Paradigm Shifts In Neural Induction

The molecularization of developmental biology was originally seen as a challenge to the integrity of that discipline. However, important new insights from the analysis of gene expression soon transformed the field from one of experimental anatomy to one of developmental genetics. One of the main areas to be transformed from an anatomical to a molecular study was « primary embryonic induction ». The molecular analyses showed that some of the fundamental concepts concluded from the experimental embryological approach to primary embryonic induction were false. First, the neural fate of cells was not being induced. Rather, the epidermal fate was induced and the neural state was the default, uninduced, fate of ectodermal tissues. Second, primary embryonic induction was not something unique to vertebrates. Rather, the ventral neural cord of insects formed using the same mechanisms as the dorsal neural tube of vertebrates. Third, the brain formed in a matter distinctly different from that of the spinal cord. Despite these differences, there has been a clear and strong continuity between the experimental embryological tradition and the molecular genetic tradition, and these new results are seen by many contemporary developmental geneticists as strengthening, rather than destroying, the older science

Considérations épistémologiques sur la modélisation mathématique en biologie

International audienceDans ce chapitre nous examinons quelques spécificités de la modélisation mathématiques en biologie, en ce qui concerne son élaboration et sa validation. La première section exposera plusieurs notions de “modèle” en science, en distinguant en particulier modèles de données, modèles phénoménologiques et modèles mécanistes, et en liant les deux derniers aux notions - omniprésentes en biologie - de « patterns » et de « process ». Concernant les modèles mécanistes on introduira alors l’argument de Levins (1966) sur l’impossibilité pour un tel modèle de satisfaire à la fois les valeurs épistémiques de précision, réalisme et généralité. La perspective adoptée sera donc celle d’un pluralisme des modèles mathématiques en biologie, et dans la suite nous nous interrogerons sur certaines complémentarités et incompatibilités entre types de modélisation mathématiques dans plusieurs domaines de la biologie. La première section s’achèvera par une distinction entre les opérations de vérification, validation, calibration et confirmation de modèles mathématiques, et en tirera les conséquences usuelles quant à la sous détermination des modèles par les données. La suite du chapitre se conformera à la distinction classique entre biologie des causes ultimes, ou évolutionnaire et biologie des causes prochaines, ou fonctionnelle, la section 2 concernant celle-là, et la section 3 traitant de celle-ci.La section 2 commencera par rappeler le rôle de la génétique des populations pour la science des processus de l’évolution. On considérera ensuite les diverses formulations de l’évolution par sélection naturelle en termes d’équation (équation de Price, équation des réplicateurs, règle de Hamilton, etc.) On contrastera cette vision avec les analyses de l’évolution en termes de modèles d’optimalité, en cours en écologie comportementale. On conclura par une tentative d’aborder de manière synoptique ces deux modélisations en rapport avec le modèle du paysage adaptatif ou paysage de fitness introduit par Sewall Wright (1932), afin de souligner le pluralisme des outils mathématiques requis en biologie de l’évolution, et les possibles correspondances qui les lient. La 3ème section abordera la modélisation mathématiques en biologie fonctionnelle. En rapport avec plusieurs exemples précis on s’y interrogera sur les rapports entre mécanismes biologiques et modélisations mathématiques. On se centrera en particulier sur trois modèles mathématiques du développement : le modèle de la morphogénèse de Turing, le modèle dit du French Flag de Wolpert, et la perspective récente des réseaux de gènes régulateurs, et plus généralement, l’usage d’outils de la théorie de graphes. Les deux dernières sections viseront à tirer des enseignements philosophiques de ces analyses. La section 4 abordera la question de la difference et des similitudes entre les modèles mathématiques traditionnels constitués d’équations, et les modèles plus récents du type simulation informatique: elle discutera en particulier la thèse selon laquelle les seconds remplacent les premiers lorsque les solutions des équations ne peuvent pas être calculées.La section 5 se demandera en quoi un modèle mathématiques peut être une explication, et, en particulier, examinera ce que la diversité des modèles mathématiques utilisés en biologie permet de conclure quant au caractère univoque ou pas de la nature de l’explication biologique

