Fibrosarcoma-like lipomatous neoplasm: a reappraisal of so-called spindle cell liposarcoma defining a unique lipomatous tumor unrelated to other liposarcomas

The term "spindle cell liposarcoma" has been applied to liposarcomas (LPSs) composed predominantly or exclusively of spindled cells. These tumors have been considered variants of well-differentiated LPS (WDL), myxoid LPS, and spindle cell lipoma, suggesting that this is a heterogenous group of lesions. Using strict morphologic criteria and molecular and immunohistochemical analyses, we have identified a homogenous group of spindle cell lipomatous tumors, histologically and genetically distinct from other forms of LPS, which we have called "fibrosarcoma-like lipomatous neoplasm." Cases classified as "spindle cell LPS" or "low-grade LPS with spindle cell features" were reviewed. Final selection criteria included: (1) an exclusive low-grade spindle cell component resembling fibrosarcoma; (2) a mixture of bland fibroblastic cells resembling the preadipocyte and early-adipocyte stage of embryonic fat; and (3) molecular-genetic analysis that excluded other forms of lipomatous tumors. Of the initial 25 cases identified, comparative genomic hybridization (CGH) was uninformative in 2 cases; 5 were reclassified as WDL on the basis of molecular data (MDM2 amplification) and 6 as spindle cell lipoma (CGH profiles with a few gains and losses including a constant loss of chromosome 13 and frequent losses of chromosomes 16 and 6). The 12 remaining cases showed flat CGH profiles; of these cases, 11 were negative for DDIT3 gene rearrangements, and 1 result was uninterpretable. Patients ranged in age from 15 to 82 years (mean 50 y); male patients were affected slightly more often (7:5). Tumors arose in the deep (6) and superficial (3) soft tissue of the groin (4), buttock (3), thigh (2), flank (1), shoulder (1), and paratesticular tissue (1) and ranged in size from 2 to 20 cm (mean 7.5 cm). Clinical follow-up in 11 patients (9 mo to 20 y; mean 68 mo) showed no recurrences or metastases. As defined above, "fibrosarcoma-like lipomatous neoplasm" is a unique lipomatous tumor that should be distinguished from WDL/(low-grade) dedifferentiated LPS and myxoid LPS on combined histologic/molecular features because of its better prognosis.

Genetic aberrations in pediatric follicular lymphoma

Background: Pediatric follicular lymphoma (FL) is a rare disease that differs from its adult counterpart both genetically and clinically. Excluding pediatric FL with IRF4-translocation, the genetic events associated with pediatric FL have not yet been defined. Objectives: The aim of this study was to perform a complete genetic characterization of IRF4-translocation negative pediatric follicular lymphomas to elucidate the genetic profile of these rare pediatric cases and determine common genetic alterations that could be associated to this phenotype. Design/Methods: We applied array-comparative genomic hybridization and molecular inversion probe assay adapted to formalin-fixed paraffin-embedded tissues from 18 patients aged £18 years diagnosed with FL. With the exception of one case with only focal involvement by lymphoma, the tumor cell content exceeded 50% in the evaluable samples. Eleven of 18 patients were treated according to NHL-BFM group multicenter trials whereas the remaining according to different protocols. All lacked t(14;18) translocation. Mutational analysis of TNFRSF14 gene was performed in 17 cases. Results: Only six pediatric cases displayed chromosomal imbalances, with gain/amplification of 6pter-p24.3 (including IRF4) and deletion/ copy number neutral-loss of heterozygosity in 1p36 (including TNFRSF14) being the most frequent alterations. Sequencing of the candidate gene TNFRSF14 at 1p36.32 showed nine mutations in seven cases. Conclusion: Combination of molecular and genetic features differentiated a recurrent pattern of genomic imbalances as well as of TNFRSF14 mutations in pediatric FL which together with other genetic alterations distinguishes two subsets of pediatric follicular lymphomas. The first group shows genomic aberrations and is associated with more aggressive histopathologic and clinical features. The second group lacks genetic alterations detectable with the present approaches and is associated with a more limited disease. Despite the absence of genomic aberrations, these cases resembled FL by their histopathological features.

Genomic, Epigenomic and Transcriptomic Molecular Characterization of Splenic Marginal Zone Lymphoma Reveals Recurrent Abnormalities in miR-182

