Genome-wide linkage and association analyses to identify genes influencing adiponectin levels: the GEMS Study.

Adiponectin has a variety of metabolic effects on obesity, insulin sensitivity, and atherosclerosis. To identify genes influencing variation in plasma adiponectin levels, we performed genome-wide linkage and association scans of adiponectin in two cohorts of subjects recruited in the Genetic Epidemiology of Metabolic Syndrome Study. The genome-wide linkage scan was conducted in families of Turkish and southern European (TSE, n = 789) and Northern and Western European (NWE, N = 2,280) origin. A whole genome association (WGA) analysis (500K Affymetrix platform) was carried out in a set of unrelated NWE subjects consisting of approximately 1,000 subjects with dyslipidemia and 1,000 overweight subjects with normal lipids. Peak evidence for linkage occurred at chromosome 8p23 in NWE subjects (lod = 3.10) and at chromosome 3q28 near ADIPOQ, the adiponectin structural gene, in TSE subjects (lod = 1.70). In the WGA analysis, the single-nucleotide polymorphisms (SNPs) most strongly associated with adiponectin were rs3774261 and rs6773957 (P < 10(-7)). These two SNPs were in high linkage disequilibrium (r(2) = 0.98) and located within ADIPOQ. Interestingly, our fourth strongest region of association (P < 2 x 10(-5)) was to an SNP within CDH13, whose protein product is a newly identified receptor for high-molecular-weight species of adiponectin. Through WGA analysis, we confirmed previous studies showing SNPs within ADIPOQ to be strongly associated with variation in adiponectin levels and further observed these to have the strongest effects on adiponectin levels throughout the genome. We additionally identified a second gene (CDH13) possibly influencing variation in adiponectin levels. The impact of these SNPs on health and disease has yet to be determined.

Une nouvelle approche computationnelle pour la découverte des sites de fixation de facteurs de transcription à l’ADN, adaptée aux données de ChIP-chip et de ChIP-séquençage

Les facteurs de transcription sont des protéines spécialisées qui jouent un rôle important dans différents processus biologiques tel que la différenciation, le cycle cellulaire et la tumorigenèse. Ils régulent la transcription des gènes en se fixant sur des séquences d’ADN spécifiques (éléments cis-régulateurs). L’identification de ces éléments est une étape cruciale dans la compréhension des réseaux de régulation des gènes. Avec l’avènement des technologies de séquençage à haut débit, l’identification de tout les éléments fonctionnels dans les génomes, incluant gènes et éléments cis-régulateurs a connu une avancée considérable. Alors qu’on est arrivé à estimer le nombre de gènes chez différentes espèces, l’information sur les éléments qui contrôlent et orchestrent la régulation de ces gènes est encore mal définie. Grace aux techniques de ChIP-chip et de ChIP-séquençage il est possible d’identifier toutes les régions du génome qui sont liées par un facteur de transcription d’intérêt. Plusieurs approches computationnelles ont été développées pour prédire les sites fixés par les facteurs de transcription. Ces approches sont classées en deux catégories principales: les algorithmes énumératifs et probabilistes. Toutefois, plusieurs études ont montré que ces approches génèrent des taux élevés de faux négatifs et de faux positifs ce qui rend difficile l’interprétation des résultats et par conséquent leur validation expérimentale. Dans cette thèse, nous avons ciblé deux objectifs. Le premier objectif a été de développer une nouvelle approche pour la découverte des sites de fixation des facteurs de transcription à l’ADN (SAMD-ChIP) adaptée aux données de ChIP-chip et de ChIP-séquençage. Notre approche implémente un algorithme hybride qui combine les deux stratégies énumérative et probabiliste, afin d’exploiter les performances de chacune d’entre elles. Notre approche a montré ses performances, comparée aux outils de découvertes de motifs existants sur des jeux de données simulées et des jeux de données de ChIP-chip et de ChIP-séquençage. SAMD-ChIP présente aussi l’avantage d’exploiter les propriétés de distributions des sites liés par les facteurs de transcription autour du centre des régions liées afin de limiter la prédiction aux motifs qui sont enrichis dans une fenêtre de longueur fixe autour du centre de ces régions. Les facteurs de transcription agissent rarement seuls. Ils forment souvent des complexes pour interagir avec l’ADN pour réguler leurs gènes cibles. Ces interactions impliquent des facteurs de transcription dont les sites de fixation à l’ADN sont localisés proches les uns des autres ou bien médier par des boucles de chromatine. Notre deuxième objectif a été d’exploiter la proximité spatiale des sites liés par les facteurs de transcription dans les régions de ChIP-chip et de ChIP-séquençage pour développer une approche pour la prédiction des motifs composites (motifs composés par deux sites et séparés par un espacement de taille fixe). Nous avons testé ce module pour prédire la co-localisation entre les deux demi-sites ERE qui forment le site ERE, lié par le récepteur des œstrogènes ERα. Ce module a été incorporé à notre outil de découverte de motifs SAMD-ChIP.

