Localisation d'un locus pour trait quantitatif pour l'hypertension sur le chromosome 18 du rat Dahl

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Inactivation de la MAP kinase atypique ERK4 via la délétion du gène Mapk4 murin

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Localisation d'un locus pour trait quantitif pour l'hypertension sur le chromosome 2 du rat Dahl

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Stimulation de la survie et de la régénération des cellules ganglionnaires de la rétine par inactivation de la GTPase Rho après lésion du nerf optique du rat adulte

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Bcl-xL (S49) and (S62) sequential phosphorylation/dephosphorylation during mitosis prevents chromosome instability and aneuploidy

Une caractéristique intéressante de la protéine Bcl-xL est la présence d'un domaine en boucle non-structurée entre les hélices α1 and α2 de la protéine. Ce domaine protéique n'est pas essentiel pour sa fonction anti-apoptotique et absent chez CED-9, la protéine orthologue chez Caenorhabditis elegans. A l'intérieur de ce domaine, Bcl-xL subit une phosphorylation et déphosphorylation dynamique sur les résidus Ser49 et Ser62 en phase G2 du cycle cellulaire et lors de la mitose. Lorsque ces résidus sont mutés et les protéines exprimées dans des cellules cancéreuses, les cellules démontrent plusieurs défauts mitotiques liés à l'instabilité chromosomique. Pour analyser les effets de Bcl-xL Ser49 et Ser62 dans les cellules normales, les présentes études ont été réalisées dans des cellules diploïdes humaines normales, et in vivo chez Caenorhabditis elegans. Dans une première étude, nous avons utilisé la lignée cellulaire de cellules fibroblastiques diploïdes humaines normales BJ, exprimant Bcl-xL (type sauvage), (S49A), (S49D), (S62A), (S62D) et les double (S49/62A) et (S49/62D) mutants. Les cellules exprimant les mutants de phosphorylation ont montré des cinétiques de doublement de la population cellulaire réduites. Ces effets sur la cinétique de doublement de la population cellulaire corrèle avec l'apparition de la sénescence cellulaire, sans impact sur les taux de mort cellulaire. Ces cellules sénescentes affichent des phénotypes typiques de sénescence associés notamment à haut niveau de l'activité β-galactosidase associée à la sénescence, la sécrétion d' interleukine-6, l'activation de p53 et de p21WAF1/ Cip1, un inhibiteur des complexes kinase cycline-dépendant, ainsi que la formation de foyers de chromatine nucléaire associés à γH2A.X. Les analyses de fluorescence par hybridation in situ et des caryotypes par coloration au Giemsa ont révélé que l'expression des mutants de phosphorylation de Bcl-xL provoquent de l'instabilité chromosomique et l'aneuploïdie. Ces résultats suggèrent que les cycles de phosphorylation et déphosphorylation dynamiques de Bcl-xL Ser49 et Ser62 sont importants dans le maintien de l'intégrité des chromosomes lors de la mitose dans les cellules normales. Dans une deuxième étude, nous avons entrepris des expériences chez Caenorhabditis elegans pour comprendre l'importance des résidus Ser49 et Ser62 de Bcl-xL in vivo. Les vers transgéniques portant les mutations de Bcl-xL (S49A, S62A, S49D, S62D et S49/62A) ont été générés et leurs effets ont été analysés sur les cellules germinales des jeunes vers adultes. Les vers portant les mutations de Bcl-xL ont montré une diminution de ponte et d'éclosion des oeufs, des variations de la longueur de leurs régions mitotiques et des zones de transition, des anomalies chromosomiques à leur stade de diplotène, et une augmentation de l'apoptose des cellules germinales. Certaines de ces souches transgéniques, en particulier les variants Ser/Ala, ont également montré des variations de durée de vie par rapport aux vers témoins. Ces observations in vivo ont confirmé l'importance de Ser49 et Ser62 à l'intérieur du domaine à boucle de Bcl-xL pour le maintien de la stabilité chromosomique. Ces études auront une incidence sur les futures stratégies visant à développer et à identifier des composés qui pourraient cibler non seulement le domaine anti-apoptotique de la protéine Bcl-xL, mais aussi son domaine mitotique pour la thérapie du cancer.

