Mobile silencing in plants: what is the signal and what defines the target

RNA-mediated silencing in plants can spread from cell to cell and over a long distance, and such mobile silencing has been extensively studied in the past decade. However, major questions remain as to what is the exact nature of the mobile silencing signals, how the components of the RNA-directed DNA methylation pathway are involved, and why systemic spread of silencing has only been observed for transgenes but not endogenous genes. In this review, we provide an overview of the current knowledge on mobile gene silencing in plants and present a model where systemic silencing involves long nuclear RNA transcripts that serve as a template to amplify primary siRNA signals.

Inhibition of no tail (ntl) gene expression in zebrafish by external guide sequence (EGS) technique

External guide sequence (EGS) technique, a branch of ribozyme strategy, can be enticed to cleave the target mRNA by forming a tRNA-like structure. In the present study, no tail gene (ntl), a key gene participating in the formation of normal tail, was used as a target for ribonuclease (RNase) P-mediated gene disruption in zebrafish in vivo. Transient expression of pH1-m3/4 ntl-EGS or pH1-3/4 ntl-EGS produced the full no tail phenotype at long-pec stage in proportion as 24 or 35%, respectively. As is expected that the full-length ntl mRNA of embryos at 50% epiboly stage decreased relative to control when injected the embryos with 3/4 EGS or m3/4 EGS RNA. Interestingly, ntl RNA transcripts, including the cleaved by EGS and the untouched, increased. Taken together, these results indicate that EGS strategy can work in zebrafish in vivo and becomes a potential tool for degradation of targeted mRNAs.

Sequence of genome segments 1, 2, and 3 of the grass carp reovirus (Genus Aquareovirus, family Reoviridae)

The genome segments 1, 2, and 3 of the grass carp reovirus (GCRV), a tentative species assigned to genus Aquareouirus, family Reouiridae, were sequenced. The respective segments 1, 2, and 3 were 3949, 3877, and 3702 nucleotides long. Conserved moths 5' (GUUAUUU) and 3' (UUCAUC) were found at the ends of each segment. Each segment contains a single ORF and the negative strand does not permit identification of consistent ORFs. Sequence analysis revealed that VP2 is the viral polymerase, while VPI might represent the viral guanyly/methyl transferase (involved in the capping process of RNA transcripts) and VP3 the NTPase/helicase (involved in the transcription and capping of viral RNAs), The highest amino acid identities (26-41%) were found with orthoreovirus proteins. Further genomic characterization should provide insight about the genetic relationships between GCRV, aquareoviruses, and orthoreoviruses, It should also permit to precise the taxonomic status of these different viruses. (C) 2000 Academic Press.

Comprehensive molecular pathology analysis of small bowel adenocarcinoma reveals novel targets with potential for clinical utility

Small bowel accounts for only 0.5% of cancer cases in the US but incidence rates have been rising at 2.4% per year over the past decade. One-third of these are adenocarcinomas but little is known about their molecular pathology and no molecular markers are available for clinical use. Using a retrospective 28 patient matched normal-tumor cohort, next-generation sequencing, gene expression arrays and CpG methylation arrays were used for molecular profiling. Next-generation sequencing identified novel mutations in IDH1, CDH1, KIT, FGFR2, FLT3, NPM1, PTEN, MET, AKT1, RET, NOTCH1 and ERBB4. Array data revealed 17% of CpGs and 5% of RNA transcripts assayed to be differentially methylated and expressed respectively (p < 0.01). Merging gene expression and DNA methylation data revealed CHN2 as consistently hypermethylated and downregulated in this disease (Spearman -0.71, p < 0.001). Mutations in TP53 which were found in more than half of the cohort (15/28) and Kazald1 hypomethylation were both were indicative of poor survival (p = 0.03, HR = 3.2 and p = 0.01, HR = 4.9 respectively). By integrating high-throughput mutational, gene expression and DNA methylation data, this study reveals for the first time the distinct molecular profile of small bowel adenocarcinoma and highlights potential clinically exploitable markers.

The Role of Small RNAs and Ribonucleases in the Control of Gene Expression in Salmonella Typhimurium

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

The Relevance of Ribonuclease III in Pathogenic Bacteria

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology.

