Evolution of Y chromosomes : lessons from mammals and amphibians

RÉSUMÉ : Le sexe des individus peut être déterminé par l'environnement ou la génétique. Lorsque la détermination du sexe est génétique, il y a dans le génome, la présence de chromosomes spécifiques qui détermineront le sexe. Dans cette thèse, j'ai étudié l'évolution des chromosomes sexuels et dans quel contexte des marqueurs sur ces chromosomes peuvent être utilisés. Pour explorer la formation du chromosome Y, nous avons étudié les caractéristiques des chromosomes sexuels chez la rainette verte, Hyla arborea. Dans un premier temps, nous avons utilisé un marqueur situé sur les chromosomes sexuels X et Y chez plusieurs espèces appartenant au groupe de la rainette verte. Cela nous a permis de révéler chez toutes ces espèces une hétérogamétie mâle. Dans un deuxième temps, nous avons tiré profit de deux autres marqueurs situés sur les chromosomes sexuels pour montrer que la recombinaison est supprimée chez les mâles mais pas chez les femelles. Pour expliquer la réduction de la variabilité sur le chromosome Y, il n'est pas nécessaire d'invoquer le balayage sélectif ou la sélection d'arrière-plan : le nombre de copies plus petit du chromosome Y dans le génome et l'absence de recombinaison suffisent à l'expliquer. Nous avons également analysé plus en détail la suppression de la recombinaison chez les mâles de H. arborea. Les modèles classiques de l'évolution des chromosomes sexuels supposent que la taille de la région non-recombinante augmente progressivement pendant l'évolution du chromosome Y, due à l'accumulation de changements structuraux. Dans cette étude, nous montrons un modèle différent, à savoir que la recombinaison est supprimée ou diminuée non seulement sur les chromosomes sexuels mais aussi sur les autosomes chez les mâles, dû à l'action de modificateurs généraux. En utilisant des marqueurs localisés sur le chromosome Y, ainsi que sur l'ADN mitochondrial et le chromosome X, nous avons étudié l'histoire évolutive de la musaraigne musette, Crocidura russula. Cette étude illustre que les analyses génétiques avec plusieurs types de marqueurs génétiques peuvent faciliter l'interprétation de l'histoire évolutive des espèces, mais que l'utilisation des marqueurs sur les chromosomes X et Y pour des études phylogéographiques est limitée par le peu de polymorphisme observé sur ces deux types de marqueurs. Le même jeu de données combiné avec des simulations a été employé pour comprendre les facteurs responsables de la faible variabilité sur le chromosome Y qui peut être expliqué, dans notre étude, par la démographie et les traits d'histoire de vie de C. russula. SUMMARY The sex of an individual is determined either by its environment or its genetics. Genetic sex determination relies on the presence of specific chromosomes that will determine the sex of their bearer. In this thesis, I studied the evolution of the sex chromosomes and the context in which markers on this type of chromosomes can be used. To explore the evolution of a Y chromosome, we studied the nascent sex chromosomes in the European tree frog Hyla arborea. First; we amplified a sex specific marker in several related species of European tree frog and found a homogeneous pattern of male heterogamety. Secondly, we used two additional sex-specific markers to show that recombination is suppressed in males but not in females. There is, therefore, no need to invoke background selection or selective sweeps to explain the reduced genetic variability on the Y chromosome, because the lower number of copies of the Y chromosomes per breeding pair and the absence of recombination are sufficient. To further analyze the suppression of recombination in male European. tree frogs, we constructed a microsatellite linkage map for this species. Classical models of sex-chromosome evolution assume that the non-recombining region expands progressively during the long-term evolution of the Y chromosome, owing to the accumulation of structural changes. Here we show a strikingly different pattern: recombination is suppressed or depressed both on sex chromosomes and autosomes in the heterogametic sex, presumably due to the action of general modifiers. We investigated the evolutionary history of the greater white-toothed shrew, Crocidura russula, using markers on both sex chromosomes and mtDNA. This study illustrates that multilocus genetic analyses facilitates the interpretation of a species' evolutionary history. It also demonstrates that phylogeographic inferences from X and Y chromosomal markers are restricted by the low levels of observed polymorphism. Combining this genetic study with simulations, we determined that the demography and the life-history traits of this species can alone be responsible for the low Y diversity. In conclusion, this thesis shows that sex chromosomes, in combination with autosomes or mtDNA, are necessary to understand the evolution of sex chromosomes and to precisely infer the population history of a species.

