Origen de la multicel·lularitat : una aproximació genòmica i funcional

En el present estudi s'analitza l'origen i evolució de 2 molècules claus pera entendre la multicel·lularitat dels animals: les molècules d'adhesió integrines i els factors de transcripció T-box. S’utilitzen els genomes recentment publicats de protists unicel•lulars parents propers dels animals. S’analitza l’origen i evolució d’aquests gens mitjançant anàlisi filogènic, determinació de motius funcionals i també tècniques de biologia molecular. A més, es documenta un cas de transferència gènica horitzontal des d'un eucariota cap a un procariota, fenomen poc habitual. Les principals conclusions són que tant l’adhesoma d'integrina com els gens T-box tenen un origen molt anterior als animals, en un context unicel•lular, i que després foren cooptats pel llinatge multicel•lular dels animals.

Bioinformática: identificar genes en una interfaz gráfica vía web para la comparación de genomas

Este trabajo desarrolla el proceso de diseño e implementación de una interfaz web que permite la exploración en detalle de las relaciones entre genomas completos. La interfaz permite la comparación simultánea de nueve genomas, representando en cada gráfica las relaciones entre cada par de genomas junto los genes identificados de cada uno de ellos. Es capaz de trabajar con genomas del dominio Eukaryota y se adapta a la capacidad de cómputo de la máquina cliente. La información representada son MUMs (Maximal Unique Matching, secuencia máxima y única encontrada en ambos genomas) y SuperMUMs (agrupación de MUMs mediante Approximate String Matching). Los datos son previamente calculados y accesibles desde un servidor web.

Programmed Cell Death in Procyclic Form Trypanosoma brucei rhodesiense - Identification of Differentially Expressed Genes during Con A Induced Death

Trypanosoma brucei rhodesiense can be induced to undergo apoptosis after stimulation with Con A. As cell death in these parasites is associated with de novo gene expression we have applied a differential display technique, Randomly Amplified Differential Expressed Sequence-Polymerase Chain Reaction (RADES-PCR) to the study of gene expression during Con A induced cell death in these organisms. Twenty-two differentially displayed products have been cloned and sequenced. These represent the first endogenous genes to be identified as implicated in cellular death in trypanosomatids (the most primitive eukaryote in which apoptosis has been described). Evidence for an ancestral death machinery, `proto-apoptosis' in single celled organisms is discussed.

Current millennium biotechniques for biomedical research on parasites and host-parasite interactions

The development of biotechnology in the last three decades has generated the feeling that the newest scientific achievements will deliver high standard quality of life through abundance of food and means for successfully combating diseases. Where the new biotechnologies give access to genetic information, there is a common belief that physiological and pathological processes result from subtle modifications of gene expression. Trustfully, modern genetics has produced genetic maps, physical maps and complete nucleotide sequences from 141 viruses, 51 organelles, two eubacteria, one archeon and one eukaryote (Saccharomices cerevisiae). In addition, during the Centennial Commemoration of the Oswaldo Cruz Institute the nearly complete human genome map was proudly announced, whereas the latest Brazilian key stone contribution to science was the publication of the Shillela fastidiosa genomic sequence highlythed on a Nature cover issue. There exists a belief among the populace that further scientific accomplishments will rapidly lead to new drugs and methodological approaches to cure genetic diseases and other incurable ailments. Yet, much evidence has been accumulated, showing that a large information gap exists between the knowledge of genome sequence and our knowledge of genome function. Now that many genome maps are available, people wish to know what are we going to do with them. Certainly, all these scientific accomplishments will shed light on many more secrets of life. Nevertheless, parsimony in the weekly announcements of promising scientific achievements is necessary. We also need many more creative experimental biologists to discover new, as yet un-envisaged biotechnological approaches, and the basic resource needed for carrying out mile stone research necessary for leading us to that "promised land"often proclaimed by the mass media.

