Origen de la multicel·lularitat : una aproximació genòmica i funcional

En el present estudi s'analitza l'origen i evolució de 2 molècules claus pera entendre la multicel·lularitat dels animals: les molècules d'adhesió integrines i els factors de transcripció T-box. S’utilitzen els genomes recentment publicats de protists unicel•lulars parents propers dels animals. S’analitza l’origen i evolució d’aquests gens mitjançant anàlisi filogènic, determinació de motius funcionals i també tècniques de biologia molecular. A més, es documenta un cas de transferència gènica horitzontal des d'un eucariota cap a un procariota, fenomen poc habitual. Les principals conclusions són que tant l’adhesoma d'integrina com els gens T-box tenen un origen molt anterior als animals, en un context unicel•lular, i que després foren cooptats pel llinatge multicel•lular dels animals.

GSVA: gene set variation analysis for microarray and RNA-seq data

Gene set enrichment (GSE) analysis is a popular framework for condensing information from gene expression profiles into a pathway or signature summary. The strengths of this approach over single gene analysis include noise and dimension reduction, as well as greater biological interpretability. As molecular profiling experiments move beyond simple case-control studies, robust and flexible GSE methodologies are needed that can model pathway activity within highly heterogeneous data sets. To address this challenge, we introduce Gene Set Variation Analysis (GSVA), a GSE method that estimates variation of pathway activity over a sample population in an unsupervised manner. We demonstrate the robustness of GSVA in a comparison with current state of the art sample-wise enrichment methods. Further, we provide examples of its utility in differential pathway activity and survival analysis. Lastly, we show how GSVA works analogously with data from both microarray and RNA-seq experiments. GSVA provides increased power to detect subtle pathway activity changes over a sample population in comparison to corresponding methods. While GSE methods are generally regarded as end points of a bioinformatic analysis, GSVA constitutes a starting point to build pathway-centric models of biology. Moreover, GSVA contributes to the current need of GSE methods for RNA-seq data. GSVA is an open source software package for R which forms part of the Bioconductor project and can be downloaded at http://www.bioconductor.org.

Enhanced Botrytis cinerea resistance of Arabidopsis plants grown in compost may be explained by increased expression of defense-related genes, as revealed by microarray analysis

Composts are the products obtained after the aerobic degradation of different types of organic matter waste and can be used as substrates or substrate/soil amendments for plant cultivation. There is a small but increasing number of reports that suggest that foliar diseases may be reduced when using compost, rather than standard substrates, as growing medium. The purpose of this study was to examine the gene expression alteration produced by the compost to gain knowledge of the mechanisms involved in compost-induced systemic resistance. A compost from olive marc and olive tree leaves was able to induce resistance against Botrytis cinerea in Arabidopsis, unlike the standard substrate, perlite. Microarray analyses revealed that 178 genes were differently expressed, with a fold change cut-off of 1, of which 155 were up-regulated and 23 were down-regulated in compost-grown, as against perlite-grown plants. A functional enrichment study of up-regulated genes revealed that 38 Gene Ontology terms were significantly enriched. Response to stress, biotic stimulus, other organism, bacterium, fungus, chemical and abiotic stimulus, SA and ABA stimulus, oxidative stress, water, temperature and cold were significantly enriched, as were immune and defense responses, systemic acquired resistance, secondary metabolic process and oxireductase activity. Interestingly, PR1 expression, which was equally enhanced by growing the plants in compost and by B. cinerea inoculation, was further boosted in compost-grown pathogen-inoculated plants. Compost triggered a plant response that shares similarities with both systemic acquired resistance and ABA-dependent/independent abiotic stress responses.

Aproximación de química genómica para el entendimiento de la repuesta defensiva vegetal frente a patógenos: Identificación de moléculas antagonistas y agonistas de la regulación transcripcional en el mutante ocp1 de Arabidopsis thaliana

La genètica química en plantes constitueix una poderosa ferramenta en auge. Per a profunditzar en l’enteniment dels mecanismes defensius vegetals front a l’atac de microorganismes patògens es va realitzar un rastreig de molècules moduladores de l’expressió del gen Ep5C, que s’activa en resposta a l’aplicació de H2O2 y a l’atac de Pseudomonas syringae. S’ha utilizat el mutant ocp1 d’ Arabidopsis thaliana, obtés per mutagènesi a partir de plantes transgèniques pEp5C::GUS. Coneguda la relació d’Ep5C amb la RdDM gràcies a la implicació funcional d’OCP1 i OCP11, s’identifica a MOD18, MOD2 i MOD1 com a potencials molècules implicades en aquesta ruta. A més a més, s’identifica a MOD1 com a molècula activadora de les defenses a través de la ruta mediada per àcid salicílic.

