Genetic-epidemiologic analysis of X-inactivation skewing in human females : suggestive evidence for two distinct traits

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Polyploidy in atypical grade II choroid plexus papilloma of the posterior fossa

Cytogenetic studies of choroid plexus tumors, particularly for atypical choroid plexus papillomas, have been rarely described. In the present report, the cytogenetic investigation of an atypical choroid plexus papilloma occurring at the posterior fossa of a 16-year-old male is described. Comparative genome hybridization analysis demonstrated gains of genetic material from almost all chromosomes. Chromosome losses involved 19p, regional losses at chromosome X and loss of chromosome Y. The presence of polyploid cells was confirmed by fluorescence in situ hybridization analysis with probes directed to centromeric regions. Furthermore, the microscopic analysis of cultures showed nuclear buds, nucleoplasmic bridges, and micronuclei in 23% of tumor cells suggesting the presence of complex chromosomal abnormalities. Previous cytogenetic studies on choroid plexus papillomas showed either normal, hypodiploid or hyperdiploid karyotypes. To the best of our knowledge, this is the first report of polyploidy in choroid plexus papilloma of intermediate malignancy grade. Although the mechanisms beneath such genome duplication remain to be elucidated, the observed abnormal nuclear shapes indicate constant restructuring of the tumor`s genome and deserves further investigation.

Cryptic SYT/SXX1 fusion gene in high-grade biphasic synovial sarcoma with unique complex rearrangement and extensive BCL2 overexpression

Synovial sarcomas are high-grade malignant mesenchymal tumors that account for 10% of all soft-tissue sarcomas. Almost 95% of these tumors are characterized by a nonrandom chromosomal abnormality, t(X;18)(p11.2;q11.2), that is observed in both biphasic and monophasic variants. In this article, we present the case of a 57-year-old woman diagnosed with high-grade biphasic synovial sarcoma in which conventional cytogenetic analysis revealed the constant presence of a unique t(18;22)(q12;q13), in addition to trisomy 8. The rearrangement was confirmed by fluorescence in situ hybridization. The use of the whole chromosome painting probes WCPX did not detect any rearrangements involving chromosome X, although reverse-transcriptase polymerase chain reaction (PCR) analysis demonstrated the conspicuous presence of a SYT/SXX1 fusion gene. Spectral karyotyping (SKY) was also performed and revealed an insertion of material from chromosome 18 into one of the X chromosomes at position Xp11.2. Thus, the karyotype was subsequently interpreted as 47,X,der(X)ins(X;18) (p11.2;q11.2q11.2),der(18)del(18)(q11.2q11.2)t(18;22)(q12;q13),der(22)t(18;22). Real-time PCR analysis of BCL2 expression in the tumor sample showed a 433-fold increase. This rare finding exemplifies that thorough molecular-cytogenetic analyses are required to elucidate complex and/or cryptic tumor-specific translocations. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

ClC-5 chloride channel and kidney stones : what is the link?

Nephrolithiasis is one of the most common diseases in the Western world. The disease manifests itself with intensive pain, sporadic infections, and, sometimes, renal failure. The symptoms are due to the appearance of urinary stones (calculi) which are formed mainly by calcium salts. These calcium salts precipitate in the renal papillae and/or within the collecting ducts. Inherited forms of nephrolithiasis related to chromosome X (X-linked hypercalciuric nephrolithiasis or XLN) have been recently described. Hypercalciuria, nephrocalcinosis, and male predominance are the major characteristics of these diseases. The gene responsible for the XLN forms of kidney stones was cloned and characterized as a chloride channel called ClC-5. The ClC-5 chloride channel belongs to a superfamily of voltage-gated chloride channels, whose physiological roles are not completely understood. The objective of the present review is to identify recent advances in the molecular pathology of nephrolithiasis, with emphasis on XLN. We also try to establish a link between a chloride channel like ClC-5, hypercalciuria, failure in urine acidification and protein endocytosis, which could explain the symptoms exhibited by XLN patients.

