This study investigated the role of opioid, adenosine, bradykinin, and calcitonin-gene related peptide (CGRP) receptors, and potential ‘cross-talk’ among suspected G-protein coupled receptors in a humoral model of remote ischemic preconditioning (rIPC) cardioprotection. Compared to Control dialysate (from non-preconditioned donor rabbit blood), rIPC dialysate (from remotely preconditioned blood) reduced cell death in rabbit cardiomyocytes following simulated ischemia and reperfusion. Non-selective, δ-, or κ-opioid receptor blockade and non-selective adenosine receptor blockade abolished rIPC dialysate protection; whereas, bradykinin B2 and CGRP receptor blockade had no effect. Non-selective adenosine receptor blockade fully and partially abolished protection by κ- and δ-opioid receptors, respectively. Multiple reaction monitoring mass spectrometry detected low levels of adenosine, and other preconditioning substances, in the dialysate. An increase in extracellular adenosine was not detected during opioid-induced preconditioning to explain this cross-talk. These results suggest that δ-opioid, κ-opioid, adenosine receptors, and opioid-adenosine cross-talk are involved in rIPC of freshly isolated cardiomyocytes.

Cytomegaloviruses (CMVs) are ubiquitous in nature, having evolved over many millenia with their hosts. While in healthy hosts most infections with CMV are asymptomatic, the virus can cause severe disease in immunocompromised hosts. Thus, the increase in organ transplantation and the HIV/AIDS pandemic have established human CMV (HCMV) as a clinically important pathogen. Indeed, HCMV infections are now the major cause of morbidity and mortality among immunocompromised patients, which has led to more research targeting CMV for effective anti-viral treatment. The discovery that cytomegaloviruses encode several genes which are involved in immune escape has prompted a new area of research, aimed at understanding immune escape mechanisms for exploitation as potential anti-viral therapeutics. By targeting the viral proteins directly, or their receptors in the host, it may be possible to treat CMV disease by agonistic/antagonistic therapy. The first part of this thesis describes the first demonstration of anti-NK1.1 staining in situ to identify NK cells using a modified in vivo perfusion/fixation method. Using this method, we have compared the acute NK1.1+ cellular response to wild-type MCMV infection in the visceral organs of genetically susceptible intra-NK complex recombinant BALB.B6-CT6 (Cmv1s, NK1.1+) mice with resistant C57B⁄J (Cmv1r, NK1.1+) and BALB.B6-Cmv1r mice (Cmv1r, NK1.1+). Expression of viral antigens and the consequences of infection on other cellular subsets, were also analyzed in this study. The data show that in susceptible mice (Cmv1s) MCMV infection is predominent in the marginal zone of splenic white pulp, resulting in local changes in various cellular constituents, including macrophages, NK cells and DC. In the liver, distinct foci of infection were comprised of large numbers of macrophages and NK1.1+ cells surrounding infected cytomegalic cells. In resistant mice (Cmv1r), 6 MCMV infection predominantly affected the red-pulp of the spleen and was associated with increased accumulation of NK1.1+ cells and macrophages at sites of viral infection

Resistances in two-dimensional matrices can be measured by addressing individual sensors one by one using two multiplexers. Thereby, it is assumed that the injected measurement current flows only through the target sensor. Nevertheless, if no special precautions are taken, a part of the injected current may flow through other sensors and this can significantly affect the measurement accuracy. This so-called cross-talk effect is therefore crucial for the measurement of two-dimensional sensor matrices. One possible solution to overcome this problem is to use the short-circuiting method, which sets the same potentials on both sides of the non-target sensors and avoids thereby the cross-talk currents leading to an improvement of measurement accuracy. The short-circuiting method is widely used because it requires no addition of further components, like diodes or MOSFETS, into the matrix. Nowadays, most of the short-circuiting methods are designed for the measurement of purely resistive (e.g., the zero potential circuit driving by DC signals) or capacitive sensor matrices. Thereby, capacitive matrix measurement methods are mainly designed to realize a high scanning speed and do not focus on reducing measurement deviations as they are more conceived for touch screens. In this thesis, the development of accurate measurement methods is focused, to reduce the cross-talk effects in two-dimensional impedimetric sensor matrices, where both the real part and imaginary part of the impedance need to be accurately measured. A multi-row excitation strategy using AC signals having different frequencies is proposed to avoid DC deviations due to the non-ideal behavior of electronic components and to enable simultaneous impedance measurement of all sensors. First, a