Controlling cytokinesis in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe : the role of dma1; and ubc8

ABSTRACT The fission yeast Schizosaccharomyces pombe is a single celled eukaryote that has proved to be an excellent model system for the study of cell cycle control. S. pombe cells are rod shaped and grow mainly by elongation at their tips. They divide by formation of medially-placed cell wall, or septum, which cleaves the cell in two. Once the cell commits itself to mitosis the site of division is determined by formation of an acto-myosin based contractile ring at the cell cortex. The ring is assembled in stages throughout mitosis and contracts at the end of anaphase, coincident with spindle disassembly. The contraction, but not the assembly, of the ring requires the signal transduction network called the septation initiation network or SIN. The core components of the SIN are three protein kinases (cdc7p, sidl p and sid2p) and their regulatory subunits (spg1 p, cdcl4p and moblp, respectively). Signalling is dependent upon the nucleotide status of the GTPase spgl p, which is regulated by a two-component GAP protein, cdc16p-byr4p. Signalling is thought to emanate from the spindle pole body, where core SIN components are anchored to a scaffold comprised of sid4p and cdc11p. Activation of the SIN requires the protein kinase plolp, which also has additional roles in mitosis. SIN signalling is tightly regulated to assure the proper co-ordination of mitosis and cytokinesis. Ectopic activation of the SIN in interphase can uncouple septum formation from mitosis, while deregulated SIN signalling leads to formation of cells with multiple septa that do not cleave. Regulators of SIN activity are therefore of considerable interest. This study has concentrated upon two of these, dma1 and ubc8. I have demonstrated that dmal becomes essential when SIN signalling is activated. This leads me to propose a tripartite model for regulation of the SIN during the mitotic cell cycle. Increased expression of dma1 inhibits SIN signalling and prevents cell division. To identify potential targets and mediators of this, multicopy suppressors of dma1 toxicity were identified. One of these, ubc8, is the subject of this thesis. Genetic and molecular analyses are consistent with the view that ubc8p acts as an inhibitor of the SIN Localisation of ubc8p indicates that it is a nuclear protein. The ubc8 gene is not essential, but in its absence cells are unable to prevent septum formation if progression through mitosis is impaired. These data suggest that it may be an effector of the spindle assembly checkpoint. Together, these data shed new light upon the mechanisms by which cytokinesis is regulated in S. pombe. RESUME La levure Schizosaccharomyces pombe est un eucaryote unicellulaire qui est un bon système d'étude du cycle cellulaire. Les cellules de S. pombe sont en forme de bâtonnets et poussent par allongement aux deux bouts. Elles se divisent en formant une paroi au milieu de la cellule, qui s'appelle un septum et qui sépare la cellule en deux. Une fois que la cellule est engagée dans la mitose, le site de clivage est déterminé par la formation d'un anneau contractile d'acto-myosine au niveau du cortex cellulaire. Cet anneau est séquentiellement assemblé au cours de la mitose et se contacte à la fin de l'anaphase, au moment où le fuseau mitotique et désassemblé. La contraction, mais non pas l'assemblage, de l'anneau dépend d'un réseau de signalisation appelé septation initiation netvvork' ou SIN. Les composants centraux du SIN sont trois kinases (cdc7, sidi et sid2) ainsi que leurs sous-unités régulatrices (spgl, cdc14 et mob1, respectivement). La signalisation dépend du nucléotide rattaché à la GTPase spgl qui est régulée par une GAP comprenant deux sous-unités cdc16 et byr4. La signalisation est présumée provenir du pôle du fuseau où les composants centraux du SIN sont ancrés grâce à un échafaudage comprenant sid4 et cdcl 1. La signalisation est étroitement régulée pour assurer une bonne coordination entre mitose et cytokinèse. Une activation ectopique du SIN en interphase peut découpler la formation du septum de la mitose, engendrant des cellules à multiples septa qui ne sont pas clivés. C'est pourquoi les régulateurs du SIN sont d'un intérêt considérable. Cette étude se concentre autour de deux ces régulateurs, dma1 et ubc8. J'ai montré que dma1 devient essentiel quand la signalisation du SIN est activée. Ceci m'amène à proposer un modèle en trois parties pour la régulation du SIN durant la mitose. Une expression élevée de dma1 inhibe la signalisation du SIN et empêche la division cellulaire. Afin d'identifier des substrats ou médiateurs potentiels de la toxicité de dma1, des supresseurs en copies multiples ont été identifiés. Un de ces supresseurs, ubc8, constitue le deuxième sujet de cette thèse. Les études génétiques et moléculaires suggèrent un rôle inhibiteur du SIN par ubc8. Ubc8p est une protéine nucléaire, non essentielle, mais en son absence les cellules ne peuvent pas restreindre la fomation du septum, lorsque la progression de la mitose est perturbée. Les données suggèrent que ubc8 pourrait être un effecteur de point de contrôle de l'assemblage du fuseau mitotique. Prises dans leur ensemble, ces données apportent un nouvel éclairage sur les mécanismes de régulation de la cytokinèse dans S. pombe.