Clinical and Pathological Findings in Women with Fabry Disease

Introduction. Fabry disease is a rare metabolic disorder caused by the genetic deficiency of the lysosomal hydrolase alpha-galactosidase A, located on chromosome X. Females with the defective gene are more than carriers and can develop a wide range of symptoms. Nevertheless, disease symptoms generally occur later and are less severe in women than in men. The enzyme deficiency manifests as a glycosphingolipidosis with progressive accumulation of glycosphingolipids and deposit of inclusion bodies in lysosomes giving a myelinlike appearance. Patients and Methods. Records of renal biopsies performed on adults from 1st January 2008 to 31st August 2011, were retrospectively examined at the Renal Pathology Laboratory. We retrieved biopsies diagnosed with Fabry disease and reviewed clinical and laboratory data and pathology findings. Results. Four female patients with a mean age of 49.3±4.5 (44-55) years were identified. The mean proteinuria was 0.75±0.3 g/24h (0.4-1.2) and estimated glomerular filtration rate (CKD EPI equation) was 71±15.7 ml/min/1.73m2 (48-83). Three patients experienced extra-renal organ involvement (cerebrovascular, cardiac, dermatologic, ophthalmologic and thyroid) with distinct severity degrees. Leukocyte α-GAL A activity was below normal range in the four cases but plasma and urinary enzymatic activity was normal. Light microscopy showed predominant vacuolisation of the podocyte cytoplasm and darkly staining granular inclusions on paraffin and plastic-embedded semi-thin sections. Electron microscopy showed in three patients the characteristic myelin-like inclusions in the podocyte cytoplasm and also focal podocyte foot process effacement. In one case the inclusions were also present in parietal glomerular cells, endothelial cells of peritubular capillary and arterioles. Conclusion. Clinical signs and symptoms are varied and can be severe among heterozygous females with Fabry disease. Intracellular accumulation of glycosphingolipids is a characteristic histologic finding of Fabry nephropathy. Since this disease is a potentially treatable condition, its early identification is imperative. We should consider it in the differential diagnosis of any patient presenting with proteinuria and/or chronic kidney disease, especially if there is a family history of kidney disease.

Genome-wide meta-analysis of common variant differences between men and women.

The male-to-female sex ratio at birth is constant across world populations with an average of 1.06 (106 male to 100 female live births) for populations of European descent. The sex ratio is considered to be affected by numerous biological and environmental factors and to have a heritable component. The aim of this study was to investigate the presence of common allele modest effects at autosomal and chromosome X variants that could explain the observed sex ratio at birth. We conducted a large-scale genome-wide association scan (GWAS) meta-analysis across 51 studies, comprising overall 114 863 individuals (61 094 women and 53 769 men) of European ancestry and 2 623 828 common (minor allele frequency >0.05) single-nucleotide polymorphisms (SNPs). Allele frequencies were compared between men and women for directly-typed and imputed variants within each study. Forward-time simulations for unlinked, neutral, autosomal, common loci were performed under the demographic model for European populations with a fixed sex ratio and a random mating scheme to assess the probability of detecting significant allele frequency differences. We do not detect any genome-wide significant (P < 5 × 10(-8)) common SNP differences between men and women in this well-powered meta-analysis. The simulated data provided results entirely consistent with these findings. This large-scale investigation across ~115 000 individuals shows no detectable contribution from common genetic variants to the observed skew in the sex ratio. The absence of sex-specific differences is useful in guiding genetic association study design, for example when using mixed controls for sex-biased traits.

Identification of tumor-associated antigens by large-scale analysis of genes expressed in human colorectal cancer.

Despite the high prevalence of colon cancer in the world and the great interest in targeted anti-cancer therapy, only few tumor-specific gene products have been identified that could serve as targets for the immunological treatment of colorectal cancers. The aim of our study was therefore to identify frequently expressed colon cancer-specific antigens. We performed a large-scale analysis of genes expressed in normal colon and colon cancer tissues isolated from colorectal cancer patients using massively parallel signal sequencing (MPSS). Candidates were additionally subjected to experimental evaluation by semi-quantitative RT-PCR on a cohort of colorectal cancer patients. From a pool of more than 6000 genes identified unambiguously in the analysis, we found 2124 genes that were selectively expressed in colon cancer tissue and 147 genes that were differentially expressed to a significant degree between normal and cancer cells. Differential expression of many genes was confirmed by RT-PCR on a cohort of patients. Despite the fact that deregulated genes were involved in many different cellular pathways, we found that genes expressed in the extracellular space were significantly over-represented in colorectal cancer. Strikingly, we identified a transcript from a chromosome X-linked member of the human endogenous retrovirus (HERV) H family that was frequently and selectively expressed in colon cancer but not in normal tissues. Our data suggest that this sequence should be considered as a target of immunological interventions against colorectal cancer.

