Mapping Bias Overestimates Reference Allele Frequencies at the HLA Genes in the 1000 Genomes Project Phase I Data.

Next-generation sequencing (NGS) technologies have become the standard for data generation in studies of population genomics, as the 1000 Genomes Project (1000G). However, these techniques are known to be problematic when applied to highly polymorphic genomic regions, such as the human leukocyte antigen (HLA) genes. Because accurate genotype calls and allele frequency estimations are crucial to population genomics analyses, it is important to assess the reliability of NGS data. Here, we evaluate the reliability of genotype calls and allele frequency estimates of the single-nucleotide polymorphisms (SNPs) reported by 1000G (phase I) at five HLA genes (HLA-A, -B, -C, -DRB1, and -DQB1). We take advantage of the availability of HLA Sanger sequencing of 930 of the 1092 1000G samples and use this as a gold standard to benchmark the 1000G data. We document that 18.6% of SNP genotype calls in HLA genes are incorrect and that allele frequencies are estimated with an error greater than ±0.1 at approximately 25% of the SNPs in HLA genes. We found a bias toward overestimation of reference allele frequency for the 1000G data, indicating mapping bias is an important cause of error in frequency estimation in this dataset. We provide a list of sites that have poor allele frequency estimates and discuss the outcomes of including those sites in different kinds of analyses. Because the HLA region is the most polymorphic in the human genome, our results provide insights into the challenges of using of NGS data at other genomic regions of high diversity.

L'any científic

Resum de l"any científic.

La práctica enfermera en la era de la Genética: nuevo marco de competencias

La Genomics Policy Unit de la Universidad de Glamorgan y la Escuela de Ciencias de los Cuidados de la misma Universidad, siguiendo las directrices marcadas por el Sistema Nacional de Salud del Reino Unido en su Libro Blanco sobre Genética, tomaron la iniciativa de realizar un análisis de las implicaciones que los nuevos conocimientos sobre el genoma humano pueden tener en la práctica de la Enfermería. Fruto de este trabajo es la publicación de las guías en las que se establece el marco de competencias, conocimientos y habilidades que los profesionales enfermeros necesitan para integrar dichos conocimientos de la Genética en la práctica diaria, de manera que ello repercuta en beneficio de los pacientes y sus familias. En este articulo se presenta un avance de esos trabajos.

La práctica enfermera en la era de la Genética: nuevo marco de competencias

La Genomics Policy Unit de la Universidad de Glamorgan y la Escuela de Ciencias de los Cuidados de la misma Universidad, siguiendo las directrices marcadas por el Sistema Nacional de Salud del Reino Unido en su Libro Blanco sobre Genética, tomaron la iniciativa de realizar un análisis de las implicaciones que los nuevos conocimientos sobre el genoma humano pueden tener en la práctica de la Enfermería. Fruto de este trabajo es la publicación de las guías en las que se establece el marco de competencias, conocimientos y habilidades que los profesionales enfermeros necesitan para integrar dichos conocimientos de la Genética en la práctica diaria, de manera que ello repercuta en beneficio de los pacientes y sus familias. En este articulo se presenta un avance de esos trabajos.

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.

MIR135A1 (microRNA 135a-1)

Review on MIR135A1, with data on DNA/RNA and where the gene is implicated.

10 anys del genoma

Les persones som propenses a celebrar les efemèrides més diverses, unes ocasions que ens haurien de servir per recordar allò que hem fet, veure on som, reflexionar cap a on estem anant i decidir cap a on volem anar. El 26 de juny es van complir 10 anys de l'anunci de l'esborrany del genoma humà, que fou publicat el 15 de febrer de 2001 i completat l'abril del 2003. El dia de l'anunci, el president dels EUA Bill Clinton va dir que "revolucionaria el diagnòstic, la prevenció i el tractament de la major part de malalties humanes, si no de totes". Atesa la rellevància social és un bon moment per fer balanç [...].

De qui és el teu genoma?

Les notícies sobre els descobriments al voltant del genoma humà, que arran de la seva seqüenciació s'han incrementat espectacularment, han generat expectatives immenses per a la millora de la salut. Però la seva extraordinària aptitud per pronosticar malalties i tractaments fan témer sobre un ús il·legítim per discriminar persones.

Revolucions

A gaire bé tothom li agrada sentir-se important, considerar-se el centre d'alguna cosa, pensar que hom és millor que la resta de persones i, en general,de tot allò que l'envolta. No deixa de ser una estratègia de supervivència per vèncer les dificultats. Però per molt ferit que es pugui sentir el nostre ego, la posició dels humans dins l'esquema còsmic de l'Univers s'ha anat allunyant progressivament de la posició central en què tot sovint ens creiem ser [...].