Études de la liaison du complexe Ku aux télomères et du délai de croissance des survivants de type I chez Saccharomyces cerevisiae

L’extrémité des chromosomes linéaires est une structure nucléoprotéique très conservée chez les organismes eucaryotes. Elle est constituée du télomère et des régions sous-télomériques répétées (STR) qui sont placées en amont du télomère. Chez la levure bourgeonnante, on trouve deux types de télomère, les télomères XY’ et les télomères X, qui se distinguent par la nature des STR positionnées en amont des répétitions télomériques. Le télomère et les STR sont liés par pas moins de dix protéines qui vont participer au maintien et à la régulation de l’extrémité chromosomique nécessaires à la stabilité du génome. Le télomère protège ainsi le chromosome de dégradations ou encore de fusions avec d’autres chromosomes. Le maintien de la taille du télomère est assuré par la télomérase, une transcriptase inverse, qui permet l’ajout de répétitions pour pallier leur perte lors de la phase de réplication durant le cycle cellulaire. Lorsque la télomérase est absente, deux types particuliers de cellules, les survivants de type I et les survivants de type II, peuvent maintenir leurs télomères grâce aux mécanismes de recombinaison homologue. Chez l’humain, les répétitions télomériques sont également liées par un certain nombre de protéines nécessaires au maintien de la stabilité de l’extrémité chromosomique. L’implication des télomères dans les processus de cancérisation, de vieillissement, mais également dans des maladies congénitales fait de cette structure un pivot dans le domaine de la recherche fondamentale. Dans 10 % des cas de cancers, l’allongement n’est pas dû à une réactivation de la télomérase comme c’est en général le cas, mais est inhérent à des processus de recombinaison homologue, comme chez la levure. Les homologies de séquences, de protéines, mais aussi de mécanismes de régulation des télomères avec les cellules humaines, font de S. cerevisiae un excellent modèle d’étude. Cette thèse se divise en trois chapitres. Les deux premiers traitent de l’interaction du complexe yKu avec les télomères de type XY’ dans le chapitre 1 puis de son interaction avec les télomères de type X dans le chapitre 2. Le chapitre 3 traite du comportement d’un type de survivant chez S. cerevisiae. Le chapitre 1 porte donc sur l’analyse des sites de liaison aux télomères XY’ du complexe yKu par la technique de ChEC in vivo. yKu intervient dans de nombreux processus de régulation des télomères, mais aussi dans un mécanisme de réparation des cassures double-brin de l’ADN (DSBs), la NHEJ (Non homologous end-joining). Les résultats présentés dans cette partie appuient un modèle dans lequel yKu aurait plusieurs sites de liaison aux télomères et dans les répétitions télomériques interstitielles. Nous supposons que la liaison du complexe se ferait lors de la formation d’une cassure de type « one-sided break » générée à la suite du passage de la fourche de réplication à l’intérieur des répétitions télomériques. Le chapitre 2 est également une étude des sites de liaison par la technique de ChEC in vivo du complexe yKu, mais cette fois-ci aux télomères X. Les observations faites dans cette partie viennent corroborer les résultats du chapitre 1 de la liaison de yKu à la jonction entre le télomère et les STRs, de plus elle met en évidence des interactions potentielles du complexe avec les éléments X laissant supposer l’existence d’un potentiel repliement du télomère sur la région sous-télomérique chez la levure. Enfin, le chapitre 3 est axé sur l’étude du comportement des survivants de type I, des cellules post-sénescences qui maintiennent leurs télomères par un processus de recombinaison homologue, le mécanisme de BIR (break-induced replication) en l’absence de télomérase. Les survivants de type I présentent une croissance lente liée à un arrêt du cycle cellulaire en phase G2/M qui dépend de la protéine de contrôle Rad9, dont l’activité est en général induite par des cassures double-brin. Ce chapitre a permis d’apporter des précisions sur la croissance lente probablement inhérente à un berceau télomérique très restreint chez ce type cellulaire.

Bcl-xL (S49) and (S62) sequential phosphorylation/dephosphorylation during mitosis prevents chromosome instability and aneuploidy

