Genome-wide association study of Alzheimer's disease with psychotic symptoms

Psychotic symptoms occur in ~40% of subjects with Alzheimer's disease (AD) and are associated with more rapid cognitive decline and increased functional deficits. They show heritability up to 61% and have been proposed as a marker for a disease subtype suitable for gene mapping efforts. We undertook a combined analysis of three genome-wide association studies (GWASs) to identify loci that (1) increase susceptibility to an AD and subsequent psychotic symptoms; or (2) modify risk of psychotic symptoms in the presence of neurodegeneration caused by AD. In all, 1299 AD cases with psychosis (AD+P), 735 AD cases without psychosis (AD-P) and 5659 controls were drawn from Genetic and Environmental Risk in AD Consortium 1 (GERAD1), the National Institute on Aging Late-Onset Alzheimer's Disease (NIA-LOAD) family study and the University of Pittsburgh Alzheimer Disease Research Center (ADRC) GWASs. Unobserved genotypes were imputed to provide data on >1.8 million single-nucleotide polymorphisms (SNPs). Analyses in each data set were completed comparing (1) AD+P to AD-P cases, and (2) AD+P cases with controls (GERAD1, ADRC only). Aside from the apolipoprotein E (APOE) locus, the strongest evidence for association was observed in an intergenic region on chromosome 4 (rs753129; 'AD+PvAD-P' P=2.85 × 10(-7); 'AD+PvControls' P=1.11 × 10(-4)). SNPs upstream of SLC2A9 (rs6834555, P=3.0 × 10(-7)) and within VSNL1 (rs4038131, P=5.9 × 10(-7)) showed strongest evidence for association with AD+P when compared with controls. These findings warrant further investigation in larger, appropriately powered samples in which the presence of psychotic symptoms in AD has been well characterized.Molecular Psychiatry advance online publication, 18 October 2011; doi:10.1038/mp.2011.125.

Mapping piezoelectric nonlinearity in the Rayleigh regime using band excitation piezoresponse force microscopy

Band excitation piezoresponse force microscopy enables local investigation of the nonlinear piezoelectric behavior of ferroelectric thin films. However, the presence of additional nonlinearity associated with the dynamic resonant response of the tip-surface junction can complicate the study of a material's nonlinearity. Here, the relative importance of the two nonlinearity sources was examined as a function of the excitation function. It was found that in order to minimize the effects of nonlinear tip-surface interactions but achieve good signal to noise level, an optimal excitation function must be used. (C) 2011 American Institute of Physics. [doi: 10.1063/1.3593138]

Influences of phosphorus starvation on OsACR2.1 expression and arsenic metabolism in rice seedlings

The effects of phosphorus (P) status on arsenate reductase gene (OsACR2.1) expression, arsenate reductase activity, hydrogen peroxide (H(2)O(2)) content, and arsenic (As) species in rice seedlings which were exposed to arsenate after -P or +P pretreatments were investigated in a series of hydroponic experiments. OsACR2.1 expression increased significantly with decreasing internal P concentrations; more than 2-fold and 10-fold increases were found after P starvation for 30 h and 14 days, respectively. OsACR2.1 expression exhibited a significant positive correlation with internal root H(2)O(2) accumulation, which increased upon P starvation or exposure to H(2)O(2) without P starvation. Characterization of internal and effluxed As species showed the predominant form of As was arsenate in P-starved rice root, which contrasted with the +P pretreated plants. Additionally, more As was effluxed from P-starved rice roots than from non-starved roots. In summary, an interesting relationship was observed between P-starvation induced H(2)O(2) and OsACR2.1 gene expression. However, the up-regulation of OsACR2.1 did not increase arsenate reduction in P-starved rice seedlings when exposed to arsenate.