GENETIC AND BIOCHEMICAL ANALYSIS OF THE TESTIS-SPECIFIC ZINC FINGER PROTEIN CTCFL/BORIS

Abstract en FrançaisCTCFL a d'abord été identifié comme un paralogue de la protéine ubiquitaire CTCF en raison de sa forte homologie entre leurs onze « zinc fingers », un domaine de liaison à l'ADN. Parmi ses nombreux rôles, la liaison des zinc fingers de CTCF à la région de contrôle de l'empreinte (ICR) maternelle non-méthylée Igf2/H19, contrôle l'expression empreinte (monoallélique) de H19 et IGF2 dans les cellules somatiques. La méthylation de l'ICR Igf2/H19 paternelle est nécessaire à l'expression empreinte de ces deux gènes. Bien que le mécanisme par lequel l'ICR est méthylé soit mal compris, il est connu que l'établissement de la méthylation se produit pendant le développement des cellules germinales mâles et que les ADN méthyltransférases de novo DNMT3A et DNMT3L sont essentiels. Par conséquent, CTCFL fournit un bon candidat pour un rôle dans la méthylation de l'ICR paternelle Igf2/H19 en raison de son expression restreinte à certains types de cellules où la méthylation de l'ICR a lieu (spermatogonies et spermatocytes) ainsi qu'en raison sa capacité à lier les ICR lgf2/HÎ9 dans ces cellules. Les premiers travaux expérimentaux de cette thèse portent sur le rôle possible des mutations de CTCFL chez les patients atteints du syndrome de Silver-Russell (SRS), où une diminution de la méthylation de l'ICR IGF2/H19 a été observée chez 60% d'entre eux. Admettant que CTCFL pourrait être muté chez ces patients, j'ai examiné les mutations possibles de CTCFL chez 35 d'entre eux par séquençage de l'ADN et analyse du nombre de copies d'exons. N'ayant trouvé aucune mutation chez ces patients, cela suggère que les mutations de CTCFL ne sont pas associées au SRS. Les travaux expérimentaux suivants ont porté sur les modifications post-traductionnelles de CTCFL par la protéine SU MO « small ubiquitin-like modifier » (SUMO). La modification de protéines par SU MO change les interactions avec d'autres molécules (ADN ou protéines). Comme CTCFL régule sans doute l'expression d'un certain nombre de gènes dans le cancer et que plusieurs facteurs de transcription sont régulés par SUMO, j'ai mené des expériences pour déterminer si CTCFL est sumoylé. En effet, j'ai observé que CTCFL est sumoylated in vitro et in vivo et j'ai déterminé les deux résidus d'attachement de SUMO aux lysines 181 et 645. Utilisant les mutants de CTCFL K181R et K645R ne pouvant pas être sumoylated, j'ai évalué les conséquences fonctionnelles de la modification par SUMO. Je n'ai trouvé aucun changement significatif dans la localisation subcellulaire, la demi-vie ou la liaison à l'ADN, mais ai constaté que la sumoylation module à la fois {'activation CTCFL-dépendante et la répression de l'expression génique. Il s'agit de la première modification post-traductionnelle décrite pour CTCFL et les conséquences possibles de cette modification sont discutées pour le cancer et les testicules normaux. Avec cette thèse, j'espère avoir ajouté des résultats importants à l'étude de CTCFL et donné quelques idées pour de futures recherches.AbstractJeremiah Bernier-Latmani, Institute of Pathology, University of Lausanne, CHUVCTCFL was first identified as a paralog of the ubiquitous protein CTCF because of high homology between their respective eleven zinc fingers, a DNA binding domain. Among its many roles, CTCF zinc finger-mediated binding to the unmethylated maternal Igf2/H19 imprinting control region (ICR), controls the imprinted (monoallelic) expression of Igf2 and H19 in somatic cells. Methylation of the paternal Igf2/H19 ICR is necessary for the imprinted expression of the two genes. Although the mechanism by which the ICR is methylated is incompletely understood, it is known that establishment of methylation occurs during male germ cell development and the de novo DNA methyltransferases DNMT3A and DNMT3L are essential. Therefore, CTCFL provided a good candidate to play a role in methylation of the paternal Igf2/H19 ICR because of its restricted expression to cell types where ICR methylation takes place (spermatogonia and spermatocytes) and its ability to bind the Igf2/H19 ICR in these cells. The first experimental work of this thesis investigated the possible role of CTCFL mutations in Silver-Russell syndrome (SRS) patients, where it has been observed that 60% of the patients have reduced methylation of the IGF2/HÎ9 ICR. Reasoning that CTCFL could be mutated in these patients, I screened 35 patients for mutations in CTCFL by DNA sequencing and exon copy number analysis, I did not find any mutations in these patients suggesting that mutations of CTCFL are not associated with SRS. The next experimental work of my thesis focused on posttranslational modification of CTCFL by small ubiquitin-like modifier (SUMO) protein. SUMO modification of proteins changes the interactions with other molecules (DNA or protein). As CTCFL arguably regulates the expression of a number of genes in cancer and many transcription factors are regulated by SUMO, I conducted experiments to assess whether CTCFL is sumoylated. I found that CTCFL is sumoylated in vitro and in vivo and determined the two residues of SUMO attachment to be lysines 181 and 645. Using K181R, K645R mutated CTCFL- which cannot be detected to be sumoylated-1 assessed the functional consequences of SUMO modification. I found no significant changes in subcellular localization, half-life or DNA binding, but found that sumoylation modulates both CTCFL-dependent activation and repression of gene expression. This is the first posttranslational modification described for CTCFL and possible consequences of this modification are discussed in both cancer and normal testis. With this thesis, I hope I have added important findings to the study of CTCFL and provide some ideas for future research.