La nanochirurgie laser en biologie cellulaire

La cellule est un univers dynamique et compartimenté où interagissent une multitude de sous composants à l’échelle nanométrique. Afin d’étudier l’organisation subcellulaire, il est devenu nécessaire de posséder des outils permettant une manipulation directe extrêmement précise et non invasive. L’avènement des lasers à impulsions, dès les années 60, a conduit à la naissance de la chirurgie au laser. Aujourd’hui, la réduction des impulsions laser en dessous de la nanoseconde permet de mieux comprendre leur interaction avec les tissus biologiques et de contrôler des interventions chirurgicales à une résolution de l’ordre de quelques centaines de nanomètres. Utilisant l’ionisation de la matière par la lumière, cette nanochirurgie laser permet d’effectuer des interventions chirurgicales intracellulaires telles que la découpe de microtubules ou de fibres de tension, sans endommager les structures environnantes ou compromettre la viabilité cellulaire. Ainsi, l’utilisation de lasers à impulsions ultra-courtes, plus précis et puissants, offre une nouvelle approche pour l’étude des forces en biologie ou pour la quantification de la dynamique du cytosquelette.Since their first use in the early 60’s, pulsed lasers have become increasingly popular for their ability to ablate biological tissue. Short laser pulses allow high precision surgery for biological and medical applications with minimal invasiveness. Performing highly targeted manipulation and ablation allows experiments impossible so far in development biology, cellular biology or even assisted reproductive technologies and laser surgery has been increasingly used over the last five years to answer key questions in Biology. Recently, picosecond UV and femtosecond IR laser pulses have been used to cleave microtubules and to severe actin stress fibers in vivo with a spatial precision in the submicrometer range to study their dynamics without affecting cell viability. We review recent findings on the underlying principles of pulsed laser nanosurgery mechanisms showing how the use of ultra short laser pulses increases precision and non-invasiveness of laser surgery. We show how the understanding of the surgical process allows one to distinguish between single cell ablation in living organisms or intracellular nanosurgery in living cells and we review recent applications to the study of forces and the quantification of cytoskeleton dynamics

Hasard et direction en histoire évolutive

Plusieurs aspects de l’histoire évolutive sont envisagés. Les grands événements font intervenir des facteurs externes qui jouent au hasard. Les grandes séries évolutives montrent des sélections directionnelles constantes, qui orientent les changements morphologiques. Les équilibres ponctués et leur forte réintroduction de hasards sont critiqués. L’histoire des mammifères montre des évolutions répétées dans de multiples lignées de caractères nouveaux, qui suggèrent des contraintes de développement. Les progrès récents en biologie du développement expliquent comment les variations phénotypiques sont délimitées, réduisant fortement le nombre des chemins évolutifs possibles. Cette diminution de la part du hasard rend l’évolution plus compréhensible.Several aspects of evolutionary history are here taken into consideration. Great events call for external factors, which operate largely by chance. Long evolutionary series manifest directional selections that are constant, orienting morphological changes. Punctuated equilibria and their strong reintroduction of chance factors are criticized. The history of mammals evinces repeated evolutions within multiple lineages of new characters, which suggest developmental constraints. Recent advances in developmental biology explain how phenotypic variations are limited, reducing considerably the number of possible evolutionary paths. This diminution of the role of chance makes evolution more comprehensible

The sheep conceptus modulates proteome profiles in caruncular endometrium during early pregnancy

This project was funded by NHS Grampian R&D project number RG05/019Peer reviewedPostprin

Abstracts of 2nd International Meeting on Rabbit Biotechnology

(2008). Abstracts of 2nd International Meeting on Rabbit Biotechnology. World Rabbit Science. 16(1). doi:10.4995/wrs.2008.636SWORD16

Heat-induced and spontaneous expression of Hsp70.1Luciferase transgene copies localized on Xp22 in female bovine cells

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Expression of several copies of the heat-inducible <it>Hsp70.1Luciferase </it>(<it>LUC</it>) transgene inserted at a single X chromosome locus of a bull (<it>Bos taurus</it>) was assessed in females after X-chromosome inactivation (XCI). Furthermore, impact of the chromosomal environment on the spontaneous expression of these transgene copies before XCI was studied during early development in embryos obtained after in vitro fertilization (IVF), when the locus was carried by the X chromosome inherited from the bull, and after somatic cell nuclear transfer (SCNT) cloning, when the locus could be carried by the inactive Xi or the active Xa chromosome in a female donor cell, or by the (active) X in a male donor cell.</p> <p>Findings</p> <p>Transgene copies were mapped to bovine Xp22. In XX^{<it>LUC </it>}female fibroblasts, i.e. after random XCI, the proportions of late-replicating inactive and early-replicating active X^{<it>LUC </it>}chromosomes were not biased and the proportion of cells displaying an increase in the level of immunostained luciferase protein after heat-shock induction was similar to that in male fibroblasts. Spontaneous transgene expression occurred at the 8-16-cell stage both in transgenic (female) embryos obtained after IVF and in male and female embryos obtained after SCNT.</p> <p>Conclusions</p> <p>The X^{<it>LUC </it>}chromosome is normally inactivated but at least part of the inactivated X-linked <it>Hsp70.1Luciferase </it>transgene copies remains heat-inducible after random XCI in somatic cells. Before XCI, the profile of the transgenes' spontaneous expression is independent of the epigenetic origin of the X^{<it>LUC </it>}chromosome since it is similar in IVF female, SCNT male and SCNT female embryos.</p