Les macrophages d’ascendance européenne et africaine répondent différemment aux infections bactériennes

Des études antérieures démontrent que les descendants de peuples européens et africains présentent des différences de susceptibilité à certaines maladies infectieuses. Ces différences suggèrent des variations interpopulationnelles de la réponse immunitaire qui résultent probablement de l’adaptation de ces individus aux pathogènes de leur environnement. Nous avons caractérisé la réponse immunitaire chez des descendants de peuples européens et africains à des infections bactériennes. Nous avons infecté des macrophages dérivés de monocytes de 30 Américains d’origine africaine (Africains) et de 31 Américains d’origine européenne (Européens) avec les pathogènes intracellulaires Listeria monocytogenes et Salmonella typhimurium pendant 4 heures, puis nous avons mesuré le niveau d’expression pangénomique des cellules infectées et non infectées par séquençage de l’ARNm. Nous avons estimé le niveau de contrôle de l’infection par les macrophages à 2, 4 et 24 heures post-infection en évaluant le taux de survie des bactéries. Nous avons observé que les Africains présentent significativement moins de bactéries intracellulaires après 4 et 24 heures que les Européens, suggérant que les Africains contrôlent mieux les infections bactériennes. Nous avons identifié des différences interpopulationnelles dans le niveau de sécrétion des cytokines et dans le niveau d’expression de certains gènes, ce qui suggère que les Africains modulent une réponse inflammatoire plus forte que les Européens. Nous avons démontré que plusieurs de ces gènes ont subi des évènements de sélection positive récents seulement chez les Européens. Notre étude a identifié plusieurs gènes candidats susceptibles d’influencer le cours des infections bactériennes chez les humains. Nos résultats indiquent que les différences dans la progression des maladies infectieuses entre les populations européennes et africaines seraient le résultat de la sélection naturelle.

Genetic determinants of clinical heterogeneity in sickle cell disease

L’anémie falciforme est une maladie monogénique causée par une mutation dans le locus de la β-globine. Malgré le fait que l’anémie falciforme soit une maladie monogénique, cette maladie présente une grande hétérogénéité clinique. On présume que des facteurs environnementaux et génétiques contribuent à cette hétérogénéité. Il a été observé qu’un haut taux d’hémoglobine fœtale (HbF) diminuait la sévérité et la mortalité des patients atteints de l’anémie falciforme. Le but de mon projet était d’identifier des variations génétiques modifiant la sévérité clinique de l’anémie falciforme. Dans un premier temps, nous avons effectué la cartographie-fine de trois régions précédemment associées avec le taux d’hémoglobine fœtale. Nous avons ensuite effectué des études d’association pan-génomiques avec deux complications cliniques de l’anémie falciforme ainsi qu’avec le taux d’hémoglobine fœtale. Hormis les régions déjà identifiées comme étant associées au taux d’hémoglobine fœtale, aucun locus n’a atteint le niveau significatif de la puce de génotypage. Pour identifier des groupes de gènes modérément associés au taux d’hémoglobine fœtale qui seraient impliqués dans de mêmes voies biologiques, nous avons effectué une étude des processus biologiques. Finalement, nous avons effectué l’analyse de 19 exomes de patients Jamaïcains ayant des complications cliniques mineures de l’anémie falciforme. Compte tenu de la taille des cohortes de réplication disponibles, nous n’avons pas les moyens de valider statistiquement les variations identifiées par notre étude. Cependant, nos résultats fournissent de bons gènes candidats pour des études fonctionnelles et pour les réplications futures. Nos résultats suggèrent aussi que le β-hydroxybutyrate en concentration endogène pourraient influencer le taux d’hémoglobine fœtale. De plus, nous montrons que la cartographie-fine des régions associées par des études pan-génomiques peut identifier des signaux d’association additionnels et augmenter la variation héritable expliquée par cette région.