Role of myosin V in actin cable organization in fission yeast

Functional specialization is tightly linked to the ability of eukaryotic cells to acquire a particular shape. Cell morphogenesis, in turn, relies on the capacity to establish and maintain cell "polarity", which is achieved by orienting the trafficking of signaling molecules and organelles towards specific cellular locations and/or membrane domains. The "oriented" transport is based upon cytoskeletal polymers, microtubules and actin filaments, which serve as tracks for molecular motors. These latter generate motion that is translated either into pulling forces or directed transport. Fission yeast, a rod-like unicellular eukaryote, shapes itself by restricting growth at cell tips through the concerted activity of microtubules and actin cables. Microtubules, which assemble into 2-6 bundles and run parallel to the long axis of the cell, serve to orient growth to the tips. Growth is supported by the actin cytoskeleton, which provides tracks, the cables, for motor-based transport of secretory vesicles. The molecular motors, which bind cargos and deliver them to the tips along cables, are also known as type V myosins (hereafter indicated as myosin V). How the bundles of parallel actin filaments, i.e. the cables, extend from the tips through the cell and whether they serve any other purpose, besides providing tracks, is poorly understood. It is also unclear how the crosstalk between the two cytoskeletal systems is achieved. These are the basic questions I addressed during my PhD. The first part of the thesis work (Chapter two) suggests that the sole function of actin cables in polarized growth is to serve as tracks for motors. The data indicate that cells may have evolved two cytoskeletal systems to provide robustness to the polarization process but in principle a unique cytoskeleton might have been able to direct and support polarized growth. How actin cables are organized within the cell to optimize cargo transport is addressed later on (Chapter three). The major finding, based on the actin cable defect of cells lacking myosin Vs, is that actin filaments self-organize through the activity of the transport motors. In fact, by delivering cargos to cell tips and exerting physical pulling forces on actin filaments, Myosin Vs contribute not only to polarize cargo transport but also actin tracks. Among the cargos transported by Myosin V, which may be relevant to its function in organizing cables, there is likely the endoplasmic reticulum (ER). Actin cables, which run parallel to cortical ER, may serve as tracks for Myosin V. Myosin V-driven displacement, in turn, may account for the dynamic expansion and organization of ER during polarized growth as suggested in Chapter four. The last part of the work (Chapter five) highlights the existence of a crosstalk between actin and microtubules. In absence of myosin V, indeed, microtubules contribute to actin cable organization, likely playing a scaffolding/tethering function. Whether or not the kinesin 1, Klp3, plays any role in such process has to be demonstrated. In conclusion the work proposes a novel role for myosin Vs in actin organization, besides its transport function, and provides molecular tools to further dissect the role of this type of myosin in fission yeast. - La spécialisation fonctionnelle est étroitement connectée à la capacité des cellules eucaryotes d'acquérir une forme particulière. La morphogenèse cellulaire à son tour, est basée sur la capacité d'établir et de maintenir la polarité cellulaire, polarité réalisée en orientant le trafic des molécules signales et des organelles vers des zones cellulaires spécifiques. Ce transport directionnel dépend des polymères du cytosquelette, microtubules et microfilaments, qui servent comme des voies pour les moteurs moléculaires. Ces derniers engendrent du mouvement, traduit soit en force de traction soit en transport directionnel. La levure fissipare, un eucaryote unicellulaire en forme de bâtonnet, acquière sa forme en limitant sa croissance aux extrémités par l'action concertée des microtubules et de l'actine. Les microtubules, qui s'assemblent de façon antiparallèle et parcourent la cellule parallèlement à l'axe longitudinal, servent à orienter la croissance aux extrémités. Cette croissance est permise par le cytosquelette d'actine, fournissant des voies, les câbles, pour le transport actif des vésicules de sécrétion. Les moteurs moléculaires, responsables de ce transport actif sont aussi appelés myosines de type V (par la suite appelés myosines V). La manière dont ces câbles s'étendent depuis l'extrémité jusqu'à l'intérieur de la cellule est peu connue. De plus, on ignore également si ces câbles présentent une fonction autre que le transport. L'interaction entre les deux cytosquelettes est également obscure. Ce sont ces questions de base auxquelles j'ai tenté de répondre lors de ma thèse. La première partie de cette thèse (chapitre II) suggère que les câbles d'actine, pendant la croissance polarisée, fonctionnent uniquement comme des voies pour les moteurs moléculaires. Les données indiqueraient que les cellules ont fait évoluer deux systèmes de cytosquelette pour assurer plus de robustesse au processus de polarisation, bien que, comme nous le verrons, un système unique est suffisant. Au chapitre III, nous verrons comment les câbles d'actine sont organisés à l'intérieur de la cellule afin d'optimiser le transport des cargo. La découverte majeure, réalisée en observant des cellules dont la myosine V fait défaut, est que ces filaments d'actine s'auto organisent grâce au passage des moteurs moléculaires le long de ces voies. En réalité, en délivrant les cargos aux extrémités de la cellule et en exerçant des forces de traction sur les câbles, les myosines V contribuent non seulement à polariser le transport mais également à polariser les voies elles mêmes. Nous verrons également au chapitre IV, que parmi les cargos importants pour l'organisation des câbles, il y aurait le réticulum endoplasmique (RE). En effet, les câbles d'actine, qui s'étalent parallèlement au RE cortical, pourraient servir comme voie pour la myosine V. Cette dernière en retour pourrait être responsable de l'expansion dynamique et de l'organisation du RE pendant la croissance polarisée.