Simplified sample handing in mass spectrometry based protein research - focus on protein phosphorylation

The human genome comprises roughly 20 000 protein coding genes. Proteins are the building material for cells and tissues, and proteins are functional compounds having an important role in many cellular responses, such as cell signalling. In multicellular organisms such as humans, cells need to communicate with each other in order to maintain a normal function of the tissues within the body. This complex signalling between and within cells is transferred by proteins and their post-translational modifications, one of the most important being phosphorylation. The work presented here concerns the development and use of tools for phosphorylation analysis. Mass spectrometers have become essential tools to study proteins and proteomes. In mass spectrometry oriented proteomics, proteins can be identified and their post-translational modifications can be studied. In this Ph.D. thesis the objectives were to improve the robustness of sample handling methods prior to mass spectrometry analysis for peptides and their phosphorylation status. The focus was to develop strategies that enable acquisition of more MS measurements per sample, higher quality MS spectra and simplified and rapid enrichment procedures for phosphopeptides. Furthermore, an objective was to apply these methods to characterize phosphorylation sites of phosphopeptides. In these studies a new MALDI matrix was developed which allowed more homogenous, intense and durable signals to be acquired when compared to traditional CHCA matrix. This new matrix along with other matrices was subsequently used to develop a new method that combines multiple spectra from different matrises from identical peptides. With this approach it was possible to identify more phosphopeptides than with conventional LC/ESI-MS/MS methods, and to use 5 times less sample. Also, phosphopeptide affinity MALDI target was prepared to capture and immobilise phosphopeptides from a standard peptide mixture while maintaining their spatial orientation. In addition a new protocol utilizing commercially available conductive glass slides was developed that enabled fast and sensitive phosphopeptide purification. This protocol was applied to characterize the in vivo phosphorylation of a signalling protein, NFATc1. Evidence for 12 phosphorylation sites were found, and many of those were found in multiply phosphorylated peptides

Developing Bioimage Informatics – from Microscopy to Software Solutions – with alpha2beta1 Integrin as a Case Study

Biokuvainformatiikan kehittäminen – mikroskopiasta ohjelmistoratkaisuihin – sovellusesimerkkinä α2β1-integriini Kun ihmisen genomi saatiin sekvensoitua vuonna 2003, biotieteiden päätehtäväksi tuli selvittää eri geenien tehtävät, ja erilaisista biokuvantamistekniikoista tuli keskeisiä tutkimusmenetelmiä. Teknologiset kehitysaskeleet johtivat erityisesti fluoresenssipohjaisten valomikroskopiatekniikoiden suosion räjähdysmäiseen kasvuun, mutta mikroskopian tuli muuntua kvalitatiivisesta tieteestä kvantitatiiviseksi. Tämä muutos synnytti uuden tieteenalan, biokuvainformatiikan, jonka on sanottu mahdollisesti mullistavan biotieteet. Tämä väitöskirja esittelee laajan, poikkitieteellisen työkokonaisuuden biokuvainformatiikan alalta. Väitöskirjan ensimmäinen tavoite oli kehittää protokollia elävien solujen neliulotteiseen konfokaalimikroskopiaan, joka oli yksi nopeimmin kasvavista biokuvantamismenetelmistä. Ihmisen kollageenireseptori α2β1-integriini, joka on tärkeä molekyyli monissa fysiologisissa ja patologisissa prosesseissa, oli sovellusesimerkkinä. Työssä saavutettiin selkeitä visualisointeja integriinien liikkeistä, yhteenkeräytymisestä ja solun sisään siirtymisestä, mutta työkaluja kuvainformaation kvantitatiiviseen analysointiin ei ollut. Väitöskirjan toiseksi tavoitteeksi tulikin tällaiseen analysointiin soveltuvan tietokoneohjelmiston kehittäminen. Samaan aikaan syntyi biokuvainformatiikka, ja kipeimmin uudella alalla kaivattiin erikoistuneita tietokoneohjelmistoja. Tämän väitöskirjatyön tärkeimmäksi tulokseksi muodostui näin ollen BioImageXD, uudenlainen avoimen lähdekoodin ohjelmisto moniulotteisten biokuvien visualisointiin, prosessointiin ja analysointiin. BioImageXD kasvoi yhdeksi alansa suurimmista ja monipuolisimmista. Se julkaistiin Nature Methods -lehden biokuvainformatiikkaa käsittelevässä erikoisnumerossa, ja siitä tuli tunnettu ja laajalti käytetty. Väitöskirjan kolmas tavoite oli soveltaa kehitettyjä menetelmiä johonkin käytännönläheisempään. Tehtiin keinotekoisia piidioksidinanopartikkeleita, joissa oli "osoitelappuina" α2β1-integriinin tunnistavia vasta-aineita. BioImageXD:n avulla osoitettiin, että nanopartikkeleilla on potentiaalia lääkkeiden täsmäohjaussovelluksissa. Tämän väitöskirjatyön yksi perimmäinen tavoite oli edistää uutta ja tuntematonta biokuvainformatiikan tieteenalaa, ja tämä tavoite saavutettiin erityisesti BioImageXD:n ja sen lukuisten julkaistujen sovellusten kautta. Väitöskirjatyöllä on merkittävää potentiaalia tulevaisuudessa, mutta biokuvainformatiikalla on vakavia haasteita. Ala on liian monimutkainen keskimääräisen biolääketieteen tutkijan hallittavaksi, ja alan keskeisin elementti, avoimen lähdekoodin ohjelmistokehitystyö, on aliarvostettu. Näihin seikkoihin tarvitaan useita parannuksia,

