Análise do transcriptoma das glândulas venenosas do escorpião Tityus stigmurus

In Brazil, accidents with scorpions are considered of medical importance, not only by the high incidence, but also for the potentiality of the venom from some species in determining severe clinical conditions. Tityus stigmurus is a widely distributed scorpion species in Northeastern Brazil and known to cause severe human envenomations, inducing pain, hyposthesia, edema, erythema, paresthesia, headaches and vomiting. The present study uses a transcriptomic approach to characterize the molecular repertoire from the non-stimulated venom gland of Tityus stigmurus scorpion. A cDNA library was constructed and 540 clones were sequenced and grouped into 37 clusters, with more than one EST (expressed sequence tag) and 116 singlets. Forty-one percent of ESTs belong to recognized toxin-coding sequences, with antimicrobial toxins (AMP-like) the most abundant transcripts, followed by alfa KTx- like, beta KTx-like, beta NaTx-like and alfa NaTx-like. Our analysis indicated that 34% include other possible venom molecules , whose transcripts correspond to anionic peptides, hypothetical secreted peptides, metalloproteinases, cystein-rich peptides and lectins. Fifteen percent of ESTs are similar to cellular transcripts. Sequences without good matches corresponded to 11%. This investigation provides the first global view of cDNAs from Tityus stigmurus. This approach enables characterization of a large number of venom gland component molecules, which belong either to known or atypical types of venom peptides and proteins from the Buthidae family

Filling in gaps of Drosophila melanogaster urate degradation metabolic pathway using metabolomics approaches: towards the core metabolome of the fruit fly

The primary goal of systems biology is to integrate complex omics data, and data obtained from traditional experimental studies in order to provide a holistic understanding of organismal function. One way of achieving this aim is to generate genome-scale metabolic models (GEMs), which contain information on all metabolites, enzyme-coding genes, and biochemical reactions in a biological system. Drosophila melanogaster GEM has not been reconstructed to date. Constraint-free genome-wide metabolic model of the fruit fly has been reconstructed in our lab, identifying gaps, where no enzyme was identified and metabolites were either only produced or consume. The main focus of the work presented in this thesis was to develop a pipeline for efficient gap filling using metabolomics approaches combined with standard reverse genetics methods, using 5-hydroxyisourate hydrolase (5-HIUH) as an example. 5-HIUH plays a role in urate degradation pathway. Inability to degrade urate can lead to inborn errors of metabolism (IEMs) in humans, including hyperuricemia. Based on sequence analysis Drosophila CG30016 gene was hypothesised to encode 5- HIUH. CG30016 knockout flies were examined to identify Malpighian tubules phenotype, and shortened lifespan might reflect kidney disorders in hyperuricemia in humans. Moreover, LC-MS analysis of mutant tubules revealed that CG30016 is involved in purine metabolism, and specifically urate degradation pathway. However, the exact role of the gene has not been identified, and the complete method for gap filling has not been developed. Nevertheless, thanks to the work presented here, we are a step closer towards the development of a gap-filling pipeline in Drosophila melanogaster GEM. Importantly, the areas that require further optimisation were identified and are the focus of future research. Moreover, LC-MS analysis confirmed that tubules rather than the whole fly were more suitable for metabolomics analysis of purine metabolism. Previously, Dow/Davies lab has generated the most complete tissue-specific transcriptomic atlas for Drosophila – FlyAtlas.org, which provides data on gene expression across multiple tissues of adult fly and larva. FlyAtlas revealed that transcripts of many genes are enriched in specific Drosophila tissues, and that it is possible to deduce the functions of individual tissues within the fly. Based on FlyAtlas data, it has become clear that the fly (like other metazoan species) must be considered as a set of tissues, each 2 with its own distinct transcriptional and functional profile. Moreover, it revealed that for about 30% of the genome, reverse genetic methods (i.e. mutation in an unknown gene followed by observation of phenotype) are only useful if specific tissues are investigated. Based on the FlyAtlas findings, we aimed to build a primary tissue-specific metabolome of the fruit fly, in order to establish whether different Drosophila tissues have different metabolomes and if they correspond to tissue-specific transcriptome of the fruit fly (FlyAtlas.org). Different fly tissues have been dissected and their metabolome elucidated using LC-MS. The results confirmed that tissue metabolomes differ significantly from each other and from the whole fly, and that some of these differences can be correlated to the tissue function. The results illustrate the need to study individual tissues as well as the whole organism. It is clear that some metabolites that play an important role in a given tissue might not be detected in the whole fly sample because their abundance is much lower in comparison to other metabolites present in all tissues, which prevent the detection of the tissue-specific compound.