Genomic copy number aberrations in glioblastoma, response to therapy and molecular machanisms

Résumé : Le glioblastome (GBM, WHO grade IV) est la tumeur cérébrale primaire la plus fréquente et la plus maligne, son pronostic reste très réservé et sa réponse aux différents traitements limitée. Récemment, une étude clinique randomisée (EORTC 26981/NCIC CE.3) a démontré que le traitement combiné de temozolomide et radiothérapie (RT/TMZ) est le meilleur dans les cas de GBM nouvellement diagnostiqués [1]. Cependant, seul un sous-groupe de patients bénéficie du traitement RT/TMZ et même parmi eux, leur survie reste très limitée. Pour tenter de mieux comprendre les réponses au traitement RT/TMZ, la biologie du GBM, identifier d'autres facteurs de résistance et découvrir de nouvelles cibles aux traitements, nous avons conduit une analyse moléculaire étendue à 73 patients inclus dans cette étude clinique. Nous avons complété les résultats moléculaires déjà obtenus par un profil génomique du nombre de copies par Array Comparative Genomic Hybridization. Afin d'atteindre nos objectifs, nous avons analysé en parallèle les données cliniques des patients et leurs profils moléculaires. Nos résultats confirment des analyses connues dans le domaine des aberrations du nombre de copies (CNA) et de profils du glioblastome. Nous avons observé une bonne corrélation entre le CNA génomique et l'expression de l'ARN messager dans le glioblastome et identifié un nouveau modèle de CNA du chromosome 7 pouvant présenter un intérêt clinique. Nous avons aussi observé par l'analyse du CNA que moins de 10% des glioblastomes conservent leurs mécanismes de suppression de tumeurs p53 et Rb1. Nous avons aussi observé que l'amplification du CDK4 peut constituer un facteur supplémentaire de résistance au traitement RT/TMZ, cette observation nécessite confirmation sur un plus grand nombre d'analyses. Nous avons montré que dans notre analyse des profils moléculaires et cliniques, il n'est pas possible de différencier le GBM à composante oligodendrogliale (GBM-O) du glioblastome. En superposant les profils moléculaires et les modèles expérimentaux in vitro, nous avons identifié WIF-1 comme un gène suppresseur de tumeur probable et une activation du signal WNT dans la pathologie du glioblastome. Ces observations pourraient servir à une meilleure compréhension de cette maladie dans le futur. Abstract : Glioblastoma, (GBM, WHO grade IV) is the most malignant and most frequent primary brain tumor with a very poor prognosis and response to therapy. A recent randomized clinical trial (EORTC26981/NCIC CE.3) established RT/TMZ as the 1St effective chemo-radiation therapy in newly diagnosed GBM [1]. However only a genetic subgroup of patients benefit from RT/TMZ and even in this subgroup overall survival remains very dismal. To explain the observed response to RT/TMZ, have a better understanding of GBM biology, identify other resistance factors and discover new drugable targets a comprehensive molecular analysis was performed in 73 of these GBM trial cohort. We complemented the available molecular data with a genomic copy number profiling by Array Comparative Genomic Hybridization. We proceeded to align the molecular profiles and the Clinical data, to meet our project objectives. Our data confirm known GBM Copy Number Aberrations and profiles. We observed a good correlation of genomic CN and mRNA expression in GBM, and identified new interesting CNA pattern for chromosome 7 with a potential clinical value. We also observed that by copy number aberration data alone, less than 10% of GBM have an intact p53 and Rb1 tumor .suppressor pathways. We equally observed that CDK4 amplification might constitute an additional RT/TMZ resistant factor, an observation that will need confirmation in a larger data set. We show that the molecular and clinical profiles in our data set, does not support the identification of GBM-O as a new entity in GBM. By combining the molecular profiles and in vitro model experiments we identify WIF1 as a potential GBM TSG and an activated WNT signaling as a pathologic event in GBM worth incorporation in attempts to better understand and impact outcome in this disease.

