Differential miRNA and IncRNA expression in embryonic stem cells lacking the Notch1 receptor

Embryonic stem (ES) cells-derived cardiomyocytes represent an attractive source of cells in cell replacement therapies for heart disease. However, controlled cardiogenic differentiation of ES cells requires a complete understanding of the complex molecular mechanisms regulating the differentiation process. We have previously shown that differentiation of ES cells into cardiomyocytes is favored by inactivation of the Notch 1 receptor pathway. In the present study, we therefore compared two ES cell lines, one with normal Notchl expression and one carrying deleted Notchl receptor alleles (Notchl-deleted ES cells) in order to identify genes responsible for the increased propensity of Notchl-deleted ES cells to produce cardiomyocytes. Using RNA-sequencing, we found approximately 300 coding and noncoding transcripts, which are differently expressed in undifferentiated Notchl-deleted ES cells. Since accumulating evidences indicate that long noncoding RNAs (IncRNAs) play important roles in ES cell pluripotency and differentiation, we focused our analysis on modulated IncRNAs. In particular, two IncRNAs, named here lnc 1230 and lnc 1335, are highly induced in the absence of Notchl receptor expression. These represent therefore prime candidates that could favor cardiogenic commitment in undifferentiated ES cells. Indeed, we demonstrate that forced expression of these two IncRNAs in wild-type ES cells result in a significant increase of the number of cardiac progenitor cells and cardiomyocytes in the differentiated progeny of these ES cells. Furthermore, we also identify several microRNAs that are differentially modulated in absence of Notchl expression. Among these are miR-142-5p and miR- 381-3p. Interestingly, both lncl230 and lncl335 are targets of these two microRNAs. Altogether, these data suggest that Notchl-dependent noncoding gene networks, implicating microRNAs and IncRNAs, control embryonic stem cell commitment into the mesodermal and cardiac lineages already at the undifferentiated state. - Les cardiomyocytes issus cellules souches embryonnaires sont une source très prometteuse pour les thérapies cellulaire de remplacement dans le cadre des maladies cardiaques. Cependant, l'utilisation de telles cellules requiert une compréhension poussée des mécanismes moléculaire régulant la différenciation. Nous avons par le passé démontré que la différenciation des cellules souches embryonnaires en cardiomyocytes est favorisée par l'inactivation de la voie d'activation intracellulaire dépendante du récepteur Notch 1. Nous avons donc comparé deux lignées de cellules souches embryonnaires, une présentant une voie d'activation Notchl normale et une chez laquelle les allèles codant pour le récepteur Notchl avaient été invalidés, de façon à identifier les gènes impliqués dans la capacité augmentée des cellules déficientes à produire des cardiomyocytes. En utilisant du séquençage d'ARN à haut débit, nous avons trouvé environ 300 gènes différemment exprimés dans les cellules déficientes pour Notchl. Par ailleurs, des évidences de plus en plus nombreuses suggèrent qu'une nouvelle classe de molécules appelée « long noncoding RNAs » joue un rôle prépondérant dans la maintenance de l'état non différencié et de la capacité de différenciation des cellules souches embryonnaires. Nous avons trouvé que plusieurs « long noncoding RNAs » étaient modulés en l'absence de Notchl, et en particulier deux molécules que nous avons appelées lncl230 et lncl335. Ces derniers représentent des candidats potentiels devant permettre de favoriser la production de cardiomyocytes. Nous avons en effet démontré que la surexpression de ces deux candidats dans des cellules souches embryonnaires résultait en une surproduction de cardiomyocytes. De plus, nous avons également identifié plusieurs microRNAs dont l'expression était modulée dans les cellules souches embryonnaires déficientes dans la voie Notchl. De façon intéressante, parmi ces microRNAs, le miR-142-5p et le miR-381-3p sont capables de cibler lncl230 and lncl335. Dans l'ensemble, ces résultats indiquent donc que des réseaux d'interaction dépendant de la voie d'activation Notch 1 et impliquant des ARNs non codant existent dans les cellules souches embryonnaires pour réguler leur différenciation en différent types cellulaires spécifiques.

Emerging roles of non-coding RNAs in pancreatic β-cell function and dysfunction.

