Dibenzofuran degradation by Sphingomonas wittichii RW1 under environmental stresses

Sphingomonas wittichii is a gram-negative Alpha-proteobacterium, capable of degrading xenobiotic compounds such as dibenzofuran (DBF), dibenzo-p-dioxin, carbazole, 2-hydroxybiphenyl or nitro diphenyl ether herbicides. The metabolism of strain RW1 has been the subject of previous studies and a number of genes involved in DBF degradation have been characterized. It is known that RW1 posseses a unique initial DBF dioxygenase (encoded by the dxnAl gene) that catalyzes the first step in the degradation pathway. None of the organisms known to be able to degrade DBF have a similar dioxygenase, the closest match being the DBF dioxygenase from Rhodococcus sp. with an overall amino acid similarity of 45%. Genes participating in the conversion of the metabolite salicylate via the ortho-cleavage pathway to TCA cycle intermediates were identified as well. Apart from this scarce information, however, there is a lack of global knowledge on the genes that are involved in DBF degradation by strain RW1 and the influence of environmental stresses on DBF-dependent global gene expression. A global analysis is necessary, because it may help to better understand the behaviour of the strain under field conditions and suggest improvements for the current bioaugmentation practice. Chapter 2 describes the results of whole-genome analysis to characterize the genes involved in DBF degradation by RW1. Micro-array analysis allowed us to detect differences in gene transcription when strain RW1 was exposed to DBF. This was complemented by ultra-high throughput sequencing of mutants no longer capable of growing on salicylate and DBF. Some of the genes of the ortho-cleavage pathway were induced 2 to 4 times in the presence of DBF, as well as the initial DBF dioxygenase. However two gene clusters, named 4925 and 5102 were induced up to 19 times in response to DBF induction. The cluster 4925 is putatively participating in a meta-cleavage pathway while the cluster 5102 might be part of a gentisate pathway. The three pathways, ortho-cleavage, meta-cleavage and gentisate pathway seem to be active in parallel when strain RW1 is exposed to DBF, presenting evidence for a redundancy of genes for DBF degradation in the genome of RW1. Chapter 3 focuses on exploiting genetic tools to construct bioreporters representative for DBF degradation in RW1. A set of basic tools for genetic manipulation in Sphingomonas wittichii RW1 was tested and optimized. Both plasmids and mini-transposons were evaluated for their ability to be maintained in RW1 with or without antibiotic selection pressure, and for their ability to lead to fluorescent protein expression in strain RW1 from a constitutive promoter. Putative promoter regions of three of the previously found DBF-induced genes (Swit_4925, Swit_5102 and Swit_4897-dxnAl) were then used to construct eg/^-bioreporters in RW1. Chapter 4 describes the use of the constructed RW1-based bioreporter strains for examining the expression of the DBF degradation pathway genes under microcosm conditions. The bioreporter strains were first exposed to different carbon sources in liquid culture to calibrate the egfp induction. Contrary to our expectations from micro-array analysis only the construct with the promoter from gene cluster 4925 responded to DBF, whereas the other two constructs did not show specific induction with DBF. The response from the bioreporters was subsequently tested for sensitivity to water stress, given that this could have an important impact in soils. Exposure to liquid cultures with decreasing water potential, achieved by NaCl or PEG addition to the growth media, showed that eGFP expression in RW1 from the promoter regions 4925 and 5102 was not directly influenced by water stress, but only through an overall reduction in growth rate. In contrast, expression of eGFP from the dxnAl or an uspA promoter was also directly dependent on the extent of water stress. The RW1 with the 4925 construct was subsequently used in soil microcosms to evaluate DBF bioavailability to the cells in presence or absence of native microbiota or other contaminated material. We found that RW1 could grow on DBF added to soil, but bioreporter expression suggested that competition with native microbiota for DBF intermediates may limit its ability to proliferate to a maximum. Chapter 5 describes the results from the experiments carried out to more specifically detect genes of RW1 that might be implicated in water stress resistance. Hereto we created transposon mutagenesis libraries in RW1, either with a classical mini-Tn5 or with a variant that would express egfp when the transposon would insert in a gene induced under water stress. Classical mutant libraries were screened by replica plating under high and low water stress conditions (achieved by adding NaCl to the agar medium). In addition, we screened for smaller microcolonies formed by mutants in agarose beads that could be analized with flow cytometry. A number of mutants impaired to grow on NaCl-supplemented media were recovered and the transposon insertion sites sequenced. In a second procedure we screened by flow cytometry for mutants with a higher eGFP production after exposure to growth medium with higher NaCl concentrations. Mutants from both libraries rarely overlapped. Discovered gene functions of the transposon insertions pointed to compatible solute synthesis (glutamate and proline), cell membrane synthesis and modification of cell membrane composition. The results obtained in the present study give us a more complete picture of the mechanisms of DBF degradation by S. wittichii RW1, how it reacts to different DBF availability and how the DBF catabolic activity may be affected by the conditions found in contaminated environments. - Sphingomonas wittichii est une alpha-protéobactérie gram-négative, capable de dégrader des composés xénobiotiques tels que le dibenzofurane (DBF), la dibenzo-p-dioxine, le carbazole, le 2-hydroxybiphényle ou les herbicides dérivés du nitro-diphényléther. Le métabolisme de la souche RW1 a fait l'objet d'études antérieures et un certain nombre de gènes impliqués dans la dégradation du DBF ont été