The establishment of two novel bovine cell lines by transfection with the putative transforming region of bovine adenovirus type 3

Human adenoviruses (Ads), members of the family adenoviridae, are medium-sized DNA viruses which have been used as valuable research tools for the study of RNA processing, oncogenic transformation, and for the development of viral vectors for use in gene delivery and immunization technology. The left 12% of the linear Ad genollle codes for products which are necessary for the efficient replication of the virus, as well as being responsible for the forlllation of tumors in animallllodels. The establishlllent of the 293 cell line, by immortalization of human embryonic kidney cells with th~ E1 region of Ad type S (AdS), has facilitated extensive manipulation of the Ads and the development of recombinant Ad vectors. The study of bovine adenoviruses (BAVs), which cause mild respiratory and gastrointestinal infections in cattle has, on the other hand, been limited primarily to that of infectivity, immunology and clinicallllanifestations. As a result, any potential as gene delivery vehicles has not yet been realized. Continued research into the molecular biolo~gy of BAVs and the development of recolllbinant vectors would benefit from the development of a cell line analogous to that of the 293 cells. In an attelllpt to establish such a cell line, the recombinant plaslllid pKC-neo was constructed, containing the left 0-19.7% of the BAV type 3 (BAV3) genome, and the selectable marker for resistance to the aminoglycoside G418, a neomycin derivative. The plasmid construct was then used to transfect both the Madin-Darby bovine kidney (MDBK) -iicell line and primary bovine lung cells, after which G418-resistant foci were selected for analysis. Two cell lines, E61 (MDBK) and E24 (primary lung), were subsequently selected and analysed for DNA content, revealing the presence of the pKC-neo sequences in their respective genomes. In addition, BAV3 RNA transcripts were detected in the E61 cells. Although the presence of E1 products has yet to be confirmed in both cell lines, the E24 cells exhibit a phenotype characteristic of partial transformation by E1. The apparent immortalization of the primary lung cells will permit exploitation of their ability to take up exogenous DNA at high efficiency.

Yeast RNase III triggers polyadenylation-independent transcription termination

Transcription termination of messenger RNA (mRNA) is normally achieved by polyadenylation followed by Rat1p-dependent 5'-3' exoribonuleolytic degradation of the downstream transcript. Here we show that the yeast ortholog of the dsRNA-specific ribonuclease III (Rnt1p) may trigger Rat1p-dependent termination of RNA transcripts that fail to terminate near polyadenylation signals. Rnt1p cleavage sites were found downstream of several genes, and the deletion of RNT1 resulted in transcription readthrough. Inactivation of Rat1p impaired Rnt1p-dependent termination and resulted in the accumulation of 3' end cleavage products. These results support a model for transcription termination in which cotranscriptional cleavage by Rnt1p provides access for exoribonucleases in the absence of polyadenylation signals.

Stabilité de l’acide ribonucléique pour la datation des fluides corporels en biologie judiciaire

Projet de recherche réalisé en collaboration avec la section Biologie/ADN du Laboratoire de sciences judiciaires et de médecine légale (LSJML) de Montréal.

Détection moléculaire des métastases des ganglions lymphatique dans le cancer du col de l'utérus