Human endogenous retrovirus HERV-Fc1 association with multiple sclerosis susceptibility: a meta-analysis.

BACKGROUND Human endogenous retroviruses (HERVs) are repetitive sequences derived from ancestral germ-line infections by exogenous retroviruses and different HERV families have been integrated in the genome. HERV-Fc1 in chromosome X has been previously associated with multiple sclerosis (MS) in Northern European populations. Additionally, HERV-Fc1 RNA levels of expression have been found increased in plasma of MS patients with active disease. Considering the North-South latitude gradient in MS prevalence, we aimed to evaluate the role of HERV-Fc1on MS risk in three independent Spanish cohorts. METHODS A single nucleotide polymorphism near HERV-Fc1, rs391745, was genotyped by Taqman chemistry in a total of 2473 MS patients and 3031 ethnically matched controls, consecutively recruited from: Northern (569 patients and 980 controls), Central (883 patients and 692 controls) and Southern (1021 patients and 1359 controls) Spain. Our results were pooled in a meta-analysis with previously published data. RESULTS Significant associations of the HERV-Fc1 polymorphism with MS were observed in two Spanish cohorts and the combined meta-analysis with previous data yielded a significant association [rs391745 C-allele carriers: pM-H = 0.0005; ORM-H (95% CI) = 1.27 (1.11-1.45)]. Concordantly to previous findings, when the analysis was restricted to relapsing remitting and secondary progressive MS samples, a slight enhancement in the strength of the association was observed [pM-H = 0.0003, ORM-H (95% CI) = 1.32 (1.14-1.53)]. CONCLUSION Association of the HERV-Fc1 polymorphism rs391745 with bout-onset MS susceptibility was confirmed in Southern European cohorts.

Minimizing recombinations in consensus networks for phylogeographic studies

Background: We address the problem of studying recombinational variations in (human) populations. In this paper, our focus is on one computational aspect of the general task: Given two networks G1 and G2, with both mutation and recombination events, defined on overlapping sets of extant units the objective is to compute a consensus network G3 with minimum number of additional recombinations. We describe a polynomial time algorithm with a guarantee that the number of computed new recombination events is within ϵ = sz(G1, G2) (function sz is a well-behaved function of the sizes and topologies of G1 and G2) of the optimal number of recombinations. To date, this is the best known result for a network consensus problem.Results: Although the network consensus problem can be applied to a variety of domains, here we focus on structure of human populations. With our preliminary analysis on a segment of the human Chromosome X data we are able to infer ancient recombinations, population-specific recombinations and more, which also support the widely accepted 'Out of Africa' model. These results have been verified independently using traditional manual procedures. To the best of our knowledge, this is the first recombinations-based characterization of human populations. Conclusion: We show that our mathematical model identifies recombination spots in the individual haplotypes; the aggregate of these spots over a set of haplotypes defines a recombinational landscape that has enough signal to detect continental as well as population divide based on a short segment of Chromosome X. In particular, we are able to infer ancient recombinations, population-specific recombinations and more, which also support the widely accepted 'Out of Africa' model. The agreement with mutation-based analysis can be viewed as an indirect validation of our results and the model. Since the model in principle gives us more information embedded in the networks, in our future work, we plan to investigate more non-traditional questions via these structures computed by our methodology.

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.

Les biomarqueurs dans la maladie de Fabry: relation entre Sphingosine-1 phosphate et Lyso-Gb3