Modernisierung der kantonalen Verwaltungen 1990-2008 : Wandel von Administrativstrukturen und Einführung von Verwaltungsreformen = Modernisation des administrations cantonales 1990-2008 : transformations structurelles et gouvernance administrative

De nombreuses études ont été consacrées en Suisse à la promotion de la nouvelle gestion publique (NGP) au niveau des cantons, puis à son évaluation. Or, les chercheurs se sont peu intéressés jusqu'ici aux effets de son introduction sur les structures administratives et les effectifs de la fonction publique. Ils n'ont pas non plus expliqué suffisamment les facteurs ayant favorisé ou freiné la modernisation de l'Etat au-delà de la NGP. Les réformes de l'Etat menées au sein des administrations cantonales dans le cadre de la revitalisation du fédéralisme ont des causes multiples. Cette étude exploratoire tente de décrire les transformations au niveau des structures et de l'organisation de l'Etat depuis le début des années 1990 en analysant le niveau et l'impact des principes NGP ou d'autres facteurs ayant pu jouer un rôle dans la modernisation des administrations: force des partis, degré de professionnalisation des législatifs, taille de la population et des administrations, RPT et revitalisation de la collaboration intercantonale. Il ressort de l'étude qu'un groupe de cantons essentiellement alémaniques, plutôt de taille moyenne à grande (AG, BE, LU, SO, TG, VS, ZH) ont réussi à davantage réformer les administrations selon les principes de la NGP alors que d'autres ont choisi des voies différentes ou médianes (tels que BS, GE, JU, SG, TI, VD). Ces réformes se sont traduites pratiquement partout par un resserrement des structures décisionnelles (modèle ministériel 5/7), par une variation du nombre de services (hausse dans une première phase puis réduction) mais aussi du personnel (plutôt hausse à l'exception de BS et ZH) allant dans le sens d'une convergence des modèles institutionnels déterminée autant par des facteurs externes qu'internes aux cantons. Notre étude montre que la professionnalisation des parlements, davantage développée dans les cantons où le système représentatif est étendu (cantons latins, Bâle-Ville), retarde ou empêche l'essor des principes NGP alors que les cantons alémaniques à démocratie directe plus prononcée favorisent l'autonomisation des processus de réformes administratives avec une capacité de blocage moins grande des parlements.

Analyse fonctionnelle de la polycystine-1 et de son domaine intracellulaire dans le développement de la polykystose rénale autosomique dominante

La polykystose rénale autosomique dominante (PKRAD) est la maladie génétique rénale la plus commune touchant 1/500 personnes. Elle se caractérise principalement par la formation de kystes rénaux dans tous les segments du néphron, entraînant l’insuffisance rénale, et par des manifestations extrarénales kystiques (foie, pancréas, rate) et non-kystiques (anomalies cardiaques, vasculaires et cérébrales). Deux gènes, PKD1 et PKD2, sont responsables de 85 et 15% des cas respectivement. Ces gènes encodent les polycystine-1 (PC-1) et -2 (PC-2) qui forment un complexe à la membrane plasmique et ciliaire des cellules épithéliales rénales. PC-1 est une protéine transmembranaire de 4302 acides aminés possédant un court domaine intracellulaire incluant un motif coiled-coil impliqué dans l’interaction entre PC-1 et PC-2 in-vitro. L’importance du coiled-coil est démontrée par des mutations affectant spécifiquement ce motif chez des patients PKRAD. Le mécanisme pathogénétique responsable de la PKRAD est indéterminé. Chez la souris, la PKRAD se développe suite à l’ablation (Pkd1-/-) ou lors de la surexpression (SBPkd1TAG) de Pkd1, ce qui suggère un effet de dosage. Des anomalies ciliaires sont aussi souvent associées à PKRAD. Mon objectif était de déterminer in-vivo le mécanisme pathogénétique de la polycystine-1 dans le développement des symptômes PKRAD rénaux et extrarénaux et plus spécifiquement, le rôle du motif coiled-coil dans le mécanisme de kystogenèse. Pour ce faire, nous avons généré deux constructions, Pkd1 sauvage (Pkd1TAG) et Pkd1 tronquée de son motif coiled-coil (Pkd1ΔCoiled-coil), par recombinaison homologue à partir du BAC-Pkd1 sauvage comprenant la séquence murine entière de Pkd1. Trois lignées de souris Pkd1TAG générées par microinjection démontrent un niveau d’expression de Pkd1 qui corrèle avec le nombre de copie du transgène (2, 5 et 15 copies). Les souris Pkd1TAG reproduisent la PKRAD en développant des kystes rénaux dans toutes les parties du néphron et des cils primaires plus longs que les contrôles non transgéniques. Les analyses physiologiques supportent que les souris Pkd1TAG développent une insuffisance rénale et démontrent une augmentation du volume urinaire de même qu’une diminution de l’osmolalité, de la créatinine et des protéines urinaires. De plus, les souris Pkd1TAG développent des kystes hépatiques, des anomalies cardiaques associées à des dépôts de calcium et des anévrismes cérébraux. La sévérité du phénotype augmente avec l’expression de Pkd1 appuyant l’hypothèse d’un mécanisme de dosage. Nous avons aussi déterminé que l’expression du transgène Pkd1TAG complémente le phénotype létal-embryonnaire des souris Pkd1-/-. D’autre part, nous avons générés 4 lignées de souris Pkd1ΔCoiled-coil (2 et 15 copies du transgène) dont le nombre de copies corrèle avec le niveau d’expression du transgène. Ces souris Pkd1ΔCoiled-coil, contrairement aux Pkd1TAG de même âge, ne développent pas de kystes et possèdent des cils primaires de longueur normale. Afin d’évaluer le rôle du motif coiled-coil en absence de polycystine-1 endogène, nous avons croisé les souris Pkd1ΔCoiled-coil avec les souris Pkd1-/-. Contrairement aux souris Pkd1-/- qui meurent in-utéro, les souris Pkd1ΔCoiled-coil; Pkd1-/- survivent ~10 à 14 jours après la naissance. Elles démontrent des kystes rénaux et pancréatiques sévères, un retard de croissance et des anomalies pulmonaires. Tous les segments du néphron sont affectés. Mon projet démontre que la surexpression de Pkd1 est un mécanisme pathogénique de la PKRAD tant au niveau rénal qu’extrarénal. De plus, il démontre que le motif coiled-coil est un élément déterminant dans la kystogenèse/PKRAD in-vivo.

