Genetics of inherited small vessel diseases – in search of a novel small vessel disease and modifiers of the clinical course of CADASIL

The genetic and environmental risk factors of vascular cognitive impairment are still largely unknown. This thesis aimed to assess the genetic background of two clinically similar familial small vessel diseases (SVD), CADASIL (Cerebral Autosomal Dominant Arteriopathy with Subcortical Infarcts and Leukoencephalopathy) and Swedish hMID (hereditary multi-infarct dementia of Swedish type). In the first study, selected genetic modifiers of CADASIL were studied in a homogenous Finnish CADASIL population of 134 patients, all carrying the p.Arg133Cys mutation in NOTCH3. Apolipoprotein E (APOE) genotypes, angiotensinogen (AGT) p.Met268Thr polymorphism and eight NOTCH3 polymorphisms were studied, but no associations between any particular genetic variant and first-ever stroke or migraine were seen. In the second study, smoking, statin medication and physical activity were suggested to be the most profound environmental differences among the monozygotic twins with CADASIL. Swedish hMID was for long misdiagnosed as CADASIL. In the third study, the CADASIL diagnosis in the Swedish hMID family was ruled out on the basis of genetic, radiological and pathological findings, and Swedish hMID was suggested to represent a novel SVD. In the fourth study, the gene defect of Swedish hMID was then sought using whole exome sequencing paired with a linkage analysis. The strongest candidate for the pathogenic mutation was a 3’UTR variant in the COL4A1 gene, but further studies are needed to confirm its functionality. This study provided new information about the genetic background of two inherited SVDs. Profound knowledge about the pathogenic mutations causing familial SVD is also important for correct diagnosis and treatment options.

The genetics of glucosamine resistance in yeast /

Thesis (M. Sc.) - Brock University, 1975.

Manipulation of adenovirus early region 1 rescue plasmids by homologous recombination in Saccharomyces cerevisiae

The manipulation of large (>10 kb) plasmid systems amplifies problems common to traditional cloning strategies. Unique or rare restriction enzyme recognition sequences are uncommon and very rarely located in opportunistic locations. Making site-specific deletions and insertions in larger plasmids consequently leads to multiple step cloning strategies that are often limited by time-consuming, low efficiency linker insertions or blunt-end cloning strategies. Manipulation ofthe adenovirus genome and the genomes ofother viruses as bacterial plasmids are systems that typify such situations. Recombinational cloning techniques based on homologous recombination in Saccharomyces cerevisiae that circumvent many ofthese common problems have been developed. However, these techniques are rarely realistic options for such large plasmid systems due to the above mentioned difficulties associated with the addition ofrequired yeast DNA replication, partitioning and selectable marker sequences. To determine ifrecombinational cloning techniques could be modified to simplify the manipulation of such a large plasmid system, a recombinational cloning system for the creation of human adenovirus EI-deletion rescue plasmids was developed. Here we report for the first time that the 1,456 bp TRP1/ARS fragment ofYRp7 is alone sufficient to foster successful recombinational cloning without additional partitioning sequences, using only slight modifications of existing protocols. In addition, we describe conditions for efficient recombinational cloning involving simultaneous deletion of large segments ofDNA (>4.2 kb) and insertion of donor fragment DNA using only a single non-unique restriction site. The discovery that recombinational cloning can foster large deletions has been used to develop a novel recombiliational cloillng technique, selectable inarker 'kilockouf" recombinational cloning, that uses deletion of a yeast selectable marker coupled with simultaneous negative and positive selection to reduce background transformants to undetectable levels. The modification of existing protocols as described in this report facilitates the use of recombinational cloning strategies that are otherwise difficult or impractical for use with large plasmid systems. Improvement of general recombinational cloning strategies and strategies specific to the manipulation ofthe adenovirus genome are considered in light of data presented herein.