Problématique : La maladie de Fabry est une maladie métabolique à stockage lysosomal. C'est une maladie héreditaire à transmission récessive qui concerne l'enzyme alpha-Galactosidase A. Le gène de l'alpha-Galactosidase A (GLA) se trouve au niveau du bras long du chromosome X «carté en Xq21.33-Xq22 ». L'enzyme muté ne recouvre plus son rôle catabolisateur et il ne métabolise pas le substrat globotriaosylceramide (Gb3). Par conséquence le Gb3 s'accumule dans tous les tissus. Dans les parois des vaisseaux sanguins le Gb3 s'accumule dans l'endothelium, la tunique interne des vaisseaux sanguins. Ce déficit métabolique se traduit par l'épaississement de la paroi vasculaire, des processus d'infarctus et ischémies du tissu cardiaque, rénal et cérébral. L'implication cardiaque de la maladie de Fabry est décrite chez plus de 78% des patients affectés par la maladie et se manifeste par une hypertrophie cardiaque du ventricule gauche. Toutefois, il n'existe pas de relation étroite entre hypertrophie cardiaque et le Gb3. La sphingosine 1-phosphate à été identifiée dans notre laboratoire et proposée comme facteur de croissance à l'origine du remodelage cardiovasculaire. De plus, la Globotriaosylsphingosine (Lyso-Gb3) à été aussi proposée comme facteur vasoactif chez les patients Fabry. Objectif : L'identification d'un biomarqueur pour le diagnostic et le suivi thérapeutique de la maladie de Fabry représente une domaine d'investigation active en recherche scientifique. Le Gb3 plasmatique ou dans les urines, la biopsie rénale ou cardiaque qui est mis en évidence grâce à la microscopie électronique sous forme de corps concentrique lamellaires, constituent les biomarqueurs classiques de la maladie de Fabry. Dernièrement, le Lyso-Gb3 et le Sphingosine-1 phosphate (S1P) ont été proposés comme marqueurs du remodelage cardiovasculaire. Le but de ce travail est de rassembler et de discuter la littérature concernant ces nouveaux marqueurs et, d'étudier une possible interaction entre Lyso-Gb3 et le S1P. Méthodologie : Rassembler la littérature scientifique et analyser l'implication de ces marqueurs dans la maladie de Fabry et leur effets cardiovasculaires. De plus, un travail expérimental est effectué. Ce travail consiste en l'identification d'une relation possible entre le Lyso-Gb3 et le S1P. Résultats : Avec ce travail on a cherché à actualiser et mettre à jour les notions concernant les biomarqueurs qui prennent place dans cette pathologie et les connaissances qu'on possède à ce jour sur les manifestations cardiovasculaires et neurologiques.La recherche d'un biomarqueur prime par le fait qu'un nombre considerable de patients est sous-diagnostiqués pour la maladie de Fabry et que entre les taux de substrat enzymatique accumulé dans les tissus et l'hypertrophie cardiaque, on peut constater une discordance. Grâce à ce travail expérimental, on a exclue la possibilité d'un effet précurseur du lyso-Gb3 pour le S1P. Nous avons montré que le Lyso-Gb3 est reconnu par les récepteurs du S1P avec des effets commun pour les S1P1-3 et différents pour le S1P2. Les taux du Lyso-Gb3 et du S1P doivent être mesuré chez les patients Fabry et une stratégie thérapeutique doit prendre en compte le rapport S1P/Lyso-Gb3.