novel method is proposed, to enable a multiplexer-free simultaneous measurement of resistive sensors in the two-dimensional matrix. This method is named the AC - Zero Potential Circuit (AC-ZPC Type 0), and it is extended for the measurement of impedimetric sensors. Then, based on analytical investigations, two advanced methods are proposed to realize higher measurement accuracy. The first advanced method (AC-ZPC Type 1) corrects the deviations caused by the row interface impedance by introducing a column with reference elements and dispenses with the measurement of the row side excitation signals. The second advanced method (AC-ZPC Type 2) extends the basic AC-ZPC method further. It uses a voltage follower on the row input side to reduce the row interface impedance and introduces a row and a column with reference elements. This method reduces the deviations related to the non-ideal features of the column side amplifier circuits, including their input/output impedance, open-loop gain factor, leakage current, and load impedance. The evaluation of the three proposed methods is carried out first by simulations and then on a specially developed experimental platform. In the simulations, the measurement deviations achieved by the proposed methods are less than 0.005% for the impedimetric targets composed of parallel RC pairs in the range from 2 kΩ||362 pF to 100 kΩ ||$ 7 pF. The feasibility of these proposed methods has been validated by the experimental investigations. Thereby, the AC-ZPC Type 2 method has shown better accuracy than the AC-ZPC Type 1 method. For purely resistive targets in the range from 2 kΩ to 100 kΩ, the averaged absolute deviation of 0.087% is achieved by the AC-ZPC Type 2 method, which is 20% less than the DC-ZPC methods.:1 Introduction 2 Theoretical background 3 Measurement methods for 2D sensor matrices 4 Novel methods for impedimetric sensor matrices 5 Performance in reducing cross-talk effects 6 Practical validation of the proposed methods 7 Conclusion and outlook References Appendix A Operational amplifier model Appendix B Calculation of the resistive and capacitive parts of a time constant unit Appendix C Supplements to performance investigation / Widerstände in zweidimensionalen Matrizen können gemessen werden, indem einzelne Sensoren mit zwei Multiplexern angesprochen werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass der eingespeiste Messstrom nur durch den Zielsensor fließt. Ohne besondere Vorkehrungen kann jedoch ein Teil des eingespeisten Stroms durch andere Sensoren fließen, was die Messgenauigkeit erheblich beeinträchtigen kann. Dieser so genannte Übersprechungseffekt ist daher für die Messung von zweidimensionalen Sensormatrizen von entscheidender Bedeutung. Eine mögliche Lösung zur Überwindung dieses Problems ist die Kurzschlussmethode, bei der auf beiden Seiten der nicht zu messenden Sensoren die gleichen Potenziale angelegt werden und dadurch die Übersprechungsströme vermieden werden, was zu einer Verbesserung der Messgenauigkeit führt. Die Kurzschlussmethode ist weit verbreitet, da sie keine weiteren Komponenten, z.B. Dioden oder MOSFETS, in der Matrix erfordert. Heutzutage sind die meisten Kurzschlussverfahren für die Messung von rein resistiven (z.B. die Nullpotenzialschaltung, die durch Gleichstromsignale angetrieben wird) oder kapazitiven Sensormatrizen ausgelegt. Dabei sind kapazitive Matrixmessverfahren hauptsächlich auf eine hohe Messgeschwindigkeit ausgelegt und konzentrieren sich nicht auf die Reduzierung von Messabweichungen, da sie eher für Touchscreens konzipiert sind. In dieser Dissertation ist die Entwicklung präziser Messmethoden das Ziel, um die Übersprechungseffekte in zweidimensionalen impedimetrischen Sensormatrizen zu reduzieren, bei denen sowohl der Realteil als auch der Imaginärteil der Impedanz genau gemessen werden müssen. Es wird eine mehrreihige Erregungsstrategie unter Verwendung von Wechselstromsignalen mit unterschiedlichen Frequenzen vorgeschlagen, um Gleichstromabweichungen aufgrund des nicht idealen Verhaltens elektronischer Komponenten zu vermeiden und die gleichzeitige Impedanzmessung aller Sensoren zu ermöglichen. Zunächst wird eine neue Methode vorgeschlagen, die eine multiplexerfreie gleichzeitige Messung von Widerstandssensoren in einer zweidimensionalen Matrix ermöglicht. Diese Methode wird als AC-Nullpotenzialschaltung (AC-ZPC Typ 0) bezeichnet und für die Messung von impedimetrischen Sensoren erweitert. Anschließend werden auf der Grundlage analytischer Untersuchungen zwei fortschrittliche Methoden vorgeschlagen, um eine höhere Messgenauigkeit zu erzielen. Die erste fortschrittliche Methode (AC-ZPC Typ 1) korrigiert die durch die Impedanz der Reihenschnittstelle verursachten Abweichungen durch die Einführung einer Spalte mit Referenzelementen und verzichtet auf die Messung der reihenseitigen Anregungssignale. Die zweite fortgeschrittene Methode (AC-ZPC Typ 2) erweitert die grundlegende AC-ZPC Methode weiter. Sie verwendet einen Spannungsfolger auf der Reiheneingangsseite, um die Reihenschnittstellenimpedanz