Globin Gene Expression: Role of Transcription Factors

La dérégulation de l'expression génétique est une base pathophysiologique de plusieurs maladies. On a utilisé le locus du gène β-globine humain comme modèle pour élucider le mécanisme de régulation de la transcription génétique et évaluer son expression génétique durant l'érythropoïèse. La famille des protéines 'E' est composée de facteurs de transcription qui possèdent plusieurs sites de liaison au sein de locus du gène β-globine, suggérant leur rôle potentiel dans la régulation de l’expression de ces gènes. Nous avons montré que les facteurs HEB, E2A et ETO2 interagissent d’une manière significative avec la région contrôle du Locus (LCR) et avec les promoteurs des gènes de la famille β-globine. Le recrutement de ces facteurs au locus est modifié lors de l'érythropoïèse dans les cellules souches hematopoitiques et les cellules erythroides de souris transgéniques pour le locus de la β-globine humain, ainsi que dans les cellules progénitrices hématopoïétiques humaines. De plus par cette étude, nous démontrons pour la première fois que le gène β-globine humain est dans une chromatine active et qu’il interagit avec des facteurs de transcriptions de type suppresseurs dans les cellules progénitrices lymphoïdes (voie de différentiation alternative). Cette étude a aussi été faite dans des souris ayant une génétique mutante caractérisée par l'absence des facteurs de transcription E2A ou HEB.

L’utilisation de cultures épithéliales autologues sur les sites donneurs des grands brûlés

INTRODUCTION. La guérison rapide des sites donneurs des greffes cutanées favorise la survie des victimes de brûlures graves (>50 % de superficie brûlée). La mortalité élevée de ces patients est attribuable au fait que la superficie des brûlures excède celle de la peau saine. Des cultures épithéliales autologues (CEA) sont des feuillets de kératinocytes produits en culture à partir de la peau du patient. Cette étude a évalué l’effet des CEA sur l'épithélialisation des sites donneurs chez les grands brûlés. MÉTHODES. Tous les patients recevant des CEA ont été prospectivement inclus. Les plaies des sites donneurs ont été recouvertes de CEA, sauf pour une région contrôle randomisée de 7 x 7 cm. Des biopsies faites sur la greffe de peau ont permis de contrôler la profondeur des plaies sur les sites donneurs. Il y avait deux types de contrôles, avec gaze non adhérente trempée dans le milieu de culture ou dans le salin. L’épithélialisation était quantifiée globalement (% d’épithélialisation par photographie) et histologiquement (par biopsie au poinçon) à simple insu. La guérison des zones de contrôle et CEA était comparée par analyse de variance et par le test de Student. RÉSULTATS. Entre 2008 et 2009, 6 patients furent recrutés avec un total de 11 sites donneurs. Ces patients avaient en moyenne 43.5 ans, 56 % de superficie brûlée, 45% de brûlure pleine épaisseur, 66% avaient une brûlure d’inhalation, 75 jours de séjour. Il n’y a aucune corrélation entre le pourcentage d’épithélialisation et l’épaisseur du prélèvement des greffes (Pearson 0.19). Le score photographique est significativement influencé par le traitement (CEA vs Contrôle; p = 0,039) et par le jour postopératoire (p < 0,001). Le temps moyen pour atteindre un score photographique de guérison pour les zones contrôles fut de 10.2 jours contre 8.6 jours pour le CEA (p = 0,021). A l’évaluation histologique, les sites donneurs traités par le milieu de culture ont évolué aussi favorablement que ceux traités par des feuillets de CEA. CONCLUSION. L’utilisation de CEA sur les sites donneurs semble accélérer leur épithélialisation chez les victimes de brûlures graves. Cet effet est probablement le résultat d’une stimulation de la réépithélialisation innée de la plaie, plutôt que par une adhérence des feuillets de kératinocytes cultivés à la surface de la plaie.

