Beyond position weight matrices: nucleotide correlations in transcription factor binding sites and their description

The identification of transcription factor binding sites (TFBSs) on genomic DNA is of crucial importance for understanding and predicting regulatory elements in gene networks. TFBS motifs are commonly described by Position Weight Matrices (PWMs), in which each DNA base pair independently contributes to the transcription factor (TF) binding, despite mounting evidence of interdependence between base pairs positions. The recent availability of genome-wide data on TF-bound DNA regions offers the possibility to revisit this question in detail for TF binding {\em in vivo}. Here, we use available fly and mouse ChIPseq data, and show that the independent model generally does not reproduce the observed statistics of TFBS, generalizing previous observations. We further show that TFBS description and predictability can be systematically improved by taking into account pairwise correlations in the TFBS via the principle of maximum entropy. The resulting pairwise interaction model is formally equivalent to the disordered Potts models of statistical mechanics and it generalizes previous approaches to interdependent positions. Its structure allows for co-variation of two or more base pairs, as well as secondary motifs. Although models consisting of mixtures of PWMs also have this last feature, we show that pairwise interaction models outperform them. The significant pairwise interactions are found to be sparse and found dominantly between consecutive base pairs. Finally, the use of a pairwise interaction model for the identification of TFBSs is shown to give significantly different predictions than a model based on independent positions

Computing Persistent Homology within Coq/SSReflect

Persistent homology is one of the most active branches of Computational Algebraic Topology with applications in several contexts such as optical character recognition or analysis of point cloud data. In this paper, we report on the formal development of certified programs to compute persistent Betti numbers, an instrumental tool of persistent homology, using the Coq proof assistant together with the SSReflect extension. To this aim it has been necessary to formalize the underlying mathematical theory of these algorithms. This is another example showing that interactive theorem provers have reached a point where they are mature enough to tackle the formalization of nontrivial mathematical theories

Relation Structure moléculaire - Odeur Utilisation des Réseaux de Neurones pour l’estimation de l’Odeur Balsamique

Les molécules odorantes (parfums ou flaveurs) sont utilisées dans une grande variété de produits de consommation, pour inciter les consommateurs à associer les impressions favorables à un produit donné. La Relation Structure moléculaire-Odeur (SOR) est cruciale pour la synthèse de ces molécules mais est très difficile à établir due à la subjectivité de l’odeur. Ce travail présente une approche de prédiction de l'odeur des molécules basée sur les descripteurs moléculaires. Les techniques d’analyse en composantes principales (PCA) et de d’analyse de colinéarité permettent d’identifier les descripteurs les plus pertinents. un réseau de neurones supervisé5 à deux couches (cachée et sortie) est employé pour corréler la structure moléculaire à l’odeur. La base de données décrite précédemment est utilisée pour l’apprentissage. Un ensemble de paramètres est modifié jusqu’à la satisfaction de la meilleure régression. Les résultats obtenus sont encouragent, ainsi les descripteurs moléculaires convenables corrèlent efficacement l'odeur des molécules. C’est la première étape d’un modèle générique en développement pour corréler l'odeur avec les structures moléculaire

A new blind adaptive antenna array for GNSS interference cancellation

This paper introduces a new blind adaptive antenna array as a possible solution to the interference cancellation problem. This new technique is compared to three classical ones over two different sensor radiation patterns. Special attention is paid to the array compatibility with a conventional GNSS receiver. A wide radiation pattern sensor is shown to improve the positioning accuracy by maximizing the satellite constellation visibility. Finally, the new processor demonstrates its superiority in term of positioning accuracy in presence of strong interferences. However, its phase response may make it incompatible with classical GNSS receivers. Some efforts must be done to stabilize it

Optimisation des conditions réactionnelles et création de nouveaux mutants à grande performance du cytochrome p450 BM3 CYP102A1 utilisant les cofacteurs alternatifs NADH et N-benzyl-1,4-dihydronicotinamide