Pancreatic β-cells play a central role in glucose homeostasis by tightly regulating insulin release according to the organism's demand. Impairment of β-cell function due to hostile environment, such as hyperglycaemia and hyperlipidaemia, or due to autoimmune destruction of β-cells, results in diabetes onset. Both environmental factors and genetic predisposition are known to be involved in the development of the disease, but the exact mechanisms leading to β-cell dysfunction and death remain to be characterized. Non-coding RNA molecules, such as microRNAs (miRNAs), have been suggested to be necessary for proper β-cell development and function. The present review aims at summarizing the most recent findings about the role of non-coding RNAs in the control of β-cell functions and their involvement in diabetes. We will also provide a perspective view of the future research directions in the field of non-coding RNAs. In particular, we will discuss the implications for diabetes research of the discovery of a new communication mechanism based on cell-to-cell miRNA transfer. Moreover, we will highlight the emerging interconnections between miRNAs and epigenetics and the possible role of long non-coding RNAs in the control of β-cell activities.

The lincRNA HOTAIRM1, located in the HOXA genomic region, is expressed in acute myeloid leukemia, impacts prognosis in patients in the intermediate-risk cytogenetic category, and is associated with a distinctive microRNA signature.

Long non-coding RNAs (lncRNAs) are deregulated in several tumors, although their role in acute myeloid leukemia (AML) is mostly unknown.We have examined the expression of the lncRNA HOX antisense intergenic RNA myeloid 1 (HOTAIRM1) in 241 AML patients. We have correlated HOTAIRM1 expression with a miRNA expression profile. We have also analyzed the prognostic value of HOTAIRM1 expression in 215 intermediate-risk AML (IR-AML) patients.The lowest expression level was observed in acute promyelocytic leukemia (P < 0.001) and the highest in t(6;9) AML (P = 0.005). In 215 IR-AML patients, high HOTAIRM1 expression was independently associated with shorter overall survival (OR:2.04;P = 0.001), shorter leukemia-free survival (OR:2.56; P < 0.001) and a higher cumulative incidence of relapse (OR:1.67; P = 0.046). Moreover, HOTAIRM1 maintained its independent prognostic value within the favorable molecular subgroup (OR: 3.43; P = 0.009). Interestingly, HOTAIRM1 was overexpressed in NPM1-mutated AML (P < 0.001) and within this group retained its prognostic value (OR: 2.21; P = 0.01). Moreover, HOTAIRM1 expression was associated with a specific 33-microRNA signature that included miR-196b (P < 0.001). miR-196b is located in the HOX genomic region and has previously been reported to have an independent prognostic value in AML. miR-196b and HOTAIRM1 in combination as a prognostic factor can classify patients as high-, intermediate-, or low-risk (5-year OS: 24% vs 42% vs 70%; P = 0.004).Determination of HOTAIRM1 level at diagnosis provided relevant prognostic information in IR-AML and allowed refinement of risk stratification based on common molecular markers. The prognostic information provided by HOTAIRM1 was strengthened when combined with miR-196b expression. Furthermore, HOTAIRM1 correlated with a 33-miRNA signature.

Sensing, uptake and response to c4-dicarboxylic acids in pseudomonas aeruginosa pao1