Splenic marginal zone lymphoma (SMZL) is a low grade B-cell non-Hodgkin's lymphoma. The molecular pathology of this entity remains poorly understood. To characterise this lymphoma at the molecular level, we performed an integrated analysis of 1) genome wide genetic copy number alterations 2) gene expression profiles and 3) epigenetic DNA methylation profiles.We have previously shown that SMZL is characterised by recurrent alterations of chromosomes 7q, 6q, 3q, 9q and 18; however, gene resolution oligonucleotide array comparative genomic hybridisation did not reveal evidence of cryptic amplification or deletion in these regions. The most frequently lost 7q32 region contains a cluster of miRNAs. qRT-PCR revealed that three of these (miR-182/96/183) show underexpression in SMZL, and miR-182 is somatically mutated in >20% of cases of SMZL, as well as in >20% of cases of follicular lymphoma, and between 5-15% of cases of chronic lymphocytic leukaemia, MALT-lymphoma and hairy cell leukaemia. We conclude that miR-182 is a strong candidate novel tumour suppressor miRNA in lymphoma.The overall gene expression signature of SMZL was found to be strongly distinct fromthose of other lymphomas. Functional analysis of gene expression data revealed SMZL to be characterised by abnormalities in B-cell receptor signalling (especially through the CD19/21-PI3K/AKT pathway) and apoptotic pathways. In addition, genes involved in the response to viral infection appeared upregulated. SMZL shows a unique epigenetic profile, but analysis of differentially methylated genes showed few with methylation related transcriptional deregulation, suggesting that DNA methylation abnormalities are not a critical component of the SMZL malignant phenotype.

Adaptive sequence evolution in a color gene involved in the formation of the characteristic egg-dummies of male haplochromine cichlid fishes.

BACKGROUND: The exceptionally diverse species flocks of cichlid fishes in East Africa are prime examples of parallel adaptive radiations. About 80% of East Africa's more than 1 800 endemic cichlid species, and all species of the flocks of Lakes Victoria and Malawi, belong to a particularly rapidly evolving lineage, the haplochromines. One characteristic feature of the haplochromines is their possession of egg-dummies on the males' anal fins. These egg-spots mimic real eggs and play an important role in the mating system of these maternal mouthbrooding fish. RESULTS: Here, we show that the egg-spots of haplochromines are made up of yellow pigment cells, xanthophores, and that a gene coding for a type III receptor tyrosine kinase, colony-stimulating factor 1 receptor a (csf1ra), is expressed in egg-spot tissue. Molecular evolutionary analyses reveal that the extracellular ligand-binding and receptor-interacting domain of csf1ra underwent adaptive sequence evolution in the ancestral lineage of the haplochromines, coinciding with the emergence of egg-dummies. We also find that csf1ra is expressed in the egg-dummies of a distantly related cichlid species, the ectodine cichlid Ophthalmotilapia ventralis, in which markings with similar functions evolved on the pelvic fin in convergence to those of the haplochromines. CONCLUSION: We conclude that modifications of existing signal transduction mechanisms might have evolved in the haplochromine lineage in association with the origination of anal fin egg-dummies. That positive selection has acted during the evolution of a color gene that seems to be involved in the morphogenesis of a sexually selected trait, the egg-dummies, highlights the importance of further investigations of the comparative genomic basis of the phenotypic diversification of cichlid fishes.

Cardiac expression of ms1/STARS, a novel gene involved in cardiac development and disease, is regulated by GATA4.

Ms1/STARS is a novel muscle-specific actin-binding protein that specifically modulates the myocardin-related transcription factor (MRTF)-serum response factor (SRF) regulatory axis within striated muscle. This ms1/STARS-dependent regulatory axis is of central importance within the cardiac gene regulatory network and has been implicated in cardiac development and postnatal cardiac function/homeostasis. The dysregulation of ms1/STARS is associated with and causative of pathological cardiac phenotypes, including cardiac hypertrophy and cardiomyopathy. In order to gain an understanding of the mechanisms governing ms1/STARS expression in the heart, we have coupled a comparative genomic in silico analysis with reporter, gain-of-function, and loss-of-function approaches. Through this integrated analysis, we have identified three evolutionarily conserved regions (ECRs), α, SINA, and DINA, that act as cis-regulatory modules and confer differential cardiac cell-specific activity. Two of these ECRs, α and DINA, displayed distinct regulatory sensitivity to the core cardiac transcription factor GATA4. Overall, our results demonstrate that within embryonic, neonatal, and adult hearts, GATA4 represses ms1/STARS expression with the pathologically associated depletion of GATA4 (type 1/type 2 diabetic models), resulting in ms1/STARS upregulation. This GATA4-dependent repression of ms1/STARS expression has major implications for MRTF-SRF signaling in the context of cardiac development and disease.

Mutation screening of patients with Alzheimer disease identifies APP locus duplication in a Swedish patient.

BACKGROUND: Missense mutations in three different genes encoding amyloid-β precursor protein, presenilin 1 and presenilin 2 are recognized to cause familial early-onset Alzheimer disease. Also duplications of the amyloid precursor protein gene have been shown to cause the disease. At the Dept. of Geriatric Medicine, Karolinska University Hospital, Sweden, patients are referred for mutation screening for the identification of nucleotide variations and for determining copy-number of the APP locus. METHODS: We combined the method of microsatellite marker genotyping with a quantitative real-time PCR analysis to detect duplications in patients with Alzheimer disease. RESULTS: In 22 DNA samples from individuals diagnosed with clinical Alzheimer disease, we identified one patient carrying a duplication on chromosome 21 which included the APP locus. Further mapping of the chromosomal region by array-comparative genome hybridization showed that the duplication spanned a maximal region of 1.09 Mb. CONCLUSIONS: This is the first report of an APP duplication in a Swedish Alzheimer patient and describes the use of quantitative real-time PCR as a tool for determining copy-number of the APP locus.