Le cytochrome p450 CYP102A1, mieux connu sous le nom de BM3, provient de la bactérie Bacillus megaterium. Cette enzyme possède un groupement prosthétique hémique lui permettant de catalyser l’insertion d’oxygène dans un lien carbone-hydrogène menant généralement à une hydroxylation du substrat, ce qui en fait une monooxygénase. Ce genre de réaction demeure jusqu’à aujourd’hui difficile à effectuer par chimie traditionnelle ce qui confère un intérêt particulier à cette enzyme. Au contraire des autres cytochromes p450, BM3 est soluble (et non membranaire) et est naturellement fusionnée à son partenaire réductase formant ainsi une seule chaîne polypeptidique. Ainsi, au cours des dernières années, BM3 a attiré beaucoup d’attention de la part de l’industrie de la chimie fine et pharmaceutique due à son potentiel biocatalytique important. Cependant, son usage en industrie est restreint par son instabilité ainsi que par le coût prohibitif du cofacteur qui lui est nécessaire pour catalyser ses réactions, le NADPH. Cette thèse décrit le développement de différentes stratégies visant à libérer les réactions effectuées avec BM3 de leur dépendance au NADPH, tout en maximisant le rendement spécifique de la monooxygénase. En place du NADPH, deux autres cofacteurs de moindre coût furent utilisés comme alternative, soit le NADH et le N-benzyle-1,4- dihydronicotinamide (NBAH) en utilisant le mutant R966D/W1046S de BM3. Afin de maximiser le rendement spécifique de BM3, l’une des stratégies de cette thèse, l’optimisation du milieu réactionnel, repose sur deux éléments clés, soit favoriser la stabilité du cofacteur, car celui-ci est plus instable que l’enzyme elle-même, ainsi que d’abaisser au minimum la température de la réaction, car nous avons constaté que ceci avait pour effet d’augmenter le couplage entre les réactions réductase et monooxygénase et donc la stabilité de l’enzyme. L’effet net de la réaction ainsi optimisée fut d’augmenter le rendement spécifique du mutant R966D/W1046S par un facteur situé entre 2 et 2.6 en fonction du cofacteur utilisé. D’autre part, deux stratégies d’ingénierie enzymatique furent explorées afin de générer des mutations pouvant augmenter la performance de BM3. L’une d’entre elles, la mutagenèse par consensus guidé, généra une librairie de mutants de laquelle les mutants NTD5 et NTD6 furent identifiés, augmentant le rendement spécifique de l’enzyme comparativement à leur parent, R966D/W1046S, par un facteur de 5.2 et 2.3 pour le NBAH et le NADH, respectivement. L’autre stratégie explorée fut d’appliquer une pression sélective sur la bactérie Bacillus megaterium pour forcer, par évolution expérimentale, la performance de l’enzyme. De cette stratégie, un nouveau mutant de BM3 nommé DE, possédant 34 acides aminés substitués sur sa séquence, fut généré. Ce dernier a démontré une plus forte résistance aux solvants organiques ainsi qu’une augmentation de son rendement spécifique vis-à-vis le NADPH et le NADH d’un facteur de 1.23 et 1.76, comparativement à BM3 sauvage, respectivement. Les stratégies décrites dans cette thèse présentent une amélioration significative du rendement spécifique de BM3 ainsi que deux iii nouvelles méthodologies avec lesquelles une enzyme peut être optimisée et de nouvelles mutations bénéfiques identifiées.The p450 cytochrome CYP102A1, better known as BM3, comes from the bacteria Bacillus megaterium. This enzyme possesses a prosthetic heme group enabling it to catalyze the insertion of oxygen into a carbon-hydrogen bond generally resulting in the hydroxylation of the substrate, the enzyme is therefore a monooxygenase. This type of reaction remains difficult to achieve by traditional chemistry. Unlike other p450 cytochromes, BM3 is soluble (is not membrane bound) and is naturally fused to its reductase partner forming a single polypeptide chain. As such, in recent years, BM3 has garnered much attention from the pharmaceutical and fine chemical industries, due to its high biocatalytic potential. However, its use in industry remains constrained by its instability as well as by the prohibitive cost of its cofactor, NADPH. This thesis describes the development of different strategies aiming at liberating reactions driven with BM3 from their dependence to NADPH whilst maximizing the specific yield of the monooxygenase. Instead of NADPH, two other inexpensive cofactors were used, namely NADH and N-benzyl-1,4-dihydronicotinamide (NBAH) by using the BM3 mutant R966D/W1046S. To maximize BM3 specific yield, one of the strategies used in this thesis work, the optimization of the reaction medium, rested on two key elements. Firstly, favouring the stabilization of the cofactor, as it was found to be more unstable than the enzyme itself and secondly lowering the reaction temperature as this effectively augmented oxidase/reductase reactions coupling and as such the stability of the enzyme. The net effect of the optimized reaction was to enhance the specific yield of the BM3 mutant R966D/W1046S by a factor of 2 and 2,6 depending on which cofactor was used. Two other enzymatic engineering strategies were explored to generate mutations which could enhance the performance of BM3. One of these, consensus guided mutagenesis, generated a library of mutants from which mutants NTD5 and NTD6 were identified enhancing the specific yield of the enzyme comparatively to their parent, R966D/W1046S, by a factor of 5,24 and 2,3 for NBAH and NADH respectively. The other strategy explored was to apply a selective pressure on Bacillus megaterium to force, by experimental evolution, the performance of the enzyme. From this strategy, a new mutant of BM3 called DE, possessing 34 new amino acid substitutions, was generated. This new mutant displayed a greater resistance to organic solvents as well as an augmentation of specific yields when used alongside NADPH and NADH comparatively to wild type BM3 by a factor of 1,23 and 1,76 respectively. The strategies described in this thesis allowed a significative enhancement of BM3 specific yield as well as represent two new methodologies by which new beneficial mutations can be identified

Les effets de l'information télévisée sur les évaluations politiques et les préoccupations des électeurs français

Rapport réalisé dans le cadre du Baromètre politique français 2006-2007 (vague 2, 11-26 septembre 2006

Synthetic three-dimensional atomic structures assembled atom by atom

We demonstrate the realization of large, fully loaded, arbitrarily-shaped three-dimensional arrays of single atoms. Using holographic methods and real-time, atom-by-atom, plane-by-plane assembly, we engineer atomic structures with up to 72 atoms separated by distances of a few micrometres. Our method allows for high average filling fractions and the unique possibility to obtain defect-free arrays with high repetition rates. These results find immediate application for the quantum simulation of spin Hamiltonians using Rydberg atoms in state-of-the-art platforms, and are very promising for quantum-information processing with neutral atoms.Comment: 5 pages, 3 figure

Accurate measurement of Cn2 profile with Shack-Hartmann data

The precise reconstruction of the turbulent volume is a key point in the development of new-generation Adaptive Optics systems. We propose a new Cn2 profilometry method named CO-SLIDAR (COupled Slope and scIntillation Detection And Ranging), that uses correlations of slopes and scintillation indexes recorded on a Shack-Hartmann from two separated stars. CO-SLIDAR leads to an accurate Cn2 retrieval for both low and high altitude layers. Here, we present an end-to-end simulation of the Cn2 profile measurement. Two Shack-Hartmann geometries are considered. The detection noises are taken into account and a method to subtract the bias is proposed. Results are compared to Cn2 profiles obtained from correlations of slopes only or correlations of scintillation indexes only.Comment: 10 pages, 8 figures, SPIE Conference "Astronomical Telescopes and Instrumentation" 2012, Amsterdam, paper 8447-19