RNA interference: a new and powerful tool for functional genomic analysis.

In many species, the introduction of double-stranded RNA induces potent and specific gene silencing, referred to as RNA interference. This phenomenon, which is based on targeted degradation of mRNAs and occurs in almost any eukaryote, from trypanosomes to mice including plants and fungi, has sparked general interest from both applied and fundamental standpoints. RNA interference, which is currently used to investigate gene function in a variety of systems, is linked to natural resistance to viruses and transposon silencing, as if it were a primitive immune system involved in genome surveillance. Here, we review the mechanism of RNA interference in post-transcriptional gene silencing, its function in nature, its value for functional genomic analysis, and the modifications and improvements that may make it more efficient and inheritable. We also discuss the future directions of this versatile technique in both fundamental and applied science.

Information from single-cell bacterial biosensors: what is it good for?

Bacterial reporter cells (i.e. strains engineered to produce easily measurable signals in response to one or more chemical targets) can principally be used to quantify chemical signals and analytes, physicochemical conditions and gradients on a microscale (i.e. micrometer to submillimeter distances), when the reporter signal is determined in individual cells. This makes sense, as bacterial life essentially thrives in microheterogenic environments and single-cell reporter information can help us to understand the microphysiology of bacterial cells and its importance for macroscale processes like pollutant biodegradation, beneficial bacteria-eukaryote interactions, and infection. Recent findings, however, showed that clonal bacterial populations are essentially always physiologically, phenotypically and genotypically heterogeneous, thus emphasizing the need for sound statistical approaches for the interpretation of reporter response in individual bacterial cells. Serious attempts have been made to measure and interpret single-cell reporter gene expression and to understand variability in reporter expression among individuals in a population.

Inferring the mode of origin of polyploid species from next-generation sequence data.

