MicroRNAs and the functional β cell mass: For better or worse.

Insulin secretion from pancreatic β cells plays a central role in the control of blood glucose levels. The amount of insulin released by β cells is precisely adjusted to match organism requirements. A number of conditions that arise during life, including pregnancy and obesity, can result in a decreased sensitivity of insulin target tissues and a consequent rise in insulin needs. To preserve glucose homoeostasis, the augmented insulin demand requires a compensatory expansion of the pancreatic β cell mass and an increase in its secretory activity. This compensatory process is accompanied by modifications in β cell gene expression, although the molecular mechanisms underlying the phenomenon are still poorly understood. Emerging evidence indicates that at least part of these compensatory events may be orchestrated by changes in the level of a novel class of gene regulators, the microRNAs. Indeed, several of these small, non-coding RNAs have either positive or negative impacts on β cell proliferation and survival. The studies reviewed here suggest that the balance between the actions of these two groups of microRNAs, which have opposing functional effects, can determine whether β cells expand sufficiently to maintain blood glucose levels in the normal range or fail to meet insulin demand and thus lead, as a consequence, towards diabetes manifestation. A better understanding of the mechanisms governing changes in the microRNA profile will open the way for the development of new strategies to prevent and/or treat both type 2 and gestational diabetes.

The role of the microRNAs in the age-associated oancreatic β-cell dysfunction

Le corps humain emploie le glucose comme source principale d'énergie. L'insuline, sécrétée par les cellules ß-pancreatiques situées dans les îlots de Langerhans, est l'hormone principale assurant un maintien constant du taux de glucose sanguin (glycémie). Les prédispositions génétiques, le manque d'activité physique et un régime déséquilibré peuvent entraîner une perte de sensibilité à l'insuline et des taux de glucose dans le sang élevé (hyperglycémie), une condition nommée diabète de type 2. Cette maladie est initiée par une sensibilité diminuée à l'insuline dans les tissus périphériques, entraînant une demande accrue en insuline. Cette pression continue finie par épuiser les cellules ß-pancreatiques, qui sécrètent alors des niveaux d'insuline insuffisant en trainant l'apparition du diabète. Le vieillissement est un facteur de risque important pour les maladies métaboliques dont le diabète de type 2 faits partis. En effet la majeure partie des diabétiques de type 2 ont plus de 45 ans. Il est connu que le vieillissement entraine une perte de sensibilité à l'insuline, une sécrétion altérée d'insuline, une baisse de réplication et une plus grande mort des ß-cellules pancréatiques. Le but de ma thèse était de mieux comprendre les mécanismes contribuante au dysfonctionnement des cellules ß- pancréatiques lors du vieillissement. Les travaux du « Human Genome Project » ont révélés que seulement 2% de notre génome code pour des protéines. Le reste non-codant fut alors désigné sous le nom de « ADN déchets ». Cependant, l'étude approfondie de cet ADN non-codant ces dernières deux décennies a démontré qu'une grande partie code pour des «MicroARNs », des ARNs courts (20-22 nucleotides) découverts en 1997 chez le vers C.elegans. Depuis lors ces molécules ont été intensivement étudiées, révélant un rôle crucial de ces molécules dans la fonction et la survie des cellules en conditions normales et pathologiques. Le but de cette thèse était d'étudier le rôle des microARNs dans le dysfonctionnement des cellules ß lors du vieillissement. Nos données suggèrent qu'ils peuvent jouer un rôle tantôt salutaire, tantôt nocif sur les cellules ß. Par exemple, certains microARNs réduisent la capacité des cellules ß à se multiplier ou réduisent leur survie, alors que d'autres protègent ces cellules contre la mort. Pour conclure, nous avons démontré les microARNs jouent un rôle important dans le dysfonctionnement des cellules ß lors du vieillissement. Ces nouvelles découvertes préparent le terrain pour la conception de futures stratégies visant à améliorer la résistance des cellules ß pancréatiques afin de trouver de nouveaux traitements du diabète de type 2. -- Le diabète de type 2 est une maladie métabolique due à la résistance à l'action de l'insuline des tissus cibles combinée à l'incapacité des cellules ß pancréatiques à sécréter les niveaux adéquats d'insuline. Le vieillissement est associé à un déclin global des fonctions de l'organisme