Matrilysin-1 mediates bronchiolization of alveoli, a potential premalignant change in lung cancer

Matrilysin-1 (also called matrix metalloproteinase-7) is expressed in injured lung and in cancer but not in normal epithelia. Bronchiolization of the alveoli (BOA), a potential precursor of lung cancer, is a histologically distinct type of metaplasia that is composed of cells resembling airway epithelium in the alveolar compartment. We demonstrate that there is increased expression of matrilysin-1 in human lesions and BOA in the CC10-human achaete-scute homolog-1 transgenic mouse model. Forced expression of the matrilysin-1 gene in immortalized human normal airway epithelial BEAS-2B and HPLD1 cells, which do not normally express matrilysin-1, promoted cellular migration, suggesting a functional link for BOA formation via bronchiolar cell migration. In addition, matrilysin-1 stimulated proliferation and inhibited Fas-induced apoptosis, while a knockdown by RNA interference decreased cell growth, migration, and increased sensitivity to apoptosis. Western blotting demonstrated increased levels of phospho-p38 and phospho-Erk1/2 kinases after matrilysin-1 expression. Gene expression analysis uncovered several genes that were related to cell growth, migration/movement, and death, which could potentially facilitate bronchiolization. In vivo, the formation of BOA lesions was reduced when CC10-human achaete-scute homolog-1 mice were crossed with matrilysin-1 null mice and was correlated with reduced matrilysin-1 expression in BOA. We conclude that matrilysin-1 may play an important role in the bronchiolization of alveoli by promoting proliferation, migration, and attenuation of apoptosis involving multiple genes in the MAP kinase pathway.

Platelets induce Pai-1 mRNA expression in monocytes through TGF-BETA

Introduction: Plasminogen activator inhibitor type-1 (PAI-1) is a physiological modulator of fibrinolysis. High plasma PAI-1 is associated with the 4G/5G promoter polymorphism and with increased cardiovascular risk. Here we explored the role of platelets in regulating expression of the PAI-1 gene in monocytes. Methods: Blood from PAI-1 4G/5G genotyped volunteers (n=6) was incubated with the platelet GPVI-specific agonist, cross-linked collagen related peptide (CRP-XL), in the presence or absence of Mab 9E1 that blocks the binding of P-selectin to PSGL1. Monocytes were isolated by +ve selection on CD14 beads and monocyte PAI-1 mRNA expression was measured by real-time PCR. Results: Activation of platelets with CRP-XL resulted in platelets binding to >70% of monocytes and was accompanied by >5000-fold induction of PAI-1 mRNA, peaking at 4hrs. PAI-1 expression was independent of the 4G/5G genotype. Blocking the binding of platelets to monocytes enhanced PAI-1 induction (p<0.05 at 4 hrs). Incubation of isolated monocytes with the releasate from CRP-XL stimulated platelets also led to PAI-1 mRNA expression. The platelet secretome contains >100 different proteins. To identify the soluble factor(s) responsible for induction of PAI-1, neutralizing antibodies to likely candidates were added to monocytes incubated with the platelet releasate. Anti- TGF-beta inhibited platelet releasate-mediated PAI-1 mRNA induction by >80%. Monocyte PAI-1 was also induced by stimulation of PSGL-1 with a P-selectin-Fc chimera, in the absence of platelets, which was also blocked by the TGF-beta antibody. Conclusions: These results suggest that platelets induce PAI-1 mRNA in monocytes predominantly via TGF-beta, released from both platelets, and monocytes via activation by PSGL-1 signalling.This stimulation is independent of 4G/5G genotype

Recurrent deletions and reciprocal duplications of 10q11.21q11.23 including CHAT and SLC18A3 are likely mediated by complex low-copy repeats.

We report 24 unrelated individuals with deletions and 17 additional cases with duplications at 10q11.21q21.1 identified by chromosomal microarray analysis. The rearrangements range in size from 0.3 to 12 Mb. Nineteen of the deletions and eight duplications are flanked by large, directly oriented segmental duplications of >98% sequence identity, suggesting that nonallelic homologous recombination (NAHR) caused these genomic rearrangements. Nine individuals with deletions and five with duplications have additional copy number changes. Detailed clinical evaluation of 20 patients with deletions revealed variable clinical features, with developmental delay (DD) and/or intellectual disability (ID) as the only features common to a majority of individuals. We suggest that some of the other features present in more than one patient with deletion, including hypotonia, sleep apnea, chronic constipation, gastroesophageal and vesicoureteral refluxes, epilepsy, ataxia, dysphagia, nystagmus, and ptosis may result from deletion of the CHAT gene, encoding choline acetyltransferase, and the SLC18A3 gene, mapping in the first intron of CHAT and encoding vesicular acetylcholine transporter. The phenotypic diversity and presence of the deletion in apparently normal carrier parents suggest that subjects carrying 10q11.21q11.23 deletions may exhibit variable phenotypic expressivity and incomplete penetrance influenced by additional genetic and nongenetic modifiers.