Étude du polymorphisme intra- et inter-spécifique du gène β-tubuline chez des espèces de champignons mycorhiziens à arbuscules en vue de développer des marqueurs moléculaires

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA), classés dans le phylum Glomeromycota, ne peuvent pas être facilement identifiés par la morphologie de leurs spores et leurs mycélia à l'intérieur ou à l'extérieur des racines de leurs hôtes. Ce problème fondamental d'identification rend l'étude de leur diversité, en particulier dans leur habitat naturel (sol et racine) extrêmement difficile. Les gènes ribosomaux ont été largement utilisés pour développer des amorces spécifiques et en inférer des arbres phylogénétiques. Cependant, ces gènes sont très polymorphes et existent en plusieurs copies dans le génome des CMA, ce qui complique l’interprétation des résultats. Dans notre étude, nous avons étudié le polymorphisme intra- et inter-spécifique du gène β-tubuline, présent en faible nombre de copies dans le génome des CMA, afin d’obtenir de nouvelles séquences nucléotidiques pour développer des marqueurs moléculaires. Les gènes β-tubuline amplifiés à partir de l'ADN génomique de cinq espèces du genre Glomus ont été clonés et séquencés. L’analyse des séquences indique un polymorphisme intraspécifique chez trois espèces de CMA. Deux séquences paralogues très variables ont été nouvellement identifiées chez les G. aggregatum, G. fasciculatum et G. cerebriforme. Aucun polymorphisme n’a été détecté chez les G. clarum et G. etunicatum. Toutes les séquences montrent la présence de deux introns hautement variables. La majorité des substitutions ont été localisées dans les exons et sont synonymes à 90%. La conservation des acides aminés suggère un niveau élevé de sélection négative sur le gène β-tubuline et nous permet de confirmer que les CMA représentent un ancien groupe fongique (400 million d’années). L’analyse phylogénétique, réalisée avec vingt et une séquences nucléotidiques du gène β-tubuline, a révélé que les séquences des Glomaceae forment un groupe monophylétique bien supporté, avec les Acaulosporaceae et Gigasporaceae comme groupe frère. Les séquences paralogues nouvellement identifiées chez les G. aggregatum et G. fasciculatum n'ont pas été monophylétiques au sein de chaque espèce. Les oligonucléotides ont été choisis sur la base des régions variables et conservées du gène β-tubuline. Le test PCR des amorces β-Tub.cerb.F/ β-Tub.cerb.R a révélé des bandes spécifiques de 401 pb pour les séquences paralogues du G. cerebriforme. Deux paires d’amorces ont été développées afin d’identifier les séquences du groupe nommé Tub.1. Les tests PCR nous ont permis d’identifier certaines séquences du groupe Tub.1. Une paire d’amorce β-Tub.2.F/ β-Tub.2.R nous a permis d’identifier certaines séquences paralogues du groupe nommé Tub.2. L’analyse d’autres gènes combinée à celle du gène β-tubuline permettra le développement de marqueurs moléculaires plus spécifiques pour l’identification de CMA.