The genetics of glucosamine in yeast : cytoplasmic determinants conferring resistance

Two cytoplasmic, glucosamine resistant mutants of Saccharomyces cerevisiae, GR6 and GR10, were examined to determine whether or not the lesions involved were located on mitochondrial DNA. Detailed investigation of crosses of GR6 and GR10 or their derivatives to strains bearing known mitochondrial markers demonstrated that: 1. the frequency of glucos~~ine resistance in diploids was independent of factors influencing mitochondrial marker output. 2. upon tetrad analysis a variety of tetrad ratios was observed for glucosamine resistance whereas mitochondrial markers segregated 4:0 or 0:4 (resistant:sensitive). 3. glucosamine resistance and mitochondrial markers segregated differentially with time. 4. glucosamine resistance persisted following treatment of a GRIO derivative with ethidium bromide at concentrations high enough to eliminate all mitochondrial DNA. 5. haploid spore clones displayed two degrees of glucosamine resistance, weak and strong, while growth due to mitochondrial mutations was generally thick and confluent. 6. a number of glucosamine resistant diploids and haploids, which also possessed a mithchondrial resistance mutation, were unable to grow on medium containing both glucosamine and the particular drug involved. 3 These observations 1~ 6 provided strong evidence that the cytoplasmic glucosamine resistant mutations present in GR6 and GRiO were not situated on mitochondrial DNA. Comparison of the glucosamine resistance mutations to some other known cytoplasmic determinants revealed that: 7. glucosamine resistance and the expression of the killer phenotype were separate phenomena. 8. unlike yeast carrying resistance conferring episomes GR6 and GR10 were not resistant to venturicidin or oligomycin and the GR factor exhibited genetic behaviour different from that of the episomal determinants. These results 7--+8 suggested that glucosamine resistance was not associated with the killer determinant nor with alleged yeast episomes. It is therefore proposed that a yeast plasmid(s), previously undescribed, is responsible for glucosamine resistance. The evidence to date is compatible with the hypothesis that GR6 and GR10 carry allelic mutations of the same plasmid which is tentatively designated (GGM).

Isolation and characterization of genomic DNA sequences that enhance the stability of plasmid DNA in mammalian cells /

The ease of production and manipulation has made plasmid DNA a prime target for its use in gene transfer technologies such as gene therapy and DNA vaccines. The major drawback of plasmid however is its stability within mammalian cells. Plasmid DNA is usually lost by cellular mechanisms or as a result of mitosis by simple dilution. This study set out to search for mammalian genomic DNA sequences that would enhance the stability of plasmid DNA in mammalian cells.Creating a plasmid based genomic DNA library, we were able to screen the human genome by transfecting the library into Human Embryonic Kidney (HEK 293) Cells. Cells that contained plasmid DNA were selected, using G418 for 14 days. The resulting population was then screened for the presence of biologically active plasmid DNA using the process of transformation as a detector.A commercially available plasmid DNA isolation kit was modified to extract plasmid DNA from mammalian cells. The standardized protocol had a detection limit of -0.6 plasmids per cell in one million cells. This allowed for the detection of 45 plasmids that were maintained for 32 days in the HEK 293 cells. Sequencing of selected inserts revealed a significantly higher thymine content in comparison to the human genome. Sequences with high A/T content have been associated with Scaffold/Matrix Attachment Region (S/MAR) sequences in mammalian cells. Therefore, association with the nuclear matrix might be required for the stability of plasmids in mammalian cells.

Life Insurance and Genetics: A Comparative International Overview

La possibilité d'utiliser l'information génétique dans le domaine de l'assurance vie a soulevé des discussions autour des politiques et des législations, et ce, au niveau international, régional et national. Dans certains pays offrant des services de santé universels, le débat sur la génétique et l'assurance vie a envisagé de possibles restrictions quant à l'utilisation de l’information génétique en matière d’assurance.