Identification of structural variation in mouse genomes.

Structural variation is variation in structure of DNA regions affecting DNA sequence length and/or orientation. It generally includes deletions, insertions, copy-number gains, inversions, and transposable elements. Traditionally, the identification of structural variation in genomes has been challenging. However, with the recent advances in high-throughput DNA sequencing and paired-end mapping (PEM) methods, the ability to identify structural variation and their respective association to human diseases has improved considerably. In this review, we describe our current knowledge of structural variation in the mouse, one of the prime model systems for studying human diseases and mammalian biology. We further present the evolutionary implications of structural variation on transposable elements. We conclude with future directions on the study of structural variation in mouse genomes that will increase our understanding of molecular architecture and functional consequences of structural variation.

Molecular and physiological characterisation of lonotropic receptors in the sacculus in drosophila

Chemosensation is the detection of chemical signals in the environment that enable an animal to make informed decisions about food choice, mate preference or predator detection. Dissecting the molecular and neural mechanisms by which animals detect chemical cues is an important goal towards understanding how they interact with the environment. An attractive system to dissect the mechanisms of chemosensation is the olfactory system. One of the most-investigated olfactory systems is that of Drosophila melanogaster, a model organism that is amenable to a powerful combination of genetic and physiological analyses. Embedded within the antennal olfactory organ of Drosophila is an unusual sensory structure called the sacculus. The sacculus is comprised of three distinct chambers, each lined with several sensilla housing two to three neurons. Previous morphological, anatomical and surgical studies of sacculus neurons have implicated sacculus neurons in chemosensation, hygrosensation and/or thermosensation. While a subset of sacculus neurons have been physiologically characterised as temperature sensors, the role of this organ has remained largely mysterious, due to its inaccessibility to peripheral electrophysiological analysis. Recently a new family of olfactory receptors, the lonotropic Receptors (IRs), was identified. Five IRs are expressed in sacculus neurons providing the first selective molecular markers for these cells. In this thesis I describe the molecular, physiological and anatomical characterisation of these neurons. Genetic labelling of specific populations of sacculus neurons with anatomical (CD8:GFP) reporters has identified neurons in sacculus chambers I and II express IR40a+IR93a together with their co- receptor IR25a, while neurons in chamber III express IR64a with its co-receptor IR8a. Both these sets of neurons project to two distinct glomeruli in the antennal lobe; IR40a neurons project to the column and arm, IR64a neurons project to DC4 and DP1m. Through a live optical imaging screen I showed that these neurons are indeed olfactory and IR64a neurons recognise acidic ligands, while IR40a neurons recognise amine ligands. IR40a and IR64a neurons are in fact composed of anatomically and physiologically distinct subpopulations, strongly implying the existence of other factors that define their functional properties. My thesis identifies the sacculus as a specialised olfactory organ capable of detecting acids and bases, which are of widespread importance to insects. The data from my thesis along with data from other labs show the sacculus is composed of different populations of olfactory sensory neurons and thermosensory neurons. Comparative genomic analysis of sacculus IRs across insects reveals them to be among the most conserved of this receptor repertoire, suggesting that the sacculus represents an evolutionarily ancient insect olfactory acid-base sensor. - La détection des produits chimiques se trouvant dans l'environnement (perception chimiosensorielle) permet à un animal de choisir sa nourriture, son partenaire ou encore d'identifier ses prédateurs. Décortiquer les mécanismes moléculaires et neuronaux grâce auxquels les animaux détectent ces signaux chimiques permet de comprendre comment ces animaux interagissent avec leur environnement. Un système intéressant pour décortiquer ces mécanismes de perception chimiosensorielle est le système olfactif, de la drosophile (Drosophila melanogaster), aussi appelée mouche du vinaigre. C'est un animal modèle très utile grâce à la combinaison d'outils génétiques puissants et d'analyses physiologiques facilement réalisables. Dans l'antenne de la drosophile, qui est l'organe olfactif principal de cet animal, se trouve une structure appelée sacculus. Celui-ci