zu verringern, und führt eine Reihe und eine Spalte mit Referenzelementen ein. Diese Methode reduziert die Abweichungen, die mit den nicht idealen Eigenschaften der spaltenseitigen Verstärkerschaltungen zusammenhängen, einschließlich ihrer Eingangs-/Ausgangsimpedanz, des Open-Loop-Verstärkungsfaktors, des Leckstroms und der Lastimpedanz. Die Bewertung der drei vorgeschlagenen Methoden erfolgt zunächst durch Simulationen und dann auf einer speziell entwickelten Versuchsplattform. In den Simulationen liegen die mit den vorgeschlagenen Methoden erzielten Messabweichungen bei weniger als 0,005% für die aus parallelen RC-Paaren bestehenden impedimetrischen Ziele im Bereich von 2 kΩ||362 pF bis 100 kΩ ||$ 7 pF. Die Durchführbarkeit der vorgeschlagenen Methoden wurde durch die experimentellen Untersuchungen bestätigt. Dabei hat die AC-ZPC Typ 2 Methode eine bessere Genauigkeit als die AC-ZPC Typ 1 Methode gezeigt. Für rein resistive Ziele im Bereich von 2 kΩ bis 100 kΩ wird mit der AC-ZPC Typ 2-Methode eine gemittelte absolute Abweichung von 0.087% erreicht, was 20% weniger ist als bei den DC-ZPC-Methoden.:1 Introduction 2 Theoretical background 3 Measurement methods for 2D sensor matrices 4 Novel methods for impedimetric sensor matrices 5 Performance in reducing cross-talk effects 6 Practical validation of the proposed methods 7 Conclusion and outlook References Appendix A Operational amplifier model Appendix B Calculation of the resistive and capacitive parts of a time constant unit Appendix C Supplements to performance investigation

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Les données de la littérature rapportent la supériorité de la chirurgie bariatrique sur le traitement médical optimisé concernant la perte pondérale et l'amélioration du diabète de type 2. Les facteurs prédictifs de bons résultats en terme pondéral et métabolique restent encore méconnus et des échecs sont constatés. Le phénotypage de l'obésité et de son retentissement métabolique semble essentiel afin d'adapter la procédure chirurgicale au cas par cas et améliorer les résultats. Dans ce travail de thèse, par une approche clinique, nous avons cherché à identifier les facteurs prédictifs d'amélioration des paramètres métaboliques et de succès pondéral après chirurgie bariatrique. Nous avons démontré le rôle majeur de la perte de poids après chirurgie dans l'amélioration du métabolisme glucidique et des paramètres métaboliques. Nous avons également montré l'impact positif de la masse musculaire initiale sur la perte pondérale, facteur également déterminant dans le contrôle du métabolisme glucidique. Les marqueurs du dysfonctionnement cellulaire Beta sont également apparus déterminants pour prédire la rémission du diabète de type 2 après chirurgie. Ainsi, l'efficacité de la chirurgie dans le contrôle du syndrome métabolique, au-delà de la technique opératoire, apparaît très dépendante de la perte de poids mais aussi du terrain, confirmant l'importance du phénotypage de l'obésité en préopératoire. Par une approche expérimentale, nous avons cherché à identifier l'impact du tissu adipeux sur les organes sièges de l'insulino-résistance (muscle et foie) impliqués dans le syndrome métabolique. La constitution de la tissuthèque DioMede et l'obtention de milieux conditionnés de tissu adipeux nous ont permis d'étudier l'impact des sécrétions de ce tissu sur les tissus insulino-sensibles en se rapprochant des conditions physiologiques. Nous avons identifié un effet direct du tissu adipeux sur le métabolisme musculaire des acides gras (AG) par la régulation négative du facteur de transcription SREBP-1c. Nos résultats identifient les acides gras insaturés comme les médiateurs de l'inhibition de SREBP-1, conduisant à une diminution de la lipogenèse par l'intermédiaire des gènes cibles de ce facteur de transcription. La composition et les proportions respectives d'AG mono ou poly insaturés et d'AG saturés dans le tissu adipeux, leur niveau de sécrétion, et leur taux circulant apparaissent donc déterminants dans la régulation de la lipogenèse des tissus insulino-sensibles (foie et muscle), et pourraient être un marqueur des obésités avec désordres métaboliques / Literature data reported the superiority of bariatric surgery on optimized medical treatment concerning weight loss outcomes and improvement of type 2 diabetes. Predictive factors of good weight loss results and metabolic control are still unrecognized and failures are recorded. Phenotyping obesity and its metabolic consequences seem essential to tailor the surgical procedure to each patient and to improve the outcomes. In this work, by a clinical approach, we have tried to identify predictive factors of metabolic control and weight loss after bariatric surgery. We have demonstrated the major role of weight loss to achieve glucose homeostasis and metabolic control. We have also reported the positive impact of initial Fat Free Mass on weight loss outcomes and glucose metabolism control. Beta cell dysfunction markers appeared to also have a major impact on Type 2 Diabetes remission