caractérisés. Il est connu que RW1 possède une unique dioxygénase DBF initiale (codée par le gène dxnAl) qui catalyse la première étape de la voie de dégradation. Aucun des organismes connus pour être capables de dégrader le DBF n'a de dioxygénase similaire. L'enzyme la plus proche étant la DBF dioxygénase de Rhodococcus sp. avec 45% d'acides aminés conservés. Les gènes qui participent à la transformation du salicylate en métabolites intermédiaires du cycle de Krebs par la voie ort/io-cleavage ont aussi été identifiés. Outre ces informations lacunaires, il y a un manque de connaissances sur l'ensemble des gènes impliqués dans la dégradation du DBF par la souche RW1 ainsi que l'effet des stress environnementaux sur l'expression génétique globale, en présence du DBF. Une analyse globale est nécessaire, car elle peut aider à mieux comprendre le comportement de la souche dans les conditions de terrain et de proposer des améliorations pour l'utilisation de la bio-augmentation comme technique de bio-remédiation. Le chapitre 2 décrit les résultats de l'analyse du génome pour caractériser les gènes impliqués dans la dégradation du DBF par RW1. Une analyse de micro-arrays nous a permis de détecter des différences dans la transcription des gènes lorsque la souche RW1 a été exposée au DBF. L'analyse a été complétée par le criblage à ultra-haut débit de mutants qui n'étaient plus capables de croître avec le salicylate ou le DBF comme seule source de carbone. Certains des gènes de la voie ortho-cleavage, dont la DBF dioxygénase initiale, ont xî été induits 2 à 4 fois, en présence du DBF. Cependant, deux groupes de gènes, nommés 4925 et 5102 ont été induits jusqu'à 19 fois en réponse au DBF. Le cluster 4925 participe probablement dans une voie de meta-cleavage tandis que le cluster 5102 pourrait faire partie d'une voie du gentisate. Les trois voies, ortho-cleavage, meta-cleavage et la voie du gentisate semblent être activées en parallèle lorsque la souche RW1 est exposée au DBF, ce qui représente une redondance de voies pour la dégradation du DBF dans le génome de RW1. Le chapitre 3 se concentre sur l'exploitation des outils génétiques pour la construction de biorapporteurs de la dégradation du DBF par RW1. Un ensemble d'outils de base pour la manipulation génétique dans Sphingomonas wittichii RW1 a été testé et optimisé. Deux plasmides et mini-transposons ont été évalués pour leur capacité à être maintenu dans RW1 avec ou sans pression de sélection par des antibiotiques, et pour leur capacité à exprimer la protéine fluorescente verte (eGFP) dans la souche RW1. Les trois promoteurs des gènes Swit_4925, Swit_5102 et Swit_4897 (dxnAl), induits en réponse au DBF, ont ensuite été utilisés pour construire des biorapporteurs dans RW1. Le chapitre 4 décrit l'utilisation des souches biorapportrices construites pour l'analyse de l'expression des gènes de la voie de dégradation du DBF dans des microcosmes avec différents types de sols. Les souches biorapportrices ont d'abord été exposées à différentes sources de carbone en cultures liquides afin de calibrer l'induction de la eGFP. La construction avec le promoteur du gène 4925 a permis une réponse au DBF. Mais contrairement à nos attentes, basées sur les résultats de l'analyse des micro-arrays, les deux autres constructions n'ont pas montré d'induction spécifique au DBF. La réponse des biorapporteurs a ensuite été testée pour la sensibilité au stress hydrique, étant donné que cela pourrait avoir un impact important dans les microcosmes. La diminution du potentiel hydrique en culture liquide est obtenue par addition de NaCl ou de PEG au milieu de croissance. Nous avons montré que l'expression de la eGFP contrôlée par les promoteurs 4925 et 5102 n'était pas directement influencée par le stress hydrique, mais seulement par une réduction globale des taux de croissance. En revanche, l'expression de la eGFP dépendante des promoteurs dxnAl et uspA était aussi directement dépendante de l'ampleur du stress hydrique. La souche avec la construction 4925 a été utilisée par la suite dans des microcosmes avec différents types de sols pour évaluer la biodisponibilité du DBF en présence ou absence des microbes indigènes et d'autres composés contaminants. Nous avons constaté que RW1 pouvait se développer si le DBF a été ajouté au sol, mais l'expression de la eGFP par le biorapporteur suggère que la compétition avec la microbiota indigène pour les métabolites intermédiaires du DBF peut limiter sa capacité à proliférer de manière optimale. Le chapitre 5 décrit les résultats des expériences réalisées afin de détecter spécifiquement les gènes de RW1 qui pourraient être impliquées dans la résistance au stress hydrique. Ici on a crée des bibliothèques de mutants de RW1 par transposon, soit avec un mini-Tn5 classique ou avec une variante qui exprime la eGFP lorsque le transposon s'insère dans un gène induit par le stress hydrique. Les bibliothèques de mutants ont été criblées par la méthode classique de repiquage sur boîtes, dans des conditions de stress hydrique élevé (obtenu par l'addition de NaCl dans les boîtes). En outre, nous avons criblé des micro¬colonies dans des billes d'agarose qui ont pu être analysées par cytométrie de flux. Un certain nombre de mutants déficients à croître sur des milieux supplémentés avec du NaCl ont été isolés et les sites d'insertion du transposon séquencés. Dans une deuxième procédure nous avons criblé par cytométrie de flux des mutants avec une production de eGFP supérieure, après exposition à un milieu de croissance avec une concentration élevée de NaCl. Les mutants obtenus dans les deux bibliothèques n'étaient pas similaires. Les fonctions des gènes où se trouvent les insertions de transposons sont impliqués dans la synthèse de solutés compatibles (glutamate et de la proline), dans la synthèse de la membrane cellulaire et dans la modification de la composition de la membrane cellulaire. Les résultats obtenus dans la présente étude nous donnent une image plus complète des mécanismes de dégradation du DBF par S. wittichii RW1, comment cette souche réagit à la disponibilité du DBF et comment l'activité catabolique peut être affectée par les conditions rencontrées dans des environnements contaminés.