Régulation de la lipoprotéine lipase macrophagique et de LOX-1 par des facteurs métaboliques. Implications dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès dans les pays occidentaux et constituent la principale complication associée au diabète. La lipoprotéine lipase (LPL) est une enzyme clé du métabolisme des lipides et est responsable de l'hydrolyse des lipoprotéines riches en triglycérides (TG). Plusieurs études ont démontré que la LPL sécrétée par les macrophages dans la paroi artérielle est pro-athérogénique. La dysfonction endothéliale caractérise les stades précoces du processus athérosclérotique. Il a été observé qu’un récepteur nouvellement identifié des lipoprotéines de basse densité oxydées (LDLox), le récepteur de type lectine des LDLox (LOX-1), est fortement exprimé dans les lésions athérosclérotiques humaines et dans l’aorte de rats diabétiques, suggérant un rôle clé de LOX-1 dans la pathogénèse de l’athérosclérose diabétique. Au vu du rôle potentiel de la LPL macrophagique et du LOX-1 dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2, nous avons évalué la régulation de ces deux molécules pro-athérogéniques par des facteurs métaboliques et inflammatoires augmentés dans le diabète, soit la leptine, l’acide linoléique (LA) et la protéine C-réactive (CRP). Nos résultats démontrent que : 1) Dans les cellules endothéliales aortiques humaines (HAECs), LA augmente l’expression protéique de LOX-1 de façon temps- et dose-dépendante; 2) La pré-incubation de HAECs avec des antioxydants et des inhibiteurs de la NADPH oxydase, de la protéine kinase C (PKC) et du facteur nucléaire-kappa B (NF-kB), inhibe l’effet stimulant de LA sur l’expression protéique de LOX-1; 3) Dans les HAECs traitées avec LA, on observe une augmentation d’expression des isoformes classiques de la PKC; 4) LA augmente de manière significative l’expression génique de LOX-1 ainsi que la liaison des protéines nucléaires extraites des HAECs à la séquence régulatrice NF-kB présente dans le promoteur du gène de LOX-1; 5) LA augmente, via LOX-1, la captation des LDLox par les cellules endothéliales. Pris dans leur ensemble, ces résultats démontrent que LA augmente l’expression endothéliale de LOX-1 in vitro et appuient le rôle clé de LA dans la dysfonction endothéliale associée au diabète. Au vu de nos études antérieures démontrant qu’une expression accrue de LPL macrophagique chez les patients diabétiques de type 2 et que l’augmentation de facteurs métaboliques dans cette maladie, soit l’homocystéine (Hcys), les acides gras et les produits terminaux de glycation (AGE), accroissent l’expression de la LPL macrophagique, nous avons par la suite déterminé l’effet, in vitro, de deux autres facteurs métaboliques et inflammatoires surexprimés dans le diabète, soit la leptine et la CRP, sur l’expression de la LPL macrophagique. Les concentrations plasmatiques de leptine sont élevées chez les patients diabétiques et sont associées à un accroissement des risques cardiovasculaires. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la leptine augmente l’expression de la LPL, tant au niveau génique que protéique; 2) L’effet stimulant de la leptine sur la LPL est aboli par la pré-incubation avec un anticorps dirigé contre les récepteurs à la leptine (Ob-R), des inhibiteurs de la PKC et des antioxydants; 3) La leptine augmente l’expression membranaire des isoformes classiques de la PKC et la diminution de l’expression endogène de la PKC, abolit l’effet de la leptine sur l’expression de la LPL macrophagique; 4) Dans les macrophages murins, la leptine augmente le taux de synthèse de la LPL et augmente la liaison de protéines nucléaires à la séquence protéine activée-1 (AP-1) du promoteur du gène de la LPL. Ces observations supportent la possibilité que la leptine puisse représenter un facteur stimulant de la LPL macrophagique dans le diabète. Finalement, nous avons déterminé, in vitro, l’effet de la CRP sur l’expression de la LPL macrophagique. La CRP est une molécule inflammatoire et un puissant prédicteur d’événements cardiovasculaires. Des concentrations élevées de CRP sérique sont documentées chez les patients diabétiques de type 2. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la CRP augmente l’expression de la LPL au niveau génique et protéique et la liaison de la CRP aux récepteurs CD32 est nécessaire pour médier ses effets; 2) La pré-incubation de macrophages humains avec des antioxydants, des inhibiteurs de la PKC et de la protéine kinase mitogénique activée (MAPK), prévient l’induction de la LPL par la CRP; 3) La CRP augmente l’activité de la LPL, la génération intracellulaire d’espèces radicalaires oxygénées (ROS), l’expression d’isoformes classiques de la PKC et la phosphorylation des kinases extracellulaires régulées 1/2 (ERK 1/2); 4) Les macrophages murins traités avec la CRP démontrent une augmentation de la liaison des protéines nucléaires à la séquence AP-1 du promoteur du gène de la LPL. Ces données suggèrent que la LPL puisse représenter un nouveau facteur médiant les effets délétères de la CRP dans la vasculopathie diabétique. Dans l’ensemble nos études démontrent le rôle clé de facteurs métaboliques et inflammatoires dans la régulation vasculaire de la LPL et du LOX-1 dans le diabète. Nos données suggèrent que la LPL et le LOX-1 puissent représenter des contributeurs clé de l’athérogénèse accélérée associée au diabète chez l’humain. Mots-clés : athérosclérose, maladies cardiovasculaires, diabète de type 2, macrophage, LPL, cellules endothéliales, LOX-1, stress oxydatif, leptine, LA, CRP.