Exploration génomique de la déficience intellectuelle

La déficience intellectuelle (DI) définit un groupe de conditions génétiquement hétérogènes caractérisées par l’apparition de troubles cognitifs précoces chez l’enfant. Elle affecte 1-3% de la population dans les pays industrialisés. La prévalence de la DI est beaucoup plus élevée ailleurs dans le monde, en raison de facteurs sociodémographiques comme le manque de ressources dans le système de santé, la pauvreté et la consanguinité. Des facteurs non-génétiques sont mis en cause dans l’étiologie de la DI ; on estime qu’environ 25% des cas de DI sont d’origine génétique. Traditionnellement, les bases moléculaires de la DI ont été investiguées par des analyses cytogénétiques, les approches de cartographie génétique et le séquençage de gènes candidats ; ces techniques de génétiques classiques sont encore mises à rude épreuve dans l’analyse de maladies complexes comme la DI. La DI liée à l’X a été particulièrement étudiée, avec plus d’une centaine de gènes identifiés uniquement sur le chromosome X. Des mutations hétérozygotes composites sont mises en évidence dans la DI autosomique, dans le contexte d’unions non-consanguines. L’occurrence de ce type de mutations est rare, chez des individus non-apparentés, de sorte que les mutations dominantes de novo sont plus courantes. Des mutations homozygotes sont attendues dans les populations consanguines ou marquées par un effet fondateur. En fait, les bases moléculaires de la DI autosomique ont été presqu’exclusivement étudiées dans le contexte de populations avec des forts taux de consanguinité. L’origine de la DI demeure encore inconnue dans environ 60 % des cas diagnostiqués. En l’absence de facteurs environnementaux associés à la DI chez ces individus, il est possible d’envisager que des facteurs génétiques non identifiés entrent en jeu dans ces cas de DI inexpliqués. Dans ce projet de recherche, nous voulions explorer l’origine génétique de la DI, dans vingt familles, où une transmission de la maladie selon un mode autosomique récessif est suspectée. Nous avons mis de l’avant les techniques de séquençage de nouvelle génération, afin de mettre en évidence les déterminants génétiques de la DI, à l’échelle du génome humain. En fait, nous avons priorisé la capture et le séquençage de l’exome; soient la totalité des régions codantes du génome humain et leurs sites d’épissage flanquants. Dans nos analyses, nous avons ciblé les variants qui ne sont pas rapportés trop fréquemment dans différentes bases de données d’individus contrôles, ces mutations rares cadrent mieux avec une condition comme la DI. Nous avons porté une attention particulière aux mutations autosomiques récessives (homozygotes et hétérozygotes composites) ; nous avons confirmé que ces mutations ségréguent avec une transmission récessive dans la famille à l’étude. Nous avons identifié des mutations dans des gènes pouvant être à l’origine de la DI, dans certaines des familles analysées ; nous avons validé biologiquement l'impact fonctionnel des mutations dans ces gènes candidats, afin de confirmer leur implication dans la pathophysiologie de la DI. Nous avons élucidé les bases moléculaires de la DI dans huit des familles analysées. Nous avons identifié le second cas de patients avec syndrome de cassure chromosomique de Varsovie, caractérisé par des dysfonctions de l’ARN hélicase DDX11. Nous avons montré qu’une perte de l’activité de TBC1D7, une des sous-unités régulatrice du complexe TSC1-TSC2, est à l’origine de la pathologie dans une famille avec DI et mégalencéphalie. Nous avons mis en évidence des mutations pathogéniques dans le gène ASNS, codant pour l’Asparagine synthétase, chez des patients présentant une microcéphalie congénitale et une forme progressive d’encéphalopathie. Nous avons montré que des dysfonctions dans la protéine mitochondriale MAGMAS sont mises en cause dans une condition caractérisée par un retard prononcé dans le développement associé à une forme sévère de dysplasie squelettique. Nous avons identifié une mutation tronquant dans SPTBN2, codant pour la protéine spinocerebellar ataxia 5, dans une famille avec DI et ataxie cérébelleuse. Nous avons également mis en évidence une mutation dans PIGN, un gène impliqué dans la voie de biosynthèse des ancres de glycosylphosphatidylinositol , pouvant être à l’origine de la maladie chez des individus avec épilepsie et hypotonie. Par ailleurs, nous avons identifié une mutation - perte de fonction dans CLPB, codant pour une protéine chaperonne mitochondriale, dans une famille avec encéphalopathie néonatale, hyperekplexie et acidurie 3-méthylglutaconique. Le potentiel diagnostic des techniques de séquençage de nouvelle génération est indéniable ; ces technologies vont révolutionner l’univers de la génétique moléculaire, en permettant d’explorer les bases génétiques des maladies complexes comme la DI.