Le Cancer du Col Utérin (CCU) chez la femme est provoqué par le virus oncogénique VPH. La métastase lymphatique ganglionnaire est un facteur pronostique majeur pour l’évolution de ce cancer et sa présence influence la décision thérapeutique. En général, l’envahissement ganglionnaire est diagnostiqué par histologie, mais cette méthode est laborieuse et parfois prise en défaut pour détecter les micrométastases et les cellules cancéreuses isolées et pour donner des résultats rapides en per opératoire. L’outil moléculaire que nous désirons développer pour combler cette lacune est basé sur une analyse d’ARN des gènes du VPH exprimés par les cellules du CCU. Ceci sera fait par transcription réverse de l’ARN cellulaire couplé à une réaction quantitative en chaine par polymérase en temps réel (RT-qPCR). Cette technique devrait nous permettre une détection et une évaluation rapide des micrométastases pour aider à déterminer immédiatement un pronostic fiable et la thérapie associée. C’est un test précis, sensible et rapide pour détecter un envahissement ganglionnaire dans le CCU visant à améliorer la gestion thérapeutique. Le projet est basé sur trois objectifs. En premier lieu, valider les marqueurs moléculaires E6 et E7 de VPH16 et 18 à partir des échantillons frais et des échantillons fixés dans des blocs de paraffine. En deuxième lieu, déterminer la fiabilité et la sensibilité des marqueurs pour la détection des macrométastases, des micrométastases et les cellules tumorales isolées en utilisant la technique de RT-qPCR. En troisième lieu et parallèlement au travail présenté dans ce mémoire, il est nécessaire de constituer une base de données des patientes qui ont le virus VPH16 et 18 intégré dans leur génome, qui ont été traitées et dont nous connaissons déjà le diagnostic final afin de valider la méthode (biobanque). Nous avons réussi à extraire de l’ARNm de haute qualité à partir d’échantillons complexes, à détecter les gènes E6 et E7 de VPH16 et 18 en RT-qPCR, et à déterminer précisément la limite de détection de E6 et E7 dans les échantillons frais qui est une proportion de 0,008% de cellules cancéreuses. Dans les échantillons fixés dans la paraffine, cette limite est de 0,02% et 0,05% pour E6-E7-VPH16 et E6-E7-VPH18 respectivement. Ceci comparativement à une limite de détection histologique de 1% qui est déterminée par immunohistochimie de CK19. Enfin, notre protocole est validé pour VPH18 dans les ganglions lymphatiques du CCU.

Identification de caractéristiques communes et rares dans les ARN structurés dans la base de données Rfam

Les ARN non codants (ARNnc) sont des transcrits d'ARN qui ne sont pas traduits en protéines et qui pourtant ont des fonctions clés et variées dans la cellule telles que la régulation des gènes, la transcription et la traduction. Parmi les nombreuses catégories d'ARNnc qui ont été découvertes, on trouve des ARN bien connus tels que les ARN ribosomiques (ARNr), les ARN de transfert (ARNt), les snoARN et les microARN (miARN). Les fonctions des ARNnc sont étroitement liées à leurs structures d’où l’importance de développer des outils de prédiction de structure et des méthodes de recherche de nouveaux ARNnc. Les progrès technologiques ont mis à la disposition des chercheurs des informations abondantes sur les séquences d'ARN. Ces informations sont accessibles dans des bases de données telles que Rfam, qui fournit des alignements et des informations structurelles sur de nombreuses familles d'ARNnc. Dans ce travail, nous avons récupéré toutes les séquences des structures secondaires annotées dans Rfam, telles que les boucles en épingle à cheveux, les boucles internes, les renflements « bulge », etc. dans toutes les familles d'ARNnc. Une base de données locale, RNAstem, a été créée pour faciliter la manipulation et la compilation des données sur les motifs de structure secondaire. Nous avons analysé toutes les boucles terminales et internes ainsi que les « bulges » et nous avons calculé un score d’abondance qui nous a permis d’étudier la fréquence de ces motifs. Tout en minimisant le biais de la surreprésentation de certaines classes d’ARN telles que l’ARN ribosomal, l’analyse des scores a permis de caractériser les motifs rares pour chacune des catégories d’ARN en plus de confirmer des motifs communs comme les boucles de type GNRA ou UNCG. Nous avons identifié des motifs abondants qui n’ont pas été étudiés auparavant tels que la « tetraloop » UUUU. En analysant le contenu de ces motifs en nucléotides, nous avons remarqué que ces régions simples brins contiennent beaucoup plus de nucléotides A et U. Enfin, nous avons exploré la possibilité d’utiliser ces scores pour la conception d’un filtre qui permettrait d’accélérer la recherche de nouveaux ARN non-codants. Nous avons développé un système de scores, RNAscore, qui permet d’évaluer un ARN en se basant sur son contenu en motifs et nous avons testé son applicabilité avec différents types de contrôles.