Une caractéristique intéressante de la protéine Bcl-xL est la présence d'un domaine en boucle non-structurée entre les hélices α1 and α2 de la protéine. Ce domaine protéique n'est pas essentiel pour sa fonction anti-apoptotique et absent chez CED-9, la protéine orthologue chez Caenorhabditis elegans. A l'intérieur de ce domaine, Bcl-xL subit une phosphorylation et déphosphorylation dynamique sur les résidus Ser49 et Ser62 en phase G2 du cycle cellulaire et lors de la mitose. Lorsque ces résidus sont mutés et les protéines exprimées dans des cellules cancéreuses, les cellules démontrent plusieurs défauts mitotiques liés à l'instabilité chromosomique. Pour analyser les effets de Bcl-xL Ser49 et Ser62 dans les cellules normales, les présentes études ont été réalisées dans des cellules diploïdes humaines normales, et in vivo chez Caenorhabditis elegans. Dans une première étude, nous avons utilisé la lignée cellulaire de cellules fibroblastiques diploïdes humaines normales BJ, exprimant Bcl-xL (type sauvage), (S49A), (S49D), (S62A), (S62D) et les double (S49/62A) et (S49/62D) mutants. Les cellules exprimant les mutants de phosphorylation ont montré des cinétiques de doublement de la population cellulaire réduites. Ces effets sur la cinétique de doublement de la population cellulaire corrèle avec l'apparition de la sénescence cellulaire, sans impact sur les taux de mort cellulaire. Ces cellules sénescentes affichent des phénotypes typiques de sénescence associés notamment à haut niveau de l'activité β-galactosidase associée à la sénescence, la sécrétion d' interleukine-6, l'activation de p53 et de p21WAF1/ Cip1, un inhibiteur des complexes kinase cycline-dépendant, ainsi que la formation de foyers de chromatine nucléaire associés à γH2A.X. Les analyses de fluorescence par hybridation in situ et des caryotypes par coloration au Giemsa ont révélé que l'expression des mutants de phosphorylation de Bcl-xL provoquent de l'instabilité chromosomique et l'aneuploïdie. Ces résultats suggèrent que les cycles de phosphorylation et déphosphorylation dynamiques de Bcl-xL Ser49 et Ser62 sont importants dans le maintien de l'intégrité des chromosomes lors de la mitose dans les cellules normales. Dans une deuxième étude, nous avons entrepris des expériences chez Caenorhabditis elegans pour comprendre l'importance des résidus Ser49 et Ser62 de Bcl-xL in vivo. Les vers transgéniques portant les mutations de Bcl-xL (S49A, S62A, S49D, S62D et S49/62A) ont été générés et leurs effets ont été analysés sur les cellules germinales des jeunes vers adultes. Les vers portant les mutations de Bcl-xL ont montré une diminution de ponte et d'éclosion des oeufs, des variations de la longueur de leurs régions mitotiques et des zones de transition, des anomalies chromosomiques à leur stade de diplotène, et une augmentation de l'apoptose des cellules germinales. Certaines de ces souches transgéniques, en particulier les variants Ser/Ala, ont également montré des variations de durée de vie par rapport aux vers témoins. Ces observations in vivo ont confirmé l'importance de Ser49 et Ser62 à l'intérieur du domaine à boucle de Bcl-xL pour le maintien de la stabilité chromosomique. Ces études auront une incidence sur les futures stratégies visant à développer et à identifier des composés qui pourraient cibler non seulement le domaine anti-apoptotique de la protéine Bcl-xL, mais aussi son domaine mitotique pour la thérapie du cancer.

PTEN inactivation is rare in melanoma tumours but occurs frequently in melanoma cell lines

Deletions detected in cytogenetic and loss of heterozygosity (LOH) studies indicate that at least one tumour suppressor gene maps to the long arm of chromosome 10. Previous deletion mapping studies have observed LOH on 10q in about 30% of melanomas analysed. The PTEN gene, mapping to chromosome band 10q23.3, encodes a protein with both lipid and protein phosphatase activity. Somatic mutations and deletions in have been detected in a variety of cell lines and tumours, including melanoma samples. We performed mutation analyses and extensive allelic loss studies to investigate the role this gene plays in melanoma pathogenesis. We found that a total of 34 out of 57 (60%) melanoma cell lines carried hemizygous deletions of chromosome 10q encompassing the PTEN locus. A further three cell lines carried smaller deletions excluding PTEN. Inactivation of both PTEN alleles by exon-specific homozygous deletion or mutation was observed in 13 out of 57 (23%) melanoma cell lines. The mutation spectrum observed does not indicate an important role for ultraviolet radiation in the genesis of these mutations, and evidence from three cell lines supports the acquisition of PTEN aberrations in culture. Ten out of 49 (20%) matched melanoma tumour/normal samples harboured hemizygous deletions of either the whole chromosome or most of the long arm. Mutations within were detected in only one of the 10 tumours demonstrating LOH at 10q23 that were analysed. These results suggest that PTEN inactivation may be important for the propagation of melanoma cells in culture, and that another chromosome 10 tumour suppressor gene may be important for melanoma pathogenesis.

