Étude structure/fonction des cotransporteurs Na+/glucose

Cette thèse porte sur l’étude de la relation entre la structure et la fonction chez les cotransporteurs Na+/glucose (SGLTs). Les SGLTs sont des protéines membranaires qui se servent du gradient électrochimique transmembranaire du Na+ afin d’accumuler leurs substrats dans la cellule. Une mise en contexte présentera d’abord un bref résumé des connaissances actuelles dans le domaine, suivi par un survol des différentes techniques expérimentales utilisées dans le cadre de mes travaux. Ces travaux peuvent être divisés en trois projets. Un premier projet a porté sur les bases structurelles de la perméation de l’eau au travers des SGLTs. En utilisant à la fois des techniques de modélisation moléculaire, mais aussi la volumétrie en voltage imposé, nous avons identifié les bases structurelles de cette perméation. Ainsi, nous avons pu identifier in silico la présence d’une voie de perméation passive à l’eau traversant le cotransporteur, pour ensuite corroborer ces résultats à l’aide de mesures faites sur le cotransporteur Na/glucose humain (hSGLT1) exprimé dans les ovocytes. Un second projet a permis d’élucider certaines caractéristiques structurelles de hSGLT1 de par l’utilisation de la dipicrylamine (DPA), un accepteur de fluorescence dont la répartition dans la membrane lipidique dépend du potentiel membranaire. L’utilisation de la DPA, conjuguée aux techniques de fluorescence en voltage imposé et de FRET (fluorescence resonance energy transfer), a permis de démontrer la position extracellulaire d’une partie de la boucle 12-13 et le fait que hSGLT1 forme des dimères dont les sous-unités sont unies par un pont disulfure. Un dernier projet a eu pour but de caractériser les courants stationnaires et pré-stationaires d’un membre de la famille des SGLTs, soit le cotransporteur Na+/myo-inositol humain hSMIT2 afin de proposer un modèle cinétique qui décrit son fonctionnement. Nous avons démontré que la phlorizine inhibe mal les courants préstationnaires suite à une dépolarisation, et la présence de courants de fuite qui varient en fonction du temps, du potentiel membranaire et des substrats. Un algorithme de recuit simulé a été mis au point afin de permettre la détermination objective de la connectivité et des différents paramètres associés à la modélisation cinétique.

Characterization of two sorting nexins : sorting nexin-11 and sorting nexin-30

À l’intérieur de la cellule sillonnent d’innombrables molécules, certaines par diffusion et d’autres sur des routes moléculaires éphémères, empruntées selon les directives spécifiques de protéines responsables du trafic intracellulaire. Parmi celles-ci, on compte les sorting nexins, qui déterminent le sort de plusieurs types de protéine, comme les récepteurs, en les guidant soit vers des voies de dégradation ou de recyclage. À ce jour, il existe 33 membres des sorting nexins (Snx1-33), tous munies du domaine PX (PHOX-homology). Le domaine PX confère aux sorting nexins la capacité de détecter la présence de phosphatidylinositol phosphates (PIP), sur la surface des membranes lipidiques (ex : membrane cytoplasmique ou vésiculaire). Ces PIPs, produits de façon spécifique et transitoire, recrutent des protéines nécessaires à la progression de processus cellulaires. Par exemple, lorsqu’un récepteur est internalisé par endocytose, la région avoisinante de la membrane cytoplasmique devient occupée par PI(4,5)P2. Ceci engendre le recrutement de SNX9, qui permet la progression de l’endocytose en faisant un lien entre le cytoskelette et le complexe d’endocytose. Les recherches exposées dans cette thèse sont une description fonctionnelle de deux sorting nexins peux connues, Snx11 et Snx30. Le rôle de chacun de ces gènes a été étudié durant l’embryogenèse de la grenouille (Xenopus laevis). Suite aux résultats in vivo, une approche biomoléculaire et de culture cellulaire a été employée pour approfondir nos connaissances. Cet ouvrage démontre que Snx11 est impliqué dans le développement des somites et dans la polymérisation de l’actine. De plus, Snx11 semble influencer le recyclage de récepteurs membranaires indépendamment de l’actine. Ainsi, Snx11 pourrait jouer deux rôles intracellulaires : une régulation actine-dépendante du milieu extracellulaire et le triage de récepteurs actine-indépendant. De son côté, Snx30 est impliqué dans la différentiation cardiaque précoce par l’inhibition de la voie Wnt/β-catenin, une étape nécessaire à l’engagement d’une population de cellules du mésoderme à la ligné cardiaque. L’expression de Snx30 chez le Xénope coïncide avec cette période critique de spécification du mésoderme et le knockdown suscite des malformations cardiaques ainsi qu’à d’autres tissus dérivés du mésoderme et de l’endoderme. Cet ouvrage fournit une base pour des études futures sur Snx11 et Snx30. Ces protéines ont un impact subtil sur des voies de signalisation spécifiques. Ces caractéristiques pourraient être exploitées à des fins thérapeutiques puisque l’effet d’une interférence avec leurs fonctions pourrait être suffisant pour rétablir un déséquilibre cellulaire pathologique tout en minimisant les effets secondaires.