KINESIN MOTOR PROTEINS ARE ESSENTIAL FOR MALE GAMETOPHYTE DEVELOPMENT IN MARSILEA VESTITA

The male gametophyte of the semi-aquatic fern, Marsilea vestita, produces multiciliated spermatozoids in a rapid developmental sequence that is controlled post-transcriptionally when dry microspores are placed in water. Development can be divided into two phases, mitosis and differentiation. During the mitotic phase, a series of nine successive division cycles produce 7 sterile cells and 32 spermatids in 4.5-5 hours. During the next 5-6 hours, each spermatid differentiates into a corkscrew-shaped motile spermatozoid with ~140 cilia. This document focuses on the role of motor proteins in the regulation of male gametophyte development and during ciliogenesis. In order to study the mechanisms that regulate spermatogenesis, RNAseq was used to generate a reference transcriptome that allowed us to assess the abundance of transcripts at different stages of development. Over 120 kinesin-like sequences were identified in the transcriptome that represent 56 unique kinesin transcripts. Members of the kinesin-2, -4, -5, -7, -8, -9, -12, -13, and -14 families, in addition to several plant specific and ‘orphan’ kinesins are present. Most (91%) of these kinesin transcripts change in abundance throughout gametophyte development, with 52% of kinesin mRNAs enriched during the mitotic phase and 39% enriched during differentiation. Functional analyses show that the temporal regulation of kinesin transcripts during gametogenesis directly correlates with kinesin protein function. Specifically, Marsilea makes one kinesin-2 (MvKinesin-2) and two kinesin-9 (MvKinesin-9A and MvKinesin-9B) transcripts, which are present during spermatid differentiation and ciliogenesis. Silencing experiments showed that MvKinesin-2 and MvKinesin-9A are required for ciliogenesis and motility in the Marsilea male gametophyte; however, these kinesins display atypical roles during these processes. In contrast, spermatozoids produced after the silencing of MvKinesin-9B exhibit normal morphology. MvKinesin-2 is necessary for cytokinesis as well as for regulating ciliary length and MvKinesin-9A is needed for the correct orientation of basal bodies, events not typically associated with these proteins. In addition, Marsilea makes motile, ciliated gametophytes without the help of IFT dynein, outer arm dynein, or the BBsome. These results are the first to investigate the kinesin-linked mechanisms that regulate ciliogenesis in a land plant.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Transcriptoma diferencial entre células-tronco mesenquimais humanas jovens e senescentes