Étude de la collaboration entre les facteurs de transcription hématopoïétiques lors du développement et de la différenciation des cellules érythroïdes

La régulation transcriptionnelle des gènes est cruciale pour permettre le bon fonctionnement des cellules. Afin que les cellules puissent accomplir leurs fonctions, les gènes doivent être exprimés adéquatement dans le bon type cellulaire et au stade de développement et de différenciation approprié. Un dérèglement dans l’expression de un ou plusieurs gènes peut entraîner de graves conséquences sur le destin de la cellule. Divers éléments en cis (ex : promoteurs et enhancers) et en trans (machinerie transcriptionnelle et facteurs de transcription) sont impliqués dans la régulation de la transcription. Les gènes du locus humain beta-globine (hub) sont exprimés dans les cellules érythroïdes et sont finenement régulés lors du développement et de la différenciation. Des mutations dans différentes régions du locus causent entre autres les beta-thalassémies. Nous avons utilisé ce modèle bien caractérisé afin d’étudier différents mécanismes de régulation favorisés par les facteurs de transcription qui sont exprimés dans les cellules érythroïdes. Nous nous sommes intéressés à l’importance de l’élément en cis HS2 du Locus control region. Cet élément possède plusieurs sites de liaison pour des facteurs de transcription impliqués dans la régulation des gènes du locus hub. Nos résultats montrent que HS2 possède un rôle dans l’organisation de la chromatine du locus qui peut être dissocié de son rôle d’enhancer. De plus, HS2 n’est pas essentiel pour l’expression à haut niveau du gène beta alors qu’il est important pour l’expression des gènes gamma. Ceci suggère que le recrutement des différents facteurs au site HS2 lors du développement influence différement les gènes du locus. Dans un deuxième temps, nous avons investigué l’importance de HS2 lors de la différenciation des cellules érythroïdes. Il avait été rapporté que l’absence de HS2 influence grandement la potentialisation de la chromatine du gène beta. La potentialisation dans les cellules progénitrices favorise l’activation transcriptionnelle du gène dans les cellules matures. Nous avons caractérisé le recrutement de différents facteurs de transcription au site HS2 et au promoteur beta dans les cellules progénitrices hématopoïétiques (CPH) ainsi que dans les cellules érythroïdes matures. Nos résultats montrent que le facteur EKLF est impliqué dans la potentialisation de la chromatine et favorise le recrutement des facteurs BRG1, p45 et CBP dans les CPH. L’expression de GATA-1 dans les cellules érythroïdes matures permet le recrutement de GATA-1 au locus hub dans ces cellules. Ces données suggèrent que la combinaison de EKLF et GATA-1 est requise pour permettre une activation maximale du gène beta dans les cellules érythroïdes matures. Un autre facteur impliqué dans la régulation du locus hub est Ikaros. Nous avons étudié son recrutement au locus hub et avons observé que Ikaros est impliqué dans la répression des gènes gamma. Nos résultats montrent aussi que GATA-1 est impliqué dans la répression de ces gènes et qu’il interagit avec Ikaros. Ensemble, Ikaros et GATA-1 favorisent la formation d’un complexe de répression aux promoteurs gamma. Cette étude nous a aussi permis d’observer que Ikaros et GATA-1 sont impliqués dans la répression du gène Gata2. De façon intéressante, nous avons caractérisé le mécanisme de répression du gène Hes1 (un gène cible de la voie Notch) lors de la différenciation érythroïde. Similairement à ce qui a été observé pour les gènes gamma, Hes1 est aussi réprimé par Ikaros et GATA-1. Ces résultats suggèrent donc que la combinaison de Ikaros et GATA-1 est associée à la répression de plusieurs de gènes dans les cellules érythroïdes. Globalement cette thèse rapporte de nouveaux mécanismes d’action de différents facteurs de transcription dans les cellules érythroïdes. Particulièrement, nos travaux ont permis de proposer un modèle pour la régulation des gènes du locus hub lors du développement et de la différenciation. De plus, nous rapportons pour la première fois l’importance de la collaboration entre les facteurs Ikaros et GATA-1 dans la régulation transcriptionnelle de gènes dans les cellules érythroïdes. Des mutations associées à certains des facteurs étudiés ont été rapportées dans des cas de beta-thalassémies ainsi que de leucémies. Nos travaux serviront donc à avoir une meilleure compréhension des mécanismes d’action de ces facteurs afin de potentiellement pouvoir les utiliser comme cibles thérapeutiques.

