Inference of Evolutionary Forces Acting on Human Biological Pathways.

Because natural selection is likely to act on multiple genes underlying a given phenotypic trait, we study here the potential effect of ongoing and past selection on the genetic diversity of human biological pathways. We first show that genes included in gene sets are generally under stronger selective constraints than other genes and that their evolutionary response is correlated. We then introduce a new procedure to detect selection at the pathway level based on a decomposition of the classical McDonald-Kreitman test extended to multiple genes. This new test, called 2DNS, detects outlier gene sets and takes into account past demographic effects and evolutionary constraints specific to gene sets. Selective forces acting on gene sets can be easily identified by a mere visual inspection of the position of the gene sets relative to their two-dimensional null distribution. We thus find several outlier gene sets that show signals of positive, balancing, or purifying selection but also others showing an ancient relaxation of selective constraints. The principle of the 2DNS test can also be applied to other genomic contrasts. For instance, the comparison of patterns of polymorphisms private to African and non-African populations reveals that most pathways show a higher proportion of nonsynonymous mutations in non-Africans than in Africans, potentially due to different demographic histories and selective pressures.

The role of MAR elements in DNA recombination

The untargeted integration of foreign DNA into the mammalian cell genome, extensively used in gene therapy and biotechnology, remains an incompletely understood process. It is believed to be based on cellular DNA double strand break (DSB) repair machinery and to involve two major steps: i) the formation of long gene arrays (concatemers), and ii) recombination of the resulting concatemer with the genome. The main DSB repair pathways in eukaryotes include non-homologous end-joining (NHEJ), homologous recombination (HR), and microhomology-mediated end-joining (MMEJ). However, it is still not clear, which of these pathways are responsible for transgene integration. Here, we show that NHEJ is not the primary pathway used by mammalian cells in the transgene integration process, while the components of the HR pathway seem to be important for genomic integration but not concatemerization. Instead, concatemer formation appears to be mediated by a subset of the MMEJ pathway, termed synthesis-dependent MMEJ (SD-MMEJ). This mechanism also seems to be preferentially used for plasmid integration into the genome, as confirmed by the analysis of plasmid-to-genome junction sequences, which were found to display an SD-MMEJ pattern. Therefore, we propose the existence of two distinct SD-MMEJ subpathways, relying on different subsets of enzymes. One of these mechanisms appears to be responsible for concatemerization, while the other mechanism, partially dependent in HR enzymes, seems to mediate recombination with the genome. Previous studies performed by our group suggested that matrix attachment regions (MARs), which are epigenetic regulatory DNA elements that participate in the formation of chromatin boundaries and augment transcription, may mediate increased plasmid integration into the genome of CHO cells by stimulating DNA recombination. In the present work, we demonstrate that MAR-mediated plasmid integration results from the enhanced SD-MMEJ pathway. Analysis of transgene integration loci and junction DNA sequences validated the prevalent use of this pathway by the MAR elements to target plasmid DNA into gene-rich areas of the CHO genome. We propose that this finding should in the future help to engineer cells for improved recombinant protein production. In addition to investigating the process of transgene integration, we designed recombination assays to better characterize the components of the MMEJ and SD-MMEJ pathways. We also used CHO cells expressing cycle-sensitive reporter genes to demonstrate a potential role of HR proteins in the cell cycle regulation.

Further molecular profiling of tumors harboring therapeutic targets within non-small cell lung cancer

Background: Treatment of NSCLC has been revolutionized in recent years with the introduction of several targeted therapies for selected genetically altered subtypes of NSCLC. A better understanding of molecular characteristics of NSCLC, which features common drug targets, may identify new therapeutic options. Methods: Over 6,700 non-small cell lung cancer cases referred to Caris Life Sciences between 2009 and 2014. Diagnoses and history were collected from referring physicians. Specific testing was performed per physician request and included a combination of sequencing (Sanger, NGS or pyrosequencing), protein expression (IHC), gene amplification/rearrangement (CISH or FISH), and/or RNA fragment analysis. Results: Tumors profiles from patients with hormone receptor positive disease (HER2, ER, PR, or AR positive by IHC) (n=629), HER2 mutations (n=8) ALK rearrangements (n=55), ROS1 rearrangement (n=17), cMET amplification or mutation (n=126), and cKIT mutation (n=11) were included in this analysis and compared to the whole cohort. Tumors with ALK rearrangement overexpressed AR in 18% of cases, and 7% presented with concomitant KRAS mutation. Lower rates of PTEN loss, as assessed by IHC, were observed in ALK positive (20%), ROS1 positive (9%) and cKIT mutated tumors (25%) compared to the overall NSCLC population (58%). cMET was overexpressed in 66% of ROS1 translocated and 57% of HER2 mutated tumors. cKIT mutations were found co-existing with APC (20%) and EGFR (20%) mutations. Pathway analysis revealed that hormone receptor positive disease carried more mutations in the ERK pathway (32%) compared to 9% in the mTOR pathway. 25% of patients with HER2 mutations harbored a co-existing mutation in the mTOR pathway. Conclusions: Pathway profiling reveals that NSCLC tumors present more often than reported with several concomitant alterations affecting the ERK or AKT pathway. Additionally, they are also characterized by the expression of potential biological modifiers of the cell cycle like hormonal receptors, representing a rationale for dual inhibition strategies in selected patients. Further refining of the understanding of NSCLC biomarker profile will optimize research for new treatment strategies.