Sleep disorders in boys with Duchenne muscular dystrophy

Introduction La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une myopathie progressive liée au chromosome X qui atteint environ un garçon sur 3500. Des troubles du sommeil (TDS) sont fréquemment rapportés par ces patients Les études effectuées à ce jour se sont essentiellement concentrées sur les troubles respiratoires liés au sommeil. Les TDS débutent toutefois fréquemment avant l'installation d'un trouble ventilatoire nocturne et de nombreux autres facteurs peuvent en être la cause. Objectif L'objectif de cette étude est d'évaluer la fréquence des TDS chez les garçons avec une DMD et d'en identifier les facteurs de risque. Méthode II s'agit d'une étude transversale effectuée par questionnaire postal adressé aux parents de tout garçon âgé de 4-18 ans avec une DMD, suivi dans deux centres tertiaires de réhabilitation pédiatrique (Lausanne et Dublin). Les TDS sont évalués à l'aide de la 'Sleep Disturbance Scale for Children' (SDSC), validée sur 1157 enfants sains. Elle permet d'obtenir un score total et des scores pour six facteurs représentant les TDS les plus fréquents (troubles de l'endormissement et du maintien du sommeil (TEMS), éveil nocturne-cauchemars, transition veille-sommeil, somnolence diurne excessive, troubles respiratoires associés au sommeil (TRS), hyperhidrose du sommeil). Un T- score supérieur à 70 (>2DS) est considéré comme pathologique. Les associations potentielles entre des scores pathologiques et des facteurs individuels (âge, mobilité diurne et nocturne, douleur), thérapeutiques (orthèses nocturnes, ventilation non-invasive, médication) et environnementaux (facteurs socio-familiaux) sont évaluées à l'aide d'analyses univariées (χ2) et de régressions logistiques ascendantes. Résultats Seize garçons sur 63, soit 25.4%, présentent un score total pathologique en comparaison au 3% attendus dans la population générale. Les TEMS (29.7%), les TRS (15.6%) et l'hyperhidrose du sommeil (14.3%) sont les TDS les plus prévalent. Le besoin d'être mobilisé la nuit par un tiers (OR=9.4; 95%CI: 2.2-40.7; p=0.003) et être l'enfant d'une famille monoparentale (OR=7.2; 95%CI: 1.5-35.1; p=0.015) sont des facteurs de risque indépendants pour un score total pathologique. Le besoin d'être mobilisé la nuit par un tiers (OR=18.0; 95%CI: 2.9¬110.6; p=0.002), le traitement par corticostéroïdes (OR=7.7; 95%CI: 1.4-44.0; p-0.021) et être l'enfant d'une famille monoparentale (OR=7.0; 95%CI: 1.3-38.4; p=0.025) sont des facteurs de risque indépendants pour un TEMS. Discussion Cette étude montre une prévalence élevée des TDS chez les garçons avec une DMD (25% contre 3% attendus dans la population générale). Le besoin d'être mobilisé la nuit par un tiers est identifié comme un facteur de risque important pour un score total pathologique et un TEMS. Il reflète vraisemblablement un degré d'atteinte motrice tel qu'il limite les mouvements spontanés et les adaptations posturales du sommeil, ayant pour conséquence une diminution importante de la qualité du sommeil. Les enfants vivant dans un foyer monoparental présentent plus fréquemment un score total pathologique et des TEMS, possiblement en lien avec un stress psychologique plus important dans ces familles. Le traitement par corticostéroïdes est identifié comme facteur de risque pour un TEMS. Une adaptation du schéma ou du dosage permet généralement de limiter cet effet secondaire. Si nécessaire, un traitement par Mélatonine peut être instauré. Aucune association n'a pu être mise en évidence entre les facteurs analysés et les TRS, possiblement en raison du petit nombre de garçons ayant rapporté de tels symptômes et du fait que certains symptômes d'hypoventilation nocturne ne sont pas évalués par la SDSC. Par ailleurs, la valeur prédictive de l'anamnèse, comme celle des fonctions pulmonaires diurnes, est connue pour être limitée, raison pour laquelle une oxy-capnométrie est effectuée de routine en dessous d'une capacité vitale forcée de 50%. Elle permet, si nécessaire, l'instauration précoce d'une ventilation non-invasive, limitant ainsi vraisemblablement l'impact de ('hypoventilation nocturne sur la qualité du sommeil dans notre population. Plusieurs limitations sont à évoquer. Le petit nombre de patients ne permet pas d'exclure d'autres associations potentielles. La nature transversale de l'étude augmente le risque de causalité inverse. Cette étude n'inclut pas de mesure quantitative du sommeil. Les questionnaires adressés aux parents ont toutefois pu être démontrés comme fiables hormis pour les TRS. Un biais de non-réponse ne peut pas être totalement exclu, bien que le taux de réponse soit élevé (86,5%) et qu'il n'y ait pas de différence significative entre les populations de répondeurs et non-répondeurs. Conclusion La prévalence des TDS est élevée chez les garçons avec une DMD et leurs causes sont multiples. Les facteurs de risques sont physiques (immobilité nocturne), pharmacologiques (corticothérapie) et environnementaux (famille monoparentale). Compte tenu de son impact sur la qualité de vie, l'évaluation du sommeil doit être systématique en consultation et ne pas se limiter aux seuls troubles ventilatoires nocturnes.