Comparative mitochondrial genomics toward understanding genetics and evolution of arbuscular mycorrhizal fungi

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement.

Genome-wide evidence for speciation with gene flow in Heliconius butterflies

Most speciation events probably occur gradually, without complete and immediate reproductive isolation, but the full extent of gene flow between diverging species has rarely been characterized on a genome-wide scale. Documenting the extent and timing of admixture between diverging species can clarify the role of geographic isolation in speciation. Here we use new methodology to quantify admixture at different stages of divergence in Heliconius butterflies, based on whole-genome sequences of 31 individuals. Comparisons between sympatric and allopatric populations of H. melpomene, H. cydno, and H. timareta revealed a genome-wide trend of increased shared variation in sympatry, indicative of pervasive interspecific gene flow. Up to 40% of 100-kb genomic windows clustered by geography rather than by species, demonstrating that a very substantial fraction of the genome has been shared between sympatric species. Analyses of genetic variation shared over different time intervals suggested that admixture between these species has continued since early in speciation. Alleles shared between species during recent time intervals displayed higher levels of linkage disequilibrium than those shared over longer time intervals, suggesting that this admixture took place at multiple points during divergence and is probably ongoing. The signal of admixture was significantly reduced around loci controlling divergent wing patterns, as well as throughout the Z chromosome, consistent with strong selection for Müllerian mimicry and with known Z-linked hybrid incompatibility. Overall these results show that species divergence can occur in the face of persistent and genome-wide admixture over long periods of time.

Genomic architecture of adaptive color pattern divergence and convergence in Heliconius butterflies

Identifying the genetic changes driving adaptive variation in natural populations is key to understanding the origins of biodiversity. The mosaic of mimetic wing patterns in Heliconius butterflies makes an excellent system for exploring adaptive variation using next-generation sequencing. In this study, we use a combination of techniques to annotate the genomic interval modulating red color pattern variation, identify a narrow region responsible for adaptive divergence and convergence in Heliconius wing color patterns, and explore the evolutionary history of these adaptive alleles. We use whole genome resequencing from four hybrid zones between divergent color pattern races of Heliconius erato and two hybrid zones of the co-mimic Heliconius melpomene to examine genetic variation across 2.2 Mb of a partial reference sequence. In the intergenic region near optix, the gene previously shown to be responsible for the complex red pattern variation in Heliconius, population genetic analyses identify a shared 65-kb region of divergence that includes several sites perfectly associated with phenotype within each species. This region likely contains multiple cis-regulatory elements that control discrete expression domains of optix. The parallel signatures of genetic differentiation in H. erato and H. melpomene support a shared genetic architecture between the two distantly related co-mimics; however, phylogenetic analysis suggests mimetic patterns in each species evolved independently. Using a combination of next-generation sequencing analyses, we have refined our understanding of the genetic architecture of wing pattern variation in Heliconius and gained important insights into the evolution of novel adaptive phenotypes in natural populations.