Étude de l’implication de MK2 dans la réponse vasculaire à l’endothéline-1

L’endothéline-1 (ET-1) est un puissant agent vasoconstricteur dont la production est dérégulée dans plusieurs maladies inflammatoires où l’expression des cyclooxygénases-1/2 (COX-1/2) est augmentée. Puisqu’il est connu que la voie p38 MAPK est impliquée dans la régulation de l’ET-1 au niveau de l’ARNm, nous avons étudié le rôle de l’un de ses substrats, la kinase MK2 dans la régulation post-transcriptionnelle de l’ET-1 et des COX. Pour ce faire, nous avons utilisé des souris MK2-déficientes (MK2-/-) ainsi que des contrôles (MK2+/+) issus de la même portée. Des paramètres de la fonction cardiaque ont été mesurés sous anesthésie à l’aide d’un cathéter Millar et la réactivité vasculaire de l’artère fémorale a été mesurée par myographe. L’expression de ET-1, COX-1 et COX-2 a été quantifiée dans la cellule endothéliale aortique (CE) par qPCR. En réponse à l’ET-1 (100 nM), l’expression de la préproET-1 dans les CE augmente en fonction du temps (p<0.05) : cette variation est accentuée chez les souris MK2-/-. Bien que la pression artérielle soit similaire entre les souris MK2+/+ et MK2-/-, l’inhibition de COX (indométacine, 1 μM) augmente (p<0.05) la contraction à l’ET-1 des vaisseaux isolés provenant de souris MK2+/+ mais pas des MK2-/-. Ces données suggèrent un rôle de MK2 dans la réponse vasculaire à l’ET-1 et possiblement dans la signalisation post-récepteur de l’ET-1 en général.