Genes, environment and sex : perspectives from ectothermic vertebrates

RESUMELes modèles classiques sur l'évolution des chromosomes sexuels supposent que des gènes sexe- antagonistes s'accumulent sur les chromosomes sexuels, entraînant ainsi l'apparition d'une région non- recombinante, qui se répand progressivement en favorisant l'accumulation de mutations délétères. En accord avec cette théorie, les chromosomes sexuels que l'on observe aujourd'hui chez les mammifères et les oiseaux sont considérablement différenciés. En revanche, chez la plupart des vertébrés ectothermes, les chromosomes sexuels sont indifférenciés et il existe une impressionnante diversité de mécanismes de détermination du sexe. Au cours de cette thèse, j'ai étudié l'évolution des chromosomes sexuels chez les vertébrés ectothermes, en outre pour mieux comprendre ce contraste avec les vertébrés endothermes. L'hypothèse « high-turnover » postule que les chromosomes sexuels sont remplacés régulièrement à partir d'autosomes afin d'éviter leur dégénérescence. L'hypothèse « fountain-of-youth » propose que la recombinaison entre le chromosome X et le chromosome Y au sein de femelles XY empêche la dégénérescence. Les résultats de ma thèse, basés sur des études théoriques et empiriques, suggèrent que les deux processus peuvent être entraînés par l'environnement et ainsi jouent un rôle important dans l'évolution des chromosomes sexuels chez les vertébrés ectothermes.SUMMARYClassical models of sex-chromosome evolution assume that sexually antagonistic genes accumulate on sex chromosomes leading to a non-recombining region, which progressively expands and favors the accumulation of deleterious mutations. Concordant with this theory, sex chromosomes in extant mammals and birds are considerably differentiated. In most ectothermic vertebrates, such as frogs, however, sex chromosomes are undifferentiated and a striking diversity of sex determination systems is observed. This thesis was aimed to investigate this apparent contrast of sex chromosome evolution between endothermic and ectothermic vertebrates. The "high-turnover" hypothesis holds that sex chromosomes arose regularly from autosomes preventing decay. The "fountain-of-youth" hypothesis posits that sex chromosomes undergo episodic X-Y recombination in sex-reversed XY females, thereby purging ("rejuvenating") the Y chromosome. We suggest that both processes likely played an important role in sex chromosome evolution of ectothermic vertebrates. The literature largely views sex determination as a dichotomous process: individual sex is assumed to be determined either by genetic (genotypic sex determination, GSD) or by environmental factors (environmental sex determination, ESD), most often temperature (temperature sex determination, TSD). We endorsed an alternative view, which sees GSD and TSD as the ends of a continuum. The conservatism of molecular processes among different systems of sex determination strongly supports the continuum view. We proposed to define sex as a threshold trait underlain by a liability factor, and reaction norms allowing modeling interactions between genotypic and temperature effects. We showed that temperature changes (due to e.g., climatic changes or range expansions) are expected to provoke turnovers in sex-determination mechanisms maintaining homomorphic sex chromosomes. The balanced lethal system of crested newts might be the result of such a sex determination turnover, originating from two variants of ancient Y-chromosomes. Observations from a group of tree frogs, on the other hand, supported the 'fountain of youth' hypothesis. We then showed that low rates of sex- reversals in species with GSD might actually be adaptive considering joint effects of deleterious mutation purging and sexually antagonistic selection. Ongoing climatic changes are expected to threaten species with TSD by biasing population sex ratios. In contrast, species with GSD are implicitly assumed immune against such changes, because genetic systems are thought to necessarily produce even sex ratios. We showed that this assumption may be wrong and that sex-ratio biases by climatic changes may represent a previously unrecognized extinction threat for some GSD species.

ClC-5 chloride channel and kidney stones: what is the link?

Nephrolithiasis is one of the most common diseases in the Western world. The disease manifests itself with intensive pain, sporadic infections, and, sometimes, renal failure. The symptoms are due to the appearance of urinary stones (calculi) which are formed mainly by calcium salts. These calcium salts precipitate in the renal papillae and/or within the collecting ducts. Inherited forms of nephrolithiasis related to chromosome X (X-linked hypercalciuric nephrolithiasis or XLN) have been recently described. Hypercalciuria, nephrocalcinosis, and male predominance are the major characteristics of these diseases. The gene responsible for the XLN forms of kidney stones was cloned and characterized as a chloride channel called ClC-5. The ClC-5 chloride channel belongs to a superfamily of voltage-gated chloride channels, whose physiological roles are not completely understood. The objective of the present review is to identify recent advances in the molecular pathology of nephrolithiasis, with emphasis on XLN. We also try to establish a link between a chloride channel like ClC-5, hypercalciuria, failure in urine acidification and protein endocytosis, which could explain the symptoms exhibited by XLN patients.

Contrôle de l'expression de la protéine PHEX et rôle de PHEX et FGF23 dans la minéralisation par les cellules MC3T3