A copula-based method for synthetic microarray data generation

In this work, we propose a copula-based method to generate synthetic gene expression data that account for marginal and joint probability distributions features captured from real data. Our method allows us to implant significant genes in the synthetic dataset in a controlled manner, giving the possibility of testing new detection algorithms under more realistic environments.

Dual activation of pathways regulated by steroid receptors and peptide growth factors in primary prostate cancer revealed by Factor Analysis of microarray data

Background: We use an approach based on Factor Analysis to analyze datasets generated for transcriptional profiling. The method groups samples into biologically relevant categories, and enables the identification of genes and pathways most significantly associated to each phenotypic group, while allowing for the participation of a given gene in more than one cluster. Genes assigned to each cluster are used for the detection of pathways predominantly activated in that cluster by finding statistically significant associated GO terms. We tested the approach with a published dataset of microarray experiments in yeast. Upon validation with the yeast dataset, we applied the technique to a prostate cancer dataset. Results: Two major pathways are shown to be activated in organ-confined, non-metastatic prostate cancer: those regulated by the androgen receptor and by receptor tyrosine kinases. A number of gene markers (HER3, IQGAP2 and POR1) highlighted by the software and related to the later pathway have been validated experimentally a posteriori on independent samples. Conclusion: Using a new microarray analysis tool followed by a posteriori experimental validation of the results, we have confirmed several putative markers of malignancy associated with peptide growth factor signalling in prostate cancer and revealed others, most notably ERRB3 (HER3). Our study suggest that, in primary prostate cancer, HER3, together or not with HER4, rather than in receptor complexes involving HER2, could play an important role in the biology of these tumors. These results provide new evidence for the role of receptor tyrosine kinases in the establishment and progression of prostate cancer.

Array de DNA per identificar espècies de Fusarium: ampliació d'un array existent per incloure espècies del Sud d'Europa

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Department for Feed and Food Hygiene del National Veterinary Institute, Noruega, entre novembre i desembre del 2006. Els grans de cereal poden estar contaminats amb diferents espècies de Fusarium capaces de produir metabolits secundaris altament tòxics com trichotecenes, fumonisines o moniliformines. La correcta identificació d’aquestes espècies és de gran importància per l’assegurament del risc en l’àmbit de la salut humana i animal. La identificació de Fusarium en base a la seva morfologia requereix coneixements taxonòmics i temps; la majoria dels mètodes moleculars permeten la identificació d’una única espècie diana. Per contra, la tecnologia de microarray ofereix l’anàlisi paral•lel d’un alt nombre de DNA dianes. En aquest treball, s’ha desenvolupat un array per a la identificació de les principals espècies de Fusarium toxigèniques del Nord i Sud d’Europa. S’ha ampliat un array ja existent, per a la detecció de les espècies de Fusarium productores de trichothecene i moniliformina (predominants al Nord d’Europa), amb l’addició de 18 sondes de DNA que permeten identificar les espècies toxigèniques més abundants al Sud d’Europa, les qual produeixen majoritàriament fumonisines. Les sondes de captura han estat dissenyades en base al factor d’elongació translació- 1 alpha (TEF-1alpha). L’anàlisi de les mostres es realitza mitjançant una única PCR que permet amplificar part del TEF-1alpha seguida de la hibridació al xip de Fusarium. Els resultats es visualitzen mitjançant un mètode de detecció colorimètric. El xip de Fusarium desenvolupat pot esdevenir una eina útil i de gran interès per a l’anàlisi de cereals presents en la cadena alimentària.

Caracterització estructural i funcional del gen de la miogenia en l’orada (Sparus aurata )

Report for the scientific sojourn at the University of Maryland Biotechnology Institute from February to August 2007. Myogenesis of skeletal muscles in vertebrates is controlled by extracellular signalling molecules together with intracellular transcription factors. Among the transcriptional factors, the members of the myogenic regulatory family play important roles regulating skeletal muscle development and growth. To characterize the gene structure and expression of fish myogenin, we have isolated the myogenin genomic gene and cDNA from gilthead seabream (Sparus aurata) and analyzed the genomic structure, pattern of expression and the regulation of musclespecific expression. Sequence analysis revealed that the seabream myogenin shares a similar gene structure with other fish myogenins, with three exons, two introns and the highly conserved bHLH domain. Expression studies demonstrated that myogenin is expressed in both slow and fast muscles as well as in muscle cells in primary culture. In situ hybridization showed that myogenin was specifically expressed in developing somites of seabream embryos. Promoter activity analysis demonstrated that the myogenin promoter could drive green fluorescence protein expression in muscle cells of zebrafish embryos, as well as in myofibers of adult zebrafish and juvenile seabream.