The developmental consequences of rare chromosome disorders : two case reports

Aim: As molecular and cytogenetic testing becomes increasingly sophisticated, more individuals are being diagnosed with rare chromosome disorders. Yet despite a burgeoning knowledge about biomedical aspects, little is known about implications for psychosocial development. The scant literature gives a general impression of deficits and adverse developmental outcomes. Method: Developmental data were obtained from two 16 year olds diagnosed with a rare chromosome disorder – a girl with 8p23.1 and a boy with 16q11.2q12.1. Measures of intellectual ability, academic achievement, and other aspects of functioning were administered at multiple time points from early childhood to adolescence. Results: Both adolescents experienced initial delays in motor and language development. Although the girl’s intelligence is assessed as being in the average range, she experiences difficulties with motor planning, spelling and writing. The boy has been diagnosed with a mild intellectual disability and demonstrates mild autistic features. Conclusions: The two case descriptions are in marked contrast to the published literature about these two chromosome anomalies. Both adolescents are developing much more positively than would be expected on the basis of the grim predictions of their paediatricians and the negative reports in the literature. It is concluded that, for most rare chromosome disorders, the range of possible developmental outcomes is currently unknown.

Unique X-linked familial FSGS with co-segregating heart block disorder is associated with a mutation in the NXF5 gene

Focal segmental glomerulosclerosis (FSGS) is the consequence of a disease process that attacks the kidney's filtering system, causing serious scarring. More than half of FSGS patients develop chronic kidney failure within 10 years, ultimately requiring dialysis or renal transplantation. There are currently several genes known to cause the hereditary forms of FSGS (ACTN4, TRPC6, CD2AP, INF2, MYO1E and NPHS2). This study involves a large, unique, multigenerational Australian pedigree in which FSGS co-segregates with progressive heart block with apparent X-linked recessive inheritance. Through a classical combined approach of linkage and haplotype analysis, we identified a 21.19 cM interval implicated on the X chromosome. We then used a whole exome sequencing approach to identify two mutated genes, NXF5 and ALG13, which are located within this linkage interval. The two mutations NXF5-R113W and ALG13-T141L segregated perfectly with the disease phenotype in the pedigree and were not found in a large healthy control cohort. Analysis using bioinformatics tools predicted the R113W mutation in the NXF5 gene to be deleterious and cellular studies support a role in the stability and localization of the protein suggesting a causative role of this mutation in these co-morbid disorders. Further studies are now required to determine the functional consequence of these novel mutations to development of FSGS and heart block in this pedigree and to determine whether these mutations have implications for more common forms of these diseases in the general population.

Evidence for an X-linked genetic component in familial typical migraine

Migraine is a common complex disorder that shows strong familial aggregation. There is a general increased prevalence of migraine in females compared with males, with recent studies indicating that migraine affects 18% of females compared with 6% of males. This preponderance of females among migraine sufferers coupled with evidence of an increased risk of migraine in first degree relatives of male probands but not in relatives of female probands suggests the possibility of an X-linked dominant gene. We report here the localization of a typical migraine susceptibility locus to the X chromosome. Of three large multigenerational migraine pedigrees two families showed significant excess allele sharing to Xq markers (P = 0.031 and P = 0.012). Overall analysis of data from all three pedigrees gave significant evidence in support of linkage and heterogeneity (HLOD = 3.1). These findings provide conclusive evidence that familial typical migraine is a heterogeneous disorder. We suggest that the localization of a migraine susceptibility locus to the X chromosome could in part explain the increased risk of migraine in relatives of male probands and may be involved in the increased female prevalence of this disorder.

Inactivation of a 25.5 µm Enterococcus faecalis biofilm by a room-temperature, battery-operated, handheld air plasma jet

Effective biofilm inactivation using a handheld, mobile plasma jet powered by a 12 V dc battery and operated in open air without any external gas supply is reported. This cold, room-temperature plasma is produced in self-repetitive nanosecond discharges with current pulses of ~100 ns duration, current peak amplitude of ~6 mA and repetition rate of ~20 kHz. It is shown that the reactive plasma species penetrate to the bottom layer of a 25.5 µm-thick Enterococcus faecalis biofilm and produce a strong bactericidal effect. This is the thickest reported biofilm inactivated using room-temperature air plasmas.