Evolutionary genomics of the Fox genes: origin of gene families and the ancestry of gene clusters

Over the past decade genomic approaches have begun to revolutionise the study of animal diversity. In particular, genome sequencing programmes have spread beyond the traditional model species to encompass an increasing diversity of animals from many different phyla, as well as unicellular eukaryotes that are closely related to the animals. Whole genome sequences allow researchers to establish, with reasonable confidence, the full complement of any particular family of genes in a genome. Comparison of gene complements from appropriate genomes can reveal the evolutionary history of gene families, indicating when both gene diversification and gene loss have occurred. More than that, however, assembled genomes allow the genomic environment in which individual genes are found to be analysed and compared between species. This can reveal how gene diversification occurred. Here, we focus on the Fox genes, drawing from multiple animal genomes to develop an evolutionary framework explaining the timing and mechanism of origin of the diversity of animal Fox genes. Ancient linkages between genes are a prominent feature of the Fox genes, depicting a history of gene clusters, some of which may be relevant to understanding Fox gene function.

Comparative genomics of Brachyspira pilosicoli strains: genome rearrangements, reductions and correlation of genetic compliment with phenotypic diversity.

Background. The anaerobic spirochaete Brachyspira pilosicoli causes enteric disease in avian, porcine and human hosts, amongst others. To date, the only available genome sequence of B. pilosicoli is that of strain 95/1000, a porcine isolate. In the first intra-species genome comparison within the Brachyspira genus, we report the whole genome sequence of B. pilosicoli B2904, an avian isolate, the incomplete genome sequence of B. pilosicoli WesB, a human isolate, and the comparisons with B. pilosicoli 95/1000. We also draw on incomplete genome sequences from three other Brachyspira species. Finally we report the first application of the high-throughput Biolog phenotype screening tool on the B. pilosicoli strains for detailed comparisons between genotype and phenotype. Results. Feature and sequence genome comparisons revealed a high degree of similarity between the three B. pilosicoli strains, although the genomes of B2904 and WesB were larger than that of 95/1000 (~2,765, 2.890 and 2.596 Mb, respectively). Genome rearrangements were observed which correlated largely with the positions of mobile genetic elements. Through comparison of the B2904 and WesB genomes with the 95/1000 genome, features that we propose are non-essential due to their absence from 95/1000 include a peptidase, glycine reductase complex components and transposases. Novel bacteriophages were detected in the newly-sequenced genomes, which appeared to have involvement in intra- and inter-species horizontal gene transfer. Phenotypic differences predicted from genome analysis, such as the lack of genes for glucuronate catabolism in 95/1000, were confirmed by phenotyping. Conclusions. The availability of multiple B. pilosicoli genome sequences has allowed us to demonstrate the substantial genomic variation that exists between these strains, and provides an insight into genetic events that are shaping the species. In addition, phenotype screening allowed determination of how genotypic differences translated to phenotype. Further application of such comparisons will improve understanding of the metabolic capabilities of Brachyspira species.

Genome dynamics explain the evolution of flowering time CCT domain gene families in the Poaceae

Numerous CCT domain genes are known to control flowering in plants. They belong to the CONSTANS-like (COL) and PREUDORESPONSE REGULATOR (PRR) gene families, which in addition to a CCT domain possess B-box or response-regulator domains, respectively. Ghd7 is the most recently identified COL gene to have a proven role in the control of flowering time in the Poaceae. However, as it lacks B-box domains, its inclusion within the COL gene family, technically, is incorrect. Here, we show Ghd7 belongs to a larger family of previously uncharacterized Poaceae genes which possess just a single CCT domain, termed here CCT MOTIF FAMILY (CMF) genes. We molecularly describe the CMF (and related COL and PRR) gene families in four sequenced Poaceae species, as well as in the draft genome assembly of barley (Hordeum vulgare). Genetic mapping of the ten barley CMF genes identified, as well as twelve previously unmapped HvCOL and HvPRR genes, finds the majority map to colinear positions relative to their Poaceae orthologues. Combined inter-/intra-species comparative and phylogenetic analysis of CMF, COL and PRR gene families indicates they evolved prior to the monocot/dicot divergence ~200 mya, with Poaceae CMF evolution described as the interplay between whole genome duplication in the ancestral cereal, and subsequent clade-specific mutation, deletion and duplication events. Given the proven role of CMF genes in the modulation of cereals flowering, the molecular, phylogenetic and comparative analysis of the Poaceae CMF, COL and PRR gene families presented here provides the foundation from which functional investigation can be undertaken.