after surgery. Thus, the efficacy of surgery on metabolic control, beyond the surgical technique, seems highly related to weight loss and patients history, which underlines the importance of phenotyping obesity before surgery. By an experimental approach, we have tried to identify the impact of adipose tissue on muscle and liver, organs that are involved in the metabolic syndrome. By means of a tissue collection (Diomede) and the use of conditioned media of adipose tissue, we studied the impact of adipose tissue secretions on insulin sensitive tissues, close to physiological conditions. We found a direct effect of adipose tissue on fatty acid metabolism in muscle through SREBP-1c down regulation. Unsaturated Fatty Acids were identified as the mediators of SREBP-1 inhibition, leading to a decrease in lipogenesis through target genes of this transcriptional factor. The composition and the respective proportion of mono or poly unsaturated fatty acids and saturated fatty acids in adipose tissue, their level of secretion, and their circulation rate appear to be determinant in lipogenesis regulation in insuline sensitive tissues (muscle and liver), and could be markers of metabolic disorders in obese patients

Cette thèse présente trois études différentes basées sur les données de CMS du Run 2. Les deux premières sont des mesures des propriétés des amas dans le trajectographe à pistes de silicium de CMS, liées respectivement aux particules hautement ionisantes (HIP) et au partage de charge entre les pistes voisines (également appelé diaphonie). Le dernier sujet abordé dans ce document est la recherche du partenaire supersymétrique du quark top, appelé stop. Une augmentation de l’inefficacité de reconstruction des hits dans le trajectographe à pistes de silicium de CMS a été observée au cours des années 2015 et 2016. Les particules hautement ionisantes ont été identifiées comme une cause possible de ces inefficacités. Cette thèse apporte des résultats qualitatifs et quantitatifs sur l’effet HIP et sa probabilité. Le HIP n’était pas la source la plus importante d’inefficacité et, une fois la source identifiée et corrigée, les nouvelles données révèlent qu’après cette correction, le HIP représente à présent la principale source d’inefficacité. La seconde étude présentée porte sur les conditions utilisées dans la simulation du trajectographe par CMS afin de fournir des résultats réalistes. Ces conditions changent avec les conditions de fonctionnement du trajectographe et évoluent avec le vieillissement du trajectographe résultant des dommages causés par le rayonnement. Nous avons constaté que les paramètres de diaphonie obsolètes avaient une grande incidence sur la forme de l’amas. Dans cette thèse, les paramètres ont été réévalués et il a été confirmé que les nouveaux paramètres améliorent grandement l’accord des amas entre données et simulation. La dernière partie décrit en profondeur la recherche de stop en utilisant les données collectées en 2016 (correspondant à ∫L = 35.9 fb−1) avec un lepton dans l’état final. Aucun excès n’a été observé par rapport aux prédictions attendues par le modèle standard et les résultats ont été interprétés en terme de limites d’exclusion sur des modèles simplifiés. / This thesis presents three different studies based on the CMS Run 2 data. The first two are measurements of the cluster properties in the CMS silicon strip tracker related respectively to the highly ionizing particles (HIP) and the charge sharing among neighboring strips (also known as cross talk). The last topic discussed in this document is the search for the supersymmetric partner of the top quark, called the stop. An increase in the hit inefficiency of the CMS silicon strip tracker was observed during the years 2015 and 2016. The highly ionizing particles were identified as a possible cause of these inefficiencies. This thesis brings qualitative and quantitative results on the HIP effect and its probability. The HIP was found not to be the largest source of inefficiency at that time and once the source was identified and fixed, the new data revealed that after this fix the HIP now represents the major source of the hit inefficiency. The second study presented in this thesis focuses on the conditions plugged in CMS tracker simulation in order to provide realistic results. These conditions change with the tracker operating conditions and also evolve with tracker ageing resulting from the radiation damage. We identified that the outdated cross talk parameters largely impact the cluster width and seed charge. In this thesis the parameters were remeasured and it was confirmed that the new parameters largely improve the agreement of clusters between data and simulation. The last part describes deeply the stop analysis using data recorded in 2016 (corresponding to ∫L =35.9 fb−1) with single lepton in the final state. No excess was observed in the full 2016 data (∫L = 35.9 fb−1) with respect to the standard model background predictions and therefore exclusion limits in terms of simplified model spectra were derived.