Highly effective fungal inactivation in He+O2 atmospheric-pressure nonequilibrium plasmas

Highly effective (more than 99.9%) inactivation of a pathogenic fungus Candida albicans commonly found in oral, respiratory, digestive, and reproduction systems of a human body using atmospheric-pressure plasma jets sustained in He+ O2 gas mixtures is reported. The inactivation is demonstrated in two fungal culture configurations with open (Petri dish without a cover) and restricted access to the atmosphere (Petri dish with a cover) under specific experimental conditions. It is shown that the fungal inactivation is remarkably more effective in the second configuration. This observation is supported by the scanning and transmission electron microscopy of the fungi before and after the plasma treatment. The inactivation mechanism explains the experimental observations under different experimental conditions and is consistent with the reports by other authors. The results are promising for the development of advanced health care applications.

Significant deterioration in nanomechanical quality occurs through incomplete extrafibrillar mineralization in rachitic bone: Evidence from in-situ synchrotron X-ray scattering and backscattered electron imaging

Bone diseases such as rickets and osteoporosis cause significant reduction in bone quantity and quality, which leads to mechanical abnormalities. However, the precise ultrastructural mechanism by which altered bone quality affects mechanical properties is not clearly understood. Here we demonstrate the functional link between altered bone quality (reduced mineralization) and abnormal fibrillar-level mechanics using a novel, real-time synchrotron X-ray nanomechanical imaging method to study a mouse model with rickets due to reduced extrafibrillar mineralization. A previously unreported N-ethyl-N-nitrosourea (ENU) mouse model for hypophosphatemic rickets (Hpr), as a result of missense Trp314Arg mutation of the phosphate regulating gene with homologies to endopeptidase on the X chromosome (Phex) and with features consistent with X-linked hypophosphatemic rickets (XLHR) in man, was investigated using in situ synchrotron small angle X-ray scattering to measure real-time changes in axial periodicity of the nanoscale mineralized fibrils in bone during tensile loading. These determine nanomechanical parameters including fibril elastic modulus and maximum fibril strain. Mineral content was estimated using backscattered electron imaging. A significant reduction of effective fibril modulus and enhancement of maximum fibril strain was found in Hpr mice. Effective fibril modulus and maximum fibril strain in the elastic region increased consistently with age in Hpr and wild-type mice. However, the mean mineral content was ∼21% lower in Hpr mice and was more heterogeneous in its distribution. Our results are consistent with a nanostructural mechanism in which incompletely mineralized fibrils show greater extensibility and lower stiffness, leading to macroscopic outcomes such as greater bone flexibility. Our study demonstrates the value of in situ X-ray nanomechanical imaging in linking the alterations in bone nanostructure to nanoscale mechanical deterioration in a metabolic bone disease. Copyright

Identification of IL6R and chromosome 11q13.5 as risk loci for asthma

We aimed to identify novel genetic variants affecting asthma risk, since these might provide novel insights into molecular mechanisms underlying the disease. We did a genome-wide association study (GWAS) in 2669 physician-diagnosed asthmatics and 4528 controls from Australia. Seven loci were prioritised for replication after combining our results with those from the GABRIEL consortium (n=26 475), and these were tested in an additional 25 358 independent samples from four in-silico cohorts. Quantitative multi-marker scores of genetic load were constructed on the basis of results from the GABRIEL study and tested for association with asthma in our Australian GWAS dataset. Two loci were confirmed to associate with asthma risk in the replication cohorts and reached genome-wide significance in the combined analysis of all available studies (n=57 800): rs4129267 (OR 1·09, combined p= 2·4×10-8) in the interleukin-6 receptor (IL6R) gene and rs7130588 (OR 1·09, p=1·8×10-8) on chromosome 11q13.5 near the leucine-rich repeat containing 32 gene (LRRC32, also known as GARP). The 11q13.5 locus was significantly associated with atopic status among asthmatics (OR 1·33, p=7×10-4), suggesting that it is a risk factor for allergic but not non-allergic asthma. Multi-marker association results are consistent with a highly polygenic contribution to asthma risk, including loci with weak effects that might be shared with other immune-related diseases, such as NDFIP1, HLA-B, LPP, and BACH2. The IL6R association further supports the hypothesis that cytokine signalling dysregulation affects asthma risk, and raises the possibility that an IL6R antagonist (tocilizumab) may be effective to treat the disease, perhaps in a genotype-dependent manner. Results for the 11q13.5 locus suggest that it directly increases the risk of allergic sensitisation which, in turn, increases the risk of subsequent development of asthma. Larger or more functionally focused studies are needed to characterise the many loci with modest effects that remain to be identified for asthma. National Health and Medical Research Council of Australia. A full list of funding sources is provided in the webappendix. © 2011 Elsevier Ltd.