Regulation of gene and protein expression in cardiac myocyte hypertrophy and apoptosis

Considerable efforts have been expended in elucidating the inter-cellular and intra-cellular signaling pathways which elicit cardiac myocyte hypertrophy or apoptosis, and in identifying the changes which are associated with the end-stage of the response. The challenge now is to link the two. Although some of the signaling effects will be the acute modulation of existing protein function, long-term effects which bring about and maintain the hypertrophic state or which culminate in cell death are mediated at the level of gene and protein expression. With the advances in micro-array technology and genome sequencing, it is now possible to obtain a picture of the global gene expression profile in myocytes or in whole heart which dictates the proteins which could be made. This is not the final picture since additional regulation at the level of translation modulates the relative proportions of each protein that can be made from the transcriptome. Even here, further regulation of protein stability and turnover means that ultimately it is still necessary to examine the proteome to determine what may cause the functional changes in a cell. Thus, in order to gain a full picture of events which regulate the response and gain some insight into possible points of intervention for therapy, it is necessary to examine gene expression, mRNA translation and protein expression in concert.

A genome-wide test of the differential susceptibility hypothesis reveals a genetic predictor of differential response to psychological treatments for child anxiety disorders

Background: The differential susceptibly hypothesis suggests that certain genetic variants moderate the effects of both negative and positive environments on mental health and may therefore be important predictors of response to psychological treatments. Nevertheless, the identification of such variants has so far been limited to preselected candidate genes. In this study we extended the differential susceptibility hypothesis from a candidate gene to a genome-wide approach to test whether a polygenic score of environmental sensitivity predicted response to Cognitive Behavioural Therapy (CBT) in children with anxiety disorders. Methods: We identified variants associated with environmental sensitivity using a novel method in which within-pair variability in emotional problems in 1026 monozygotic (MZ) twin pairs was examined as a function of the pairs’ genotype. We created a polygenic score of environmental sensitivity based on the whole-genome findings and tested the score as a moderator of parenting on emotional problems in 1,406 children and response to individual, group and brief parent-led CBT in 973 children with anxiety disorders. Results: The polygenic score significantly moderated the effects of parenting on emotional problems and the effects of treatment. Individuals with a high score responded significantly better to individual CBT than group CBT or brief parent-led CBT (remission rates: 70.9%, 55.5% and 41.6% respectively). Conclusions: Pending successful replication, our results should be considered exploratory. Nevertheless, if replicated, they suggest that individuals with the greatest environmental sensitivity may be more likely to develop emotional problems in adverse environments, but also benefit more from the most intensive types of treatment.

DBMODELING - A database applied to the study of protein targets from genome projects

Genome sequencing efforts are providing us with complete genetic blueprints for hundreds of organisms. We are now faced with assigning, understanding, and modifying the functions of proteins encoded by these genomes. DBMODELING is a relational database of annotated comparative protein structure models and their metabolic pathway characterization, when identified. This procedure was applied to complete genomes such as Mycobacteritum tuberculosis and Xylella fastidiosa. The main interest in the study of metabolic pathways is that some of these pathways are not present in humans, which makes them selective targets for drug design, decreasing the impact of drugs in humans. In the database, there are currently 1116 proteins from two genomes. It can be accessed by any researcher at http://www.biocristalografia.df.ibilce.unesp.br/tools/. This project confirms that homology modeling is a useful tool in structural bioinformatics and that it can be very valuable in annotating genome sequence information, contributing to structural and functional genomics, and analyzing protein-ligand docking.

Modelagem molecular da Chiquimato quinase de Mycobacterium leprae

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)