incluant une diminution de la fonction et du renouvellement des cellules ß pancréatiques. Il constitue ainsi un risque majeur de développement des maladies métaboliques dont le diabète de type 2. Le but de cette thèse était d'étudier le rôle des microARNs (une classe d'ARN non- codants) dans le dysfonctionnement lié au vieillissement des cellules ß. L'analyse par microarray des niveaux d'expression des microARN dans les îlots pancréatiques de rats Wistar mâles âgés de 3 et 12 mois nous a permis d'identifier de nombreux changements d'expression de microARNs associés au vieillissement. Afin d'étudier les liens entre ces modifications et le déclin des cellules ß, les changements observés lors du vieillissement ont été reproduits spécifiquement dans une lignée cellulaire, dans des cellules ß primaires de jeune rats ou de donneurs humains sains. La diminution du miR-181a réduit la prolifération des cellules ß, tandis que la diminution du miR-130b ou l'augmentation du miR-383 protège contre l'apoptose induite par les cytokines. L'augmentation du miR-34a induit l'apoptose et inhibe la prolifération des cellules ß en réponse aux hormones Exendin-4 et prolactine et au facteur de croissance PDGF-AA. Cette perte de capacité réplicative est similaire à celle observée dans des cellules ß de rats âgés de 12 mois. Dans la littérature, la perte du récepteur au PDGF-r-a est associée à la diminution de la capacité proliférative des cellules ß observée lors du vieillissement. Nous avons pu démontrer que PDGF-r-a est une cible directe de miR- 34a, suggérant que l'effet néfaste de miR-34a sur la prolifération des cellules ß est, du moins en partie, lié à l'inhibition de l'expression de PDGF-r-a. L'expression de ce miR est aussi plus élevée dans le foie et le cerveau des animaux de 1 an et augmente avec l'âge dans les ilôts de donneurs non-diabétiques. Ces résultats suggèrent que miR-34a pourrait être non seulement impliqué dans l'affaiblissement des fonctions pancréatiques associé à l'âge, mais également jouer un rôle dans les tissus cibles de l'insuline et ainsi contribuer au vieillissement de l'organisme en général. Pour conclure, les travaux obtenus durant cette thèse suggèrent que des microARNs sont impliqués dans le dysfonctionnement des cellules ß pancréatiques durant le vieillissement. -- Type 2 diabetes is a metabolic disease characterized by impaired glucose tolerance, of the insulin sensitive tissues and insufficient insulin secretion from the pancreatic ß-cells to sustain the organism demand. Aging is a risk factor for the majority of the metabolic diseases including type 2 diabetes. With aging is observed a decline in all body function, due to decrease both in cell efficiency and renewal. The aim of this thesis was to investigate the potential role of microRNAs (short non- coding RNAs) in the pancreatic ß-cell dysfunction associated with aging. Microarray analysis of microRNA expression profile in pancreatic islets from 3 and 12 month old Wistar male rats revealed important changes in several microRNAs. To further study the link between those alterations and the decline of ß-cells, the changes observed in old rats were mimicked in immortalized ß-cell lines, primary young rat and human islets. Downregulation of miR-181a inhibited pancreatic ß-cell proliferation in response to proliferative drugs, whereas downregulation of miR-130b and upregulation of miR-383 protected pancreatic ß-cells from cytokine stimulated apoptosis. Interestingly, miR-34a augmented pancreatic ß-cell apoptosis and inhibited ß-cell proliferation in response to the proliferative chemicals Exendin-4, prolactin and PDGF-AA. This loss of replicative capacity is reminiscent of what we observed in pancreatic ß-cells isolated from 12 month old rats. We further observed a correlation between the inhibitory effect of miR-34a on pancreatic ß-cell proliferation and its direct interfering effect of this microRNA on PDGF-r-a, which was previously reported to be involved in the age-associated decline of pancreatic ß-cell proliferation. Interestingly miR-34a was upregulated in the liver and brain of 1 year old animals and positively correlated with age in pancreatic islets of normoglycemic human donors. These results suggest that miR-34a might be not only involved in the age-associated impairment of the pancreatic ß-cell functions, but also play a role in insulin target tissues and contribute to the aging phenotype on the organism level. To conclude, we have demonstrated that microRNAs are indeed involved in the age-associated pancreatic ß-cell dysfunction and they can play both beneficial and harmful roles in the context of pancreatic ß-cell aging.