C4-dicarboxylates are one of the preferred carbon and energy sources for the growth of P. aeruginosa, a ubiquitous and metabolically versatile bacterium. However, despite their importance, C4-dicarboxylates sensing and uptake systems were poorly understood in P. aeruginosa and only little information was available in the literature. In our work, the C4-dicarboxylate transport (Dct) system in P. aeruginosa was found to be composed of a novel two-component system, called DctB/DctD, regulating together with the sigma factor RpoN the expression of two newly identified C4-dicarboxylate transporters: DctA and DctPQM. Inactivation of the dct A, dctB or dctD gene caused a growth defect of the strain in minimal media supplemented with succinate, fumarate or malate, indicating their major role in Dct. However, residual growth of the dctA mutant in these media suggested the presence of redundant C4-dicarboxylate transporter(s). Tn5 insertion mutagenesis of the kdctA mutant, combined with a screening for growth on succinate, led to the identification of a second Dct system, the DctPQM transporter, belonging to the tripartite ATP-independent periplasmic (TRAP) family of carriers. AdctAAdctPQM double mutant showed no growth on malate and fumarate albeit residual growth on succinate suggested that additional transporters for succinate are present. Competition experiments demonstrated that the DctPQM carrier was more efficient than the DctA carrier for the utilization of succinate at μΜ concentrations, whereas DctA was the major transporter at mM concentrations. For the first time, high- and low-affinity uptake systems for succinate (DctA and DctPQM) are reported to function co-ordinately to transport C4- dicarboxylates. Most probably, the presence of redundant uptake systems contributes to the versatility of this bacterium. Next, the regulation of the Dct system was investigated. While performing a parallel study about the carbon catabolite repression (CCR) phenomenon in P. aeruginosa, a link between the CCR cascade (CbrAB/CrcZ/Crc) and the Dct system was observed. Crc is a translational repressor acting when preferred carbon sources (like C4-dicarboxylates) are present. CrcZ is a small RNA acting as a functional antagonist of Crc and induced by the CbrA/CbrB two-component system when non preferred carbon sources (like mannitol) are utilized. Novel targets of the CbrAB/CrcZ/Crc system in P. aeruginosa were identified using transcriptome analysis; among them dctA and dctPQM were detected. CCR is regulating the dct transporter genes expression depending on the succinate concentrations in the medium of growth; this modulation of CCR is possible because, at the same time, succinate concentrations tune CCR. In a medium containing high succinate concentrations, CrcZ levels were low and therefore Crc inhibited the translation of mRNA targets. Whereas in a medium containing low succinate concentrations, the subsequent increase of CrcZ levels sequestered Crc, inhibiting its activity. This model shows for the first time that CCR possesses a feedback-based circuitry, a very important type of regulatory loop that confers the best adaptive response under changing environmental conditions. The expression of the dct transporter genes is also found to be regulated by the RNA chaperone protein Hfq. Hfq has the same post-transcriptional effect than Crc at high concentration of succinate, i.e. inhibiting dctP and dctR and indirectly favouring dctA expression. Moreover, an additional indirect positive regulation of dctP expression by Hfq was found. Finally, a metabolome approach was performed to investigate the internal signals modulating CCR via induction of CbrA activity in P. aeruginosa PAOl and P. putida KT2442. The results of the analysis are currently under study in the laboratory. - Les acides C4-dicarboxyliques font partie des sources de carbone et d'énergie préférés de P. aeruginosa, une bactérie versatile et ubiquitaire. Néanmoins, malgré leur importance, comment la présence des acides C4-dicarboxyliques dans le milieu est sentie par la bactérie et comment ils sont transportés dans la cellule chez P. aeruginosa n'étaient pas connus. De plus, peu d'informations sur ces procédés ont été répertoriées dans la littérature. Grace à notre travail, le système de transport des acides C4-dicarboxyliques (Dct) chez P. aeruginosa a pu être caractérisé. En effet, il est composé d'un nouveau système à deux composants, nommé DctB/DctD, qui régule, en combinaison avec le facteur sigma alternatif RpoN, l'expression des deux nouveaux transporteurs des acides C4-dicarboxyliques: DctA et DctPQM. L'inactivation des gènes dctA, dctB or dctD cause un défaut de croissance des souches mutantes dans un milieu minimum contenant du succinate, fumarate ou malate; confirmation de leur rôle dans le Dct. Cependant, une croissance résiduelle du mutant dctA dans ces milieux suggérerait une redondance des transporteurs d'acides Grdicarboxyliques. Une expérience de mutagenèse dans la souche AdctA, utilisant le transposon Tn5, combiné avec un criblage génétique sur la croissance dans le succinate, nous a permis d'identifier le deuxième transporteur DctPQM. DctPQM appartient à la famille des transporteurs TRAP (tripartite ATP-independent periplasmic). Un double mutant AdctAAdctPQM ne pousse pas dans du malate ou fumarate mais par contre présente une croissance résiduelle dans le succinate suggérant l'existence de transporteurs supplémentaires pour le succinate. En réalisant des expériences de compétitions nous avons démontré que le transporteur DctPQM est plus efficace que le transporteur DctA pour l'utilisation de succinate à une concentration de l'ordre du μΜ. Par contre, DctA est le transporteur le plus important pour une concentration de succinate de l'ordre du raM. Pour la première fois, deux systèmes de transport, un avec une forte- et un avec une faible-affinité (DctA et DctPQM) pour le succinate, sont coordonnés dans leur activité de transport des acides C4- dicarboxyliques, probablement contribuant à la versatilité de la bactérie. Ensuite, nous avons étudié la régulation du system Dct. En effectuant, en parallèle, une étude sur le phénomène de la répression catabolique (RC) chez P. aeruginosa, un lien entre la RC et le système Dct a été observé. La cascade des régulateurs formant la RC est composée de CbrA/CbrB, CrcZ et Crc. Crc est un répresseur traductionnel qui agit quand des sources de carbone préférées (comme les acides C4-dicarboxyliques) sont présentes dans le milieu. CrcZ est un petit ARN non-codant qui agit comme antagoniste de Crc. L'expression de CrcZ est induite par le système à deux composants CbrA/CbrB lorsque une source de carbone non-préférée est utilisée (comme le mannitol). Des nouvelles cibles du système CbrAB/CrcZ/Crc chez P. aeruginosa ont été identifiées grâce à une analyse du transcriptome des souches mutantes des régulateurs de la cascade. Parmi les cibles identifiées, les gènes dctA et dctPQM étaient présents. La RC régule l'expression des transporteurs dct en fonction de la concentration de succinate dans le milieu de croissance. Cette régulation est possible parce que, en même temps, les acides C4- dicarboxyliques régulent la RC. Dans un milieu contenant une grande concentration du succinate, le niveau d'expression de CrcZ est faible, donc Crc peut inhiber l'expression de ces ARN messagers cibles. Par contre, dans un milieu avec une faible concentration de succinate, l'augmentation de l'expression de CrcZ titre Crc et inhibe son activité. Ce modèle de régulation rétroactive est très important pour le phénomène de la RC, parce qu'il permet à la bactérie d'accorder une meilleure réponse à un changement environnemental. L'expression des gènes codant pour les transporteurs dct sont aussi régulés par la protéine chaperonne d'ARN Hfq. Hfq semble avoir le même effet traductionnelle que Crc, lorsqu'il y a une forte concentration de succinate. Nous avons ainsi observé une régulation négative de l'expression du gène dct Ρ et dctR, qui code pour un répresseur de la transcription de dctA. Nous avons aussi observé une régulation positive de la transcription de dctP par Hfq, probablement de façon indirecte. Enfin, une analyse du metabolome a était utilisée pour chercher les signaux internes modulant la RC et, en particulier, l'activité de la protéine senseur CbrA chez P. aeruginosa PAOl et P. putida KT2442. Les résultats de l'analyse sont en cours d'étude dans le laboratoire.