Human mesenchymal stem cells (MSC) are powerful sources for cell therapy in regenerative medicine. The long time cultivation can result in replicative senescence or can be related to the emergence of chromosomal alterations responsible for the acquisition of tumorigenesis features in vitro. In this study, for the first time, the expression profile of MSC with a paracentric chromosomal inversion (MSC/inv) was compared to normal karyotype (MSC/n) in early and late passages. Furthermore, we compared the transcriptome of each MSC in early passages with late passages. MSC used in this study were obtained from the umbilical vein of three donors, two MSC/n and one MSC/inv. After their cryopreservation, they have been expanded in vitro until reached senescence. Total RNA was extracted using the RNeasy mini kit (Qiagen) and marked with the GeneChip ® 3 IVT Express Kit (Affymetrix Inc.). Subsequently, the fragmented aRNA was hybridized on the microarranjo Affymetrix Human Genome U133 Plus 2.0 arrays (Affymetrix Inc.). The statistical analysis of differential gene expression was performed between groups MSC by the Partek Genomic Suite software, version 6.4 (Partek Inc.). Was considered statistically significant differences in expression to p-value Bonferroni correction ˂.01. Only signals with fold change ˃ 3.0 were included in the list of differentially expressed. Differences in gene expression data obtained from microarrays were confirmed by Real Time RT-PCR. For the interpretation of biological expression data were used: IPA (Ingenuity Systems) for analysis enrichment functions, the STRING 9.0 for construction of network interactions; Cytoscape 2.8 to the network visualization and analysis bottlenecks with the aid of the GraphPad Prism 5.0 software. BiNGO Cytoscape pluggin was used to access overrepresentation of Gene Ontology categories in Biological Networks. The comparison between senescent and young at each group of MSC has shown that there is a difference in the expression parttern, being higher in the senescent MSC/inv group. The results also showed difference in expression profiles between the MSC/inv versus MSC/n, being greater when they are senescent. New networks were identified for genes related to the response of two of MSC over cultivation time. Were also identified genes that can coordinate functional categories over represented at networks, such as CXCL12, SFRP1, xvi EGF, SPP1, MMP1 e THBS1. The biological interpretation of these data suggests that the population of MSC/inv has different constitutional characteristics, related to their potential for differentiation, proliferation and response to stimuli, responsible for a distinct process of replicative senescence in MSC/inv compared to MSC/n. The genes identified in this study are candidates for biomarkers of cellular senescence in MSC, but their functional relevance in this process should be evaluated in additional in vitro and/or in vivo assays

The regulatory role of eNOS-derived nitric oxide on transcription in endothelial cells: Impact of S-nitrosylation on β-catenin signaling

Les cellules endothéliales forment une couche semi-perméable entre le sang et les organes. La prolifération, la migration et la polarisation des cellules endothéliales sont essentielles à la formation de nouveaux vaisseaux à partir de vaisseaux préexistants, soit l’angiogenèse. Le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) peut activer la synthase endothéliale du monoxyde d’azote (eNOS) et induire la production de monoxyde d’azote (NO) nécessaire pour la régulation de la perméabilité vasculaire et l’angiogenèse. β- caténine est une composante essentielle du complexe des jonctions d’ancrage ainsi qu’un régulateur majeur de la voie de signalisation de Wnt/β-caténine dans laquelle elle se joint au facteur de transcription TCF/LEF et module l’expression de nombreux gènes, dont certains sont impliqués dans l’angiogenèse. La S-nitrosylation (SNO) est un mécanisme de régulation posttraductionnel des protéines par l’ajout d’un groupement nitroso au niveau de résidus cystéines. Le NO produit par eNOS peut induire la S-nitrosylation de la β−caténine au niveau des jonctions intercellulaires et moduler la perméabilité de l’endothélium. Il a d’ailleurs été montré que le NO peut contrôler l’expression génique par la transcription. Le but de cette thèse est d’établir le rôle du NO au sein de la transcription des cellules endothéliales, spécifiquement au niveau de l’activité de β-caténine. Le premier objectif était de déterminer si la SNO de la β-caténine affecte son activité transcriptionnelle. Nous avons montré que le NO inhibe l’activité transcriptionnelle de β- caténine ainsi que la prolifération des cellules endothéliales induites par l’activation de la voie Wnt/β-caténine. Il est intéressant de constater que le VEGF, qui induit la production de NO via eNOS, réprime l’expression de AXIN2 qui est un gène cible de Wnt s’exprimant suite à la i i stimulation par Wnt3a et ce, dépendamment de eNOS. Nous avons identifié que la cystéine 466 de la β-caténine est un résidu essentiel à la modulation répressive de son activité transcriptionnelle par le NO. Lorsqu’il est nitrosylé, ce résidu est responsable de la perturbation du complexe de transcription formé de β-caténine et TCF-4 ce qui inhibe la prolifération des cellules endothéliales induite par la stimulation par Wnt3a. Puisque le NO affecte la transcription, nous avons réalisé l’analyse du transcriptome afin d’obtenir une vue d’ensemble du rôle du NO dans l’activité transcriptionnelle des cellules endothéliales. L’analyse différentielle de l’expression des gènes de cellules endothéliales montre que la répression de eNOS par siRNA augmente l’expression de gènes impliqués au niveau de la polarisation tels que : PARD3A, PARD3B, PKCZ, CRB1 et TJ3. Cette analyse suggère que le NO peut réguler la polarisation des cellules et a permis d’identifier des gènes responsables de l’intégrité des cellules endothéliales et de la réponse immunitaire. De plus, l’analyse de voies de signalisation par KEGG montre que certains gènes modulés par l’ablation de eNOS sont enrichis dans de nombreuses voies de signalisation, notamment Ras et Notch qui sont importantes lors de la migration cellulaire et la différenciation des cellules de têtes et de tronc (tip/stalk). Le regroupement des gènes exprimés chez les cellules traitées au VEGF (déplétées de eNOS ou non) révèle que le NO peut affecter l’expression de gènes contribuant au processus angiogénique, dont l’attraction chimiotactique. Notre étude montre que le NO module la transcription des cellules endothéliales et régule l’expression des gènes impliqués dans l’angiogenèse et la fonction endothéliale.