Caractérisation biochimique et fonctionnelle du mutant T179N de l’aquaporine-2 humaine

L’aquaporine-2 (AQP2) est le canal responsable de la réabsorption finale d’eau au niveau du tubule collecteur du rein. À la base, contenue dans des vésicules internes, l’AQP2 est acheminée à la membrane apicale des cellules principales du tubule collecteur suite à une stimulation par l’hormone antidiurétique (ADH). L’incapacité à accomplir cette fonction entraîne le diabète insipide néphrogénique (DIN), une maladie caractérisée par l’inhabileté du rein à concentrer l’urine, entraînant une production de volumes urinaires élevés. Alors que les mutations récessives génèrent des protéines mal structurées et incapables de former des tétramères, les mutations dominantes sont capables de s’associer à leurs homologues sauvages, engendrant ainsi un DIN même chez les patients hétérozygotes. Ce mémoire présente l’analyse biochimique et fonctionnelle d’une nouvelle mutation naturelle de l’AQP2, la mutation T179N, aussi responsable du DIN. Cette dernière est particulièrement intéressante de par son génotype qui implique un caractère dominant, et sa position extracellulaire habituellement réservée aux mutations récessives. Les études comparatives de T179N à deux modèles de mutation récessive et dominante démontrent, tant en ovocytes de Xenopus laevis qu’en lignée cellulaire mpkCCDc14, le caractère récessif de cette nouvelle mutation. Les tests d’immunobuvardage de lysats d’ovocytes en membranes totales et membranes plasmiques purifiées ont révélé que seule la forme sauvage atteint la membrane plasmique alors que le mutant T179N est séquestré dans la cellule. En accord avec ce résultat, les analyses de perméabilité fonctionnelle démontrent aussi une absence d’activité pour T179N. En cellule mpkCCDc14, le mutant T179N exprimé seul n’atteint pas la membrane plasmique suite à l’action de la forskoline, contrairement à la forme sauvage. Cependant, ce mutant peut s’associer à son homologue sauvage en coexpression tant dans les ovocytes qu’en lignée mpkCCDc14 sans toutefois engendrer l’effet typique de dominance négative. En fait, dans ce contexte de coexpression, on remarque une augmentation de la Pf de 83±7 % et une récupération d’adressage à la membrane plasmique en cellule (immunofluorescence). En conclusion, T179N serait un mutant récessif fonctionnellement récupérable lorsqu’en présence de l’AQP2 sauvage.

Une signature du polymorphisme structural d’acides ribonucléiques non-codants permettant de comparer leurs niveaux d’activités biochimiques

Des évidences expérimentales récentes indiquent que les ARN changent de structures au fil du temps, parfois très rapidement, et que ces changements sont nécessaires à leurs activités biochimiques. La structure de ces ARN est donc dynamique. Ces mêmes évidences notent également que les structures clés impliquées sont prédites par le logiciel de prédiction de structure secondaire MC-Fold. En comparant les prédictions de structures du logiciel MC-Fold, nous avons constaté un lien clair entre les structures presque optimales (en termes de stabilité prédites par ce logiciel) et les variations d’activités biochimiques conséquentes à des changements ponctuels dans la séquence. Nous avons comparé les séquences d’ARN du point de vue de leurs structures dynamiques afin d’investiguer la similarité de leurs fonctions biologiques. Ceci a nécessité une accélération notable du logiciel MC-Fold. L’approche algorithmique est décrite au chapitre 1. Au chapitre 2 nous classons les impacts de légères variations de séquences des microARN sur la fonction naturelle de ceux-ci. Au chapitre 3 nous identifions des fenêtres dans de longs ARN dont les structures dynamiques occupent possiblement des rôles dans les désordres du spectre autistique et dans la polarisation des œufs de certains batraciens (Xenopus spp.).