Depuis les années 50, la récupération de la phase d’un faisceau optique diffracté par un objet quelconque, est un sujet important dans plusieurs domaines scientifiques, comme la microscopie, l’astronomie et bien d’autres. Généralement, les méthodes qui le permettent se divisent en deux grandes catégories : les méthodes interférométriques et les méthodes itératives basées sur la propagation du faisceau. L’intérêt de ces dernières, réside dans le fait qu’elles sont moins sensibles au bruit, et leur implémentation expérimentale est plus simple. Aussi, le développement des techniques informatiques a rendu cette approche plus rapide et plus intéressante. Cependant, même si l’efficacité de ces méthodes a été démontrée dans plusieurs domaines, leur utilisation est restée limitée à cause de certaines exigences sur les conditions expérimentales, et à la non-convergence de leur algorithme vers une solution unique dans un grand nombre de cas. Ceci est encore plus vrai pour les objets dits "objets complexes", possédant une amplitude et une phase, ce qui réduit fortement leur champ d’application. Afin de surmonter ces problèmes de convergence, diverses stratégies expérimentales ont été développées. Elles ont toutes comme principe d’introduire de nouvelles contraintes bien connues dans le plan de l’objet. Cela permet d’augmenter le nombre de spectres acquis, et donc accroitre et diversifier les sources d’informations sur l’objet de base, ce qui va aider l’algorithme itératif à converger plus rapidement vers une solution finale et unique. Comme exemple de ces stratégies expérimentales, on peut acquérir plusieurs spectres provenant de différentes zones de l’objet, ou moduler la longueur d’onde du faisceau incident, ou même enregistrer les spectres dans des plans parallèles, connectés entre eux par la transformée de Fresnel. Dans ce contexte, le présent travail vise à démontrer expérimentalement une technique connue sous SSPR (Spread Spectrum Phase Retrieval), proposé en 2007 par Zhang, tout en lui introduisant un certain nombre de modifications, afin de la rendre plus pratique. L’idée consiste à moduler le front d’onde de l’objet par M phases aléatoires, générées avec un modulateur spatial de lumière à base de cristaux liquides (LC-SLM), puis enregistrer dans le plan de Fourier les M spectres correspondants. Ces M spectres seront ensuite utilisés dans un algorithme itératif permettant de remonter au front d’onde de l’objet initial, en simulant la propagation du front d’onde entre les deux espaces, spatial et fréquentiel.La première partie de cette thèse comporte une étude détaillée sur les modulateurs spatiaux de lumière, afin de pouvoir choisir le mieux adapté à notre application. Une fois que le modulateur à base de cristaux liquides (LC-SLM) est sélectionné, on présentera ses caractéristiques techniques, ainsi que les tests et les étapes de calibrations nécessaires pour assurer son fonctionnement linéaire et optimal. Ensuite, on montrera plusieurs types d’applications possibles avec ce composant, et dans divers domaines scientifiques, comme l’holographie, la microscopie, l’optique adaptative ainsi que les méthodes interférométriques permettant de reconstruire la phase d’un faisceau lumineux. Dans la deuxième grande partie, on concentre notre travail autour de la méthode itérative SSPR. On montrera comment on peut rendre l’application de cette méthode plus simple en utilisant un modulateur spatial de lumière à base de cristaux liquides, et en travaillant dans le plan de Fourier à la place du plan de Fresnel. Cependant, après avoir appliqué expérimentalement cette méthode, on remarque que les résultats obtenus sont très mauvais par rapport aux résultats des simulations. On effectue donc, une étude détaillée concernant les sources de bruits pouvant être responsable de la dégradation de la qualité des reconstructions obtenues. [...] / Since the 50s, recovering the phase information of a diffracted beam has a major interest in several fields such as microscopy, astronomy and many others. Generally, the solutions fall into two broad categories: interferometric methods and iterative methods based on beam propagation. The advantage of the latter is that they are less sensitive to noise, and their experimental implementation is simpler. Also, the progress in computer technologies as well in digital imaging devices makes the application of this approach easier and more interesting. However, even if the effectiveness of these methods has been demonstrated in several fields, their use remained limited because of certain requirements on the experimental conditions and the non-convergence of their algorithm to a single solution in many cases. This is even more true for the so-called "complex objects", having an amplitude and a phase, which can greatly reduce their field of application. To overcome the convergence problems and improve the robustness of these methods, many experimental strategies have been employed. They are all based on the same principle, which consists of introducing new