Variation in novel exons (RACEfrags) of the MECP2 gene in Rett syndrome patients and controls.

The study of transcription using genomic tiling arrays has lead to the identification of numerous additional exons. One example is the MECP2 gene on the X chromosome; using 5'RACE and RT-PCR in human tissues and cell lines, we have found more than 70 novel exons (RACEfrags) connecting to at least one annotated exon.. We sequenced all MECP2-connected exons and flanking sequences in 3 groups: 46 patients with the Rett syndrome and without mutations in the currently annotated exons of the MECP2 and CDKL5 genes; 32 patients with the Rett syndrome and identified mutations in the MECP2 gene; 100 control individuals from the same geoethnic group. Approximately 13 kb were sequenced per sample, (2.4 Mb of DNA resequencing). A total of 75 individuals had novel rare variants (mostly private variants) but no statistically significant difference was found among the 3 groups. These results suggest that variants in the newly discovered exons may not contribute to Rett syndrome. Interestingly however, there are about twice more variants in the novel exons than in the flanking sequences (44 vs. 21 for approximately 1.3 Mb sequenced for each class of sequences, p=0.0025). Thus the evolutionary forces that shape these novel exons may be different than those of neighboring sequences.

NovoTTF-100A versus physician's choice chemotherapy in recurrent glioblastoma: A randomised phase III trial of a novel treatment modality.

PURPOSE: NovoTTF-100A is a portable device delivering low-intensity, intermediate frequency electric fields via non-invasive, transducer arrays. Tumour Treatment Fields (TTF), a completely new therapeutic modality in cancer treatment, physically interfere with cell division. METHODS: Phase III trial of chemotherapy-free treatment of NovoTTF (20-24h/day) versus active chemotherapy in the treatment of patients with recurrent glioblastoma. Primary end-point was improvement of overall survival. RESULTS: Patients (median age 54years (range 23-80), Karnofsky performance status 80% (range 50-100) were randomised to TTF alone (n=120) or active chemotherapy control (n=117). Number of prior treatments was two (range 1-6). Median survival was 6.6 versus 6.0months (hazard ratio 0.86 [95% CI 0.66-1.12]; p=0.27), 1-year survival rate was 20% and 20%, progression-free survival rate at 6months was 21.4% and 15.1% (p=0.13), respectively in TTF and active control patients. Responses were more common in the TTF arm (14% versus 9.6%, p=0.19). The TTF-related adverse events were mild (14%) to moderate (2%) skin rash beneath the transducer arrays. Severe adverse events occurred in 6% and 16% (p=0.022) of patients treated with TTF and chemotherapy, respectively. Quality of life analyses favoured TTF therapy in most domains. CONCLUSIONS: This is the first controlled trial evaluating an entirely novel cancer treatment modality delivering electric fields rather than chemotherapy. No improvement in overall survival was demonstrated, however efficacy and activity with this chemotherapy-free treatment device appears comparable to chemotherapy regimens that are commonly used for recurrent glioblastoma. Toxicity and quality of life clearly favoured TTF.