Das RNA-bindende Protein Orb2 und seine regulatorische Funktion in der Spermatogenese von Drosophila melanogaster

Das Protein Orb2, welches zum Xenopus CPEB homolog ist, erfüllt während der Spermatogenese von Drosophila melanogaster eine wesentliche Funktion. Das teilweise Ausschalten von orb2 führt zu Störungen in der Individualisierung der Spermatiden, Veränderung in der Morphologie und Lokalisation der Spermatidenkerne und damit verbunden zu männlicher Sterilität. Der weit gestreute Phänotyp spricht für eine regulatorische Funktion des Proteins, wie es aufgrund der Homologie zu CPEB zu erwarten ist. Orb2 mutante Weibchen zeigen dagegen keinen Phänotyp. Die Sterilität konnte mit spezifischen Rettungskonstrukten rückgängig gemacht werden, wobei die beiden Proteinformen in ihrer Funktion höchstwahrscheinlich äquivalent sind, da eine größere Menge an kleinem Protein das Fehlen des größeren ausgleichen kann. Beide Proteinformen lokalisieren in fast alle Stadien der Spermatogenese, wobei nur das kleinere auch in reifen Spermien persistiert. Zur Untersuchung der regulatorischen Funktion des Proteins Orb2 wurden zunächst drei mögliche Protein-Interaktionskandidaten analysiert. Obwohl ähnliche mutante Phänotypen in Gap und Cup ausgelöst wurden, lässt sich eine Interaktion bis jetzt mit diesen Kandidaten weder ausschließen noch bestätigen. Daneben zeigte das Protein Tob eine ähnliche Lokalisierung und einen deutlich ähnlicheren mutanten Phänotyp, wie er für Orb2 beschrieben wurde. Besonders auffällig ist die Lokalisation der Tob mRNA an die Spermatidenenden und die Verringerung der Transkriptmenge in der orb2-Mutante. Ob dieser Phänotyp durch den Verlust der regulatorischen Funktion von Orb2 hervorgerufen wird oder durch den späten Zeitpunkt der Transkription bedingt ist, muß in späteren Experimenten geklärt werden. Mit Hilfe eines Co-Immunpräzipitations-Experimentes wurde nach weiteren Proteininteraktionspartnern sowie nach Ziel-mRNAs gesucht, die durch Orb2 reguliert werden könnten. Dabei ergaben die massenspektrometrischen Analysen zwar Proteine, die mit der Translation selbst in Zusammenhang stehen, sowie einige regulatorische RNA-bindende Proteine, wiesen aber auch in Gestalt eines häufig nachgewiesenen Anhangsdrüsenproteins auf deutliche systematische Probleme hin. Auf genetischem Wege war bereits der Nachweis gelungen, dass die Protamine und mst77F, die strukturelle Komponenten der kompaktierten Kern-DNA sind, durch Orb2 in ihrer Translation reprimiert werden. Dieses Ergebnis wurde zum Teil bestätigt durch den Nachweis der Protamin mRNAs in den Eluaten aus dem Co-Immunpräzipitationsexperiment. Damit konnte zum ersten Mal in der Drosophila Spermatogenese das regulatorische Protein zu einer translationskontrollierten mRNA identifiziert werden.

Modelo de predicción de embarazo en pacientes sometidas a técnicas de reproducción asistida en la unidad de fertilidad del country de Bogotá

Cerca del 10% de las parejas tiene problemas para concebir. Las técnicas de reproducción asistida (TRA) son una alternativa de tratamiento cuando otros manejos han fallado. Las TRA son todos los tratamientos o procedimientos que incluyen manejo “in vitro” de los ovocitos humanos, espermatozoides y embriones con el objetivo de obtener un embarazo. Durante el tratamiento de infertilidad es importante conocer la probabilidad de embarazo que tiene una paciente sometida a TRA teniendo en cuenta que los factores influyentes en dicho desenlace (embarazo) difieren en cada paciente. Los modelos de predicción en medicina tienen como objetivo principal encontrar el grupo de factores de riesgo que tengan la mejor capacidad predictiva de un resultado especifico. Los modelos de predicción publicados actualmente no son aplicables a pacientes sometidas a TRA en general, y además las pacientes que fueron estudiadas por estos grupos de investigación tienen características poblacionales diferentes a las nuestras.14,17,18,20. Se desarrollo un modelo de predicción de embarazo en pacientes sometidas a TRA en la Unidad de Fertilidad del Country de Bogota. La recolección de los datos se realizó en forma retrospectiva, sin intervención. Las variables independientes que en el análisis multivariado se encontraron con mayor capacidad predictiva fueron: la edad real, las unidades de gonadotropinas administradas en la inducción de la ovulación, el número de embriones transferidos y el tipo de catéter que se utilizó en la transferencia. La capacidad predictiva del modelo final se evaluó por medio del área bajo la curva ROC la cual fue de 0.6950. La sensibilidad del modelo es 36.7%, con una especificidad del 83.3%. Conclusiones: el desarrollo de un modelo de predicción para embarazo en pacientes sometidas a TRA provee una estrategia de medicina basada en evidencia para guiar a las parejas en sus probabilidades de éxito reales. Una vez corregidos el sobre ajuste “overfitting”, y validado el modelo, puede ser utilizado en las clínicas de fertilidad como herramienta valiosa de consejería.