Polimorfismos del gen Butirilcolinesterasa responsables de reacciones adversas en pacientes consumidores de “cocaína”

La butirilcolinesterasa humana (BChE; EC 3.1.1.8) es una enzima polimórfica sintetizada en el hígado y en el tejido adiposo, ampliamente distribuida en el organismo y encargada de hidrolizar algunos ésteres de colina como la procaína, ésteres alifáticos como el ácido acetilsalicílico, fármacos como la metilprednisolona, el mivacurium y la succinilcolina y drogas de uso y/o abuso como la heroína y la cocaína. Es codificada por el gen BCHE (OMIM 177400), habiéndose identificado más de 100 variantes, algunas no estudiadas plenamente, además de la forma más frecuente, llamada usual o silvestre. Diferentes polimorfismos del gen BCHE se han relacionado con la síntesis de enzimas con niveles variados de actividad catalítica. Las bases moleculares de algunas de esas variantes genéticas han sido reportadas, entre las que se encuentra las variantes Atípica (A), fluoruro-resistente del tipo 1 y 2 (F-1 y F-2), silente (S), Kalow (K), James (J) y Hammersmith (H). En este estudio, en un grupo de pacientes se aplicó el instrumento validado Lifetime Severity Index for Cocaine Use Disorder (LSI-C) para evaluar la gravedad del consumo de “cocaína” a lo largo de la vida. Además, se determinaron Polimorfismos de Nucleótido Simple (SNPs) en el gen BCHE conocidos como responsables de reacciones adversas en pacientes consumidores de “cocaína” mediante secuenciación del gen y se predijo el efecto delos SNPs sobre la función y la estructura de la proteína, mediante el uso de herramientas bio-informáticas. El instrumento LSI-C ofreció resultados en cuatro dimensiones: consumo a lo largo de la vida, consumo reciente, dependencia psicológica e intento de abandono del consumo. Los estudios de análisis molecular permitieron observar dos SNPs codificantes (cSNPs) no sinónimos en el 27.3% de la muestra, c.293A>G (p.Asp98Gly) y c.1699G>A (p.Ala567Thr), localizados en los exones 2 y 4, que corresponden, desde el punto de vista funcional, a la variante Atípica (A) [dbSNP: rs1799807] y a la variante Kalow (K) [dbSNP: rs1803274] de la enzima BChE, respectivamente. Los estudios de predicción In silico establecieron para el SNP p.Asp98Gly un carácter patogénico, mientras que para el SNP p.Ala567Thr, mostraron un comportamiento neutro. El análisis de los resultados permite proponer la existencia de una relación entre polimorfismos o variantes genéticas responsables de una baja actividad catalítica y/o baja concentración plasmática de la enzima BChE y algunas de las reacciones adversas ocurridas en pacientes consumidores de cocaína.

El virus de l'hepatitis C i la ribonucleasa Phumana: aspectes biològics i terapèutics