est composé de trois chambres distinctes, chacune comprenant plusieurs sensilles à l'intérieur desquelles se trouvent deux à trois neurones. De précédentes études morphologiques et anatomiques des ces neurones ont déterminé qu'ils sont impliqués dans la perception des odeurs, de l'humidité et de la température. Malgré ceci, la fonction principale de cet organe reste largement inconnue, principalement car il est inaccessible aux analyses électrophysiologiques. Récemment, une nouvelle famille de soixante-six récepteurs olfactifs, nommés Récepteurs lonotropiques (IRs), a été découverte chez la drosophile. Cinq IRs sont exprimés dans les neurones du sacculus. Pour la première fois, une sélection de marqueurs moléculaires est disponible pour l'étude de ces cellules. Dans cette thèse, les caractéristiques moléculaires, physiologiques et anatomiques des neurones du sacculus sont décrites. Ces populations de neurones situés dans le sacculus ont été marquées avec des gènes rapporteurs (CD8:GFP). Ceci a montré que les récepteurs IR40a et IR93a sont exprimés ensemble avec le co-récepteur IR25a dans les chambres I et II, tandis que les neurones de la chambre III expriment IR64a avec son co-récepteur IR8a. Ces deux groupes de neurones projettent vers deux glomérules distincts du lobe antennaire : les neurones IR40a projettent vers la column et le arm, alors que les neurones IR64a projettent vers DC4 et DP1m. Un screen d'imagerie optique a démontré que ces neurones sont en effet des neurones olfactifs, et que les neurones IR64a reconnaissent des ligands acides, tandis que les neurones IR40a reconnaissent des ligands aminés. De plus, les neurones IR40a et IR64a sont séparés en sous-populations distinctes anatomiquement et physiologiquement, et d'autres facteurs permettant de définir leurs propriétés fonctionnelles sont probablement impliqués. Cette thèse identifie ainsi le sacculus comme un organe olfactif spécialisé capable de détecter des acides et amines, lesquels sont très importants pour les insectes. Toutes les données collectées durant cette thèse, combinées aux données d'autres laboratoires, montrent que le sacculus est composé de différentes populations de neurones olfactifs et thermosenseurs. Ces IRs sont très conservés parmi les insectes, suggérant que le sacculus représente révolution d'un ancien détecteur olfactif d'acides et de bases chez l'insecte. - Tous les animaux sont capables de percevoir les signaux chimiques dans leur environnement, comme les odeurs ou le goût, via différents organes. L'odorat est le sens qui permet de percevoir les odeurs, et il est implique des neurones olfactifs qui se trouvent dans le nez des mammifères ou les antennes des insectes. La capacité d'un neurone olfactif à détecter une molécule odorante dépend des types de récepteurs olfactifs qu'il exprime. Il existe deux grandes familles de récepteurs qui perçoivent les odeurs : les Récepteurs Olfactifs, ORs, et Récepteurs lonotropiques IRs, qui détectent différents types d'odeurs avec différents mécanismes. Lorsqu'un récepteur reconnaît une molécule odorante, il convertit ce signal en un signal électrique qui est ensuite transmis au centre olfactif dans le cerveau. La drosophile (Drosophila melanogaster), aussi appelée mouche du vinaigre, est utilisée comme animal modèle pour étudier l'odorat, parce que son génome entier a été séquencé et que ses gènes sont facilement manipulables. De plus, l'anatomie du système olfactif de la mouche est similaire à celui des mammifères, malgré qu'il possède moins de neurones, ce qui le rend moins complexe. Ma thèse a pour objectif d'étudier les Récepteurs lonotropiques dans un organe spécifique, appelé le sacculus, situé dans les antennes. Les neurones du sacculus exprimant des IRs envoient leurs projections au centre olfactif du cerveau, suggérant que ces neurones perçoivent les odeurs. Une technique d'imagerie optique a été utilisée sur le cerveau de mouches vivantes afin de mesurer la réponse des neurones du le sacculus à différentes odeurs. J'ai démontré que ces récepteurs détectent des acides et des amines, qui sont très importants pour les insectes. Par exemple, les acides se retrouvent dans les fruits mûrs sur lesquels les mouches vont se nourrir, s'accoupler et poser leurs oeufs, et les amines sont souvent produites par des bactéries pouvant être nuisible pour la mouche. La principale découverte de ma thèse est donc l'identification du sacculus comme un organe capable de détecter deux des principales odeurs importantes pour la mouche. Ces récepteurs sont aussi présents dans d'autres insectes où ils jouent peut-être des rôles différents. Les acides et les amines se retrouvent aussi dans les excrétions (comme la sueur ou l'urine) de beaucoup de mammifères, qui pourraient potentiellement être dangereux pour la mouche, mais qui attirent les moustiques se nourrissant de leur sang.

The genome of the fire ant Solenopsis invicta.