Tamizaje neonatal para fibrosis quística en una muestra de la ciudad de Bogotá

La Fibrosis Quística es la enfermedad autosómica recesiva mas frecuente en caucásicos. En Colombia no se conoce la incidencia de la enfermedad, pero investigaciones del grupo de la Universidad del Rosario indican que podría ser relativamente alta. Objetivo: Determinar la incidencia de afectados por Fibrosis Quística en una muestra de recién nacidos de la ciudad de Bogotá. Metodología: Se analizan 8.297 muestras de sangre de cordón umbilical y se comparan tres protocolos de tamizaje neonatal: TIR/TIR, TIR/DNA y TIR/DNA/TIR. Resultados: El presente trabajo muestra una incidencia de 1 en 8.297 afectados en la muestra analizada. Conclusiones: Dada la relativamente alta incidencia demostrada en Bogotá, se justifica la implementación de Tamizaje Neonatal para Fibrosis Quística en Colombia.

Crystal structure of a monomeric form of SARS-CoV endonuclease nsp15 suggests a role for hexamerization as an allosteric switch

Mature nonstructural protein-15 (nsp15) from the severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) contains a novel uridylate-specific Mn2+-dependent endoribonuclease (NendoU). Structure studies of the full-length form of the obligate hexameric enzyme from two CoVs, SARS-CoV and murine hepatitis virus, and its monomeric homologue, XendoU from Xenopus laevis, combined with mutagenesis studies have implicated several residues in enzymatic activity and the N-terminal domain as the major determinant of hexamerization. However, the tight link between hexamerization and enzyme activity in NendoUs has remained an enigma. Here, we report the structure of a trimmed, monomeric form of SARS-CoV nsp15 (residues 28 to 335) determined to a resolution of 2.9 A. The catalytic loop (residues 234 to 249) with its two reactive histidines (His 234 and His 249) is dramatically flipped by approximately 120 degrees into the active site cleft. Furthermore, the catalytic nucleophile Lys 289 points in a diametrically opposite direction, a consequence of an outward displacement of the supporting loop (residues 276 to 295). In the full-length hexameric forms, these two loops are packed against each other and are stabilized by intimate intersubunit interactions. Our results support the hypothesis that absence of an adjacent monomer due to deletion of the hexamerization domain is the most likely cause for disruption of the active site, offering a structural basis for why only the hexameric form of this enzyme is active.

Differential crosstalk between estrogen receptor (ER) alpha and ER beta and the thyroid hormone receptor isoforms results in flexible regulation of the consensus ERE

Crosstalk between nuclear receptors is important for conversion of external and internal stimuli to a physiologically meaningful response by cells. Previous studies from this laboratory have demonstrated crosstalk between the estrogen (ER) and thyroid hormone receptors (TR) on two estrogen responsive physiological promoters, the preproenkephalin and oxytocin receptor gene promoter. Since ERa and ERb are isoforms possessing overlapping and distinct transactivation properties, we hypothesized that the interaction of ERa and b with the various TR isoforms would not be equivalent. To explore this hypothesis, the consensus estrogen response element (ERE)derived from the Xenopus vitellogenin gene is used to investigate the differences in interaction between ERa and b isoforms and the different TR isoforms in fibroblast cells. Both the ER isoforms transactivate from the consensus ERE, though ERa transactivates to a greater extent than ERb. Although neither of the TRb isoforms have an effect on ERa transactivation from the consensus ERE, the liganded TRa1 inhibits the ERa transactivation from the consensus ERE. In contrast, the liganded TRa1 facilitates ERb-mediated transactivation. The crosstalk between the TRb isoforms with the ERa isoform, on the consensus ERE, is different from that with the ERb isoform. The use of a TRa1 mutant, which is unable to bind DNA, abolishes the ability of the TRa1 isoform to interact with either of the ER isoforms. These differences in nuclear receptor crosstalk reveal an important functional difference between isoforms, which provides a novel mechanism for neuroendocrine integration.