El virus de l'hepatitis C (VHC) provoca una hepatitis crònica que afecta a més de 170 milions de persones d'arreu del món. És un virus petit que es classifica dins de la família Flaviviridae i és un virus d'RNA de cadena positiva amb un genoma d'aproximadament 9.600 nucleòtids. A l'extrem 5' del genoma viral s'hi troba una regió no codificant (5'NCR) que comprèn els primers 341 nucleòtids i la seva funció està relaciona amb la traducció. Immediatament després hi ha una pauta de lectura oberta ORF que acaba en un únic codó d'aturada i codifica una poliproteïna de 3.010 aminoàcids. A continuació l'extrem 3' no codificant (3'NCR), que malgrat es desconeixen les seves funcions exactes, s'ha demostrat que és essencial per a la replicació vírica. La única poliproteïna generada és processada co- i postraduccionalment mitjançant proteases de l'hoste i víriques, donant lloc a les proteïnes estructurals (Core, E1 i E2-p7) i no estructurals (NS2-NS5B). Igual que la majoria de virus RNA, el VHC es caracteritza per tenir una taxa de mutació elevada. De fet, el genoma del virus no es pot definir com una única seqüència sinó per una població de variants molt relacionades entre sí. A aquesta manera d'organitzar la informació genètica se l'anomena quasiespècie viral i una de les seves implicacions principals és la facilitat amb què sorgeixen resistents al tractament. Els tractaments disponibles són llargs, cars, provoquen efectes secundaris considerables i només es resolen completament el 40% dels casos. Per aquesta raó es busquen altres solucions terapèutiques per combatre el virus entre les quals s'hi inclouen diferents estratègies. Una de les més innovadores i prometedores és la utilització de ribozims dirigits directament contra el genoma del virus. Aquest treball es centra en l'estudi de les noves estratègies terapèutiques basades en ribozims, concretament la ribonucleasa P. La ribonucleasa P és un ribozim que està present en tots els organismes ja que és l'enzim responsable de la maduració dels precursors d'RNA de transferència. El més interessant a nivell terapèutic és que s'ha demostrat que es pot dirigir la seva activitat cap a qualsevol RNA utilitzant una seqüència guia d'RNA que quan hibrida amb l'RNA diana, l'híbrid imita l'estructura secundària del substrat natural. En el cas del VHC, s'han estudiat ribozims dependents de seqüència (ribozims derivats d'RNAs satèl·lits i de viroides de plantes), sempre dirigits contra la regió més conservada del virus per evitar una disminució de l'eficiència del ribozim deguda a la variació de la diana. La ribonucleasa P és una endonucleasa d'activitat molt específica i es diferencia dels altres ribozims naturals en el sistema de reconeixement del substrat, reconeix elements estructurals i no de seqüència. L'objectiu final del treball és tallar in vitro l'RNA del VHC aprofitant la propietat que presenta aquest ribozim de reconèixer elements estructurals i no de seqüència ja que per a un mateix nombre de seqüències, el nombre d'estructures viables que pot adoptar l'RNA genòmic és molt més petit i per tant la variabilitat de la diana disminueix. S'han estudiat dos models d'RNasa P, la RNasa P humana guiada per seqüència guia externa (EGS) i l'RNA M1 de l'RNasa P d'E.coli unit a la seqüència guia per l'extrem 3' (ribozim M1GS). Abans però de dirigir el ribozim, s'han estudiat l'estructura i la variabilitat d'una regió del genoma del virus ja que s'ha descrit que són factors que poden limitar l'eficiència de qualsevol ribozim. Derivat d'aquests estudis s'aporten dades sobre accessibilitat i variabilitat d'una regió interna del genoma del virus de l'hepatitis C, la zona d'unió de la regió E2/NS2 (regió 2658-2869). L'estudi d'accessibilitat revela que la regió 2658-2869 del genoma del virus conté dominis oberts i tancats i que la transició entre uns i altres no és brusca si es compara amb altres regions d'estructura coneguda (regió 5' no codificant). Els resultats dels assajos in vitro amb els dos models de RNasa P mostren que s'ha aconseguit dirigir tant la ribonucleasa P humana com el ribozim M1GS cap a una zona, predeterminada segons l'estudi d'accessibilitat, com a poc estructurada i tallar l'RNA del virus. De l'anàlisi de mutacions, però, es dedueix que la regió estudiada és variable. Tot i dirigir el ribozim cap a la zona més accessible, la variació de la diana podria afectar la interacció amb la seqüència guia i per tant disminuir l'eficiència de tall. Si es proposés una estratègia terapèutica consistiria en un atac simultani de vàries dianes.D'altra banda i derivat d'un resultat inesperat on s'ha observat en els experiments control que l'extracte de RNasa P humana tallava l'RNA viral en absència de seqüències guia externes, s'ha caracteritzat una nova interacció entre l'RNA del VHC i la RNasa P humana. Per a la identificació de l'enzim responsable dels talls s'han aplicat diferents tècniques que es poden dividir en mètodes directes (RNA fingerprinting) i indirectes (immunoprecipitació i inhibicions competitives). Els resultats demostren que la ribonucleasa P humana, i no un altre enzim contaminant de l'extracte purificat, és la responsable dels dos talls específics observats i que es localitzen, un a l'entrada interna al ribosoma (IRES) i molt a prop del codó AUG d'inici de la traducció i l'altre entre la regió codificant estructural i no estructural. La ribonucleasa P és un dels enzims del metabolisme del tRNA que s'utilitza per identificar estructures similars al tRNA en substrats diferents del substrat natural. Així doncs, el fet que la ribonucleasa P reconegui i talli el genoma del VHC en dues posicions determinades suggereix que, a les zones de tall, el virus conté estructures semblants al substrat natural, és a dir estructures tipus tRNA. A més, tot i que el VHC és molt variable, els resultats indiquen que aquestes estructures poden ser importants per el virus, ja que es mantenen en totes les variants naturals analitzades. Creiem que la seva presència podria permetre al genoma interaccionar amb factors cel·lulars que intervenen en la biologia del tRNA,particularment en el cas de l'estructura tipus tRNA que es localitza a l'element IRES. Independentment però de la seva funció, es converteixen en unes noves dianes terapèutiques per a la RNasa P. S'ha de replantejar però l'estratègia inicial ja que la similitud amb el tRNA les fa susceptibles a l'atac de la ribonucleasa P, directament, en absència de seqüències guia externes.