Functional impact of genetic variation on gene expression

Numerous links between genetic variants and phenotypes are known and genome-wide association studies dramatically increased the number of genetic variants associated with traits during the last decade. However, how changes in the DNA perturb the molecular mechanisms and impact on the phenotype of an organism remains elusive. Studies suggest that many traitassociated variants are in the non-coding region of the genome and probably act through regulation of gene expression. During my thesis I investigated how genetic variants affect gene expression through gene regulatory mechanisms. The first chapter was a collaborative project with a pharmaceutical company, where we investigated genome-wide copy number variation (CNVs) among Cynomolgus monkeys (Macaca fascicularis) used in pharmaceutical studies, and associated them to changes in gene expression. We found substantial copy number variation and identified CNVs linked to tissue-specific expression changes of proximal genes. The second and third chapters focus on genetic variation in humans and its effects on gene regulatory mechanisms and gene expression. The second chapter studies two human trios, where the allelic effects of genetic variation on genome-wide gene expression, protein-DNA binding and chromatin modifications were investigated. We found abundant allele specific activity across all measured molecular phenotypes and show extended coordinated behavior among them. In the third chapter, we investigated the impact of genetic variation on these phenotypes in 47 unrelated individuals. We found that chromatin phenotypes are organized into local variable modules, often linked to genetic variation and gene expression. Our results suggest that chromatin variation emerges as a result of perturbations of cis-regulatory elements by genetic variants, leading to gene expression changes. The work of this thesis provides novel insights into how genetic variation impacts gene expression by perturbing regulatory mechanisms. -- De nombreux liens entre variations génétiques et phénotypes sont connus. Les études d'association pangénomique ont considérablement permis d'augmenter le nombre de variations génétiques associées à des phénotypes au cours de la dernière décennie. Cependant, comprendre comment ces changements perturbent les mécanismes moléculaires et affectent le phénotype d'un organisme nous échappe encore. Des études suggèrent que de nombreuses variations, associées à des phénotypes, sont situées dans les régions non codantes du génome et sont susceptibles d'agir en modifiant la régulation d'expression des gènes. Au cours de ma thèse, j'ai étudié comment les variations génétiques affectent les niveaux d'expression des gènes en perturbant les mécanismes de régulation de leur expression. Le travail présenté dans le premier chapitre est un projet en collaboration avec une société pharmaceutique. Nous avons étudié les variations en nombre de copies (CNV) présentes chez le macaque crabier (Macaca fascicularis) qui est utilisé dans les études pharmaceutiques, et nous les avons associées avec des changements d'expression des gènes. Nous avons découvert qu'il existe une variabilité substantielle du nombre de copies et nous avons identifié des CNVs liées aux changements d'expression des gènes situés dans leur voisinage. Ces associations sont présentes ou absentes de manière spécifique dans certains tissus. Les deuxième et troisième chapitres se concentrent sur les variations génétiques dans les populations humaines et leurs effets sur les mécanismes de régulation des gènes et leur expression. Le premier se penche sur deux trios humains, père, mère, enfant, au sein duquel nous avons étudié les effets alléliques des variations génétiques sur l'expression des gènes, les liaisons protéine-ADN et les modifications de la chromatine. Nous avons découvert que l'activité spécifique des allèles est abondante abonde dans tous ces phénotypes moléculaires et nous avons démontré que ces derniers ont un comportement coordonné entre eux. Dans le second, nous avons examiné l'impact des variations génétiques de ces phénotypes moléculaires chez 47 individus, sans lien de parenté. Nous avons observé que les phénotypes de la chromatine sont organisés en modules locaux, qui sont liés aux variations génétiques et à l'expression des gènes. Nos résultats suggèrent que la variabilité de la chromatine est due à des variations génétiques qui perturbent des éléments cis-régulateurs, et peut conduire à des changements dans l'expression des gènes. Le travail présenté dans cette thèse fournit de nouvelles pistes pour comprendre l'impact des différentes variations génétiques sur l'expression des gènes à travers les mécanismes de régulation.