Physicians, genetics and life insurance

Par contraste avec de nombreux pays européens qui ont clarifié leur position vis-à-vis la génétique et l’assurance vie, le Canada en est encore à établir la sienne. Toute initiative en ce domaine doit être basée sur une compréhension des mécanismes de l’assurance vie, de la nature de l’information génétique, de l’historique du débat au sujet de la génétique et de l’assurance vie au Canada et, finalement, des raisons pour lesquelles un groupe de travail canadien a décidé de relever le défi.

Genetics and Life Insurance in Canada: Points to Consider

Par contraste avec de nombreux pays européens qui ont clarifié leur position vis-à-vis la génétique et l’assurance vie, le Canada en est encore à établir la sienne. Toute initiative en ce domaine doit être basée sur une compréhension des mécanismes de l’assurance vie, de la nature de l’information génétique, de l’historique du débat au sujet de la génétique et de l’assurance vie au Canada et, finalement, des raisons pour lesquelles un groupe de travail canadien a décidé de relever le défi.

Genetics and Life Insurance: A Comparative Analysis

The debate surrounding the role of life insurance, the necessity of risk rating, and the notion of “acceptable discrimination” has raised questions about the larger social role of insurance. Recent developments in the field of genetics, allowing insurers to make use of genetic testing technology as a new underwriting tool, have reinvigorated this debate. This article presents a comparative study of positions taken in countries on issues in genetics and life insurance. We will analyze the 43 selected countries and comment on their potential for ensuring a more equitable access for life insurance applicants.

Genetics of amyotrophic lateral sclerosis

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est la maladie des neurones moteurs la plus fréquente, affectant 4-6 individus par 100,000 habitants à l’échelle mondiale. La maladie se caractérise par une faiblesse et une atrophie musculaire suite à la dégénérescence des neurones du cortex moteur, tronc cérébral et moelle épinière. Les personnes atteintes développent les premiers symptômes à l’âge adulte et la maladie progresse sur une période de trois à cinq ans. Il a été répertorié qu’environ 10% des patients ont une histoire familiale de SLA; 90% des gens affectés le sont donc de façon sporadique. La découverte il y a 19 ans de mutations dans le gène zinc/copper superoxide dismutase (SOD1), présentes dans 15-20% des cas familiaux de SLA et environ 2% du total des individus affectés, a été l’événement déclencheur pour la découverte de variations génétiques responsables de la maladie. La recherche sur la génétique de la SLA a connu une progression rapide ces quatre dernières années avec l’identification de mutations dans de nouveaux gènes. Toutefois, même si certains de ces gènes ont été démontrés comme réellement liés à la maladie, la contribution d’autres gènes demeure incertaine puisque les résultats publiés de ceux-ci n’ont pas, à ce jour, été répliqués. Une portion substantielle de cas reste cependant à être génétiquement expliquée, et aucun traitement à ce jour n’a été démontré comme étant efficace pour remédier, atténuer ou prévenir la maladie. Le but du projet de recherche de doctorat était d’identifier de nouveaux gènes mutés dans la SLA, tout en évaluant la contribution de gènes nouvellement identifiés chez une importante cohorte multiethnique de cas familiaux et sporadiques. Les résultats présentés sont organisés en trois sections différentes. Dans un premier temps, la contribution de mutations présentes dans le gène FUS est évaluée chez les patients familiaux, sporadiques et juvéniles de SLA. Précisément, de nouvelles mutations sont rapportées et la proportion de mutations retrouvées chez les cas familiaux et sporadiques de SLA est évaluée. De plus, une nouvelle mutation est rapportée dans un cas juvénile de SLA; cette étude de cas est discutée. Dans un deuxième temps, de nouvelles avenues génétiques sont explorées concernant le gène SOD1. En effet, une nouvelle mutation complexe est rapportée chez une famille française de SLA. De plus, la possibilité qu’une mutation présente dans un autre gène impliqué dans la SLA ait un impact sur l’épissage du gène SOD1 est évaluée. Finalement, la dernière section explique la contribution de nouveaux gènes candidats chez les patients atteints de SLA. Spécifiquement, le rôle des gènes OPTN, SIGMAR1 et SORT1 dans le phénotype de SLA est évalué. Il est souhaité que nos résultats combinés avec les récents développements en génétique et biologie moléculaire permettent une meilleure compréhension du mécanisme pathologique responsable de cette terrible maladie tout en guidant le déploiement de thérapies suite à l’identification des cibles appropriées.