Rôle des microARNs dans le diabète

Découverts en 1993 dans Caenorhabditis elegans, les microARNs sont une nouvelle famille¦de molécules, simples brin d'ARN non-codant d'environ 20 nucléotides. Ce sont des régulateurs,¦capables d'inhiber l'expression de gènes dans les cellules eucaryotes. Ils jouent un rôle dans¦d'importants processus comme la prolifération cellulaire, l'apoptose, l'inflammation, et la¦différenciation tissulaire. C'est pour cela que des variations de la quantité de microARNs dans le¦corps humain peuvent engendrer diverses maladies comme le diabète, le cancer et différentes¦pathologies cardiovasculaires. Dans le futur, une meilleure compréhension des microARNs et de¦leurs mécanismes d'action pourrait aider à découvrir de nouveaux outils pour traiter ou prévenir¦certaines maladies. Les objectifs de ce travail étaient de faire une recherche de¦littérature sur les microARNs et leurs implications dans le diabète dans un premier temps, puis de¦poursuivre avec des manipulations de laboratoire pour mesurer l'activité et la fonction de¦microARNs dans la cellule bêta pancréatique dans le modèle de la gestation. La méthode utilisée¦pour l'étude bibliographique a été une recherche sur la base de données Pubmed. Pour les¦manipulations au laboratoire, deux microARNs ont été étudiés miR-325-5p et miR-874, afin¦d'évaluer l'impact de la surexpression ou le knock down de ces deux microARNs sur les fonctions¦de cellules bêta pancréatiques comme la prolifération et l'apoptose. Ces techniques étaient¦parfaitement au point dans le laboratoire d'accueil. En ce qui me concerne, ce travail m'a permis¦d'approfondir mes connaissances sur un sujet nouveau et de mettre un pied dans le milieu de la¦recherche fondamentale.

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.