well-known constraints in the object plane. This increases the number of acquired spectrum, and therefore diversifies the sources of information about the starting object, which will help the iterative algorithm to converge more quickly towards the final solution. As examples of such experimental strategies, one can record several spectra from different areas of the object, or modulate the wavelength of the incident beam, or also acquire the spectrums across two or more parallel planes connected through Fresnel or Fourier transform.In this context, the present work aims to experimentally demonstrate a technique known as SSPR (Spread Spectrum Phase Retrieval), proposed in 2007 by Zhang, while modifying it in order to make it more flexible. The idea is to introduce, using a liquid crystal spatial light modulator M strong phase modulation into the object field, then record in the Fourier plane the M corresponding spectrums. These M acquisitions will then be used in an iterative algorithm what will allow us to recover the object wavefront by simulating the propagation of the light between spatial and frequency spaces. The first part of this thesis includes a complete study on spatial light modulators; in order to select which one will be best suited for our application. Once liquid crystal spatial light modulators are selected, we present their technical characteristics, as well as the calibration tests needed to ensure their linear and optimal functioning. Then we show several possible applications with this type of component, in various scientific fields, like holography, microscopy, adaptive optics and interferometric methods to reconstruct the phase of a beam.In the second part, we focus our work around the SSPR iterative method. We will show how to make the application of this method simpler by using a liquid crystal spatial light modulator, and by working in Fourier plane instead of Fresnel plane. However, after applying SSPR we have noticed that the quality of experimental results is very inferior to the quality of simulation results. Therefore, a detailed study of the noise sources is conducted. Each of these noise sources adds its own contribution, yet modulator cross-talk remains the factor that deteriorates the most the quality of reconstruction. In fact liquid crystal spatial light modulators are known to have a strong cross-talk between their pixels commonly recognized as fringing field effect. As the pixels are micrometric, each addressed one affects its neighbors, and thus, the phase retardation obtained from a pixel will not be uniform over its entire surface. This will result in a blurring effect of the desired sharp edge between the pixels; therefore, the real displayed phase map will be very different from the addressed one. [...]

Les changements évolutifs nous instruisent sur les nombreuses innovations permettant à chaque organisme de maximiser ses aptitudes en choisissant le partenaire approprié, telles que les caractéristiques sexuelles secondaires, les patrons comportementaux, les attractifs chimiques et les mécanismes sensoriels y répondant. L'haploïde de la levure Saccharomyces cerevisiae distingue son partenaire en interprétant le gradient de la concentration d'une phéromone sécrétée par les partenaires potentiels grâce à un réseau de protéines signalétiques de type kinase activées par la mitose (MAPK). La décision de la liaison sexuelle chez la levure est un événement en "tout–ourien", à la manière d'un interrupteur. Les cellules haploïdes choisissent leur partenaire sexuel en fonction de la concentration de phéromones qu’il produit. Seul le partenaire à proximité sécrétant des concentrations de phéromones égales ou supérieures à une concentration critique est retenu. Les faibles signaux de phéromones sont attribués à des partenaires pouvant mener à des accouplements infructueux. Notre compréhension du mécanisme moléculaire contrôlant cet interrupteur de la décision d'accouplement reste encore mince. Dans le cadre de la présente thèse, je démontre que le mécanisme de décision de la liaison sexuelle provient de la compétition pour le contrôle de l'état de phosphorylation de quatre sites sur la protéine d'échafaudage Ste5, entre la MAPK, Fus3, et la phosphatase,Ptc1. Cette compétition résulte en la dissociation de type « intérupteur » entre Fus3 et Ste5, nécessaire à la prise de décision d'accouplement en "tout-ou-rien". Ainsi, la décision de la liaison sexuelle s'effectue à une étape précoce de la voie de réponse aux phéromones et se produit rapidement, peut-être dans le but de prévenir la perte d’un partenaire potentiel. Nous argumentons que l'architecture du circuit Fus3-Ste5-Ptc1 génère un mécanisme inédit d'ultrasensibilité, ressemblant à "l'ultrasensibilité d'ordre zéro", qui résiste aux variations de concentration de ces protéines. Cette robustesse assure que l'accouplement puisse se produire en dépit de la stochasticité cellulaire ou de variations génétiques entre individus.Je démontre, par la suite, qu'un évènement précoce en réponse aux