Genomic characterization of Brazilian hepatitis C virus genotypes 1a and 1b

Parts of 5' non-coding (5' NC) and of E1 envelope regions of the hepatitis C virus (HCV) genome were amplified from sera of 26 Brazilian anti-HCV antibody-positive patients using the reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR). Fourteen samples were PCR positive with primers from the 5' NC region and 8 of them were also positive with primers from the E1 region. A genomic segment of 176 bp from the E1 region of 7 isolates was directly sequenced from PCR products. The sequences were compared with those of HCV strains isolated in other countries and the Brazilian isolates were classified by phylogenetic analysis into genotypes 1a and 1b. This could have a clinical importance since it has been shown that individuals infected with type 1 viruses are less likely to respond to treatment with interferon than individuals infected with types 2 and 3 viruses. Two quasispecies isolated from the same patient with an interval of 13 months differed by two base substitutions (1.1%). The sequence of another isolate presented a three-nucleotide deletion at codon 329

Mutations in SRY and WT1 genes required for gonadal development are not responsible for XY partial gonadal dysgenesis

The WT1 transcription factor regulates SRY expression during the initial steps of the sex determination process in humans, activating a gene cascade leading to testis differentiation. In addition to causing Wilms' tumor, mutations in WT1 are often responsible for urogenital defects in men, while SRY mutations are mainly related to 46,XY pure gonadal dysgenesis. In order to evaluate their role in abnormal testicular organogenesis, we screened for SRY and WT1 gene mutations in 10 children with XY partial gonadal dysgenesis, 2 of whom with a history of Wilms' tumor. The open reading frame and 360 bp of the 5' flanking sequence of the SRY gene, and the ten exons and intron boundaries of the WT1 gene were amplified by PCR of genomic DNA. Single-strand conformation polymorphism was initially used for WT1 mutation screening. Since shifts in fragment migration were only observed for intron/exon 4, the ten WT1 exons from all patients were sequenced manually. No mutations were detected in the SRY 5' untranslated region or within SRY open-reading frame sequences. WT1 sequencing revealed one missense mutation (D396N) in the ninth exon of a patient who also had Wilms' tumor. In addition, two silent point mutations were found in the first exon including one described here for the first time. Some non-coding sequence variations were detected, representing one new (IVS4+85A>G) and two already described (-7ATG T>G, IVS9-49 T>C) single nucleotide polymorphisms. Therefore, mutations in two major genes required for gonadal development, SRY and WT1, are not responsible for XY partial gonadal dysgenesis.

Conception de microARNs pour attenuer l'expression de genes

Les microARNs appartiennent à la famille des petits ARNs non-codants et agissent comme inhibiteurs des ARN messagers et/ou de leurs produits protéiques. Les mi- croARNs sont différents des petits ARNs interférants (siARN) car ils atténuent l’ex- pression au lieu de l’éliminer. Dans les dernières années, de nombreux microARNs et leurs cibles ont été découverts chez les mammifères et les plantes. La bioinforma- tique joue un rôle important dans ce domaine, et des programmes informatiques de découvertes de cibles ont été mis à la disposition de la communauté scientifique. Les microARNs peuvent réguler chacun des centaines de gènes, et les profils d’expression de ces derniers peuvent servir comme classificateurs de certains cancers. La modélisation des microARNs artificiels est donc justifiable, où l’un pourrait cibler des oncogènes surexprimés et promouvoir une prolifération de cellules en santé. Un outil pour créer des microARNs artificiels, nommé MultiTar V1.0, a été créé et est disponible comme application web. L’outil se base sur des propriétés structurelles et biochimiques des microARNs et utilise la recherche tabou, une métaheuristique. Il est démontré que des microARNs conçus in-silico peuvent avoir des effets lorsque testés in-vitro. Les sé- quences 3’UTR des gènes E2F1, E2F2 et E2F3 ont été soumises en entrée au programme MultiTar, et les microARNs prédits ont ensuite été testés avec des essais luciférases, des western blots et des courbes de croissance cellulaire. Au moins un microARN artificiel est capable de réguler les trois gènes par essais luciférases, et chacun des microARNs a pu réguler l’expression de E2F1 et E2F2 dans les western blots. Les courbes de crois- sance démontrent que chacun des microARNs interfère avec la croissance cellulaire. Ces résultats ouvrent de nouvelles portes vers des possibilités thérapeutiques.