Many eukaryote organisms are polyploid. However, despite their importance, evolutionary inference of polyploid origins and modes of inheritance has been limited by a need for analyses of allele segregation at multiple loci using crosses. The increasing availability of sequence data for nonmodel species now allows the application of established approaches for the analysis of genomic data in polyploids. Here, we ask whether approximate Bayesian computation (ABC), applied to realistic traditional and next-generation sequence data, allows correct inference of the evolutionary and demographic history of polyploids. Using simulations, we evaluate the robustness of evolutionary inference by ABC for tetraploid species as a function of the number of individuals and loci sampled, and the presence or absence of an outgroup. We find that ABC adequately retrieves the recent evolutionary history of polyploid species on the basis of both old and new sequencing technologies. The application of ABC to sequence data from diploid and polyploid species of the plant genus Capsella confirms its utility. Our analysis strongly supports an allopolyploid origin of C. bursa-pastoris about 80 000 years ago. This conclusion runs contrary to previous findings based on the same data set but using an alternative approach and is in agreement with recent findings based on whole-genome sequencing. Our results indicate that ABC is a promising and powerful method for revealing the evolution of polyploid species, without the need to attribute alleles to a homeologous chromosome pair. The approach can readily be extended to more complex scenarios involving higher ploidy levels.

Genome sequence of the Drosophila melanogaster male-killing Spiroplasma strain MSRO endosymbiont.

Spiroplasmas are helical and motile members of a cell wall-less eubacterial group called Mollicutes. Although all spiroplasmas are associated with arthropods, they exhibit great diversity with respect to both their modes of transmission and their effects on their hosts; ranging from horizontally transmitted pathogens and commensals to endosymbionts that are transmitted transovarially (i.e., from mother to offspring). Here we provide the first genome sequence, along with proteomic validation, of an endosymbiotic inherited Spiroplasma bacterium, the Spiroplasma poulsonii MSRO strain harbored by Drosophila melanogaster. Comparison of the genome content of S. poulsonii with that of horizontally transmitted spiroplasmas indicates that S. poulsonii has lost many metabolic pathways and transporters, demonstrating a high level of interdependence with its insect host. Consistent with genome analysis, experimental studies showed that S. poulsonii metabolizes glucose but not trehalose. Notably, trehalose is more abundant than glucose in Drosophila hemolymph, and the inability to metabolize trehalose may prevent S. poulsonii from overproliferating. Our study identifies putative virulence genes, notably, those for a chitinase, the H2O2-producing glycerol-3-phosphate oxidase, and enzymes involved in the synthesis of the eukaryote-toxic lipid cardiolipin. S. poulsonii also expresses on the cell membrane one functional adhesion-related protein and two divergent spiralin proteins that have been implicated in insect cell invasion in other spiroplasmas. These lipoproteins may be involved in the colonization of the Drosophila germ line, ensuring S. poulsonii vertical transmission. The S. poulsonii genome is a valuable resource to explore the mechanisms of male killing and symbiont-mediated protection, two cardinal features of many facultative endosymbionts. IMPORTANCE: Most insect species, including important disease vectors and crop pests, harbor vertically transmitted endosymbiotic bacteria. These endosymbionts play key roles in their hosts' fitness, including protecting them against natural enemies and manipulating their reproduction in ways that increase the frequency of symbiont infection. Little is known about the molecular mechanisms that underlie these processes. Here, we provide the first genome draft of a vertically transmitted male-killing Spiroplasma bacterium, the S. poulsonii MSRO strain harbored by D. melanogaster. Analysis of the S. poulsonii genome was complemented by proteomics and ex vivo metabolic experiments. Our results indicate that S. poulsonii has reduced metabolic capabilities and expresses divergent membrane lipoproteins and potential virulence factors that likely participate in Spiroplasma-host interactions. This work fills a gap in our knowledge of insect endosymbionts and provides tools with which to decipher the interaction between Spiroplasma bacteria and their well-characterized host D. melanogaster, which is emerging as a model of endosymbiosis.