Bioinformàtica: add-in d'anàlisi i manipulació de seqüències per Microsoft Word

L'objectiu del projecte consisteix en el desenvolupament d'un add-in d'anàlisi i manipulació de seqüències, senzill i de fàcil ús, integrable en l'entorn Microsoft Word per permetre la manipulació de seqüències genètiques directament des de Microsoft Word, estalviant temps, en evitar haver de canviar constantment de programa i format per treballar amb elles; i, també, complicacions a l'usuari final. L'add-in ha estat desenvolupat en Visual Basic + VSTO i ofereix diverses funcionalitats d'edició i anàlisi de seqüències, com ara el complement, la recerca de motius o l'alineament.

Estudi d’alteracions genètiques predictores de resposta al tractament amb cetuximab en càncer colorectal

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Cancer Center, Massachusetts General Hospital- Harvard School of Medicine, Boston, Estats Units entre gener i juny 2007. El desenvolupament de nous fàrmacs dirigits a dianes moleculars específiques ha suposat un gran avanç en el tractament del càncer. El millor coneixement dels mecanismes que determinen la sensibilitat a aquests tractaments biològics és crucial per poder oferir tractaments selectius, optimitzar l'índex terapèutic i controlar l'elevat cost d'aquests fàrmacs. Tal com ha demostrat el grup liderat pel Dr. Settleman i altres, la sensibilitat del tumor a nous fàrmacs dirigits a diana molecular ve determinada en part per alteracions genètiques de les cèl.lules tumorals. El paradigma és la resposta clínica a fàrmacs inhibidors tirosin-cinasa d’ EGFR dels pacients amb càncer de pulmó amb mutacions d'EGFR. Donada la importància de trobar marcadors predictors de sensibilitat a les noves teràpies biològiques, la detecció a gran escala d' alteraciones genètiques i las seva correlació amb la sensibilitat al tractament amb aquests fàrmacs en models preclínics és un primer pas essencial per a un posterior desenvolupament a nivell clínic. En aquest estudi vam establir una plataforma de cribatge d’alta densitat (high throughput screening) de línies cel.lulars que ens permet detectar alteracions genètiques predictores de resposta a fàrmacs dirigits a diana molecular específica. Presentem el desenvolupament d'aquesta plataforma i el resultat de dues aplicacions específiques(... )

Análisis comparativo de tres técnicas de derivación de células madre

Las células madre embrionarias (Embryonic Stem Cells; ESC) son células pluripotentes que presentan la capacidad de dividirse indefinidamente a la vez que mantienen la habilidad para diferenciarse a cualquier tipo celular. Aunque de manera rutinaria se derivan a partir de la masa celular interna de embriones en estadio de blastocisto, también pueden derivarse a partir de embriones en estadios precompactacionales y de embriones reconstruidos por procesos de transferencia nuclear. Debido a que durante el desarrollo embrionario temprano, momento en el que se derivan las ESC, tienen lugar profundos cambios de metilación en el genoma, tanto la derivación como el cultivo se consagran como técnicas que pueden alterar los patrones de metilación en genes regulados por impronta genómica. Con el objetivo de analizar la estabilidad epigenética de embriones preimplantacionales y ESC murinas, en este trabajo se ha optimizado un protocolo de anàlisis de los niveles de metilación mediante pirosecuenciación. Para ello se han seleccionado tres genes regulados por impronta genómica (H19/Igf2, Snrpn and Peg3), dos genes relacionados con el mantenimiento de pluripotencia en ESC (Oct4, Nanog y Sox2) y dos genes marcadores de diferenciación temprana (Cdx2 y Gata6). Nuestros resultados muestran que algunos grupos de embriones preimplantacionales presentan una hipo e hipermetilación en las regiones diferencialmente metiladas (Differentially Methylated Regions, DMRs) de los genes Snrpn y Peg3. Además, la línea de ESC analizada presentó anomalías en los tres genes regulados por impronta genómica. No obstante, el hecho de que esta línea fuera inestable a nivel cariotípico no permite establecer una relación entre el cultivo in vitro o la técnica de derivación y la inestabilidad epigenética demostrada. Por todo esto, parece pertinente analizar tanto la integridad epigenética como la estabilidad cromosómica de ESC antes de proceder a realizar ensayos clínicos en humanos.