Pharmacogénétique du DHFR chez les enfants leucémiques

Le dihydrofolate réductase (DHFR) est la principale cible du méthotrexate, un important composant du traitement de la leucémie lymphoblastique aiguë (LLA). Une association des polymorphismes du promoteur de DHFR avec l’issue de la LLA a été mise en évidence au laboratoire. Une survie sans événement (EFS) réduite corrélait avec les allèles A -317 et C -1610, et l’haplotype *1, défini par ces allèles. L’haplotype *1 était aussi associé à une expression élevée du DHFR. Dans cette étude, nous étendons l’analyse à la région régulatrice adjacente, d’environ 400 pb, correspondant au transcrit mineur non-codant du DHFR, qui joue un rôle essentiel dans la régulation de la transcription au niveau du promoteur majeur. Six polymorphismes ont été identifiés, parmi lesquels 5 étaient des SNPs et un polymorphisme de longueur composé d’un nombre variable d’éléments de 9 pb et d’une insertion/délétion de 9 pb. L’analyse d’haplotype, incluant tous les polymorphismes promoteurs, a révélé une diversification de l’haploytpe *1 en 5 sous-types (*1a à *1e). Les variations du promoteur majeur et les sous-types de l’haplotype *1 ont été par la suite analysés pour l’association avec l’issue de LLA. Un EFS réduit corrélait avec l’allèle A du polymorphisme G308A (p=0,02) et avec l’haplotype *1 (p=0,01). Des niveaux élevées d’ARNm étaient trouvés chez les porteurs de l’haplotype *1b (p=0,005) et pas pour les autres sous-types de l’haplotype *1. Alors, la mauvaise issue de LLA associée avec l'haplotype *1 est en effet déterminée par le sous-type *1b. Cette étude donne un nouvel aperçu des polymorphismes régulateurs du DHFR définissant plus précisément les variations du DHFR prédisposant un événement.

N-acétyltransférase lysosomale : organisation, fonctionnement et défauts moléculaires chez les patients atteints du syndrome de Sanfilippo type C

L’acétylation des résidus de glucosamine terminaux par la N-acétyltransférase lysosomale (HGSNAT) est une étape essentielle de la dégradation catabolique de l’héparan sulfate. Des défauts dans cette réaction causent une maladie de surcharge lysosomale autosomale récessive rare : le désordre de Sanfilippo type C (SFC). À ce jour, 54 mutations ont été rapportées chez des patients SFC, incluant 13 mutations des sites d’épissage, 11 insertions et délétions, 8 mutations non-sens, 18 mutations faux-sens et 4 polymorphismes, avec différentes manifestations phénotypiques. Nous avons identifié 10 d’entre elles et effectué une étude exhaustive portant sur l’éventail des mutations SFC, leur distribution dans la population de patients, ainsi que leur impact potentiel sur la structure de la HGSNAT. Les erreurs d’épissage, les mutations non-sens, les insertions et les délétions devraient toutes entraîner un ARN non fonctionnel qui est rapidement dégradé par des mécanismes de contrôle qualité cellulaire. Les 4 polymorphismes identifiés sont des changements d'acides aminés qui ne modifient pas l'activité enzymatique, la glycosylation ou la localisation et n'ont donc pas de signification au niveau clinique. Au niveau des enzymes, les polymorphismes sont des changements d’acides aminés qui n’affectent pas la fonction, mais dans un contexte d’acides nucléiques ils peuvent être considérés comme des mutations faux-sens. Les dix-huit mutations faux-sens qui ont été exprimées ont produit des protéines inactives, en raison d'erreurs dans leur repliement. Ceci expliquerait donc la progression sévère de la maladie chez les personnes porteuses de ces mutations. Les protéines mutantes mal repliées sont anormalement glycosylées et conservées dans le réticulum endoplasmique. La thérapie par amélioration de l’activité enzymatique par des chaperonnes est une option thérapeutique potentielle, spécifiquement conçue pour exploiter l'activité enzymatique résiduelle de mutants mal repliés, afin d’éliminer les substrats stockés. Nous avons démontré que le traitement de plusieurs lignées de fibroblastes de patients SFC avec le chlorhydrate de glucosamine, un inhibiteur spécifique de la HGSNAT, a partiellement restauré l’activité de l'enzyme mutante, fournissant une preuve de l’utilité future de la thérapie par des chaperonnes dans le traitement de la maladie de SFC.