Functional analysis of a novel missense NBC1 mutation and of other mutations causing proximal renal tubular acidosis

Mutations in the Na+-HCO3- cotransporter NBC1 cause severe proximal tubular acidosis (pRTA) associated with ocular abnormalities. Recent studies have suggested that at least some NBC1 mutants show abnormal trafficking in the polarized cells. This study identified a new homozygous NBC1 mutation (G486R) in a patient with severe pRTA. Functional analysis in Xenopus oocytes failed to detect the G486R activity due to poor surface expression. In ECV304 cells, however, G486R showed the efficient membrane expression, and its transport activity corresponded to approximately 50% of wild-type (WT) activity. In Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells, G486R was predominantly expressed in the basolateral membrane domain as observed for WT. Among the previously identified NBC1 mutants that showed poor surface expression in oocytes, T485S showed the predominant basolateral expression in MDCK cells. On the other hand, L522P was exclusively retained in the cytoplasm in ECV304 and MDCK cells, and functional analysis in ECV304 cells failed to detect its transport activity. These results indicate that G486R, like T485S, is a partial loss of function mutation without major trafficking abnormalities, while L522P causes the clinical phenotypes mainly through its inability to reach the plasma membranes. Multiple experimental approaches would be required to elucidate potential disease mechanism by NBC1 mutations.

Melatonin and IP(3)-induced Ca(2+) Release from Intracellular Stores in the Malaria Parasite Plasmodium falciparum within Infected Red Blood Cells

IP(3)-dependent Ca(2+) signaling controls a myriad of cellular processes in higher eukaryotes and similar signaling pathways are evolutionarily conserved in Plasmodium, the intracellular parasite that causes malaria. We have reported that isolated, permeabilized Plasmodium chabaudi, releases Ca(2+) upon addition of exogenous IP(3). In the present study, we investigated whether the IP(3) signaling pathway operates in intact Plasmodium falciparum, the major disease-causing human malaria parasite. P. falciparum-infected red blood cells (RBCs) in the trophozoite stage were simultaneously loaded with the Ca(2+) indicator Fluo-4/AM and caged-IP(3). Photolytic release of IP(3) elicited a transient Ca(2+) increase in the cytosol of the intact parasite within the RBC. The intracellular Ca(2+) pools of the parasite were selectively discharged, using thapsigargin to deplete endoplasmic reticulum (ER) Ca(2+) and the antimalarial chloroquine to deplete Ca(2+) from acidocalcisomes. These data show that the ER is the major IP(3)-sensitive Ca(2+) store. Previous work has shown that the human host hormone melatonin regulates P. falciparum cell cycle via a Ca(2+)-dependent pathway. In the present study, we demonstrate that melatonin increases inositol-polyphosphate production in intact intraerythrocytic parasite. Moreover, the Ca(2+) responses to melatonin and uncaging of IP(3) were mutually exclusive in infected RBCs. Taken together these data provide evidence that melatonin activates PLC to generate IP(3) and open ER-localized IP(3)-sensitive Ca(2+) channels in P. falciparum. This receptor signaling pathway is likely to be involved in the regulation and synchronization of parasite cell cycle progression.

WNT5A Mutations in Patients With Autosomal Dominant Robinow Syndrome

Robinow syndrome is a skeletal dysplasia with both autosomal dominant and autosomal recessive inheritance patterns. It is characterized by short stature, limb shortening, genital hypoplasia, and craniofacial abnormalities. The etiology of dominant Robinow syndrome is unknown; however, the phenotypically more severe autosomal recessive form of Robinow syndrome has been associated with mutations in the orphan tyrosine kinase receptor, ROR2, which has recently been identified as a putative WNT5A receptor. Here, we show that two different missense mutations in WNT5A, which result in amino acid substitutions of highly conserved cysteines, are associated with autosomal dominant Robinow syndrome. One mutation has been found in all living affected members of the original family described by Meinhard Robinow and another in a second unrelated patient. These missense mutations result in decreased WNT5A activity in functional assays of zebrafish and Xenopus development. This work suggests that a WNT5A/ROR2 signal transduction pathway is important in human craniofacial and skeletal development and that proper formation and growth of these structures is sensitive to variations in WNT5A function. Developmental Dynamics 239:327-337, 2010. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