Let-7a Is a Direct EWS-FLI-1 Target Implicated in Ewing's Sarcoma Development.

Ewing's sarcoma family tumors (ESFT) are the second most common bone malignancy in children and young adults, characterized by unique chromosomal translocations that in 85% of cases lead to expression of the EWS-FLI-1 fusion protein. EWS-FLI-1 functions as an aberrant transcription factor that can both induce and suppress members of its target gene repertoire. We have recently demonstrated that EWS-FLI-1 can alter microRNA (miRNA) expression and that miRNA145 is a direct EWS-FLI-1 target whose suppression is implicated in ESFT development. Here, we use miRNA arrays to compare the global miRNA expression profile of human mesenchymal stem cells (MSC) and ESFT cell lines, and show that ESFT display a distinct miRNA signature that includes induction of the oncogenic miRNA 17-92 cluster and repression of the tumor suppressor let-7 family. We demonstrate that direct repression of let-7a by EWS-FLI-1 participates in the tumorigenic potential of ESFT cells in vivo. The mechanism whereby let-7a expression regulates ESFT growth is shown to be mediated by its target gene HMGA2, as let-7a overexpression and HMGA2 repression both block ESFT cell tumorigenicity. Consistent with these observations, systemic delivery of synthetic let-7a into ESFT-bearing mice restored its expression in tumor cells, decreased HMGA2 expression levels and resulted in ESFT growth inhibition in vivo. Our observations provide evidence that deregulation of let-7a target gene expression participates in ESFT development and identify let-7a as promising new therapeutic target for one of the most aggressive pediatric malignancies.

A genome-wide association study of early menopause and the combined impact of identified variants.

Early menopause (EM) affects up to 10% of the female population, reducing reproductive lifespan considerably. Currently, it constitutes the leading cause of infertility in the western world, affecting mainly those women who postpone their first pregnancy beyond the age of 30 years. The genetic aetiology of EM is largely unknown in the majority of cases. We have undertaken a meta-analysis of genome-wide association studies (GWASs) in 3493 EM cases and 13 598 controls from 10 independent studies. No novel genetic variants were discovered, but the 17 variants previously associated with normal age at natural menopause as a quantitative trait (QT) were also associated with EM and primary ovarian insufficiency (POI). Thus, EM has a genetic aetiology which overlaps variation in normal age at menopause and is at least partly explained by the additive effects of the same polygenic variants. The combined effect of the common variants captured by the single nucleotide polymorphism arrays was estimated to account for ∼30% of the variance in EM. The association between the combined 17 variants and the risk of EM was greater than the best validated non-genetic risk factor, smoking.

Preferential binding of the methyl-CpG binding domain protein 2 at methylated transcriptional start site regions.

Methyl-CpG Binding Domain (MBD) proteins are thought to be key molecules in the interpretation of DNA methylation signals leading to gene silencing through recruitment of chromatin remodeling complexes. In cancer, the MBD-family member, MBD2, may be primarily involved in the repression of genes exhibiting methylated CpG at their 5' end. Here we ask whether MBD2 randomly associates methylated sequences, producing chance effects on transcription, or exhibits a more specific recognition of some methylated regions. Using chromatin and DNA immunoprecipitation, we analyzed MBD2 and RNA polymerase II deposition and DNA methylation in HeLa cells on arrays representing 25,500 promoter regions. This first whole-genome mapping revealed the preferential localization of MBD2 near transcription start sites (TSSs), within the region analyzed, 7.5 kb upstream through 2.45 kb downstream of 5' transcription start sites. Probe by probe analysis correlated MBD2 deposition and DNA methylation. Motif analysis did not reveal specific sequence motifs; however, CCG and CGC sequences seem to be overrepresented. Nonrandom association (multiple correspondence analysis, p < 0.0001) between silent genes, DNA methylation and MBD2 binding was observed. The association between MBD2 binding and transcriptional repression weakened as the distance between binding site and TSS increased, suggesting that MBD2 represses transcriptional initiation. This hypothesis may represent a functional explanation for the preferential binding of MBD2 at methyl-CpG in TSS regions.