Les impacts de mitochondries étrangères sur le phénotype : une étude holistique chez le ventre rouge du nord Chrosomus eos

Les organismes cybrides souffrent généralement d'une altération de la spécificité des interactions mito-nucléaires, résultant en une détérioration du phénotype. Toutefois, diverses études démontrent que le transfert de mitochondries peut occasionnellement être positif. À l'heure actuelle, de nombreuses questions demeurent quant au degré d'influence de ces transferts sur les différents niveaux d'organisation du phénotype. Afin de répondre à ces questions, les formes sauvages et cybrides du poisson Chrosomus eos sont étudiées. Ainsi, le premier volet de ce projet de recherche démontre un impact des mitochondries Chrosomus neogaeus à différents niveaux d'organisation du phénotype des poissons C. eos, lorsque les formes sauvages et cybrides sont retrouvées en allopatrie. Le deuxième volet de cette thèse révèle, quant à lui, que ces modifications phénotypiques ne sont pas suffisantes pour induire un évènement de spéciation entre les deux biotypes, lorsqu'en sympatrie. De plus, cette étude suggère que la coévolution mito-nucléaire peut ne pas être une condition sine qua non à la perpétuation des individus en milieu naturel. Finalement, l'approche holistique considérée dans le troisième volet de cette recherche atteste de l'influence des mitochondries C. neogaeus à différents niveaux d'organisation du phénotype de C. eos, lorsque les formes sauvages et cybrides sont sympatriques. Cette influence est moins prononcée que celle observée à partir de biotypes allopatriques. Combinés, ces chapitres contribuent à une meilleure compréhension des liens existant entre les mitochondries et le phénotype d'un individu.

TAXONOMY, MORPHOLOGY, AND RNA-SEQ TRANSCRIPTOMICS OF THE CUBOZOAN ALATINA ALATA, AN EMERGING MODEL CNIDARIAN

Cnidarians are often considered simple animals, but the more than 13,000 estimated species (e.g., corals, hydroids and jellyfish) of the early diverging phylum exhibit a broad diversity of forms, functions and behaviors, some of which are demonstrably complex. In particular, cubozoans (box jellyfish) are cnidarians that have evolved a number of distinguishing features. Some cubozoan species possess complex mating behaviors or particularly potent stings, and all possess well-developed light sensation involving image-forming eyes. Like all cnidarians, cubozoans have specialized subcellular structures called nematocysts that are used in prey capture and defense. The objective of this study is to contribute to the development of the box jellyfish Alatina alata as a model cnidarian. This cubozoan species offers numerous advantages for investigating morphological and molecular traits underlying complex processes and coordinated behavior in free-living medusozoans (i.e., jellyfish), and more broadly throughout Metazoa. First, I provide an overview of Cnidaria with an emphasis on the current understanding of genes and proteins implicated in complex biological processes in a few select cnidarians. Second, to further develop resources for A. alata, I provide a formal redescription of this cubozoan and establish a neotype specimen voucher, which serve to stabilize the taxonomy of the species. Third, I generate the first functionally annotated transcriptome of adult and larval A. alata tissue and apply preliminary differential expression analyses to identify candidate genes implicated broadly in biological processes related to prey capture and defense, vision and the phototransduction pathway and sexual reproduction and gametogenesis. Fourth, to better understand venom diversity and mechanisms controlling venom synthesis in A. alata, I use bioinformatics to investigate gene candidates with dual roles in venom and digestion, and review the biology of prey capture and digestion in cubozoans. The morphological and molecular resources presented herein contribute to understanding the evolution of cubozoan characteristics and serve to facilitate further research on this emerging cubozoan model.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Transcriptional regulation os phenylalaline biosynthesis and utilization