Investigation on Cacao swollen shoot virus (CSSV) pollen transmission through cross-pollination

DNA- and RNA-based polymerase chain reaction (PCR) systems were used with Cacao swollen shoot virus (CSSV) primers designed from conserved regions of the six published genomic sequences of CSSV to investigate whether the virus is transmissible from infected trees through cross-pollination to seeds and seedlings. Pollen was harvested from CSSV infected cocoa trees and used to cross-pollinate flowers of healthy cocoa trees (recipient parents) to generate enough cocoa seeds for the PCR screening. Adequate precautions were taken to avoid cross-contamination during duplicated DNA extractions and only PCR results accompanied by effective positive and negative controls were scored. Results from the PCR analyses showed that samples of cocoa pod husk, mesocarp and seed tissues (testa, cotyledon and embryo) from the cross-pollinations were PCR negative for CSSV DNA. Sequential DNA samples from new leaves of seedlings resulting from the cross-pollinated trees were consistently PCR negative for presence of portions of CSSV DNA for over 36 months after germination. A reverse transcription-PCR analysis performed on the seedlings showed negative results, indicating absence of functional CSSV RNA transcripts in the seedlings. None of the seedlings exhibited symptoms characteristic of the CSSV disease, and all infectivity tests on the seedlings were also negative. Following these results, the study concluded that although CSSV DNA was detected in pollen from CSSV infected trees, there was no evidence of pollen transmission of the virus through cross-pollination from infected cocoa parents to healthy cocoa trees. Keywords:badnavirus;CSSV;PCR;pollen;seed transmission;Theobroma cacao

Investigation on Cacao swollen shoot virus (CSSV) pollen transmission through cross-pollination

DNA- and RNA-based polymerase chain reaction (PCR) systems were used with Cacao swollen shoot virus (CSSV) primers designed from conserved regions of the six published genomic sequences of CSSV to investigate whether the virus is transmissible from infected trees through cross-pollination to seeds and seedlings. Pollen was harvested from CSSV infected cocoa trees and used to cross-pollinate flowers of healthy cocoa trees (recipient parents) to generate enough cocoa seeds for the PCR screening. Adequate precautions were taken to avoid cross-contamination during duplicated DNA extractions and only PCR results accompanied by effective positive and negative controls were scored. Results from the PCR analyses showed that samples of cocoa pod husk, mesocarp and seed tissues (testa, cotyledon and embryo) from the cross-pollinations were PCR negative for CSSV DNA. Sequential DNA samples from new leaves of seedlings resulting from the cross-pollinated trees were consistently PCR negative for presence of portions of CSSV DNA for over 36 months after germination. A reverse transcription-PCR analysis performed on the seedlings showed negative results, indicating absence of functional CSSV RNA transcripts in the seedlings. None of the seedlings exhibited symptoms characteristic of the CSSV disease, and all infectivity tests on the seedlings were also negative. Following these results, the study concluded that although CSSV DNA was detected in pollen from CSSV infected trees, there was no evidence of pollen transmission of the virus through cross-pollination from infected cocoa parents to healthy cocoa trees.