Étude de la fonction du promoteur foetal A[gamma] dans la régulation de la commutation de l'hémoglobine foetale à adulte

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Polymorphisme du papillomavirus humain de type 52 et lésions du col de l'utérus

Les papillomavirus humains (VPHs) sont reconnus comme les agents étiologiques du cancer du col de l’utérus. Notre étude a pour but de décrire le polymorphisme de la région régulatrice virale (LCR) et du gène E6 du VPH52 chez 216 femmes canadiennes avec différents grades de lésion du col et d’établir s’il existe une association entre les variantes décrites et la présence de lésions intraépithéliales de haut-grade (CIN2,3) du col de l’utérus ou de cancer invasif. L’âge (OR 1.1, 95% CI 1.02-1.17, p=0.005) fut significativement associé à la présence de cancer invasif. Une variante de la région régulatrice virale, MTL-52-LCR-02, présentant une substitution nucléotidique au niveau du nucléotide 7436, fut aussi associée à la présence de cancer du col de l’utérus (p=0.015). Dans une analyse multivariée, après ajustement pour l’âge, l’ethnicité et le site de recrutement, une délétion au niveau du nucléotide 7695 (OR 5.7, 95% CI 1.2-27.9) ainsi qu’une substitution au niveau du nucléotide 7744 (OR 8.3, 95% CI 1.1-61.0) du LCR, et la variante K93R de la protéine E6 (OR 9.5, 95% CI 1.3-68.9) furent associées de façon significative avec la présence de CIN2,3. Ainsi, le polymorphisme du LCR et du gène E6 du VPH52 est associé avec la présence de CIN2,3 et probablement avec celle d’un cancer invasif.

Effets de la reprogrammation sur le gène empreinté H19 chez les équins

Lors de la fécondation, le génome subit des transformations épigénétiques qui vont guider le développement et le phénotype de l’embryon. L'avènement des techniques de reprogrammation cellulaire, permettant la dédifférenciation d'une cellule somatique adulte, ouvre la porte à de nouvelles thérapies régénératives. Par exemple, les procédures de transfert nucléaire de cellules somatique (SCNT) ainsi que la pluripotence par induction (IP) visent à reprogrammer une cellule somatique adulte différentiée à un état pluripotent similaire à celui trouvé durant la fécondation chez l'embryon sans en impacter l'expression génique vitale au fonctionnement cellulaire. Cependant, la reprogrammation partielle est souvent associée à une mauvaise méthylation de séquences géniques responsables de la régulation des empreintes géniques. Ces gènes, étudiés chez la souris, le bovin et l'humain, sont exprimés de manière monoallélique, parent spécifique et sont vitaux pour le développement embryonnaire. Ainsi, nous avons voulu définir le statut épigénétique du gène empreinté H19 chez l'équin, autant chez le gamètes que les embryons dérivés de manière in vivo, SCNT ainsi que les cellules pluripotentes induites (iPSC). Une région contrôle empreinté (ICR) riche en îlots CpG a été observée en amont du promoteur. Couplé avec une analyse de transcrit parent spécifique du gène H19, nous avons confirmé que l'empreinte du gène H19 suit le modèle insulaire décrit chez les autres mammifères étudiés et résiste à la reprogrammation induite par SCNT ou IP. La déméthylation partielle de l'ICR observée chez certains échantillons reprogrammés n'était pas suffisante pour induire une expression biallélique, suggérant un contrôle des empreintes chez les équins durant la reprogrammation.

Efecto de la hipoxia-reoxigenación y las radiaciones ionizantes en la captación de glucosa en líneas tumorales de seno y colon cocultivadas con células endoteliales.