signaux extracellulaires recrutant Ste5 à la membrane plasmique est également ultrasensible à l'augmentation de la concentration de phéromones et que cette ultrasensibilité est engendrée par la déphosphorylation de huit phosphosites en N-terminal sur Ste5 par la phosphatase Ptc1 lorsqu'elle est associée à Ste5 via la protéine polarisante, Bem1. L'interférence dans ce mécanisme provoque une perte de l'ultrasensibilité et réduit, du même coup, l'amplitude et la fidélité de la voie de réponse aux phéromones à la stimulation. Ces changements se reflètent en une réduction de la fidélité et de la précision de la morphologie attribuable à la réponse d'accouplement. La polarisation dans l'assemblage du complexe protéique à la surface de la membrane plasmique est un thème général persistant dans tous les organismes, de la bactérie à l'humain. Un tel complexe est en mesure d'accroître l'efficacité, la fidélité et la spécificité de la transmission du signal. L'ensemble de nos découvertes démontre que l'ultrasensibilité, la précision et la robustesse de la réponse aux phéromones découlent de la régulation de la phosphorylation stoichiométrique de deux groupes de phosphosites sur Ste5, par la phosphatase Ptc1, un groupe effectuant le recrutement ultrasensible de Ste5 à la membrane et un autre incitant la dissociation et l'activation ultrasensible de la MAPK terminal Fus3. Le rôle modulateur de Ste5 dans la décision de la destinée cellulaire étend le répertoire fonctionnel des protéines d'échafaudage bien au-delà de l'accessoire dans la spécificité et l'efficacité des traitements de l'information. La régulation de la dynamique des caractères signal-réponse à travers une telle régulation modulaire des groupes de phosphosites sur des protéines d'échafaudage combinées à l'assemblage à la membrane peut être un moyen général par lequel la polarisation du destin cellulaire est obtenue. Des mécanismes similaires peuvent contrôler les décisions cellulaires dans les organismes complexes et peuvent être compromis dans des dérèglements cellulaires, tel que le cancer. Finalement, sur un thème relié, je présente la découverte d'un nouveau mécanisme où le seuil de la concentration de phéromones est contrôlé par une voie sensorielle de nutriments, ajustant, de cette manière, le point prédéterminé dans lequel la quantité et la qualité des nutriments accessibles dans l'environnement déterminent le seuil à partir duquel la levure s'accouple. La sous-unité régulatrice de la kinase à protéine A (PKA),Bcy1, une composante clé du réseau signalétique du senseur aux nutriments, interagit directement avec la sous-unité α des petites protéines G, Gpa1, le premier effecteur dans le réseau de réponse aux phéromones. L'interaction Bcy1-Gpa1 est accrue lorsque la cellule croit en présence d'un sucre idéal, le glucose, diminuant la concentration seuil auquel la décision d'accouplement est activée. Compromettre l'interaction Bcy1-Gpa1 ou inactiver Bcy1 accroît la concentration seuil nécessaire à une réponse aux phéromones. Nous argumentons qu'en ajustant leur sensibilité, les levures peuvent intégrer le stimulus provenant des phéromones au niveau du glucose extracellulaire, priorisant la décision de survie dans un milieu pauvre ou continuer leur cycle sexuel en choisissant un accouplement. / Evolution has resulted in numerous innovations that allow organisms to maximize their fitness by choosing particular mating partners, including secondary sexual characteristics, behavioural patterns, chemical attractants and corresponding sensory mechanisms. The haploid yeast Saccharomyces cerevisiae selects mating partners by interpreting the concentration gradient of pheromone secreted by potential mates through a network of mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling proteins. The mating decision in yeast is an all-or-none, or switch-like, response that allows cells to make accurate decisions about which among potential partners to mate with and to filter weak pheromone signals, thus avoiding inappropriate commitment to mating by responding only at or above critical concentrations when a mate is sufficiently close. The molecular mechanisms that govern the switch-like mating decision are poorly understood. In this thesis I demonstrate that the switching mechanism arises from competition between the MAPK Fus3 and a phosphatase Ptc1 for control of the phosphorylation state of four sites on the scaffold protein Ste5. This competition results in a switch-like dissociation of Fus3 from Ste5 that is necessary to generate the switch-like mating response. Thus, the decision to mate is made at an early stage in the pheromone pathway and occurs rapidly, perhaps to prevent the loss of the potential mate to competitors. We argue that the architecture of the Fus3–Ste5–Ptc1 circuit generates a novel ultrasensitivity mechanism that resembles “zero-order ultrasensitivity”, which is robust to variations in the concentrations of these proteins. This robustness helps assure that mating can occur despite stochastic or genetic