Conifer trees divert large quantities of carbon into the biosynthesis of phenylpropanoids, particularly to generate lignin, an important constituent of wood. Since phenylalanine is the precursor for phenylpropanoid biosynthesis, the precise regulation of phenylalanine synthesis and utilization should occur simultaneously. This crucial pathway is finely regulated primarily at the transcriptional level. Transcriptome analyses indicate that the transcription factors (TFs) preferentially expressed during wood formation in plants belong to the MYB and NAC families. Craven-Bartle et al. (2013) have shown in conifers that Myb8 is a candidate regulator of key genes in phenylalanine biosynthesis involved in the supply of the phenylpropane carbon skeleton necessary for lignin biosynthesis. This TF is able to bind AC elements present in the promoter regions of these genes to activate transcription. Constitutive overexpression of Myb8 in white spruce increased secondary-wall thickening and led to ectopic lignin deposition (Bomal et al. 2008). In Arabidopsis, the transcriptional network controlling secondary cell wall involves NAC-domain regulators operating upstream Myb transcription factors. Functional orthologues of members of this network described have been identified in poplar and eucalyptus, but in conifers functional evidence had only been obtained for MYBs. We have identified in the P. pinaster genome 37 genes encoding NAC proteins, which 3 NAC proteins could be potential candidates to be involved in vascular development (Pascual et al. 2015). The understanding of the transcriptional regulatory network associated to phenylpropanoids and lignin biosynthesis in conifers is crucial for future applications in tree improvement and sustainable forest management. This work is supported by the projects BIO2012-33797, BIO2015-69285-R and BIO-474 References: Bomal C, et al. (2008) Involvement of Pinus taeda MYB1 and MYB8 in phenylpropanoid metabolism and secondary cell wall biogenesis: a comparative in planta analysis. J Exp Bot. 59: 3925-3939. Craven-Bartle B, et al. (2013) A Myb transcription factor regulates genes of the phenylalanine pathway in maritime pine. Plant J, 74: 755-766. Pascual MB, et al. (2015) The NAC transcription factor family in maritime pine (Pinus pinaster): molecular regulation of two genes involved in stress responses. BMC Plant Biol, 15: 254.

Integrative genomic, epigenetic and metabolomic characterization of beef from grass-fed Angus steers

Beef constitutes a main component of the American diet and still represent the principal source of protein in many parts of the world. Currently, the meat market is experiencing an important transformation; consumers are increasingly switching from consuming traditional beef to grass-fed beef. People recognized products obtained from grass-fed animals as more natural and healthy. However, the true variations between these two production systems regarding various aspects remain unclear. This dissertation provides information from closely genetically related animals, in order to decrease confounding factors, to explain several confused divergences between grain-fed and grass-fed beef. First, we examined the growth curve, important economic traits and quality carcass characteristics over four consecutive years in grain-fed and grass-fed animals, generating valuable information for management decisions and economic evaluation for grass-fed cattle operations. Second, we performed the first integrated transcriptomic and metabolomic analysis in grass-fed beef, detecting alterations in glucose metabolism, divergences in free fatty acids and carnitine conjugated lipid levels, and altered β-oxidation. Results suggest that grass finished beef could possibly benefit consumer health from having lower total fat content and better lipid profile than grain-fed beef. Regarding animal welfare, grass-fed animals may experience less stress than grain-fed individuals as well. Finally, we contrasted the genome-wide DNA methylation of grass-fed beef against grain-fed beef using the methyl-CpG binding domain sequencing (MBD-Seq) method, identifying 60 differentially methylated regions (DMRs). Most of DMRs were located inside or upstream of genes and displayed increased levels of methylation in grass-fed individuals, implying a global DNA methylation increment in this group. Interestingly, chromosome 14, which has been associated with large effects on ADG, marbling, back fat, ribeye area and hot carcass weight in beef cattle, allocated the largest number of DMRs (12/60). The pathway analysis identified skeletal and muscular system as the preeminent physiological system and function, and recognized carbohydrates metabolism, lipid metabolism and tissue morphology among the highest ranked networks. Therefore, although we recognize some limitations and assume that additional examination is still required, this project provides the first integrative genomic, epigenetic and metabolomics characterization of beef produced under grass-fed regimen.