La captación de glucosa y su conversión en lactato juega un papel fundamental en el metabolismo tumoral, independientemente de la concentración de oxígeno presente en el tejido (efecto Warburg). Sin embrago, dicha captación varía de un tipo tumoral a otro, y dentro del mismo tumor, situación que podría depender de las características microambientales tumorales (fluctuaciones de oxígeno, presencia de otros tipos celulares) y de factores estresores asociados a los tratamientos. Se estudió el efecto de la hipoxia-reoxigenación (HR) y las radiaciones ionizantes (RI) sobre la captación de glucosa, en cultivos de líneas tumorales MCF-7 y HT-29, cultivadas de forma aislada o en cocultivo con la línea celular EAhy296. Se encontró que la captación de glucosa en HR es diferente para lo descrito en condiciones de hipoxia permanente y que es modificada en el cocultivo. Se identificaron poblaciones celulares dentro de la misma línea celular, de alta y baja captación de glucosa, lo que implicaría una simbiosis metabólica de la célula como respuesta adaptativa a las condiciones tumorales. Se evaluó la expresión de NRF2 y la translocación nuclear de NRF2 y HIF1a, como vías de respuesta a estrés celular e hipoxia. La translocación nuclear de las proteínas evaluadas explicaría el comportamiento metabólico de las células tumorales de seno, pero no de colon, por lo cual deben existir otras vías metabólicas implicadas. Las diferencias en el comportamiento de las células tumorales en HR en relación con hipoxia permitirá realizar planeaciones dosimétricas más dinámicas, que reevalúen las condiciones de oxigenación tumoral constantemente.

A Validated Methodology for Genetic Identification of Tuna Species (Genus Thunnus)

Tuna species of the genus Thunnus, such as the bluefin tunas, are some of the most important and yet most endangered trade fish in the world. Identification of these species in traded forms, however, may be difficult depending on the presentation of the products, which may hamper conservation efforts on trade control. In this paper, we validated a genetic methodology that can fully distinguish between the eight Thunnus species from any kind of processed tissue. Methodology: After testing several genetic markers, a complete discrimination of the eight tuna species was achieved using Forensically Informative Nucleotide Sequencing based primarily on the sequence variability of the hypervariable genetic marker mitochondrial DNA control region (mtDNA CR), followed, in some specific cases, by a second validation by a nuclear marker rDNA first internal transcribed spacer (ITS1). This methodology was able to distinguish all tuna species, including those belonging to the subgenus Neothunnus that are very closely related, and in consequence can not be differentiated with other genetic markers of lower variability. This methodology also took into consideration the presence of introgression that has been reported in past studies between T. thynnus, T. orientalis and T. alalunga. Finally, we applied the methodology to cross-check the species identity of 26 processed tuna samples. Conclusions: Using the combination of two genetic markers, one mitochondrial and another nuclear, allows a full discrimination between all eight tuna species. Unexpectedly, the genetic marker traditionally used for DNA barcoding, cytochrome oxidase 1, could not differentiate all species, thus its use as a genetic marker for tuna species identification is questioned

Els límits i les relacions entre els peixos acanthopterygii: filogènia molecular de mugilomorpha i atherinomorpha

Sovint, la sistemàtica, basada principalment en caràcters morfològics, no es correspon amb els processos evolutius relacionats amb l'aparició dels grups d'organismes. En l'actualitat, la utilització de les dades moleculars es fa indispensable per a una revisió i millora de la classificació biològica de diversos organismes, com els peixos Acanthopterygii. A la sèrie Mugilomorpha la incongruència entre la taxonomia i la filogènia sorgeix de l'elevada semblança morfològica trobada per part dels seus membres. Pel que fa referència a la sèrie Atherinomorpha, la problemàtica principal resideix en determinar la seva proximitat evolutiva respecte a la sèrie anterior i en establir les relacions filogenètiques dins de la mateixa. Per tant, s'hi ha volgut estimar tant la divergència genètica dins de cada sèrie com inferir les relacions filogenètiques entre ambdues mitjançant la seqüenciació directa del DNA de les regions mitocondrials corresponents al tRNA-Phe, 12S rRNA, COI, cytb, tRNA-Thr, tRNA-Pro i regió control.