Determination of viral load and integration status of HPV 16 in normal and LSIL exfoliated cervical cells

L’intégration du génome du virus papilloma humain (VPH) a été reconnu jusqu’`a récemment comme étant un événnement fréquent mais pourtant tardif dans la progression de la maladie du col de l’utérus. La perspective temporelle vient, pourtant, d’être mise au défi par la détection de formes intégrées de VPH dans les tissus normaux et dans les lésions prénéoplasiques. Notre objectif était de déterminer la charge virale de VPH-16 et son état physique dans une série de 220 échantillons provenant de cols uterins normaux et avec des lésions de bas-grade. La technique quantitative de PCR en temps réel, méthode Taqman, nous a permis de quantifier le nombre de copies des gènes E6, E2, et de la B-globine, permettant ainsi l’évaluation de la charge virale et le ratio de E6/E2 pour chaque spécimen. Le ratio E6/E2 de 1.2 ou plus était suggestif d’intégration. Par la suite, le site d’intégration du VPH dans le génome humain a été déterminé par la téchnique de RS-PCR. La charge virale moyenne était de 57.5±324.6 copies d'ADN par cellule et le ratio E6/E2 a évalué neuf échantillons avec des formes d’HPV intégrées. Ces intégrants ont été amplifiés par RS-PCR, suivi de séquençage, et l’homologie des amplicons a été déterminée par le programme BLAST de NCBI afin d’identifier les jonctions virales-humaines. On a réussi `a identifier les jonctions humaines-virales pour le contrôle positif, c'est-à-dire les cellules SiHa, pourtant nous n’avons pas detecté d’intégration par la technique de RS-PCR dans les échantillons de cellules cervicales exfoliées provenant de tissus normaux et de lésions de bas-grade. Le VPH-16 est rarement intégré dans les spécimens de jeunes patientes.

Etude des déterminants génétiques des psychoses à début précoce. Génétique de la schizophrénie et hypothèse glutamatergique

Les troubles schizophréniques (SCZ) ont une forte héritabilité, de l’ordre de 80%, mais, une très faible part du risque génétique a été identifiée. La plupart des études ont considéré l’implication de polymorphismes fréquents, chacun ayant un effet relativement faible individuellement, alors que les études de variants du nombre de copies (CNVs) ainsi que les études d’anomalies chromosomiques ont pointé l’implication possible de variants rares et de novo à une forte pénétrance. Dans une première partie, nous présentons une synthèse sur les facteurs génétiques dans la SCZ, puis une revue des arguments en faveur de l’implication d’anomalies du système glutamatergique dans la SCZ, domaine sur lequel s’est centré notre travail. Notre travail s’inscrit dans un projet plus vaste, Synapse to Disease (S2D) ayant pour objectif de séquencer 1000 gènes synaptiques dans des cohortes de patients atteints de schizophrénie ou de troubles du spectre autistique. Nous avons exploré en particulier le système glutamatergique et les récepteurs NMDA. Dans un premier article, nous montrons une association d’une mutation troncante de novo de la kinésine 17, impliquée dans le transport de la sous-unité GRIN2B des récepteurs NMDA. Dans un second article, nous explorons les mutations rares et de novo dans les sous-unités des récepteurs NMDA et montrons l’association de mutation de novo dans GRIN2A et GRIN2B avec des cas de SCZ et d’autisme. Nos résultats renforcent l’idée qu’une part des cas de schizophrénie pourrait être due à l’implication de mutations rare à effet majeur, hypothèse alternative mais non exclusive à l’hypothèse d’interactions entre variants génétiques fréquents à effet mineur.