Ants have evolved very complex societies and are key ecosystem members. Some ants, such as the fire ant Solenopsis invicta, are also major pests. Here, we present a draft genome of S. invicta, assembled from Roche 454 and Illumina sequencing reads obtained from a focal haploid male and his brothers. We used comparative genomic methods to obtain insight into the unique features of the S. invicta genome. For example, we found that this genome harbors four adjacent copies of vitellogenin. A phylogenetic analysis revealed that an ancestral vitellogenin gene first underwent a duplication that was followed by possibly independent duplications of each of the daughter vitellogenins. The vitellogenin genes have undergone subfunctionalization with queen- and worker-specific expression, possibly reflecting differential selection acting on the queen and worker castes. Additionally, we identified more than 400 putative olfactory receptors of which at least 297 are intact. This represents the largest repertoire reported so far in insects. S. invicta also harbors an expansion of a specific family of lipid-processing genes, two putative orthologs to the transformer/feminizer sex differentiation gene, a functional DNA methylation system, and a single putative telomerase ortholog. EST data indicate that this S. invicta telomerase ortholog has at least four spliceforms that differ in their use of two sets of mutually exclusive exons. Some of these and other unique aspects of the fire ant genome are likely linked to the complex social behavior of this species.

Evolving olfactory systems on the fly.

The detection of odour stimuli in the environment is universally important for primal behaviours such as feeding, mating, kin interactions and escape responses. Given the ubiquity of many airborne chemical signals and the similar organisation of animal olfactory circuits, a fundamental question in our understanding of the sense of smell is how species-specific behavioural responses to odorants can evolve. Recent comparative genomic, developmental and physiological studies are shedding light on this problem by providing insights into the genetic mechanisms that underlie anatomical and functional evolution of the olfactory system. Here we synthesise these data, with a particular focus on insect olfaction, to address how new olfactory receptors and circuits might arise and diverge, offering glimpses into how odour-evoked behaviours could adapt to an ever-changing chemosensory world.

Homologous sex chromosomes in three deeply divergent anuran species.

Comparative genomic studies are revealing that, in sharp contrast with the strong stability found in birds and mammals, sex determination mechanisms are surprisingly labile in cold-blooded vertebrates, with frequent transitions between different pairs of sex chromosomes. It was recently suggested that, in context of this high turnover, some chromosome pairs might be more likely than others to be co-opted as sex chromosomes. Empirical support, however, is still very limited. Here we show that sex-linked markers from three highly divergent groups of anurans map to Xenopus tropicalis scaffold 1, a large part of which is homologous to the avian sex chromosome. Accordingly, the bird sex determination gene DMRT1, known to play a key role in sex differentiation across many animal lineages, is sex linked in all three groups. Our data provide strong support for the idea that some chromosome pairs are more likely than others to be co-opted as sex chromosomes because they harbor key genes from the sex determination pathway.

