertebral body volume, the transverse CT data were reformatted in 5-mm slice thickness and imported in dedicated software. Thereafter, the four spinal indices and the volume were compared to human published data. The parameter was defined comparable if the ratio sheep/human of each individual vertebra showed variation less than 20%. The second part of the current work aimed to provide quantitative morphometric data of the thoracolumbar dural sac and describe the anatomical relationship between the dural sac and its surrounding osseous structures of the spine. To achieve these aims, computed assisted myelography was carried out in five adult female blackhead sheep (2.0 ± 0.4 years, 80.6 ± 28.7 kg) under general anaesthesia. Transverse images were acquired with 2-mm slice thickness from T1 to L6. Sagittal and transverse diameters and cross-sectional area of the dural sac and the spinal canal were measured on CT images. To determine the anatomical relationship between the dural sac and osseous structures of spinal canal, the pedicle-dural sac distance and available space for dural sac were calculated. The morphometric data showed that the sheep thoracolumbar vertebral bodies and the spinal canal were wider than they were deep, most obviously in the lumbar vertebrae. The intervertebral discs were as much as 57.4% thicker in the lumbar than in the thoracic spine. The pedicles were higher and longer than they were wide over the entire thoracolumbar spine. Compared to humans, sheep lumbar vertebral body volumes were 48.6% smaller. The comparison of absolute values between both species revealed that sheep had smaller, longer and narrower vertebral bodies, thinner intervertebral discs, narrower spinal canal and narrower, higher pedicles. The comparison of the spinal indices showed a good comparability to human in terms of the vertebral endplate and spinal canal. The results of the second parts showed that the dural sac area covered 45.9% and 49.0% of the thoracic and lumbar vertebral canal area, respectively, and it is significantly (positive) correlated with the transverse diameter as well as area of the vertebral canal. The pedicledural sac distance in the lumbar vertebrae was up to 15.8% larger than in the thoracic ones. The clinical relevance of the current study, the sheep lumbar spine has good comparability to that of humans in terms of the vertebral endplate regions and spinal canal, suggesting that a sheep spinal model would be appropriate for studying artificial intervertebral discs, implantation of intervertebral fusion, etc. With regard to sheep pedicles, can be used as a model for spinal implant conditioned by adaptation of implant size to sheep pedicel dimensions. The lumbar vertebral canal shows more space for the dural sac, which seems to be safer for testing fixation spinal implants. / Schafe werden häufig als Tiermodell für In-vivo-Versuche verwendet, um neue Wirbelsäulenimplantate sowie chirurgische Prozeduren zu testen. Daher ist die umfassende Kenntnis der präzisen Morphometrie und der biomechanischen Merkmale der Schafwirbelsäule entscheidend für das experimentelle Design und die Interpretation der Ergebnisse in den Studien. Es sind wenige Daten über die Schafwirbelsäule bekannt. Auf Grund dessen zielt die aktuelle Studie darauf ab, mehr Wissen über die Morphometrie der thorakolumbalen Wirbelsäule von Schafen zu gewinnen. Der erste Teil dieser Studie soll die Morphometrie der Brust- und Lendenwirbelsäule dokumentieren. Das Ziel besteht darin, die Verwendung von Schaflendenwirbeln als Modell für die menschliche Wirbelsäule im morphometrischen Vergleich beurteilen zu können. Aus diesem Grund wurden Computertomographische Untersuchungen (CT) von fünf klinisch gesunden weiblichen Merino-Schafen (2 Jahre, 62 kg ± 5,3 kg) unter Allgemeinanästhesie durchgeführt. Die CT-Bilder wurden mit einer Schichtdicken von 1 mm aus T2 bis L6 gewonnen. Anschließend wurden die CT-Bilder in der transversalen und sagittalen Ebene multiplanar reformatiert. Danach wurden Messungen und Bewertungen mit einer geeigneten Software an den Wirbelkörpern, Wirbelkanälen, Bandscheiben und Pedikeln durchgeführt. Basierend auf den erzeugten morphometrischen Daten der Schaflendenwirbel wurden vier Wirbelsäulen-Indizes und Pavlov’s-ratio sowie das Volumen der Wirbelkörper berechnet. Die Wirbelsäulen-Indizes stellten den Konkavitäts-, Endplatten-, Spinalkanal- und Pedikel-Index dar. Für die Messung des Volumens von Wirbelkörpern wurden die transversalen CT-Daten in 5 mm Schichtdicke formatiert und in geeignete Software eingefügt. Danach wurden die vier Indizes-Wirbelsäulen und das Volumen der Lendenwirbelkörper mit den veröffentlichten Daten von menschlichen Wirbeln verglichen. Sie wurden als „vergleichbar“ definiert, wenn das Verhältnis Schaf-Mensch jedes einzelnen Wirbels Variationen von weniger als 20 % aufwies. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit hat zum Ziel, quantitative morphometrische Daten des thorakolumbalen Duralsacks zu ermitteln. Weiterhin sollen die anatomischen Beziehungen zwischen dem Duralsack und seinen umliegenden knöchernen Strukturen der Wirbelsäule beschrieben werden. Dazu wurden CT-Myelographien an fünf erwachsenen weiblichen Schwarzkopfschafen (2 Jahre ± 0,4 Jahre, 80,6 kg ± 28,7 kg) unter Allgemeinanästhesie durchgeführt. Transversale CT-Bilder wurden mit 2 mm Schichtdicke von T1 bis L6 gemessen. Sagittal- und Transversal-Durchmesser sowie die Querschnittsfläche von Duralsack und Wirbelkanal wurden auf CT-Bildern gemessen. Um die anatomische Beziehung zwischen dem Duralsack und den knöchernen Strukturen des Wirbelkanals zu ermitteln, wurden der Pedikel-Duralsack-Abstand und das Platzangebot für den Duralsack berechnet. Die Wirbelkörper und der Wirbelkanal der ovinen thorakolumbalen Wirbelsäule sind breiter als tief, vor allem im Bereich der Lendenwirbel. Die Bandscheiben sind in der Lendenwirbelsäule 57,4 % dicker als in der Brustwirbelsäule. Die Pedikel der Brust- und Lendenwirbelsäule waren höher und länger als breit. Im Vergleich zum Menschen ist das Volumen von Schaflendenwirbelkörpern 48,6 % kleiner. Der Vergleich der absoluten Werte zwischen den beiden Spezies ergab, dass Schafe kleinere, längere und schmalere Wirbelkörper, dünnere Bandscheiben, einen schmaleren Spinalkanal und schmalere, höhere Pedikel besitzen. Der Vergleich der Wirbelsäulen-Indizes zeigte eine gute Vergleichbarkeit mit menschlichen Wirbelendplatten und Wirbelkanälen. Im zweiten Teil der Studie konnte festgestellt werden, dass die Duralsackfläche 45,9 % des Brustwirbelkanals und 49,0 % des Lendenwirbelkanals einnimmt. Die Duralsackfläche korreliert deutlich positiv mit dem Querdurchmesser und der Fläche des Wirbelkanals. Der Pedikel-Duralsack-Abstand in der Lendenwirbelsäule war bis zu 15,8 % größer als in der Brustwirbelsäule.