Étude de l’infection au Cryptococcus chez la souris transgénique exprimant le génome du VIH-1

Cryptococcus neoformans var. grubii est responsable de la majeure partie des infections au Cryptococcus chez les individus infectés au VIH-1. Cryptococcus gattii infecte généralement les personnes immunocompétentes. Afin de comprendre les mécanismes responsables de la susceptibilité différentielle de ces espèces lors de l’infection au VIH-1, nous avons établi et caractérisé un modèle novateur de la cryptococcose chez des souris transgéniques (Tg) CD4C/HIVMutA exprimant des gènes du VIH-1, et qui développent une maladie similaire au SIDA. Les objectifs sont de démontrer une différence significative au niveau de la survie, de la réponse inflammatoire et du recrutement cellulaire pulmonaire en fonction de la présence du transgène et de l’espèce de Cryptococcus inoculée. Des analyses de survie, d’histopathologie et de cytométrie en flux sur les populations cellulaires pulmonaires ont été effectuées. Les souris Tg infectées avec C. neoformans H99 ou C23 ont démontré une survie réduite et une augmentation de la dissémination comparativement aux souris non-Tg, contrairement aux souris Tg infectées au C. gattii R265 ou R272. L’examen histopathologique des poumons de souris Tg infectées au H99 a montré une faible réponse inflammatoire, contrairement aux souris non-Tg. Pour la souche R265, il y avait une très faible réponse inflammatoire chez les deux types de souris. Enfin, l’étude des populations cellulaires du poumon a révélé chez les souris Tg une augmentation des pourcentages de macrophages interstitiels et de cellules polymorphonucléaires, ainsi qu’une diminution des lymphocytes T CD4+ et CD8+, indépendamment de l’infection au Cryptococcus. Ce modèle novateur représente donc un outil très pertinent pour l’étude de l’immunopathogenèse de la cryptococcose dans le contexte du VIH.

Sexage et phylogénie, à partir des gènes CHD (-Z et -W) et COX-1, des oiseaux de proie du Québec et de perroquets d’attrait vétérinaire

Connaître le sexe d’un oiseau est important pour divers domaines notamment pour les vétérinaires, les écologistes ainsi que pour les éleveurs d’oiseaux qui veulent former des couples qui serviront à la reproduction. Plusieurs espèces d’oiseaux, juvéniles et adultes, n’ont pas de dimorphisme sexuel. L’utilisation de l’ADN est une façon rapide de déterminer le sexe à partir d’un échantillon de sang, de muscle, de plumes ou de fèces. Par contre, la méthode devrait être validée pour chaque espèce et idéalement, standardisée. Le premier objectif de cette étude est de développer une méthode de sexage par séquençage des oiseaux à partir des séquences du gène CHD, en utilisant les oiseaux de proie et les perroquets vus en clinique au Québec. Un deuxième objectif est de faire l’identification de l’espèce à sexer, à partir du gène mitochondrial COX-1 et aussi à partir des séquences CHD-Z et CHD-W, utilisés pour le sexage. Un troisième objectif est d’évaluer les séquences sorties (CHD-Z, CHD-W et COX-1) en vue d’une étude phylogénique. Une extraction d’ADN a été effectuée chez 27 espèces de perroquets, 34 espèces d’oiseaux de proie, une corneille (Corvus brachyrhynchos) et un poulet (Gallus gallus). Une amplification par PCR a été exécutée pour les exons partiels 23 et 24 du gène CHD. Le séquençage de cet amplicon permettait de savoir s’il s’agissait d’un mâle (séquence simple CHD-Z) ou d’une femelle (séquences CHD-Z et CHD-W qui se chevauchent). Afin d’avoir des séquences CHD-W distinctes, un sous-clonage a été fait chez les femelles de chaque espèce. De cette manière, les séquences partielles du gène CHD, Z et W, ont été trouvées pour les espèces échantillonnées. Une étude phylogénique a été effectuée avec les séquences de COX-1, CHD-Z et CHD-W grâce au site « Clustal-Omega ». La méthode de sexage des oiseaux par séquençage du gène CHD est standard et efficace. Le gène COX-1 permet une meilleure identification des espèces parentes et le gène CHD-Z est le plus utile pour étudier la phylogénie profonde.