MicroRNA–mRNA interaction network using TSK-type recurrent neural fuzzy network

MicroRNAs are short non-coding RNAs that can regulate gene expression during various crucial cell processes such as differentiation, proliferation and apoptosis. Changes in expression profiles of miRNA play an important role in the development of many cancers, including CRC. Therefore, the identification of cancer related miRNAs and their target genes are important for cancer biology research. In this paper, we applied TSK-type recurrent neural fuzzy network (TRNFN) to infer miRNA–mRNA association network from paired miRNA, mRNA expression profiles of CRC patients. We demonstrated that the method we proposed achieved good performance in recovering known experimentally verified miRNA–mRNA associations. Moreover, our approach proved successful in identifying 17 validated cancer miRNAs which are directly involved in the CRC related pathways. Targeting such miRNAs may help not only to prevent the recurrence of disease but also to control the growth of advanced metastatic tumors. Our regulatory modules provide valuable insights into the pathogenesis of cancer

MicroRNAs Modulate Hematopoietic Lineage Differentiation

MicroRNAs (miRNAs), an abundant class of ~22 nucleotide non-coding RNAs, are thought to play an important regulatory role in animal and plant development at the posttranscriptional level. Many miRNAs cloned from mouse bone marrow cells are differentially regulated in various hematopoietic lineages, suggesting that they might influence hematopoietic lineage differentiation. Some human miRNAs are linked to leukemias: the miR-15a/miR-16 locus is frequently deleted or down-regulated in patients with B-cell chronic lymphocytic leukemia and miR-142 is at a translocation site found in a case of aggressive B-cell leukemia. miR-181, a miRNA upregulated only in the B cell lineage of mouse bone marrow cells, promotes B cell differentiation and inhibits production of CD8⁺ T cells when expressed in hematopoietic stem/progenitor cells. In contrast miR-142s inhibits production of both CD4⁺ and CD8⁺ T cells and does not affect B cells. Collectively, these results indicate that microRNAs are components of the molecular circuitry controlling mouse hematopoiesis and suggest that other microRNAs have similar regulatory roles during other facets of vertebrate development.

Phylogeographic analysis of the chloroplast DNA variation in wild common bean (Phaseolus vulgaris L.) in the Americas

The wild common bean (Phaseolus vulgaris) is widely but discontinuously distributed from northern Mexico to northern Argentina on both sides of the Isthmus of Panama. Little is known on how the species has reached its current disjunct distribution. In this research, chloroplast DNA polymorphisms in seven non-coding regions were used to study the history of migration of wild P. vulgaris between Mesoamerica and South America. A penalized likelihood analysis was applied to previously published Leguminosae ITS data to estimate divergence times between P. vulgaris and its sister taxa from Mesoamerica, and divergence times of populations within P. vulgaris. Fourteen chloroplast haplotypes were identified by PCR-RFLP and their geographical associations were studied by means of a Nested Clade Analysis and Mantel Tests. The results suggest that the haplotypes are not randomly distributed but occupy discrete parts of the geographic range of the species. The current distribution of haplotypes may be explained by isolation by distance and by at least two migration events between Mesoamerica and South America: one from Mesoamerica to South America and another one from northern South America to Mesoamerica. Age estimates place the divergence of P. vulgaris from its sister taxa from Mesoamerica at or before 1.3 Ma, and divergence of populations from Ecuador-northern Peru at or before 0.6 Ma. As these ages are taken as minimum divergence times, the influence of past events, such as the closure of the Isthmus of Panama and the final uplift of the Andes, on the migration history and population structure of this species cannot be disregarded.

Detection of a New Yellow Fever Virus Lineage Within the South American Genotype I in Brazil

Nucleotide sequences of two regions of the genomes of 11 yellow fever virus (YFV) samples isolated from monkeys or humans with symptomatic yellow fever (YF) in Brazil in 2000,2004, and 2008 were determined with the objective of establishing the genotypes and studying the genetic variation. Results of the Bayesian phylogenetic analysis showed that sequences generated from strains from 2004 and 2008 formed a new subclade within the clade 1 of the South American genotype I. The new subgroup is here designated as 1E. Sequences of YFV strains recovered in 2000 belong to the subclade 1D, which comprises previously characterized YFV strains from Brazil. Molecular dating analyses suggested that the new subclade 1E started diversifying from 1D about 1975 and that the most recent 2004-2008 isolates arose about 1985. J. Med. Virol. 82:175-185, 2010. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