pp-Blast: a "pseudo-parallel" Blast

We have developed a software called pp-Blast that uses the publicly available Blast package and PVM (parallel virtual machine) to partition a multi-sequence query across a set of nodes with replicated or shared databases. Benchmark tests show that pp-Blast running in a cluster of 14 PCs outperformed conventional Blast running in large servers. In addition, using pp-Blast and the cluster we were able to map all human cDNAs onto the draft of the human genome in less than 6 days. We propose here that the cost/benefit ratio of pp-Blast makes it appropriate for large-scale sequence analysis. The source code and configuration files for pp-Blast are available at http://www.ludwig.org.br/biocomp/tools/pp-blast.

Association of MICA gene polymorphisms with liver fibrosis in schistosomiasis patients in the Dongting Lake region

Major histocompatibility complex class I chain-related A (MICA) is a highly polymorphic gene located within the MHC class I region of the human genome. Expressed as a cell surface glycoprotein, MICA modulates immune surveillance by binding to its cognate receptor on natural killer cells, NKG2D, and its genetic polymorphisms have been recently associated with susceptibility to some infectious diseases. We determined whether MICA polymorphisms were associated with the high rate of Schistosoma parasitic worm infection or severity of disease outcome in the Dongting Lake region of Hunan Province, China. Polymerase chain reaction-sequence specific priming (PCR-SSP) and sequencing-based typing (SBT) were applied for high-resolution allele typing of schistosomiasis cases (N = 103, age range = 36.2-80.5 years, 64 males and 39 females) and healthy controls (N = 141, age range = 28.6-73.3 years, 73 males and 68 females). Fourteen MICA alleles and five short-tandem repeat (STR) alleles were identified among the two populations. Three (MICA*012:01/02, MICA*017 and MICA*027) showed a higher frequency in healthy controls than in schistosomiasis patients, but the difference was not significantly correlated with susceptibility to S. japonicum infection (Pc > 0.05). In contrast, higher MICA*A5 allele frequency was significantly correlated with advanced liver fibrosis (Pc < 0.05). Furthermore, the distribution profile of MICA alleles in this Hunan Han population was significantly different from those published for Korean, Thai, American-Caucasian, and Afro-American populations (P < 0.01), but similar to other Han populations within China (P > 0.05). This study provides the initial evidence that MICA genetic polymorphisms may underlie the severity of liver fibrosis occurring in schistosomiasis patients from the Dongting Lake region.

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.

The identification and characterization of inter- and intra-species genetic diversity derived from retrotransposons in humans

Retrotransposons, which used to be considered as “junk DNA”, have begun to reveal their immense value to genome evolution and human biology due to recent studies. They consist of at least ~45% of the human genome and are more or less the same in other mammalian genomes. Retrotransposon elements (REs) are known to affect the human genome through many different mechanisms, such as generating insertion mutations, genomic instability, and alteration in gene expression. Previous studies have suggested several RE subfamilies, such as Alu, L1, SVA and LTR, are currently active in the human genome, and they are an important source of genetic diversity between human and other primates, as well as among humans. Although several groups had used Retrotransposon Insertion Polymorphisms (RIPs) as markers in studying primate evolutionary history, no study specifically focused on identifying Human-Specific Retrotransposon Element (HS-RE) and their roles in human genome evolution. In this study, by computationally comparing the human genome to 4 primate genomes, we identified a total of 18,860 HS-REs, among which are 11,664 Alus, 4,887 L1s, 1,526 SVAs and 783 LTRs (222 full length entries), representing the largest and most comprehensive list of HS-REs generated to date. Together, these HS-REs contributed a total of 14.2Mb sequence increase from the inserted REs and Target Site Duplications (TSDs), 71.6Kb increase from transductions, and 268.2 Kb sequence deletion of from insertion-mediated deletion, leading to a net increase of ~14 Mb sequences to the human genome. Furthermore, we observed for the first time that Y chromosome might be a hot target for new retrotransposon insertions in general and particularly for LTRs. The data also allowed for the first time the survey of frequency of TE insertions inside other TEs in comparison with TE insertion into none-TE regions. In summary, our data suggest that retrotransposon elements have played a significant role in the evolution of Homo sapiens.