Insights into Neural Crest Evolution

Neural crest cells are unique to vertebrates and essential to the development and evolution of the craniofacial skeleton. Using a combination of DiI cell lineage tracing, transcriptomics, and analysis of key transcription factors of the Sox Family, I examined neural crest development in the sea lamprey, Petromyzon marinus, as the most basal extant vertebrate from which it is possible to get embryos. The results have uncovered distinct cranial and trunk neural crest subpopulations along the anterior-posterior axis of the lamprey embryo, with a clear separation between the two. However, no evidence of the presence of an intermediate vagal neural crest population was uncovered. Comparing cranial neural crest genes between lamprey and chick, either by examining individual candidate genes or whole genome transcriptome analysis, reveals significant changes in the cranial neural crest gene regulatory network of lamprey compared with chick. In particular, the lamprey cranial neural crest is "missing" several gnathostome cranial crest genes. We speculate that these may underlie the evolutionary divergence of craniofacial development between jawed and jawless vertebrates. Despite the absence of vagal neural crest, DiI-labeling shows that trunk neural crest-derived cells, likely homologous to mammalian Schwann cell precursors, contribute to the lamprey enteric nervous system, potentially representing the most primitive form of neural crest cells contribution to the ENS. Finally, I characterized key members of the Sox Family (Sox B-F) due to their importance in neural crest specification in other species. In comparative studies of the SoxC genes (Sox4, Sox11, and Sox12) in both lamprey and Xenopus, I found similar expression patterns and a novel key role in early neural crest specification, suggesting a conserved role of the SoxC genes amongst vertebrates. Taken together, this work represents important progress in characterizing the early evolution of the neural crest in vertebrates and its role in the transition from jawless to jawed vertebrates.

mRNA-Seq and microarray development for the Grooved carpet shell clam, Ruditapes decussatus: a functional approach to unravel host -parasite interaction

Background The Grooved Carpet shell clam Ruditapes decussatus is the autochthonous European clam and the most appreciated from a gastronomic and economic point of view. The production is in decline due to several factors such as Perkinsiosis and habitat invasion and competition by the introduced exotic species, the manila clam Ruditapes philippinarum. After we sequenced R. decussatus transcriptome we have designed an oligo microarray capable of contributing to provide some clues on molecular response of the clam to Perkinsiosis. Results A database consisting of 41,119 unique transcripts was constructed, of which 12,479 (30.3%) were annotated by similarity. An oligo-DNA microarray platform was then designed and applied to profile gene expression in R. decussatus heavily infected by Perkinsus olseni. Functional annotation of differentially expressed genes between those two conditionswas performed by gene set enrichment analysis. As expected, microarrays unveil genes related with stress/infectious agents such as hydrolases, proteases and others. The extensive role of innate immune system was also analyzed and effect of parasitosis upon expression of important molecules such as lectins reviewed. Conclusions This study represents a first attempt to characterize Ruditapes decussatus transcriptome, an important marine resource for the European aquaculture. The trancriptome sequencing and consequent annotation will increase the available tools and resources for this specie, introducing the possibility of high throughput experiments such as microarrays analysis. In this specific case microarray approach was used to unveil some important aspects of host-parasite interaction between the Carpet shell clam and Perkinsus, two non-model species, highlighting some genes associated with this interaction. Ample information was obtained to identify biological processes significantly enriched among differentially expressed genes in Perkinsus infected versus non-infected gills. An overview on the genes related with the immune system on R. decussatus transcriptome is also reported.