Insights into the function of short interspersed degenerated retroposons in the protozoan parasite Leishmania

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Exploring TERRA (TElomeric Repeat-containing RNA) Expression and Regulation During Cell Growth in Saccharomyces cerevisiae

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Role of Non-coding RNAs in chemotherapeutic treatments

The transcribed ultraconserved regions (T-UCRs) are a group of long non-coding RNAs involved in human carcinogenesis. The factors regulating the expression of T-UCRs and their mechanism of action in human cancers are unknown. In this work it was shown that high expression of uc.339 associates with lower survival in 204 non-small cell lung cancer (NSCLC) patients. Moreover, it was shown that uc.339 found up-regulated in archival NSCLC samples, acts as a decoy RNA for miR-339-3p, -663-3p and -95-5p. So, Cyclin E2, a direct target of three microRNAs is up-regulated, inducing cancer growth and migration. Evidence of this mechanism was provided from cell lines and primary samples confirming that TP53 directly regulates uc.339. These results support a key role for uc.339 in lung cancer.

A NEW TUMOR SUPPRESSOR GENE CANDIDATE REGULATED BY THE NON-CODING RNA PCA3 IN HUMAN PROSTATE CANCER

Prostate cancer is the second leading cause of cancer-related death and the most common non-skin cancer in men in the USA. Considerable advancements in the practice of medicine have allowed a significant improvement in the diagnosis and treatment of this disease and, in recent years, both incidence and mortality rates have been slightly declining. However, it is still estimated that 1 man in 6 will be diagnosed with prostate cancer during his lifetime, and 1 man in 35 will die of the disease. In order to identify novel strategies and effective therapeutic approaches in the fight against prostate cancer, it is imperative to improve our understanding of its complex biology since many aspects of prostate cancer initiation and progression still remain elusive. The study of tumor biomarkers, due to their specific altered expression in tumor versus normal tissue, is a valid tool for elucidating key aspects of cancer biology, and may provide important insights into the molecular mechanisms underlining the tumorigenesis process of prostate cancer. PCA3, is considered the most specific prostate cancer biomarker, however its biological role, until now, remained unknown. PCA3 is a long non-coding RNA (ncRNA) expressed from chromosome 9q21 and its study led us to the discovery of a novel human gene, PC-TSGC, transcribed from the opposite strand and in an antisense orientation to PCA3. With the work presented in this thesis, we demonstrate that PCA3 exerts a negative regulatory role over PC-TSGC, and we propose PC-TSGC to be a new tumor suppressor gene that contrasts the transformation of prostate cells by inhibiting Rho-GTPases signaling pathways. Our findings provide a biological role for PCA3 in prostate cancer and suggest a new mechanism of tumor suppressor gene inactivation mediated by non-coding RNA. Also, the characterization of PCA3 and PC-TSGC led us to propose a new molecular pathway involving both genes in the transformation process of the prostate, thus providing a new piece of the jigsaw puzzle representing the complex biology of prostate cancer.

Some misspecfication problems in long-memory time series models

Doctor of Philosophy in Mathematics

Representational Difference Analysis (RDA) reveals differential expression of conserved as well as novel genes during caste-specific development of the honey bee (Apis mellifera L.) ovary

In highly eusocial insects, such as the honey bee, Apis mellifera, the reproductive bias has become embedded in morphological caste differences. These are most expressively denoted in ovary size, with adult queens having large ovaries consisting of 150-200 ovarioles each, while workers typically have only 1-20 ovarioles per ovary. This morphological differentiation is a result of hormonal signals triggered by the diet change in the third larval instar, which eventually generate caste-specific gene expression patterns. To reveal these we produced differential gene expression libraries by Representational Difference Analysis (RDA) for queen and worker ovaries in a developmental stage when cell death is a prominent feature in the ovarioles of workers, whereas all ovarioles are maintained and extend in length in queens. In the queen library, 48% of the gene set represented homologs of known Drosophila genes, whereas in the worker ovary, the largest set (59%) were ESTs evidencing novel genes, not even computationally predicted in the honey bee genome. Differential expression was confirmed by quantitative RT-PCR for a selected gene set, denoting major differences for two queen and two worker library genes. These included two unpredicted genes located in chromosome 11 (Group11.35 and Group11.31, respectively) possibly representing long non-coding RNAs. Being candidates as modulators of ovary development, their expression and functional analysis should be a focal point for future studies. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Mitochondrial gene content, arrangement and composition compared in African and Asian schistosomes