Systems biology of plants : from intraspecific genome variation to computational morphodynamics

Recently, the introduction of second generation sequencing and further advance-ments in confocal microscopy have enabled system-level studies for the functional characterization of genes. The degree of complexity intrinsic to these approaches needs the development of bioinformatics methodologies and computational models for extracting meaningful biological knowledge from the enormous amount of experi¬mental data which is continuously generated. This PhD thesis presents several novel bioinformatics methods and computational models to address specific biological questions in Plant Biology by using the plant Arabidopsis thaliana as a model system. First, a spatio-temporal qualitative analysis of quantitative transcript and protein profiles is applied to show the role of the BREVIS RADIX (BRX) protein in the auxin- cytokinin crosstalk for root meristem growth. Core of this PhD work is the functional characterization of the interplay between the BRX protein and the plant hormone auxin in the root meristem by using a computational model based on experimental evidence. Hyphotesis generated by the modelled to the discovery of a differential endocytosis pattern in the root meristem that splits the auxin transcriptional response via the plasma membrane to nucleus partitioning of BRX. This positional information system creates an auxin transcriptional pattern that deviates from the canonical auxin response and is necessary to sustain the expression of a subset of BRX-dependent auxin-responsive genes to drive root meristem growth. In the second part of this PhD thesis, we characterized the genome-wide impact of large scale deletions on four divergent Arabidopsis natural strains, through the integration of Ultra-High Throughput Sequencing data with data from genomic hybridizations on tiling arrays. Analysis of the identified deletions revealed a considerable portion of protein coding genes affected and supported a history of genomic rearrangements shaped by evolution. In the last part of the thesis, we showed that VIP3 gene in Arabidopsis has an evo-lutionary conserved role in the 3' to 5' mRNA degradation machinery, by applying a novel approach for the analysis of mRNA-Seq data from random-primed mRNA. Altogether, this PhD research contains major advancements in the study of natural genomic variation in plants and in the application of computational morphodynamics models for the functional characterization of biological pathways essential for the plant. - Récemment, l'introduction du séquençage de seconde génération et les avancées dans la microscopie confocale ont permis des études à l'échelle des différents systèmes cellulaires pour la caractérisation fonctionnelle de gènes. Le degrés de complexité intrinsèque à ces approches ont requis le développement de méthodologies bioinformatiques et de modèles mathématiques afin d'extraire de la masse de données expérimentale générée, des information biologiques significatives. Ce doctorat présente à la fois des méthodes bioinformatiques originales et des modèles mathématiques pour répondre à certaines questions spécifiques de Biologie Végétale en utilisant la plante Arabidopsis thaliana comme modèle. Premièrement, une analyse qualitative spatio-temporelle de profiles quantitatifs de transcripts et de protéines est utilisée pour montrer le rôle de la protéine BREVIS RADIX (BRX) dans le dialogue entre l'auxine et les cytokinines, des phytohormones, dans la croissance du méristème racinaire. Le noyau de ce travail de thèse est la caractérisation fonctionnelle de l'interaction entre la protéine BRX et la phytohormone auxine dans le méristème de la racine en utilisant des modèles informatiques basés sur des preuves expérimentales. Les hypothèses produites par le modèle ont mené à la découverte d'un schéma différentiel d'endocytose dans le méristème racinaire qui divise la réponse transcriptionnelle à l'auxine par le partitionnement de BRX de la membrane plasmique au noyau de la cellule. Cette information positionnelle crée une réponse transcriptionnelle à l'auxine qui dévie de la réponse canonique à l'auxine et est nécessaire pour soutenir l'expression d'un sous ensemble de gènes répondant à l'auxine et dépendant de BRX pour conduire la croissance du méristème. Dans la seconde partie de cette thèse de doctorat, nous avons caractérisé l'impact sur l'ensemble du génome des délétions à grande échelle sur quatre souches divergentes naturelles d'Arabidopsis, à travers l'intégration du séquençage à ultra-haut-débit avec l'hybridation génomique sur puces ADN. L'analyse des délétions identifiées a révélé qu'une proportion considérable de gènes codant était affectée, supportant l'idée d'un historique de réarrangement génomique modelé durant l'évolution. Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons montré que le gène VÏP3 dans Arabidopsis a conservé un rôle évolutif dans la machinerie de dégradation des ARNm dans le sens 3' à 5', en appliquant une nouvelle approche pour l'analyse des données de séquençage d'ARNm issue de transcripts amplifiés aléatoirement. Dans son ensemble, cette recherche de doctorat contient des avancées majeures dans l'étude des variations génomiques naturelles des plantes et dans l'application de modèles morphodynamiques informatiques pour la caractérisation de réseaux biologiques essentiels à la plante. - Le développement des plantes est écrit dans leurs codes génétiques. Pour comprendre comment les plantes sont capables de s'adapter aux changements environnementaux, il est essentiel d'étudier comment leurs gènes gouvernent leur formation. Plus nous essayons de comprendre le fonctionnement d'une plante, plus nous réalisons la complexité des mécanismes biologiques, à tel point que l'utilisation d'outils et de modèles mathématiques devient indispensable. Dans ce travail, avec l'utilisation de la plante modèle Arabidopsis thalicinci nous avons résolu des problèmes biologiques spécifiques à travers le développement et l'application de méthodes informatiques concrètes. Dans un premier temps, nous avons investigué comment le gène BREVIS RADIX (BRX) régule le développement de la racine en contrôlant la réponse à deux hormones : l'auxine et la cytokinine. Nous avons employé une analyse statistique sur des mesures quantitatives de transcripts et de produits de gènes afin de démontrer que BRX joue un rôle antagonisant dans le dialogue entre ces deux hormones. Lorsque ce-dialogue moléculaire est perturbé, la racine primaire voit sa longueur dramatiquement réduite. Pour comprendre comment BRX répond à l'auxine, nous avons développé un modèle informatique basé sur des résultats expérimentaux. Les simulations successives ont mené à la découverte d'un signal positionnel qui contrôle la réponse de la racine à l'auxine par la régulation du mouvement intracellulaire de BRX. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons analysé le génome entier de quatre souches naturelles d'Arabidopsis et nous avons trouvé qu'une grande partie de leurs gènes étaient manquant par rapport à la souche de référence. Ce résultat indique que l'historique des modifications génomiques conduites par l'évolution détermine une disponibilité différentielle des gènes fonctionnels dans ces plantes. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons analysé les données du transcriptome de la plante où le gène VIP3 était non fonctionnel. Ceci nous a permis de découvrir le rôle double de VIP3 dans la régulation de l'initiation de la transcription et dans la dégradation des transcripts. Ce rôle double n'avait jusqu'alors été démontrée que chez l'homme. Ce travail de doctorat supporte le développement et l'application de méthodologies informatiques comme outils inestimables pour résoudre la complexité des problèmes biologiques dans la recherche végétale. L'intégration de la biologie végétale et l'informatique est devenue de plus en plus importante pour l'avancée de nos connaissances sur le fonctionnement et le développement des plantes.