Molecular evolution of the Drosophila olfactory system

The olfactory system is an attractive model to study the genetic mechanisms underlying evolution of the nervous system. This sensory system mediates the detection and behavioural responses to an enormous diversity of volatile chemicals in the environment and displays rapid evolution, as species acquire, modify and discard olfactory receptors and circuits to adapt to new olfactory stimuli. Drosophilids provide an attractive model to study these processes. The availability of 12 sequenced genomes of Drosophila species occupying diverse ecological niches provides a rich resource for genomic analyses. Moreover, one of these species, Drosophila melanogaster, is amenable to a powerful combination of genetic and electrophysiological analyses. D. melanogaster has two distinct families of olfactory receptors to detect odours, the well-characterised Odorant Receptors (ORs) and the recently identified lonotropic Receptors (IRs). In my thesis, I have provided new insights into the genetic mechanisms underlying olfactory system evolution through three distinct, but interrelated projects. First, I performed a comparative genomic analysis of the IR repertoire in 12 sequenced Drosophila species, which has revealed that the olfactory IRs are highly conserved across species. By contrast, a large fraction of IRs that are not expressed in the olfactory system - and which may be gustatory receptors - are much more variable in sequence and gene copy number. Second, to identify ligands for IR expressing olfactory sensory neurons, I have performed an electrophysiological screen in D. melanogaster using a panel of over 160 odours. I found that the IRs respond to a number of amines, aldehydes and acids, contrasting with the chemical specificity of the OR repertoire, which is mainly tuned to esters, alcohols and ketones. Finally, the identification of ligands for IRs in this species allowed me to investigate in detail the molecular and functional evolution of a tandem array of IRs, IR75a/IR75b/IR75c, in D. sechellia. This species is endemic to the Seychelles archipelago and highly specialised to breed on the fruits of Morinda citrifolia, which is repulsive and toxic for other Drosophila species. These studies led me to discover that receptor loss, changes in receptor specificity and changes in receptor expression have likely played an important role during the evolution of these IRs in D. sechellia. These changes may explain, in part, the unique chemical ecology of this species. - Le système olfactif est un excellent modèle pour étudier les mécanismes génétiques impliqués dans l'étude de l'évolution du système nerveux. Ce système sensoriel permet la détection de nombreux composés volatils présents dans l'environnement et est à la base des réponses comportementales. Il est propre à chaque espèce et évolue rapidement en modifiant ou en éliminant des récepteurs et leurs circuits olfactifs correspondants pour s'adapter à de nouvelles odeurs. Pour étudier le système olfactif et son évolution, nous avons décidé d'utiliser la drosophile comme modèle. Le séquençage complet de 12 souches de drosophiles habitant différentes niches écologiques permet une analyse génomique conséquente. De plus, l'une de ces espèces Drosophila melanogaster permet la combinaison d'analyses génétiques et électrophysiologiques. En effet, D. melanogaster possède 2 familles distinctes de récepteurs olfactifs qui permettent la détection d'odeurs: les récepteurs olfactifs (ORs) étant les mieux caractérisés et les récepteurs ionotropiques (IRs), plus récemment identifiés. Au cours de ma thèse, j'ai apporté des nouvelles connaissances qui m'ont permis de mieux comprendre les mécanismes génétiques à la base de l'évolution du système olfactif au travers de trois projets différents, mais interdépendants. Premièrement, j'ai réalisé une analyse génomique comparative de l'ensemble des IRs dans les 12 souches de drosophiles séquencées jusqu'à présent. Ceci a montré que les récepteurs olfactifs IRs sont hautement conservés parmi l'ensemble de ces espèces. Au contraire, une grande partie des IRs qui ne sont pas exprimés dans le système olfactif, et qui semblent être des récepteurs gustatifs, sont beaucoup plus variables dans leur séquence et dans le nombre de copie de gènes. Deuxièmement, pour identifier les ligands des récepteurs IRs exprimés par les neurones sensoriels olfactifs, j'ai réalisé une étude électrophysiologique chez D. melanogaster e η testant l'effet de plus de 160 composés chimiques sur les IRs. J'ai trouvé que les IRs répondent à un nombre d'amines, d'aldéhydes et d'acides, contrairement aux récepteurs olfactifs ORs qui eux répondent principalement aux esthers, alcools et cétones. Finalement, l'identification de ligands pour les IRs dans ces espèces m'a permis d'étudier en détail l'évolution fonctionnelle et moléculaire des IR75a/IR75b/IR75c dans D. sechellia. Cette espèce est endémique de l'archipel des Seychelles et se nourrit spécifiquement du fruit Morinda citrifolia qui est répulsif et toxique pour d'autres souches de drosophiles. Ces études m'ont poussé à découvrir que, la perte de IR75a, le changement dans la spécificité de IR75b ainsi que le changement dans l'expression de IR75c ont probablement joué un rôle important dans l'évolution des IRs chez D. sechellia. Ces changements peuvent expliquer, en partie, l'écologie chimique propre à cette espèce. Résumé français large public Le système olfactif permet aux animaux de détecter des milliers de molécules odorantes, les aidant ainsi à trouver de la nourriture, à distinguer si elle est fraîche ou avariée, à trouver des partenaires sexuels, ainsi qu'à éviter les prédateurs. Selon l'environnement et le mode de vie des espèces, le système olfactif doit détecter des odeurs très diverses ; en effet, un moustique qui recherche du sang humain pour se nourrir doit détecter des odeurs bien différentes d'une abeille qui recherche des fleurs. Dans ma thèse, j'ai essayé de comprendre comment les systèmes olfactifs d'une espèce évoluent pour s'adapter aux exigences induites par son environnement. Un très bon modèle pour étudier cela est la drosophile dont les différentes espèces se nichent dans des habitats très divers. Pour ce faire, j'ai étudié les récepteurs olfactifs de différentes espèces de la drosophile. Ces récepteurs sont des protéines qui se lient à des odeurs spécifiques. Lorsqu'ils se lient, ils activent un neurone qui envoie un signal électrique au cerveau. Ce signal est ensuite traité par ce dernier qui indique à la mouche si l'odeur est attractive ou répulsive. J'ai identifié les récepteurs olfactifs de plusieurs espèces de drosophile et étudié s'il y avait des différences entre elles. La plupart des récepteurs sont similaires entre les espèces, cependant dans l'une d'entre elles, certains récepteurs sont différents. Ce fait est particulièrement intéressant car cette espèce de drosophile se nourrit de fruits que les autres espèces n'apprécient pas. Comme nous ne savons pas quels récepteurs se lient à quelles odeurs, j'ai testé un grand nombre de composants odorants. Ceci m'a permis de constater que, effectivement, certains changements produits dans ces récepteurs expliquent pourquoi cette espèce aime particulièrement ces fruits. En outre, mes résultats contribuent à mieux comprendre les changements génétiques qui sont impliqués dans l'évolution du système olfactif.

Evolutionary comparison provides evidence for pathogenicity of RMRP mutations.