variation between individuals. I then demonstrate that during the mating response, an early event of Ste5 recruitment to plasma membrane is ultrasensitive and that it is generated by dephosphorylation of eight N-terminal phosphosites on Ste5 by the phosphatase Ptc1 when associated with Ste5 via the polarization protein Bem1. Interference with this mechanism results in loss of ultrasensitivity and reduced amplitude and therefore fidelity of the pheromone signaling response. These changes are reflected in reduced fidelity and accuracy of the morphogenic mating response. Polarized assembly of signaling protein complexes at the plasma membrane surface is a general theme recapitulated in all organisms from bacteria to humans. Such complexes can increase the efficiency, fidelity and specificity of signal transduction. Together with our previous findings, our results demonstrate that ultrasensitivity, accuracy and robustness of the pheromone response occurs through regulation of the stoichiometry of phosphorylation of two clusters of phosphosites on Ste5, by Ptc1, one cluster mediating ultrasensitive recruitment of Ste5 to the membrane and the other, ultrasensitive dissociation and activation of the terminal MAP kinase Fus3. The role of Ste5 as a direct modulator of a cell-fate decision expands the functional repertoire of scaffold proteins beyond providing specificity and efficiency of information processing. Regulation of dynamic signal-response characteristics through such modular regulation of clusters of phosphosites may be a general means by which cell fate decisions are achieved. Similar mechanisms may govern cellular decisions in higher organisms and be disrupted in cancer. Finally, in a related theme, I present the discovery of a novel mechanisms by which the threshold of pheromone response is controlled by a nutrient-sensing pathway, thus adjusting the set-point at which the quantity and quality of nutrients available in the environment set the threshold of pheromone at which yeast will mate. The regulatory subunit of protein kinase A (PKA), Bcy1, a key component of a nutrient sensing signaling network, directly interacts with the α subunit of G-protein, Gpa1, the primary effector of the pheromone signaling network. The Bcy1-Gpa1 interaction is enhanced when cells are grown in their ideal carbon source glucose, lowering the threshold concentration at which the mating response is activated. Disruption of Bcy1-Gpa1 interaction or Bcy1 deletion increased the threshold concentration for the mating response. We argue that by adjusting their sensitivity, yeast can integrate pheromone stimulus with glucose levels and prioritize decisions to survive in a nutrient-starved environment or to continue their sexual cycle by mating.

Color theory was first formalized in the seventeenth century by Isaac Newton just a couple of decades after the first microscope was built. But it was not until the twentieth century that technological advances led to the integration of color theory, optical spectroscopy and light microscopy through spectral image processing. However, while the focus of image processing often concerns modeling of how images are perceived by humans, the goal of image processing in natural sciences and medicine is the objective analysis. This thesis is focused on color theory that promotes quantitative analysis rather than modeling how images are perceived by humans. Color and fluorescent dyes are routinely added to biological specimens visualizing features of interest. By applying spectral image processing to histopathology, subjectivity in diagnosis can be minimized, leading to a more objective basis for a course of treatment planning. Also, mathematical models for spectral image processing can be used in biotechnology research increasing accuracy and throughput, and decreasing bias. This thesis presents a model for spectral image formation that applies to both fluorescence and transmission light microscopy. The inverse model provides estimates of the relative concentration of each individual component in the observed mixture of dyes. Parameter estimation for the model is based on decoupling light intensity and spectral information. This novel spectral decomposition method consists of three steps: (1) photon and semiconductor noise modeling providing smoothing parameters, (2) image data transformation to a chromaticity plane removing  intensity variation while maintaining chromaticity differences, and (3) a piecewise linear decomposition combining advantages of spectral angle mapping and linear decomposition yielding relative dye concentrations. The methods described herein were used for evaluation of molecular biology techniques as well as for quantification and interpretation of image-based measurements. Examples of successful applications comprise quantification of colocalization, autofluorescence removal, classification of multicolor rolling circle products, and color decomposition of histological images.

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