Cloning and characterization of a zebrafish homologue of human AQP1: a bifunctional water and gas channel

Chen LM, Zhao J, Musa-Aziz R, Pelletier MF, Drummond IA, Boron WF. Cloning and characterization of a zebrafish homologue of human AQP1: a bifunctional water and gas channel. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 299: R1163-R1174, 2010. First published August 25, 2010; doi:10.1152/ajpregu.00319.2010.-The mammalian aquaporins AQP1, AQP4, and AQP5 have been shown to function not only as water channels but also as gas channels. Zebrafish have two genes encoding an AQP1 homologue, aqp1a and aqp1b. In the present study, we cloned the cDNA that encodes the zebrafish protein Aqp1a from the 72-h postfertilization (hpf) embryo of Danio rerio, as well as from the swim bladder of the adult. The deduced amino-acid sequence of aqp1a consists of 260 amino acids and is 59% identical to human AQP1. By analyzing the genomic DNA sequence, we identified four exons in the aqp1a gene. By in situ hybridization, aqp1a is expressed transiently in the developing vasculature and in erythrocytes from 16 to 48 h of development. Later, at 72 hpf, aqp1a is expressed in dermal ionocytes and in the swim bladder. Western blot analysis of adult tissues reveals that Aqp1a is most highly expressed in the eye and swim bladder. Xenopus oocytes expressing aqp1a have a channel-dependent (*) osmotic water permeability (P(f)*) that is indistinguishable from that of human AQP1. On the basis of the magnitude of the transient change in surface pH (Delta pHS) that were recorded as the oocytes were exposed to either CO(2) or NH(3), we conclude that zebrafish Aqp1a is permeable to both CO(2) and NH(3). The ratio (Delta pHS*)CO2/P(f)* is about half that of human AQP1, and the ratio (Delta pHS*)NH3/P(f)* is about one-quarter that of human AQP1. Thus, compared with human AQP1, zebrafish Aqp1a has about twice the selectivity for CO(2) over NH(3).

Vitellin-binding proteins in the nematode Oscheius tipulae (Nematoda, Rhabditida)

We describe the first application of a non-radioactive ligand-blotting technique to the characterization of proteins interacting with nematode vitellins. Chromatographically purified vitellins from the free-living nematode Oscheius tipulae were labeled with fluorescein in vitro. Ligand-blotting assays with horseradish peroxidase-conjugated anti-fluorescein antibodies showed that labeled vitellins reacted specifically with a polypeptide of approximately 100 kDa, which we named P100. This polypeptide is a specific worm`s vitellin-binding protein that is present only in adult worms. Blots containing purified O. tipulae vitellin preparations showed no detectable signal in the 100 kDa region, ruling out any possibility of yolk polypeptides self-assembling under the conditions used in our assay. Experiments done in the presence of alpha-methyl mannoside ruled out the possibility of vitellins binding to P100 through mannose residues. Triton X-114 fractionation of whole worm extracts showed that P100 is either a membrane protein or has highly hydrophobic regions. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Oscheius tipulae as an example of eEF1A gene diversity in nematodes

We characterized four eEF1A genes in the alternative rhabditid nematode model organism Oscheius tipulae. This is twice the copy number of eEF1A genes in C. elegans, C. briggsae, and, probably, many other free-living and parasitic nematodes. The introns show features remarkably different from those of other metazoan eEF1A genes. Most of the introns in the eEF1A genes are specific to O. tipulae and are not shared with any of the other genes described in metazoans. Most of the introns are phase 0 (inserted between two codons), and few are inserted in protosplice sites (introns inserted between the nucleotide sequence A/CAG and G/A). Two of these phase 0 introns are conserved in sequence in two or more of the four eEF1A gene copies, and are inserted in the same position in the genes. Neither of these characteristics has been detected in any of the nematode eEF1A genes characterized to date. The coding sequences were also compared with other eEF1A cDNAs from 11 different nematodes to determine the variability of these genes within the phylum Nematoda. Parsimony and distance trees yielded similar topologies, which were similar to those created using other molecular markers. The presence of more than one copy of the eEF1A gene with nearly identical coding regions makes it difficult to define the orthologous cDNAs. As shown by our data on O. tipulae, careful and extensive examination of intron positions in the eEF1A gene across the phylum is necessary to define their potential for use as valid phylogenetic markers.