Molecular determinants of congenital hypothyroidism due to thyroid dysgenesis

L’hypothyroïdie congénitale par dysgénésie thyroïdienne (HCDT) est la condition endocrinienne néonatale la plus fréquemment rencontrée, avec une incidence d’un cas sur 4000 naissances vivantes. L’HCDT comprend toutes les anomalies du développement de la thyroïde. Parmi ces anomalies, le diagnostic le plus fréquent est l’ectopie thyroïdienne (~ 50% des cas). L’HCDT est fréquemment associée à un déficit sévère en hormones thyroïdiennes (hypothyroïdisme) pouvant conduire à un retard mental sévère si non traitée. Le programme de dépistage néonatal assure un diagnostic et un traitement précoce par hormones thyroïdiennes. Cependant, même avec un traitement précoce (en moyenne à 9 jours de vie), un retard de développement est toujours observé, surtout dans les cas les plus sévères (c.-à-d., perte de 10 points de QI). Bien que des cas familiaux soient rapportés (2% des cas), l’HCTD est essentiellement considérée comme une entité sporadique. De plus, plus de 92% des jumeaux monozygotiques sont discordants pour les dysgénésies thyroïdiennes et une prédominance féminine est rapportée (spécialement dans le cas d’ectopies thyroïdiennes), ces deux observations étant clairement incompatible avec un mode de transmission héréditaire mendélien. Il est donc cohérent de constater que des mutations germinales dans les facteurs de transcription thyroïdiens connus (NKX2.1, PAX8, FOXE1, and NKX2.5) ont été identifiées dans seulement 3% des cas sporadiques testés et furent, de plus, exclues lors d’analyse d’association dans certaines familles multiplex. Collectivement, ces données suggèrent que des mécanismes non mendéliens sont à l’origine de la majorité des cas de dysgénésie thyroïdienne. Parmi ces mécanismes, nous devons considérer des modifications épigénétiques, des mutations somatiques précoces (au stade du bourgeon thyroïdien lors des premiers stades de l’embryogenèse) ou des défauts développementaux stochastiques (c.-à-d., accumulation aléatoire de mutations germinales ou somatiques). Voilà pourquoi nous proposons un modèle «2 hits » combinant des mutations (épi)génétiques germinales et somatiques; ce modèle étant compatible avec le manque de transmission familial observé dans la majorité des cas d’HCDT. Dans cette thèse, nous avons déterminé si des variations somatiques (épi)génétiques sont associées à l’HCTD via une approche génomique et une approche gène candidat. Notre approche génomique a révélé que les thyroïdes ectopiques ont un profil d’expression différent des thyroïdes eutopiques (contrôles) et que ce profil d’expression est enrichi en gènes de la voie de signalisation Wnt. La voie des Wnt est cruciale pour la migration cellulaire et pour le développement de plusieurs organes dérivés de l’endoderme (p.ex. le pancréas). De plus, le rôle de la voie des Wnt dans la morphogénèse thyroïdienne est supporté par de récentes études sur le poisson-zèbre qui montrent des anomalies du développement thyroïdien lors de la perturbation de la voie des Wnt durant différentes étapes de l’organogénèse. Par conséquent, l’implication de la voie des Wnt dans l’étiologie de la dysgénésie thyroïdienne est biologiquement plausible. Une trouvaille inattendue de notre approche génomique fut de constater que la calcitonine était exprimée autant dans les thyroïdes ectopiques que dans les thyroïdes eutopiques (contrôles). Cette trouvaille remet en doute un dogme de l’embryologie de la thyroïde voulant que les cellules sécrétant la calcitonine (cellules C) proviennent exclusivement d’une structure extrathyroïdienne (les corps ultimobranchiaux) fusionnant seulement avec la thyroïde en fin de développement, lorsque la thyroïde a atteint son emplacement anatomique définitif. Notre approche gène candidat ne démontra aucune différence épigénétique (c.-à-d. de profil de méthylation) entre thyroïdes ectopiques et eutopiques, mais elle révéla la présence d’une région différentiellement méthylée (RDM) entre thyroïdes et leucocytes dans le promoteur de FOXE1. Le rôle crucial de FOXE1 dans la migration thyroïdienne lors du développement est connu et démontré dans le modèle murin. Nous avons démontré in vivo et in vitro que le statut de méthylation de cette RDM est corrélé avec l’expression de FOXE1 dans les tissus non tumoraux (c.-à-d., thyroïdes et leucocytes). Fort de ces résultats et sachant que les RDMs sont de potentiels points chauds de variations (épi)génétiques, nous avons lancé une étude cas-contrôles afin de déterminer si des variants génétiques rares localisés dans cette RDM sont associés à la dysgénésie thyroïdienne. Tous ces résultats générés lors de mes études doctorales ont dévoilé de nouveaux mécanismes pouvant expliquer la pathogenèse de la dysgénésie thyroïdienne, condition dont l’étiologie reste toujours une énigme. Ces résultats ouvrent aussi plusieurs champs de recherche prometteurs et vont aider à mieux comprendre tant les causes des dysgénésies thyroïdiennes que le développement embryonnaire normal de la thyroïde chez l’homme.

Understanding the genetic basis of phenotype variability in individuals with neurocognitive disorders

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

A 9-nt segment of a cellular mRNA can function as an internal ribosome entry site (IRES) and when present in linked multiple copies greatly enhances IRES activity

This study addresses the properties of a newly identified internal ribosome entry site (IRES) contained within the mRNA of the homeodomain protein Gtx. Sequential deletions of the 5′ untranslated region (UTR) from either end did not define distinct IRES boundaries; when five nonoverlapping UTR fragments were tested, four had IRES activity. These observations are consistent with other cellular IRES analyses suggesting that some cellular IRESes are composed of segments (IRES modules) that independently and combinatorially contribute to overall IRES activity. We characterize a 9-nt IRES module from the Gtx 5′ UTR that is 100% complementary to the 18S rRNA at nucleotides 1132–1124. In previous work, we demonstrated that this mRNA segment could be crosslinked to its complement within intact 40S subunits. Here we show that increasing the number of copies of this IRES module in the intercistronic region of a dicistronic mRNA strongly enhances IRES activity in various cell lines. Ten linked copies increased IRES activity up to 570-fold in Neuro 2a cells. This level of IRES activity is up to 63-fold greater than that obtained by using the well characterized encephalomyocarditis virus IRES when tested in the same assay system. When the number of nucleotides between two of the 9-nt Gtx IRES modules was increased, the synergy between them decreased. In light of these findings, we discuss possible mechanisms of ribosome recruitment by cellular mRNAs, address the proposed role of higher order RNA structures on cellular IRES activity, and suggest parallels between IRES modules and transcriptional enhancer elements.