Cartilage-hair hypoplasia (CHH) is a pleiotropic disease caused by recessive mutations in the RMRP gene that result in a wide spectrum of manifestations including short stature, sparse hair, metaphyseal dysplasia, anemia, immune deficiency, and increased incidence of cancer. Molecular diagnosis of CHH has implications for management, prognosis, follow-up, and genetic counseling of affected patients and their families. We report 20 novel mutations in 36 patients with CHH and describe the associated phenotypic spectrum. Given the high mutational heterogeneity (62 mutations reported to date), the high frequency of variations in the region (eight single nucleotide polymorphisms in and around RMRP), and the fact that RMRP is not translated into protein, prediction of mutation pathogenicity is difficult. We addressed this issue by a comparative genomic approach and aligned the genomic sequences of RMRP gene in the entire class of mammals. We found that putative pathogenic mutations are located in highly conserved nucleotides, whereas polymorphisms are located in non-conserved positions. We conclude that the abundance of variations in this small gene is remarkable and at odds with its high conservation through species; it is unclear whether these variations are caused by a high local mutation rate, a failure of repair mechanisms, or a relaxed selective pressure. The marked diversity of mutations in RMRP and the low homozygosity rate in our patient population indicate that CHH is more common than previously estimated, but may go unrecognized because of its variable clinical presentation. Thus, RMRP molecular testing may be indicated in individuals with isolated metaphyseal dysplasia, anemia, or immune dysregulation.

Control of gene expression in melanocytes and RPE by conserved distal regulatory elements

Résumé Durant le développement embryonnaire, les cellules pigmentaires des mammifères se développent à partir de deux origines différentes : les melanocytes se développent à partir de la crête neurale alors que les cellules de la rétine pigmentaire (RP) ont une origine neuronale. Un grand nombre de gènes sont impliqués dans la pigmentation dont les gènes de la famille tyrosinase à savoir Tyr, Tyrp1 et Dct. Certaines études ont suggéré que les gènes de la pigmentation sont régulés de manière différentielle dans les mélanocytes et dans la RP. Dans ce travail, les gènes de la famille tyrosinase ont été étudiés comme modèle de la régulation des gènes de la pigmentation par des éléments régulateurs agissant à distance. II a été montré que le promoteur du gène Tyrp1pouvait induire l'expression d'un transgène uniquement dans la RP alors que ce gène est aussi exprimé dans les mélanocytes comme le montre le phénotype des souris mutantes pour Tyrp1. Ce résultat suggère que les éléments régulateurs du promoteur sont suffisants pour l'expression dans la RP mais pas pour l'expression dans les mélanocytes. J'ai donc cherché à identifier la séquence qui régule l'expression dans les mélanocytes. Un chromosome artificiel bactérien (CAB) contenant le gène Tyrp1 s'est avéré suffisant pour induire l'expression dans les mélanocytes, comme démontré par la correction du phénotype mutant. La séquence de ce CAB contient plusieurs régions très conservées qui pourraient représenter de nouveaux éléments régulateurs. Par la suite, j'ai focalisé mon analyse sur une séquence située à -I5 kb qui s'est révélée être un amplificateur spécifique aux mélanocytes comme démontré par des expériences de cultures cellulaire et de transgenèse. De plus, une analyse poussée de cet élément a révélé que le facteur de transcription Sox 10 représentait un transactivateur de cet amplificateur. Comme pour Tyrp1, la régulation du gène tyrosinase est contrôlée par différents éléments régulateurs dans les mélanocytes et la RP. Il a été montré que le promoteur de tyrosinase n'était pas suffisant pour une forte expression dans les mélanocytes et la RP. De plus, l'analyse de la région située en amont a révélé la présence d'un amplificateur nécessaire à l'expression dans les mélanocytes à la position -15 kb. Cet amplificateur n'est toutefois pas actif dans la RP mais agit comme un répresseur dans ces cellules. Ces résultats indiquent que certains éléments nécessaires à l'expression dans les deux types de cellules pigmentaires sont absents de ces constructions. Comme pour Tyrp1, j'ai en premier lieu démontré qu'un CAB était capable de corriger le phénotype albinique, puis ai inséré un gène reporter (lacZ) dans le CAB par recombinaison homologue et ai finalement analysé l'expression du reporter en transgenèse. Ces souris ont montré une expression forte du lacZ dans les mélanocytes et la RP, ce qui indique que le CAB contient les séquences régulatrices nécessaires à l'expression correcte de tyrosinase. Afin de localiser plus précisément les éléments régulateurs, j'ai ensuite généré des délétions dans le CAB et analysé l'expression du lacZ en transgenèse. La comparaison de séquences génomiques provenant de différentes espèces a permis par la suite d'identifier des régions représentant de nouveaux éléments régulateurs potentiels. En utilisant cette approche, j'ai identifié une région qui se comporte comme un amplificateur dans la RP et qui est nécessaire à l'expression de tyrosinase dans ce tissu. De plus, j'ai identifié les facteurs de transcription Mitf et Sox10 comme transactivateurs de l'amplificateur spécifique aux mélanocytes situé à -15 kb. L'identification et la caractérisation des ces éléments régulateurs des gènes tyrosinase et Tyrp1confirme donc que la régulation différentielle des gènes dans les mélanocytes et la RP est liée à des éléments régulateurs séparés. Summary Pigment cells of mammals originate from two different lineages: melanocytes arise from the neural crest, whereas cells of the retinal pigment epithelium (RPE) originate from the optic cup of the developing forebrain. A large set of genes are involved in pigmentation, including the members of the tyrosinase gene family, namely tyrosinase, Tyrp1 and Dct. Previous studies have suggested that pigmentation genes are differentially regulated in melanocytes and RPE. In this work, the tyrosinase gene family was used as a model for studying the involvement of distal regulatory elements in pigment cell-specific gene expression. The promoter of the Tyrp1 gene has been shown to drive detectable transgene expression only to the RPE, even though the gene is also expressed in melanocytes as evident from Tyrp1-mutant mice. This indicates that the regulatory elements responsible for Tyrp1 gene expression in the RPE are not sufficient for expression in melanocytes. I thus searched for a putative melanocyte-specific regulatory sequence and demonstrate that a bacterial artificial chromosome (BAC) containing the Tyrp1 gene and surrounding sequences is able to target transgenic expression to melanocytes and to rescue the Tyrp1 b (brown) phenotype. This BAC contains several highly conserved non-coding sequences that might represent novel regulatory elements. I further focused on a sequence located at -15 kb which I identified as amelanocyte-specific enhancer as shown by cell culture and transgenic mice. In addition, further functional analysis identified the transcription factor Sox10 as being able to bind and transactivate this enhancer. As for Tyrp1, tyrosinase gene regulation is mediated by different cis-regulatory elements in melanocytes and RPE. It was shown that the tyrosinase promoter was not sufficient to confer strong and specific expression in melanocytes and RPE. Moreover, analysis of tyrosinase upstream sequence, revealed the presence of a specific enhancer at position -15 kb which was necessary to confer strong expression in melanocytes. This enhancer element however failed to act as an enhancer in the RPE, but rather repressed expression. This indicates that some regulatory elements required for tyrosinase expression in both RPE and melanocytes are still missing from these constructs. As for Tyrp1, I first demonstrated that a BAC containing the Tyr gene is able to rescue the Tyr c (albino) phenotype in mice, then I inserted a lacZ reporter gene in the BAC by homologous recombination, and finally analysed the pattern of lacZ expression in transgenic mice. These mice showed strong lacZ expression in both RPE and melanocytes, indicating that the BAC contains the regulatory sequences required for proper tyrosinase expression. In order to localize more precisely these regulatory elements, I have then generated several deletions in the BAC and analysed lacZ expression in transgenic mice. Multi-species comparative genomic analysis then allowed identifying conserved sequences that potentially represent novel regulatory elements. Using this experimental approach, I identified a region that behaves as a RPE-specific enhancer and that is required for tyrosinase expression in the retina] pigment epithelium. In addition, I identified the transcription factors Mitf and Sox l0 as being transactivators of the melanocyte-specific enhancer located at -l5 kb. The identification and characterization of these tyrosinase and Tyrp1 distal regulatory element supports the idea that separate regulatory sequences mediate differential gene expression in melanocytes and RPE.