Functionally conserved cis-regulatory elements of COL18A1 identified through zebrafish transgenesis

Type XVIII collagen is a component of basement membranes, and expressed prominently in the eye, blood vessels, liver, and the central nervous system. Homozygous mutations in COL18A1 lead to Knobloch Syndrome, characterized by ocular defects and occipital encephalocele. However, relatively little has been described on the role of type XVIII collagen in development, and nothing is known about the regulation of its tissue-specific expression pattern. We have used zebrafish transgenesis to identify and characterize cis-regulatory sequences controlling expression of the human gene. Candidate enhancers were selected from non-coding sequence associated with COL18A1 based on sequence conservation among mammals. Although these displayed no overt conservation with orthologous zebrafish sequences, four regions nonetheless acted as tissue-specific transcriptional enhancers in the zebrafish embryo, and together recapitulated the major aspects of col18a1 expression. Additional post-hoc computational analysis on positive enhancer sequences revealed alignments between mammalian and teleost sequences, which we hypothesize predict the corresponding zebrafish enhancers; for one of these, we demonstrate functional overlap with the orthologous human enhancer sequence. Our results provide important insight into the biological function and regulation of COL18A1, and point to additional sequences that may contribute to complex diseases involving COL18A1. More generally, we show that combining functional data with targeted analyses for phylogenetic conservation can reveal conserved cis-regulatory elements in the large number of cases where computational alignment alone falls short. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Mitochondrial sequence data and Dipsacales phylogeny: Mixed models, partitioned Bayesian analyses, and model selection

Phylogenetic analyses of chloroplast DNA sequences, morphology, and combined data have provided consistent support for many of the major branches within the angiosperm, clade Dipsacales. Here we use sequences from three mitochondrial loci to test the existing broad scale phylogeny and in an attempt to resolve several relationships that have remained uncertain. Parsimony, maximum likelihood, and Bayesian analyses of a combined mitochondrial data set recover trees broadly consistent with previous studies, although resolution and support are lower than in the largest chloroplast analyses. Combining chloroplast and mitochondrial data results in a generally well-resolved and very strongly supported topology but the previously recognized problem areas remain. To investigate why these relationships have been difficult to resolve we conducted a series of experiments using different data partitions and heterogeneous substitution models. Usually more complex modeling schemes are favored regardless of the partitions recognized but model choice had little effect on topology or support values. In contrast there are consistent but weakly supported differences in the topologies recovered from coding and non-coding matrices. These conflicts directly correspond to relationships that were poorly resolved in analyses of the full combined chloroplast-mitochondrial data set. We suggest incongruent signal has contributed to our inability to confidently resolve these problem areas. (c) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Toward a resolution of Campanulid phylogeny, with special reference to the placement of Dipsacales

Broad-scale phylogenetic analyses of the angiosperms and of the Asteridae have failed to confidently resolve relationships among the major lineages of the campanulid Asteridae (i.e., the euasterid II of APG II, 2003). To address this problem we assembled presently available sequences for a core set of 50 taxa, representing the diversity of the four largest lineages (Apiales, Aquifoliales, Asterales, Dipsacales) as well as the smaller ""unplaced"" groups (e.g., Bruniaceae, Paracryphiaceae, Columelliaceae). We constructed four data matrices for phylogenetic analysis: a chloroplast coding matrix (atpB, matK, ndhF, rbcL), a chloroplast non-coding matrix (rps16 intron, trnT-F region, trnV-atpE IGS), a combined chloroplast dataset (all seven chloroplast regions), and a combined genome matrix (seven chloroplast regions plus 18S and 26S rDNA). Bayesian analyses of these datasets using mixed substitution models produced often well-resolved and supported trees. Consistent with more weakly supported results from previous studies, our analyses support the monophyly of the four major clades and the relationships among them. Most importantly, Asterales are inferred to be sister to a clade containing Apiales and Dipsacales. Paracryphiaceae is consistently placed sister to the Dipsacales. However, the exact relationships of Bruniaceae, Columelliaceae, and an Escallonia clade depended upon the dataset. Areas of poor resolution in combined analyses may be partly explained by conflict between the coding and non-coding data partitions. We discuss the implications of these results for our understanding of campanulid phylogeny and evolution, paying special attention to how our findings bear on character evolution and biogeography in Dipsacales.