GIANT FUSIFORM ANEURYSM ARISING FROM FENESTRATED POSTERIOR CEREBRAL ARTERY AND BASILAR TIP VARIATION: CASE REPORT

OBJECTIVE: A giant fusiform aneurysm in the posterior cerebral artery (PCA) is rare, as is fenestration of the PCA and basilar apex variation. We describe the angiographic and surgical findings of a giant fusiform aneurysm in the P1-P2 PCA segment associated with PCA bilateral fenestration and superior cerebellar artery double origin. CLINICAL PRESENTATION: A 26-year-old woman presented with a 2-month history of visual blurring. Digital subtraction angiography showed a giant (2.5 cm) fusiform PCA aneurysm in the right P1-P2 segment. The 3-dimensional view showed a caudal fusion pattern from the upper portion of the basilar artery associated with a bilateral long fenestration of the P1 and P2 segments and superior cerebellar artery double origin. INTERVENTION: Surgical trapping of the right P1 -P2 segment, including the posterior communicating artery, was performed by a pretemporal approach. Angiograms performed 3 and 13 months after surgery showed complete aneurysm exclusion, and the PCA was permeated and filled the PCA territory. Clinical follow-up at 14 months showed the patient with no deficits and a return to normal life. CONCLUSION: To our knowledge, this is the first report of a giant fusiform aneurysm of the PCA associated with P1-P2 segment fenestration and other variations of the basilar apex (bilateral superior cerebellar artery duplication and caudal fusion). Comprehension of the embryology and anatomy of the PCA and its related vessels and branches is fundamental to the decision-making process for a PCA aneurysm, especially when parent vessel occlusion is planned.

Variation in articulatory timing of three English consonants: An electropalatographic investigation

Increasingly, electropalatography (EPG) is being used in speech pathology research to identify and describe speech disorders of neurological origin. However, limited data currently exists that describes normal articulatory segment timing and the degree of variability exhibited by normal speakers when assessed with EPG. Therefore, the purpose of the current investigation was to use the Reading EPG3 system to quantify segmental timing values and examine articulatory timing variability for three English consonants. Ten normal subjects repeated ten repetitions of CV words containing the target consonants /t/, /l/, and /s/ while wearing an artificial palate. The target consonants were followed by the /i/ vowel and were contained in the carrier phrase 'I saw a __'. Mean duration of the approach, closure/constriction, and release phases of consonant articulation were calculated. In addition, inter-subject articulatory timing variability was investigated using descriptive graphs and intra-subject articulatory timing variability was investigated using a coefficient of variation. Results revealed the existence of intersubject variability for mean segment timing values. This could be attributed to individual differences in the suprasegmental features of speech and individual differences in oral cavity size and structure. No significant differences were reported for degree of intra-subject variability between the three sounds for these same phases of articulation. However, when this data set was collapsed, results revealed that the closure/constriction phase of consonant articulation exhibited significantly less intra-subject variability than both the approach and release phases. The stabilization of the tongue against the fixed structure of the hard palate during the closure phase of articulation may have reduced the levels of intra-subject variability.

Effect of hormonal changes on corneal biomechanical properties and anterior segment ocular perameters

Dissertação de mestrado em Optometria Avançada

Phenotypic consequences of copy number variation: insights from Smith-Magenis and Potocki-Lupski syndrome mouse models.

A large fraction of genome variation between individuals is comprised of submicroscopic copy number variation of genomic DNA segments. We assessed the relative contribution of structural changes and gene dosage alterations on phenotypic outcomes with mouse models of Smith-Magenis and Potocki-Lupski syndromes. We phenotyped mice with 1n (Deletion/+), 2n (+/+), 3n (Duplication/+), and balanced 2n compound heterozygous (Deletion/Duplication) copies of the same region. Parallel to the observations made in humans, such variation in gene copy number was sufficient to generate phenotypic consequences: in a number of cases diametrically opposing phenotypes were associated with gain versus loss of gene content. Surprisingly, some neurobehavioral traits were not rescued by restoration of the normal gene copy number. Transcriptome profiling showed that a highly significant propensity of transcriptional changes map to the engineered interval in the five assessed tissues. A statistically significant overrepresentation of the genes mapping to the entire length of the engineered chromosome was also found in the top-ranked differentially expressed genes in the mice containing rearranged chromosomes, regardless of the nature of the rearrangement, an observation robust across different cell lineages of the central nervous system. Our data indicate that a structural change at a given position of the human genome may affect not only locus and adjacent gene expression but also "genome regulation." Furthermore, structural change can cause the same perturbation in particular pathways regardless of gene dosage. Thus, the presence of a genomic structural change, as well as gene dosage imbalance, contributes to the ultimate phenotype.