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.

Addition of exogenous polypeptides on the mammalian reovirus outer capsid using reverse genetics

Addition of exogenous peptide sequences on viral capsids is a powerful approach to study the process of viral infection or to retarget viruses toward defined cell types. Until recently, it was not possible to manipulate the genome of mammalian reovirus and this was an obstacle to the addition of exogenous sequence tags onto the capsid of a replicating virus. This obstacle has now been overcome by the advent of the plasmid-based reverse genetics system. In the present study, reverse genetics was used to introduce different exogenous peptides, up to 40 amino acids long, at the carboxyl-terminal end of the σ1 outer capsid protein. The tagged viruses obtained were infectious, produce plaques of similar size, and could be easily propagated at hight titers. However, attempts to introduce a 750 nucleotides-long sequence failed, even when it was added after the stop codon, suggesting a possible size limitation at the nucleic acid level.

Studies on isolation and molecular characterization of plasmids from Vibrios

While the seriousness of the problem of antibiotic resistance is now recognized, the complex web of resistance linking humans, animals, and the environment is getting realized. More often, antibiotics are used as a preventive measure against diseases. Antibiotic use for agriculture leads to the increased resistance in the environment since antibiotics are inevitable element during agriculture/aquaculture and antibiotic residues are excreted as waste that is frequently spread onto farmland as organic fertilizer. Fecal bacteria survive long periods in the environment and spread through runoff into groundwater, rivers, and marine ecosystems.However, horizontal gene transfer occurs in the animals and guts of humans and in a variety of ecosystems, creating a pool of resistance in the rice fields and open waters. Even if people are not in direct contact with resistant disease through food animals, there are chances of contact with resistant fecal pathogens from the environment. Additionally, pathogens that are autochthonous to the environment can acquire resistance genes from the environment. Our study revealed that autochthonous , bacteria Vibrio spp gained antibiotic resistance in the environment. Further, it was evident that horizontal gene transfer occurs in Vibrio by means of plasmids, which further augments the gravity of the problem. Non-pathogenic bacteria may also acquire resistance genes and serve as a continuing source of resistance for other bacteria, both in the environment, and in the human gut. As the effectiveness of antibiotics for medical applications decline, the indiscriminate use of in aquaculture and in humans can have disastrous conditions in future due to horizontal gene transfer and the spread of resistant organisms: We must recognize and deal with the threat posed by overuse of antibiotics.

Studies on biochemical genetics of the grey mullet Mugil cephalus linnaeus

The thesis deals with the results of an investigation on the "BIOCHEMICAL GENETICS OF MUGIL CEPHALUS" from Cochin, Madras and Orissa. It is presented under the following major headings: Introduction, Review of Literature, Materials and Methods, Results, Discussions, Conclusions, Recommendations, Summary and References.The introduction gives a brief account of historical and modern back ground on the stock concept in fisheries research and management, followed by the importance and potential role of biochemical genetics in the identification of natural units of fisheries management. In the review of literature published reports relevant to biochemical genetics with special reference to that of general proteins and enzyme systems of fish populations were considered. A detailed account of the source of experimental specimens, mode of collection, transportation, sample extraction, gel preparation/gel electrophoresis, buffer systems, staining procedures of proteins/enzymes, standardization of experiments, interpretation of electrophoretic data using basic formulae etc. are given in the materials and methods section. Four important conclusions were drawn on the basis of the results of the present investigation. Three recommendations were also made on the basis of evaluation of the results.