Multiple PID mapping using neural networks in a MIMO steam generator system

A neural network was used to map three PID operating regions for a two-input two-output steam generator system. The network was used in stand alone feedforward operation to control the whole operating range of the process, after being trained from the PID controllers corresponding to each control region. The network inputs are the plant error signals, their integral, their derivative and a 4-error delay train.

Temporal genetic variation of the red fox, Vulpes vulpes, across western Europe and the British Isles

Quaternary climatic fluctuations have had profound effects on the phylogeographic structure of many species. Classically, species were thought to have become isolated in peninsular refugia, but there is limited evidence that large, non-polar species survived outside traditional refugial areas. We examined the phylogeographic structure of the red fox (Vulpes vulpes), a species that shows high ecological adaptability in the western Palaearctic region. We compared mitochondrial DNA sequences (cytochrome b and control region) from 399 modern and 31 ancient individuals from across Europe. Our objective was to test whether red foxes colonised the British Isles from mainland Europe in the late Pleistocene, or whether there is evidence that they persisted in the region through the Last Glacial Maximum. We found red foxes to show a high degree of phylogeographic structuring across Europe and, consistent with palaeontological and ancient DNA evidence, confirmed via phylogenetic indicators that red foxes were persistent in areas outside peninsular refugia during the last ice age. Bayesian analyses and tests of neutrality indicated population expansion. We conclude that there is evidence that red foxes from the British Isles derived from central European populations that became isolated after the closure of the landbridge with Europe.

Genetic structure, phylogeny, and biogeography of Brazilian eyelid-less lizards of genera Calyptommatus and Nothobachia (Squamata, Gymnophthalmidae) as inferred from mitochondrial DNA sequences

Calyptommatus and Nothobachia genera of gymnophthalmid lizards are restricted to sandy open habitats on Sao Francisco River margins, northeastern Brazil. Phylogenetic relationships and geographic distribution of the four recognized species of Calyptommatus were analyzed from partial mitochondrial cyt b, 12S, and 16S rRNA genes sequencing, taking allopatric populations of the monotypic Nothobachia ablephara as the outgroup. In Calyptommatus a basal split separated C. sinebrachiatus, a species restricted to the eastern bank of the river, from the three other species. In this clade, C. confusionibus, found on western margin, was recovered as the sister group of the two other species, C. leiolepis and C. nicterus, from opposite margins. According to approximate date estimations, C. sinebrachiatus would have separated from the other congeneric species by 4.4-6.5 my, and C. nicterus, also from eastern bank, would be diverging by 1.8-2.6 my from C. leiolepis, the sister species on the opposite margin. C. confusionibus and C. leiolepis, both from western sandy areas, would be differentiating by 2.8-5.0 my. Divergence times of about 3.0-4.0 my were estimated for allopatric populations of Nothobachia restricted to western margin. Significant differences in 16S rRNA secondary structure relatively to other vertebrates are reported. Distinct evolutionary patterns are proposed for different taxa in those sandy areas, probably related to historical changes in the course of Sao Francisco River. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Genetic variation and population structure of the endangered Hyacinth Macaw (Anodorhynchus hyacinthinus): implications for conservation

The Hyacinth Macaw (Anodorhynchus hyacinthinus) is one of 14 endangered species in the family Psittacidae occurring in Brazil, with an estimated total population of 6,500 specimens. We used nuclear molecular markers (single locus minisatellites and microsatellites) and 472 bp of the mitochondrial DNA control region to characterize levels of genetic variability in this species and to assess the degree of gene flow among three nesting sites in Brazil (Pantanal do Abobral, Pantanal de Miranda and Piaui). The origin of five apprehended specimens was also investigated. The results suggest that, in comparison to other species of parrots, Hyacinth Macaws possess relatively lower genetic variation and that individuals from two different localities within the Pantanal (Abobral and Miranda) belong to a unique interbreeding population and are genetically distinct at nuclear level from birds from the state of Piaui. The analyses of the five apprehended birds suggest that the Pantanal is not the source of birds for illegal trade, but their precise origin could not be assigned. The low genetic variability detected in the Hyacinth Macaw does not seem to pose a threat to the survival of this species. Nevertheless, habitat destruction and nest poaching are the most important factors negatively affecting their populations in the wild. The observed genetic structure emphasizes the need of protection of Hyacinth Macaws from different regions in order to maintain the genetic diversity of this species.