Choosing the target loci : heat shock factors HSF1 and HSF2 as regulators of cell stress and development

Heat shock factors (HSFs) are an evolutionarily well conserved family of transcription factors that coordinate stress-induced gene expression and direct versatile physiological processes in eukaryote organisms. The essentiality of HSFs for cellular homeostasis has been well demonstrated, mainly through HSF1-induced transcription of heat shock protein (HSP) genes. HSFs are important regulators of many fundamental processes such as gametogenesis, metabolic control and aging, and are involved in pathological conditions including cancer progression and neurodegenerative diseases. In each of the HSF-mediated processes, however, the detailed mechanisms of HSF family members and their complete set of target genes have remained unknown. Recently, rapid advances in chromatin studies have enabled genome-wide characterization of protein binding sites in a high resolution and in an unbiased manner. In this PhD thesis, these novel methods that base on chromatin immunoprecipitation (ChIP) are utilized and the genome-wide target loci for HSF1 and HSF2 are identified in cellular stress responses and in developmental processes. The thesis and its original publications characterize the individual and shared target genes of HSF1 and HSF2, describe HSF1 as a potent transactivator, and discover HSF2 as an epigenetic regulator that coordinates gene expression throughout the cell cycle progression. In male gametogenesis, novel physiological functions for HSF1 and HSF2 are revealed and HSFs are demonstrated to control the expression of X- and Y-chromosomal multicopy genes in a silenced chromatin environment. In stressed human cells, HSF1 and HSF2 are shown to coordinate the expression of a wide variety of genes including genes for chaperone machinery, ubiquitin, regulators of cell cycle progression and signaling. These results highlight the importance of cell type and cell cycle phase in transcriptional responses, reveal the myriad of processes that are adjusted in a stressed cell and describe novel mechanisms that maintain transcriptional memory in mitotic cell division.

Les patrons d’expression de gènes : ont-ils évolué avec la complexité des organismes?

La régulation de la transcription est l‟un des processus cellulaires des plus fondamentaux et constitue la première étape menant à l‟expression protéique. Son altération a des effets sur l‟homéostasie cellulaire et est associée au développement de maladies telles que le cancer. Il est donc crucial de comprendre les règles fondamentales de la fonction cellulaire afin de mieux cibler les traitements pour les maladies. La transcription d‟un gène peut se produire selon l‟un des deux modes fondamentaux de transcription : en continu ou en burst. Le premier est décrit comme un processus aléatoire et stochastique qui suit une distribution de Poisson. À chaque initiation de la transcription, indépendante de la précédente, un seul transcrit est produit. L‟expression en burst se produit lorsque le promoteur est activé pour une courte période de temps pendant laquelle plusieurs transcrits naissants sont produits. Apportant la plus grande variabilité au sein d‟une population isogénique, il est représenté par une distribution bimodale, où une sous-population n‟exprime pas le gène en question, alors que le reste de la population l‟exprime fortement. Les gènes des eucaryotes inférieurs sont pour la plupart exprimés de manière continuelle, alors que les gènes des eucaryotes supérieurs le sont plutôt en burst. Le but de ce projet est d‟étudier comment l‟expression des gènes a évolué et si la transcription aléatoire, ou de Poisson, est une propriété des eucaryotes inférieurs et si ces patrons ont changé avec la complexité des organismes et des génomes. Par la technique de smFISH, nous avons étudié de manière systématique quatre gènes évolutivement conservés (mdn1+, PRP8/spp42+, pol1+ et cdc13+) qui sont continuellement transcrits dans la levure S. cerevisiae. Nous avons observé que le mode d‟expression est gène-et-organisme spécifique puisque prp8 est exprimé de manière continuelle dans la levure S. pombe, alors que les autres gènes seraient plutôt exprimés en légers burst.

Étude in vivo de la relation entre la structure et la fonction de la boucle variable de l'ARN de transfert de la sélénocystéine d'E. coli