Ammonium uptake, transport and nitrogen economy in forest trees

AMMONIUM UPTAKE, TRANSPORT AND NITROGEN ECONOMY IN FOREST TREES Francisco M. Cánovas, Concepción Avila, Fernando N. de la Torre, Rafael A. Cañas, Belén Pascual, Vanessa Castro- Rodríguez, Jorge El-Azaz Departamento de Biología Molecular y Bioquímica, Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga, Spain. Email: canovas@uma.es Forests ecosystems play a fundamental role in the regulation of global carbon fixation and preservation of biodiversity. Forest trees are also of great economic value because they provide a wide range of products of commercial interest, including wood, pulp, biomass and important secondary metabolites. The productivity of most forest ecosystems is limited by low nitrogen availability and woody perennials have developed adaptation mechanisms, such as ectomycorrhizal associations, to increase the efficiency of N acquisition and metabolic assimilation. The efficient acquisition, assimilation and economy of nitrogen are of special importance in trees that must cope with seasonal periods of growth and dormancy over many years. In fact, the ability to accumulate nitrogen reserves and to recycle N is crucial to determine the growth and production of forest biomass. Ammonium is the predominant form of inorganic nitrogen in the soil of temperate forests and many research efforts are addressed to study the regulation of ammonium acquisition, assimilation and internal recycling for the biosynthesis of amino acids, particularly those relevant for nitrogen storage. In our laboratory, we are interested in studying nitrogen metabolism and its regulation in maritime pine (Pinus pinaster L. Aiton), a conifer species of great ecological and economic importance in Europe and for which whole-transcriptome resources are available. The metabolism of phenylalanine plays a central role in the channeling of carbon from photosynthesis to the biosynthesis of phenylpropanoids and the regulation of this pathway is of broad significance for nitrogen economy of maritime pine. We are currently exploring the molecular properties and regulation of genes involved in the biosynthesis and metabolic fates of phenylalanine in maritime pine. An overview of this research programme will be presented and discussed. Research supported by Spanish Ministry of Economy and Competitiveness and Junta de Andalucía (Grants BIO2015-69285-R, BIO2012-0474 and research group BIO-114).

NAC-MYB basedtranscriptional networkinvolved in the regulation of phenylalanine biosynthesis in P. pinaster

P2-2 NAC-MYB-BASED TRANSCRIPCIONAL NETWORK INVOLVED IN THE REGULATION OF PHENYLALANINE BIOSYNTHESIS IN P. PINASTER Mª Belén Pascual, Rafael A. Cañas, Blanca Craven-Bartle, Francisco M. Cánovas and Concepción Ávila Departamento de Biología Molecular y Bioquímica. Facultad de Ciencias. Universidad de Málaga. Campus de teatinos s/n, Málaga, Spain Email: cavila@uma.es Conifer trees divert large quantities of carbon into the biosynthesis of phenylpropanoids, particularly to generate lignin, an important constituent of wood. Since phenylalanine is the precursor for phenylpropanoid biosynthesis, the precise regulation of phenylalanine synthesis and use should occur simultaneously. This crucial pathway is finely regulated primarily at the transcriptional level. Transcriptome analyses indicate that the transcription factors (TFs) preferentially expressed during wood formation in plants belong to the MYB and NAC families. Craven-Bartle et al. (2013) have shown that Myb8 is a candidate regulator of key genes in phenylalanine biosynthesis involved in the supply of the phenylpropane carbon skeleton necessary for lignin biosynthesis. This TF is able to bind AC elements present in the promoter regions of these genes to activate transcription. In Arabidopsis, the transcriptional network controlling secondary cell wall involves NAC-domain regulators operating upstream Myb transcription factors. We have identified in the P. pinaster genome three NAC proteins as potential candidates to be involved in vascular development. One of them, PpNAC1 is expressed both in xylem and compression wood from adult trees and has been thoroughly characterized. Its role upstream the transcriptional network involving Myb8 will be discussed. The understanding of the transcriptional regulatory network associated to phenylpropanoids and lignin biosynthesis in conifers is crucial for future applications in tree improvement and sustainable forest management.