Evolution of a cellular immune response in Drosophila: a phenotypic and genomic comparative analysis.

Understanding the genomic basis of evolutionary adaptation requires insight into the molecular basis underlying phenotypic variation. However, even changes in molecular pathways associated with extreme variation, gains and losses of specific phenotypes, remain largely uncharacterized. Here, we investigate the large interspecific differences in the ability to survive infection by parasitoids across 11 Drosophila species and identify genomic changes associated with gains and losses of parasitoid resistance. We show that a cellular immune defense, encapsulation, and the production of a specialized blood cell, lamellocytes, are restricted to a sublineage of Drosophila, but that encapsulation is absent in one species of this sublineage, Drosophila sechellia. Our comparative analyses of hemopoiesis pathway genes and of genes differentially expressed during the encapsulation response revealed that hemopoiesis-associated genes are highly conserved and present in all species independently of their resistance. In contrast, 11 genes that are differentially expressed during the response to parasitoids are novel genes, specific to the Drosophila sublineage capable of lamellocyte-mediated encapsulation. These novel genes, which are predominantly expressed in hemocytes, arose via duplications, whereby five of them also showed signatures of positive selection, as expected if they were recruited for new functions. Three of these novel genes further showed large-scale and presumably loss-of-function sequence changes in D. sechellia, consistent with the loss of resistance in this species. In combination, these convergent lines of evidence suggest that co-option of duplicated genes in existing pathways and subsequent neofunctionalization are likely to have contributed to the evolution of the lamellocyte-mediated encapsulation in Drosophila.