La sélénocystéine est le 21e acide aminé encodé génétiquement et on la retrouve à travers les trois domaines de la vie. Elle est synthétisée sur l'ARNtSec par un processus unique. L'ARNtSec se distingue également au niveau structural. La tige acceptrice possède 8 (procaryotes) et 9 (eucaryotes) paires de bases, contrairement aux ARNt canoniques qui ont invariablement 7 paires de bases dans la tige acceptrice. De plus, la tige D a 2 paires de bases additionnelles qui remplacent les interactions tertiaires universelles 8-14, 15-48 qui sont absentes chez l'ARNtSec. D'autre part, la longueur de la boucle variable de l'ARNtSec est plus longue que la majorité des ARNt de type II. Dans ce mémoire, on se concentre sur la région de la boucle variable de l'ARNtSec . La recherche consiste à distinguer les paires de bases de la boucle variable qui sont essentielles à la biosynthèse et l’insertion de la sélénocystéine. De plus, on regarde si la paire de base additionnelle de la tige acceptrice de l'ARNtSec (procaryote) est essentielle pour l'insertion de la sélénocystéine. Pour répondre à ces questions, on a utilisé l'approche expérimentale Évolution Instantanée qui consiste au criblage in vivo d'ARNtSec fonctionnels chez E. coli. Dans ce travail, on montre que l'insertion de la sélénocystéine ne nécessite pas une spécificité de la longueur ou de la séquence de l'ARNtSec. On montre aussi que ni la longueur de la tige acceptrice ou du domaine tige acceptrice/tige T n'est essentielle pour avoir un ARNtSec fonctionnel.

Évolution à fine échelle des sites d'épissage des introns dans les gènes des oomycètes

Les introns sont des portions de gènes transcrites dans l’ARN messager, mais retirées pendant l’épissage avant la synthèse des produits du gène. Chez les eucaryotes, on rencontre les introns splicéosomaux, qui sont retirés de l’ARN messager par des splicéosomes. Les introns permettent plusieurs processus importants, tels que l'épissage alternatif, la dégradation des ARNs messagers non-sens, et l'encodage d'ARNs fonctionnels. Leurs rôles nous interrogent sur l'influence de la sélection naturelle sur leur évolution. Nous nous intéressons aux mutations qui peuvent modifier les produits d'un gène en changeant les sites d'épissage des introns. Ces mutations peuvent influencer le fonctionnement d'un organisme, et constituent donc un sujet d'étude intéressant, mais il n'existe actuellement pas de logiciels permettant de les étudier convenablement. Le but de notre projet était donc de concevoir une méthode pour détecter et analyser les changements des sites d'épissage des introns splicéosomaux. Nous avons finalement développé une méthode qui repère les évènements évolutifs qui affectent les introns splicéosomaux dans un jeu d'espèces données. La méthode a été exécutée sur un ensemble d'espèces d'oomycètes. Plusieurs évènements détectés ont changé les sites d’épissage et les protéines, mais de nombreux évènements trouvés ont modifié les introns sans affecter les produits des gènes. Il manque à notre méthode une étape finale d'analyse approfondie des données récoltées. Cependant, la méthode actuelle est facilement reproductible et automatise l'analyse des génomes pour la détection des évènements. Les fichiers produits peuvent ensuite être analysés dans chaque étude pour répondre à des questions spécifiques.

Assembly rules for protein networks derived from phylogenetic-statistical analysis of whole genomes

Background: We report an analysis of a protein network of functionally linked proteins, identified from a phylogenetic statistical analysis of complete eukaryotic genomes. Phylogenetic methods identify pairs of proteins that co-evolve on a phylogenetic tree, and have been shown to have a high probability of correctly identifying known functional links. Results: The eukaryotic correlated evolution network we derive displays the familiar power law scaling of connectivity. We introduce the use of explicit phylogenetic methods to reconstruct the ancestral presence or absence of proteins at the interior nodes of a phylogeny of eukaryote species. We find that the connectivity distribution of proteins at the point they arise on the tree and join the network follows a power law, as does the connectivity distribution of proteins at the time they are lost from the network. Proteins resident in the network acquire connections over time, but we find no evidence that 'preferential attachment' - the phenomenon of newly acquired connections in the network being more likely to be made to proteins with large numbers of connections - influences the network structure. We derive a 'variable rate of attachment' model in which proteins vary in their propensity to form network interactions independently of how many connections they have or of the total number of connections in the network, and show how this model can produce apparent power-law scaling without preferential attachment. Conclusion: A few simple rules can explain the topological structure and evolutionary changes to protein-interaction networks: most change is concentrated in satellite proteins of low connectivity and small phenotypic effect, and proteins differ in their propensity to form attachments. Given these rules of assembly, power law scaled networks naturally emerge from simple principles of selection, yielding protein interaction networks that retain a high-degree of robustness on short time scales and evolvability on longer evolutionary time scales.