Genome-wide association study of recurrent major depressive disorder in two European case-control cohorts.

Major depressive disorder (MDD) is a highly prevalent disorder with substantial heritability. Heritability has been shown to be substantial and higher in the variant of MDD characterized by recurrent episodes of depression. Genetic studies have thus far failed to identify clear and consistent evidence of genetic risk factors for MDD. We conducted a genome-wide association study (GWAS) in two independent datasets. The first GWAS was performed on 1022 recurrent MDD patients and 1000 controls genotyped on the Illumina 550 platform. The second was conducted on 492 recurrent MDD patients and 1052 controls selected from a population-based collection, genotyped on the Affymetrix 5.0 platform. Neither GWAS identified any SNP that achieved GWAS significance. We obtained imputed genotypes at the Illumina loci for the individuals genotyped on the Affymetrix platform, and performed a meta-analysis of the two GWASs for this common set of approximately half a million SNPs. The meta-analysis did not yield genome-wide significant results either. The results from our study suggest that SNPs with substantial odds ratio are unlikely to exist for MDD, at least in our datasets and among the relatively common SNPs genotyped or tagged by the half-million-loci arrays. Meta-analysis of larger datasets is warranted to identify SNPs with smaller effects or with rarer allele frequencies that contribute to the risk of MDD.

MIMAS 3.0 is a Multiomics Information Management and Annotation System.

BACKGROUND: DNA sequence integrity, mRNA concentrations and protein-DNA interactions have been subject to genome-wide analyses based on microarrays with ever increasing efficiency and reliability over the past fifteen years. However, very recently novel technologies for Ultra High-Throughput DNA Sequencing (UHTS) have been harnessed to study these phenomena with unprecedented precision. As a consequence, the extensive bioinformatics environment available for array data management, analysis, interpretation and publication must be extended to include these novel sequencing data types. DESCRIPTION: MIMAS was originally conceived as a simple, convenient and local Microarray Information Management and Annotation System focused on GeneChips for expression profiling studies. MIMAS 3.0 enables users to manage data from high-density oligonucleotide SNP Chips, expression arrays (both 3'UTR and tiling) and promoter arrays, BeadArrays as well as UHTS data using MIAME-compliant standardized vocabulary. Importantly, researchers can export data in MAGE-TAB format and upload them to the EBI's ArrayExpress certified data repository using a one-step procedure. CONCLUSION: We have vastly extended the capability of the system such that it processes the data output of six types of GeneChips (Affymetrix), two different BeadArrays for mRNA and miRNA (Illumina) and the Genome Analyzer (a popular Ultra-High Throughput DNA Sequencer, Illumina), without compromising on its flexibility and user-friendliness. MIMAS, appropriately renamed into Multiomics Information Management and Annotation System, is currently used by scientists working in approximately 50 academic laboratories and genomics platforms in Switzerland and France. MIMAS 3.0 is freely available via http://multiomics.sourceforge.net/.

Meta-analysis of genome-wide association data identifies a risk locus for major mood disorders on 3p21.1.