PHEX est une protéine importante dans le processus de minéralisation osseuse. Des mutations ou la délétion d’une partie de ce gène causent l’hypophosphatémie liée au chromosome X (XLH). Cette maladie est caractérisée par une hypophosphatémie, accompagnée de défauts de minéralisation, de rachitisme et de lésions ostéomalaciques. Avec l’hypophosphatémie, les taux circulants de vitamine D devraient être augmentés, ce qui n’est pas le cas d’où une régulation anormale de la production de vitamine D a lieu. Cependant, malgré le fait que cette protéine soit une peptidase, aucun substrat physiologique n’a encore été répertorié pour PHEX. PHEX est une protéine membranaire de type II de la famille M13 des métalloendopeptidases à zinc possédant un court domaine N-terminal cytosolique, un segment transmembrannaire d’environ 20 acides aminés et une large portion C-terminale extracellulaire où se trouve le site actif de l’enzyme. PHEX est exprimée de façon majoritaire dans les os et dans les dents et elle apparaît à l’initiation de la minéralisation. Les patients souffrant de XLH et la souris Hyp, qui est un modèle animal de la maladie humaine, montrent des quantités importantes de la protéine FGF23. De plus, FGF23 est impliqué dans une autre maladie reliée au métabolisme du phosphate, l’hypophosphatémie rachitique autosomale dominante (ADHR) où des mutations de FGF23 causent sensiblement les mêmes symptômes que XLH. FGF23 est produit principalement par les ostéoblastes et les ostéocytes. FGF23 cause une hypophosphatémie par la diminution de l’expression du cotransporteur NaPi de type II, responsable de la réabsorption du phosphate rénal. L’hypothèse proposée dans la littérature serait que PHEX activerait ou inactiverait des peptides importants pour la minéralisation osseuse. Plus spécifiquement, l’activation ou l’inactivation de ces peptides aurait pour rôle de réguler les quantités de FGF23. Selon l’hypothèse mentionnée précédemment, la régulation de PHEX pourrait donc avoir un effet sur la minéralisation. Une quantité croissante de données sur la régulation de PHEX sont maintenant disponibles. Par exemple, la vitamine D diminue l’expression de PHEX tandis que les glucocorticoïdes et l’hormone de croissance augmentent son expression. Dans une première étude, nous avons voulu déterminer si un peptide relié à la minéralisation osseuse, le PTHrP1-34, pouvait réguler l’expression de PHEX. Nous avons déterminé que le PTHrP1-34 peut réguler de façon négative l’expression de PHEX dans les cellules UMR-106, une lignée cellulaire ostéoblastique. Cette régulation passe par la voie de l’AMPc/protéine kinase A. De plus, cette diminution d’expression est également observée au jour 7 dans des cultures primaires d’ostéoblastes de rat en minéralisation. Par la suite, nous avons étudié un mutant de PHEX, le mutant E4Q retrouvé chez un patient souffrant de XLH, où la mutation se retrouve dans le domaine cytosolique de PHEX. Cette mutation n’interfère pas avec le site catalytique de l’enzyme puisque ce mutant de PHEX peut tout aussi bien cliver un substrat synthétique que la protéine sauvage. Il a été déterminé que cette mutation annule un motif di-acide. Nous avons démontré que ce motif di-acide est responsable de la liaison de PHEX à COPII, responsable de la formation de vésicules de sécrétion. De plus, il semblerait que ce motif soit important, probablement par son interaction avec COPII, à l’incorporation de PHEX dans des vésicules de calcification, lesdites vésicules étant importantes dans le processus de minéralisation. Finalement, des essais de compétitions ont démontré que la minéralisation pouvait être perturbée lorsque l’on surexprimait la queue cytosolique sauvage de PHEX, contrairement à la queue mutée. Ceci suggère possiblement que l’interaction avec COPII menant à l’incorporation de PHEX dans les vésicules de calcification ou d’autres protéines comprenant de tels motifs pourrait être importante pour la minéralisation. Finalement, la dernière étude porte sur la protéine FGF23. Nous avons démontré, par la surexpression de FGF23 dans la lignée MC3T3 d’ostéoblastes de souris, que cette surexpression a un effet sur la sénescence de ces cellules. En effet, des essais de sénescence ont montré l’augmentation de celle-ci lorsque FGF23 est surexprimé. Par contre, la prolifération n’est pas altérée. De plus, il semblerait que la différenciation soit plus rapide, tel qu’observé par une minéralisation survenant plus tôt, mais n’étant pas plus importante. Bref, la surexpression de FGF23 semblerait faire en sorte que les ostéoblastes se différencient plus rapidement et passent donc à un état de sénescence prématuré comparativement aux cellules sauvages. Ceci est en accord avec la littérature où KLOTHO, un cofacteur de FGF23 permettant sa liaison avec une plus grande affinité sur son récepteur, lorsqu’inactivé démontre un phénotype similaire au vieillissement incluant un phénotype de sénescence.