Evolution of Dendrocolaptes platyrostris (Aves: Furnariidae) between the South American open vegetation corridor and the Atlantic forest

The open vegetation corridor of South America is a region dominated by savanna biomes. It contains forests (i.e. riverine forests) that may act as corridors for rainforest specialists between the open vegetation corridor and its neighbouring biomes (i.e. the Amazonian and Atlantic forests). A prediction for this scenario is that populations of rainforest specialists in the open vegetation corridor and in the forested biomes show no significant genetic divergence. We addressed this hypothesis by studying plumage and genetic variation of the Planalto woodcreeper Dendrocolaptes platyrostris Spix (1824) (Aves: Furnariidae), a forest specialist that occurs in both open habitat and in the Atlantic forest. The study questions were: (1) is there any evidence of genetic continuity between populations of the open habitat and the Atlantic forest and (2) is plumage variation congruent with patterns of neutral genetic structure or with ecological factors related to habitat type? We used cytochrome b and mitochondrial DNA control region sequences to show that D. platyrostris is monophyletic and presents substantial intraspecific differentiation. We found two areas of plumage stability: one associated with Cerrado and the other associated with southern Atlantic Forest. Multiple Mantel tests showed that most of the plumage variation followed the transition of habitats but not phylogeographical gaps, suggesting that selection may be related to the evolution of the plumage of the species. The results were not compatible with the idea that forest specialists in the open vegetation corridor and in the Atlantic forest are linked at the population level because birds from each region were not part of the same genetic unit. Divergence in the presence of gene flow across the ecotone between both regions might explain our results. Also, our findings indicate that the southern Atlantic forest may have been significantly affected by Pleistocene climatic alteration, although such events did not cause local extinction of most taxa, as occurred in other regions of the globe where forests were significantly affected by global glaciations. Finally, our results neither support plumage stability areas, nor subspecies as full species. (C) 2011 The Linnean Society of London, Biological Journal of the Linnean Society, 2011, 103, 801-820.

Evolutionary history of Ramphastos toucans: Molecular phylogenetics, temporal diversification, and biogeography

The toucan genus Ramphastos (Piciformes: Ramphastidae) has been a model in the formulation of Neotropical paleobiogeographic hypotheses. Weckstein (2005) reported on the phylogenetic history of this genus based on three mitochondrial genes, but some relationships were weakly supported and one of the subspecies of R. vitellinus (citreolaemus) was unsampled. This study expands on Weckstein (2005) by adding more DNA sequence data (including a nuclear marker) and more samples, including R v. citreolaemus. Maximum parsimony, maximum likelihood, and Bayesian methods recovered similar trees, with nodes showing high support. A monophyletic R. vitellinus complex was strongly supported as the sister-group to R. brevis. The results also confirmed that the southeastern and northern populations of R. vitellinus ariel are paraphyletic. X v. citreolaemus is sister to the Amazonian subspecies of the vitellinus complex. Using three protein-coding genes (COI, cytochrome-b and ND2) and interval-calibrated nodes under a Bayesian relaxed-clock framework, we infer that ramphastid genera originated in the middle Miocene to early Pliocene, Ramphastos species originated between late Miocene and early Pleistocene, and intra-specific divergences took place throughout the Pleistocene. Parsimony-based reconstruction of ancestral areas indicated that evolution of the four trans-Andean Ramphastos taxa (R. v. citreolaemus, R. a. swainsonii, R. brevis and R. sulfuratus) was associated with four independent dispersals from the cis-Andean region. The last pulse of Andean uplift may have been important for the evolution of R. sulfuratus, whereas the origin of the other trans-Andean Ramphastos taxa is consistent with vicariance due to drying events in the lowland forests north of the Andes. Estimated rates of molecular evolution were higher than the ""standard"" bird rate of 2% substitutions/site/million years for two of the three genes analyzed (cytochrome-b and ND2). (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.