The major mood disorders, which include bipolar disorder and major depressive disorder (MDD), are considered heritable traits, although previous genetic association studies have had limited success in robustly identifying risk loci. We performed a meta-analysis of five case-control cohorts for major mood disorder, including over 13,600 individuals genotyped on high-density SNP arrays. We identified SNPs at 3p21.1 associated with major mood disorders (rs2251219, P = 3.63 x 10(-8); odds ratio = 0.87; 95% confidence interval, 0.83-0.92), with supportive evidence for association observed in two out of three independent replication cohorts. These results provide an example of a shared genetic susceptibility locus for bipolar disorder and MDD.

Modular analysis of gene expression data with R.

SUMMARY: Large sets of data, such as expression profiles from many samples, require analytic tools to reduce their complexity. The Iterative Signature Algorithm (ISA) is a biclustering algorithm. It was designed to decompose a large set of data into so-called 'modules'. In the context of gene expression data, these modules consist of subsets of genes that exhibit a coherent expression profile only over a subset of microarray experiments. Genes and arrays may be attributed to multiple modules and the level of required coherence can be varied resulting in different 'resolutions' of the modular mapping. In this short note, we introduce two BioConductor software packages written in GNU R: The isa2 package includes an optimized implementation of the ISA and the eisa package provides a convenient interface to run the ISA, visualize its output and put the biclusters into biological context. Potential users of these packages are all R and BioConductor users dealing with tabular (e.g. gene expression) data. AVAILABILITY: http://www.unil.ch/cbg/ISA CONTACT: sven.bergmann@unil.ch

Quantifying network properties in multi-electrode recordings: spatiotemporal characterization and inter-trial variation of evoked gamma oscillations in mouse somatosensory cortex in vitro.

Linking the structural connectivity of brain circuits to their cooperative dynamics and emergent functions is a central aim of neuroscience research. Graph theory has recently been applied to study the structure-function relationship of networks, where dynamical similarity of different nodes has been turned into a "static" functional connection. However, the capability of the brain to adapt, learn and process external stimuli requires a constant dynamical functional rewiring between circuitries and cell assemblies. Hence, we must capture the changes of network functional connectivity over time. Multi-electrode array data present a unique challenge within this framework. We study the dynamics of gamma oscillations in acute slices of the somatosensory cortex from juvenile mice recorded by planar multi-electrode arrays. Bursts of gamma oscillatory activity lasting a few hundred milliseconds could be initiated only by brief trains of electrical stimulations applied at the deepest cortical layers and simultaneously delivered at multiple locations. Local field potentials were used to study the spatio-temporal properties and the instantaneous synchronization profile of the gamma oscillatory activity, combined with current source density (CSD) analysis. Pair-wise differences in the oscillation phase were used to determine the presence of instantaneous synchronization between the different sites of the circuitry during the oscillatory period. Despite variation in the duration of the oscillatory response over successive trials, they showed a constant average power, suggesting that the rate of expenditure of energy during the gamma bursts is consistent across repeated stimulations. Within each gamma burst, the functional connectivity map reflected the columnar organization of the neocortex. Over successive trials, an apparently random rearrangement of the functional connectivity was observed, with a more stable columnar than horizontal organization. This work reveals new features of evoked gamma oscillations in developing cortex.

Reverse transcription quantitative real-time polymerase chain reaction reference genes in the spared nerve injury model of neuropathic pain : validation and literature search