Obtenció de jerarquies d'estats cel·lulars via web

Hi ha diversos mètodes d'anàlisi que duen a terme una agrupació global de la sèries de mostres de microarrays, com SelfOrganizing Maps, o que realitzen agrupaments locals tenint en compte només un subconjunt de gens coexpressats, com Biclustering, entre d'altres. En aquest projecte s'ha desenvolupat una aplicació web: el PCOPSamplecl, és una eina que pertany als mètodes d'agrupació (clustering) local, que no busca subconjunts de gens coexpresats (anàlisi de relacions linials), si no parelles de gens que davant canvis fenotípics, la seva relació d'expressió pateix fluctuacions. El resultats del PCOPSamplecl seràn les diferents distribucions finals de clusters i les parelles de gens involucrades en aquests canvis fenotípics. Aquestes parelles de gens podràn ser estudiades per trobar la causa i efecte del canvi fenotípic. A més, l'eina facilita l'estudi de les dependències entre les diferents distribucions de clusters que proporciona l'aplicació per poder estudiar la intersecció entre clusters o l'aparició de subclusters (2 clusters d'una mateixa agrupació de clusters poden ser subclusters d'altres clusters de diferents distribucions de clusters). L'eina és disponible al servidor: http://revolutionresearch.uab.es/

Bioinformática: interfaz web para estudiar el efecto de diferentes condiciones sobre la expresión de los genes

El trabajo realizado se divide en dos bloques bien diferenciados, ambos relacionados con el análisis de microarrays. El primer bloque consiste en agrupar las condiciones muestrales de todos los genes en grupos o clústers. Estas agrupaciones se obtienen al aplicar directamente sobre la microarray los siguientes algoritmos de agrupación: SOM,PAM,SOTA,HC y al aplicar sobre la microarray escalada con PC y MDS los siguientes algoritmos: SOM,PAM,SOTA,HC y K-MEANS. El segundo bloque consiste en realizar una búsqueda de genes basada en los intervalos de confianza de cada clúster de la agrupación activa. Las condiciones de búsqueda ajustadas por el usuario se validan para cada clúster respecto el valor basal 0 y respecto el resto de clústers, para estas validaciones se usan los intervalos de confianza. Estos dos bloques se integran en una aplicación web ya existente, el applet PCOPGene, alojada en el servidor: http://revolutionresearch.uab.es.

Análisis de la expresión de las moléculas relacionadas con el complejo principal de histocompatibilidad de clase I y de NKG2D como respuesta al daño oxidativo del DNA en el cáncer urotelial de vejiga. Relación con las características clínico patológicas y supervivencia

Es tracta d'un estudi retrospectiu de casos de 280 pacients diagnosticats de tumor vesical primari amb un seguiment mínim de 8 anys. S'ha construït un Tissue microarray i mitjançant mètodes semiquantitatius d’inmunohistoquímica es determinarà l'expressió de les molècules MICA (MHC class I chain-related gene A) i del seu receptor NKG2D (Natural-Killer group 2-member D) a nivell tissular, relacionant-lo amb variables anatomopatològiques segons els grups de risc, hàbit tabàquic i sexe. Finalment valorarem l'expressió de MICA/NKG2D com a factor independent de recidiva / progressió tumoral. En la literatura només existeixen 2 treballs que relacionin MICA amb el càncer vesical.

Determinació de la regió del genoma o gens implicats en la síntesi del polièster extracel•lular present en la variant llisa de Mycobacterium vaccae mitjançant transformació

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Universidad de Zaragoza, Espanya, entre novembre del 2007 i abril del 2008. Mycobacterium vaccae és un micobacteri ambiental de creixement ràpid molt estudiat pel seu interès com a possible ús immunoterapéutic en el tractament de la tuberculosis i altres malalties. M.vaccae a l’igual que altres micobacteris presenta dues morfologies colonials: llisa i rugosa. M.vaccae ATCC15483T té originàriament una morfologia llisa. Quant aquest es cultiva en medi sòlid a 30ºC apareixen espontàniament variants rugoses estables que no reverteixen a llises. El motiu pel qual aquest procés té lloc no es coneix, encara que s’ha descrit en Mycobacterium smegmatis i en Mycobacterium avium que els lípids de la paret cel•lular es troben involucrats en aquest canvi de morfologia colonial. L’anàlisi dels contingut en lípids i glicolípids de la paret cel•lular de les dos variants morfològiques de M.vaccae, ens ha indicat que les soques llises presenten un compost extracel•lular que no es troba en les rugoses i que mitjançant l’anàlisi estructural d’aquest compost ha sigut identificat com un polièster extracel•lular de cadena llarga. El present estudi s’ha centrat en determinar els gens implicats en la síntesis d’aquest compost. Per a realitzar aquest anàlisi genètic s’ha construit una llibreria de mutants per transposició de la soca llisa de M. vaccae mitjançant un plàsmid ts/sac i un transposó. S’han obtingut colònies de morfologia rugosa on el plàsmid s’ha insertat en la zona del genoma que codifica per aquest compost extracel•lular. Aquests nous mutants s’han analitzat mitjançant tècniques moleculars (PCR, Southern y seqüenciació). A mès, s’ha construit una llibreria genòmica amb DNA de la soca llisa en plàsmids replicatius de micobacteris derivats de pAL5000 i s’ha transformat la soca rugosa seleccionant per a un fenotip llis estudiant els gens que complementen.