Complete sequences were obtained for the coding portions of the mitochondrial (mt) genomes of Schistosoma mansoni (NMRI strain, Puerto Rico; 14415 bp), S. japonicum (Anhui strain, China; 14085 bp) and S. mekongi (Khong Island, Laos; 14072 bp). Each comprises 36 genes: 12 protein-encoding genes (cox1-3, nad1-6, nad4L, atp6 and cob); two ribosomal RNAs, rrnL (large subunit rRNA or 16S) and rrnS (small subunit rRNA or 12S); as well as 22 transfer RNA (tRNA) genes. The atp8 gene is absent. A large segment (9.6 kb) of the coding region (comprising 14 tRNAs, eight complete and two incomplete protein-encoding genes) for S. malayensis (Baling, Malaysian Peninsula) was also obtained. Each genome also possesses a long non-coding region that is divided into two parts (a small and a large non-coding region, the latter not fully sequenced in any species) by one or more tRNAs. The protein-encoding genes are similar in size, composition and codon usage in all species except for cox1 in S. mansoni (609 aa) and cox2 in S. mekongi (219 an), both of which are longer than homologues in other species. An unexpected finding in all the Schistosoma species was the presence of a leucine zipper motif in the nad4L gene. The gene order in S. mansoni is strikingly different from that seen in the S. japonicum group and other flatworms. There is a high level of identity (87-94% at both the nucleotide and amino acid levels) for all protein-encoding genes of S. mekongi and S. malayensis. The identity between genes of these two species and those of S. japonicum is less (56-83% for amino acids and 73-79 for nucleotides). The identity between the genes of S. mansoni and the Asian schistosomes is far less (33-66% for amino acids and 54-68% for nucleotides), an observation consistent with the known phylogenetic distance between S. mansoni and the other species. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Mitochondrial genomes of parasitic flatworms

Complete or near-complete mitochondrial genomes are now available for 11 species or strains of parasitic flatworms belonging to the Trematoda and the Cestoda. The organization of these genomes is not strikingly different from those of other eumetazoans, although one gene (atp8) commonly found in other phyla is absent from flatworms. The gene order in most flatworms has similarities to those seen in higher protostomes such as annelids. However, the gene order has been drastically altered in Schistosoma mansoni, which obscures this possible relationship. Among the sequenced taxa, base composition varies considerably, creating potential difficulties for phylogeny reconstruction. Long non-coding regions are present in all taxa, but these vary in length from only a few hundred to similar to10 000 nucleotides. Among Schistosoma spp., the long non-coding regions are rich in repeats and length variation among individuals is known. Data from mitochondrial genomes are valuable for studies on species identification, phylogenies and biogeography.

Immunologic evaluation and validation of methods using synthetic peptides derived from Mycobacterium tuberculosis for the diagnosis of tuberculosis infection

The goal of this study was to demonstrate the usefulness of an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) for the serodiagnosis of pulmonary tuberculosis (PTB) and extrapulmonary TB (EPTB). This assay used 20 amino acid-long, non-overlapped synthetic peptides that spanned the complete Mycobacterium tuberculosis ESAT-6 and Ag85A sequences. The validation cohort consisted of 1,102 individuals who were grouped into the following five diagnostic groups: 455 patients with PTB, 60 patients with EPTB, 40 individuals with non-EPTB, 33 individuals with leprosy and 514 healthy controls. For the PTB group, two ESAT-6 peptides (12033 and 12034) had the highest sensitivity levels of 96.9% and 96.2%, respectively, and an Ag85A-peptide (29878) was the most specific (97.4%) in the PTB groups. For the EPTB group, two Ag85A peptides (11005 and 11006) were observed to have a sensitivity of 98.3% and an Ag85A-peptide (29878) was also the most specific (96.4%). When combinations of peptides were used, such as 12033 and 12034 or 11005 and 11006, 99.5% and 100% sensitivities in the PTB and EPTB groups were observed, respectively. In conclusion, for a cohort that consists entirely of individuals from Venezuela, a multi-antigen immunoassay using highly sensitive ESAT-6 and Ag85A peptides alone and in combination could be used to more rapidly diagnose PTB and EPTB infection.