La douleur neuropathique est définie comme une douleur causée par une lésion du système nerveux somato-sensoriel. Elle se caractérise par des douleurs exagérées, spontanées, ou déclenchées par des stimuli normalement non douloureux (allodynie) ou douloureux (hyperalgésie). Bien qu'elle concerne 7% de la population, ses mécanismes biologiques ne sont pas encore élucidés. L'étude des variations d'expressions géniques dans les tissus-clés des voies sensorielles (notamment le ganglion spinal et la corne dorsale de la moelle épinière) à différents moments après une lésion nerveuse périphérique permettrait de mettre en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques. Elles se détectent de manière sensible par reverse transcription quantitative real-time polymerase chain reaction (RT- qPCR). Pour garantir des résultats fiables, des guidelines ont récemment recommandé la validation des gènes de référence utilisés pour la normalisation des données ("Minimum information for publication of quantitative real-time PCR experiments", Bustin et al 2009). Après recherche dans la littérature des gènes de référence fréquemment utilisés dans notre modèle de douleur neuropathique périphérique SNI (spared nerve injury) et dans le tissu nerveux en général, nous avons établi une liste de potentiels bons candidats: Actin beta (Actb), Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH), ribosomal proteins 18S (18S), L13a (RPL13a) et L29 (RPL29), hypoxanthine phosphoribosyltransferase 1 (HPRT1) et hydroxymethyl-bilane synthase (HMBS). Nous avons évalué la stabilité d'expression de ces gènes dans le ganglion spinal et dans la corne dorsale à différents moments après la lésion nerveuse (SNI) en calculant des coefficients de variation et utilisant l'algorithme geNorm qui compare les niveaux d'expression entre les différents candidats et détermine la paire de gènes restante la plus stable. Il a aussi été possible de classer les gènes selon leur stabilité et d'identifier le nombre de gènes nécessaires pour une normalisation la plus précise. Les gènes les plus cités comme référence dans le modèle SNI ont été GAPDH, HMBS, Actb, HPRT1 et 18S. Seuls HPRT1 and 18S ont été précédemment validés dans des arrays de RT-qPCR. Dans notre étude, tous les gènes testés dans le ganglion spinal et dans la corne dorsale satisfont au critère de stabilité exprimé par une M-value inférieure à 1. Par contre avec un coefficient de variation (CV) supérieur à 50% dans le ganglion spinal, 18S ne peut être retenu. La paire de gènes la plus stable dans le ganglion spinal est HPRT1 et Actb et dans la corne dorsale il s'agit de RPL29 et RPL13a. L'utilisation de 2 gènes de référence stables suffit pour une normalisation fiable. Nous avons donc classé et validé Actb, RPL29, RPL13a, HMBS, GAPDH, HPRT1 et 18S comme gènes de référence utilisables dans la corne dorsale pour le modèle SNI chez le rat. Dans le ganglion spinal 18S n'a pas rempli nos critères. Nous avons aussi déterminé que la combinaison de deux gènes de référence stables suffit pour une normalisation précise. Les variations d'expression génique de potentiels gènes d'intérêts dans des conditions expérimentales identiques (SNI, tissu et timepoints post SNI) vont pouvoir se mesurer sur la base d'une normalisation fiable. Non seulement il sera possible d'identifier des régulations potentiellement importantes dans la genèse de la douleur neuropathique mais aussi d'observer les différents phénotypes évoluant au cours du temps après lésion nerveuse.

Impact of normalization on miRNA microarray expression profiling.

Profiling miRNA levels in cells with miRNA microarrays is becoming a widely used technique. Although normalization methods for mRNA gene expression arrays are well established, miRNA array normalization has so far not been investigated in detail. In this study we investigate the impact of normalization on data generated with the Agilent miRNA array platform. We have developed a method to select nonchanging miRNAs (invariants) and use them to compute linear regression normalization coefficients or variance stabilizing normalization (VSN) parameters. We compared the invariants normalization to normalization by scaling, quantile, and VSN with default parameters as well as to no normalization using samples with strong differential expression of miRNAs (heart-brain comparison) and samples where only a few miRNAs are affected (by p53 overexpression in squamous carcinoma cells versus control). All normalization methods performed better than no normalization. Normalization procedures based on the set of invariants and quantile were the most robust over all experimental conditions tested. Our method of invariant selection and normalization is not limited to Agilent miRNA arrays and can be applied to other data sets including those from one color miRNA microarray platforms, focused gene expression arrays, and gene expression analysis using quantitative PCR.

Molecular risk assessment of BIG 1-98 participants by expression profiling using RNA from archival tissue.

Background: The purpose of the work reported here is to test reliable molecular profiles using routinely processed formalin-fixed paraffin-embedded (FFPE) tissues from participants of the clinical trial BIG 1-98 with a median follow-up of 60 months. Methods: RNA from fresh frozen (FF) and FFPE tumor samples of 82 patients were used for quality control, and independent FFPE tissues of 342 postmenopausal participants of BIG 1-98 with ER-positive cancer were analyzed by measuring prospectively selected genes and computing scores representing the functions of the estrogen receptor (eight genes, ER_8), the progesterone receptor (five genes, PGR_5), Her2 (two genes, HER2_2), and proliferation (ten genes, PRO_10) by quantitative reverse transcription PCR (qRT-PCR) on TaqMan Low Density Arrays. Molecular scores were computed for each category and ER_8, PGR_5, HER2_2, and PRO_10 scores were combined into a RISK_25 score. Results: Pearson correlation coefficients between FF- and FFPE-derived scores were at least 0.94 and high concordance was observed between molecular scores and immunohistochemical data. The HER2_2, PGR_ 5, PRO_10 and RISK_25 scores were significant predictors of disease free-survival (DFS) in univariate Cox proportional hazard regression. PRO_10 and RISK_25 scores predicted DFS in patients with histological grade II breast cancer and in lymph node positive disease. The PRO_10 and PGR_ 5 scores were independent predictors of DFS in multivariate Cox regression models incorporating clinical risk indicators; PRO_10 outperformed Ki-67 labeling index in multivariate Cox proportional hazard analyses. Conclusions: Scores representing the endocrine responsiveness and proliferation status of breast cancers were developed from gene expression analyses based on RNA derived from FFPE tissues. The validation of the molecular scores with tumor samples of participants of the BIG 1-98 trial demonstrates that such scores can serve as independent prognostic factors to estimate disease free survival (DFS) in postmenopausal patients with estrogen receptor positive breast cancer.