Amphioxus molecular biology: insights into vertebrate evolution and developmental mechanisms

The cephalochordate amphioxus is the best available proxy for the last common invertebrate ancestor of the vertebrates. During the last decade, the developmental genetics of amphioxus have been extensively examined for insights into the evolutionary origin and early evolution of the vertebrates. Comparisons between expression domains of homologous genes in amphioxus and vertebrates have strengthened proposed homologies between specific body parts. Molecular genetic studies have also highlighted parallels in the developmental mechanisms of amphioxus and vertebrates. In both groups, a similar nested pattern of Hox gene expression is involved in rostrocaudal patterning of the neural tube, and homologous genes also appear to be involved in dorsoventral neural patterning. Studies of amphioxus molecular biology have also hinted that the protochordate ancestor of the vertebrates included cell populations that modified their developmental genetic pathways during early vertebrate evolution to yield definitive neural crest and neurogenic placodes. We also discuss how the application of expressed sequence tag and gene-mapping approaches to amphioxus have combined with developmental studies to advance our understanding of chordate genome evolution. We conclude by considering the potential offered by the sequencing of the amphioxus genome, which was completed in late 2004.

Comparative effects of fatty acids on endothelial inflammatory gene expression

Background: Endothelial dysfunction may be related to adverse effects of some dietary fatty acids (FAs). Although in vitro studies have failed to show consistent findings, this may reflect the diverse experimental protocols employed and the limited range of FAs and end points studied. Aims: To investigate the effect of dietary FA type (saturated, monounsaturated, n-6 and n-3 polyunsaturated fatty acids), concentration, incubation time and cell stimulation state, on a broad spectrum of endothelial inflammatory gene expression. Methods: Using human umbilical vein endothelial cells, with and without stimulation (+/- 10 ng/ml TNF alpha), the effects of arachidonic (AA), docosahexaenoic (DHA), eicosapentaenoic (EPA), linoleic (LA), oleic (OA) and palmitic acids (PA) (10, 25 and 100 mu M), on the expression of genes encoding a number of inflammatory proteins and transcription factors were assessed by quantitative real time RT-PCR. Results: Individual FAs differentially affect endothelial inflammatory gene expression in a gene-specific manner. EPA, LA and OA significantly up-regulated MCP-1 gene expression compared to AA (p = 0.001, 0.013, 0.008, respectively) and DHA (p < 0.0005, = 0.004, 0.002, respectively). Furthermore, cell stimulation state and FA incubation time significantly influenced reported FA effects on gene expression. Conclusions: The comparative effects of saturated, monounsaturated, n-6 and n-3 polyunsaturated FAs on endothelial gene expression depend on the specific FA investigated, its length of incubation, cell stimulation state and the gene investigated. These findings may explain existing disparity in the literature. This work was funded by the EC, Framework Programme 6 via the LIPGENE project (FOOD-CT-2003-505944).

Measuring gametic disequilibrium from multilocus data

We describe a Bayesian approach to analyzing multilocus genotype or haplotype data to assess departures from gametic (linkage) equilibrium. Our approach employs a Markov chain Monte Carlo (MCMC) algorithm to approximate the posterior probability distributions of disequilibrium parameters. The distributions are computed exactly in some simple settings. Among other advantages, posterior distributions can be presented visually, which allows the uncertainties in parameter estimates to be readily assessed. In addition, background knowledge can be incorporated, where available, to improve the precision of inferences. The method is illustrated by application to previously published datasets; implications for multilocus forensic match probabilities and for simple association-based gene mapping are also discussed.

MYOD-1 in normal colonic mucosa - role as a putative biomarker?

Background DNA methylation of promoter-associated CpG islands of certain genes may play a role in the development of colorectal cancer. The MYOD-1 gene which is a muscle differentiation gene has been showed to be significantly methylated in colorectal cancer which, is an age related event. However the role of this gene in the colonic mucosa is not understood and whether methylation occurs in subjects without colon cancer. In this study, we have determined the frequency of methylation of the MYOD-1 gene in normal colonic mucosa and investigated to see if this is associated with established colorectal cancer risk factors primarily ageing. Results We analysed colonic mucosal biopsies in 218 normal individuals and demonstrated that in most individuals promoter hypermethylation was not quantified for MYOD-1. However, promoter hypermethylation increased significantly with age (p < 0.001 using regression analysis) and this was gender independent. We also showed that gene promoter methylation increased positively with an increase in waist to hip (WHR) ratio - the latter is also a known risk factor for colon cancer development. Conclusions Our study suggests that promoter gene hypermethylation of the MYOD-1 gene increases significantly with age in normal individuals and thus may offer potential as a putative biomarker for colorectal cancer.