Molecular profiling of non-small cell lung cancer by histologic subtype

Background: A substantial proportion of NSCLC has been shown to harbour specific molecular alterations affecting tumour proliferation and resulting in sensitivity to inhibition of the corresponding activated oncogenic pathway by targeted therapies. Comprehensive tumor profiling can diagnose such alterations and may identify new alterations opening additional treatment options for all distinct NSCLC subtypes. Methods: Over 6,700 non-small cell lung cancer cases referred to Caris Life Sciences between 2009 and 2014 were evaluated; clinical diagnoses and detailed tumor pathology were collected from referring physicians. Specific profiling was performed per physician request and included a combination of sequencing (Sanger, NGS or pyrosequencing), protein expression (IHC), gene amplification/rearrangement (CISH or FISH), and/or RNA fragment analysis within potential cancer-related genes and pathways. Results: Patients were grouped into cohorts according to histological subtype - adenocarcinoma (AD) (n=4,286), squamous cell carcinoma (SCC) (n=1,280), large cell carcinoma (LCC) (n=153) and bronchioalveolar carcinoma (BAC) (n=94). Protein overexpression of cMET (>2+ in >50% cells) was higher in AD (35.9%) compared to other subgroups (12-20%) while RRM1 and TOP2A levels were lower in AD. ALK or ROS1 were rearranged in 5.3% of patients with AD compared to 3.7% of patients with LCC and 1.2% of patients with SCC. EGFR mutations were found at low prevalence in both the LCC (0%) and SCC cohorts (2.8%) compared to 21% in AD. Similar lower rates of BRAF mutations were observed in the LCC and SCC cohorts compared to AD (0%, 1.1% and 5.1%). Pathway analysis showed activating mutations in the ERK pathway in 40% of patients with AD. Only 10-12% of patients with LCC or SCC had activating mutations in the ERK pathway. Conclusions: Despite the limitations of this retrospective series, we report comprehensive profiling of the largest cohort of NSCLC. Tumor profiling reveals that ADs may be more addicted to the ERK pathway than other histological subtypes. Drugs which target cMET may also have most utility in AD. Full analysis by histological subtype and additional correlative data on protein expression, gene copy number and mutations will be presented.

Ropinirole alters gene expression profiles in SH-SY5Y cells: a whole genome microarray study

Ropinirole (ROP) is a dopamine agonist that has been used as therapy for Parkinson's disease. In the present study, we aimed to detect whether gene expression was modulated by ROP in SH-SY5Y cells. SH-SY5Y cell lines were treated with 10 µM ROP for 2 h, after which total RNA was extracted for whole genome analysis. Gene expression profiling revealed that 113 genes were differentially expressed after ROP treatment compared with control cells. Further pathway analysis revealed modulation of the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) signaling pathway, with prominent upregulation of PIK3C2B. Moreover, batches of regulated genes, including PIK3C2B, were found to be located on chromosome 1. These findings were validated by quantitative RT-PCR and Western blot analysis. Our study, therefore, revealed that ROP altered gene expression in SH-SY5Y cells, and future investigation of PIK3C2B and other loci on chromosome 1 may provide long-term implications for identifying novel target genes of Parkinson's disease.

Performances de la puce exon et son application dans l’analyse de l’épissage alternatif associé à la métastase du cancer de sein

Nous montrons l’utilisation de la puce exon d’Affymetrix pour l’analyse simultanée de l’expression des gènes et de la variation d’isoformes. Nous avons utilisé les échantillons d’ARN du cerveau et des tissus de référence qui ont été antérieurement utilisés dans l’étude du consortium MicroArray Quality Control (MAQC). Nous démontrons une forte concordance de la quantification de l’expression des gènes entre trois plateformes d’expression populaires à savoir la puce exon d’Affymetrix, la puce Illumina et la puce U133A d’Affymetrix. Plus intéressant nous montrons que la majorité des discordances entre les trois plateformes résulterait des positions différentes des sondes à travers les plateformes et que les variations d’isoforme exactes ne peuvent être identifiées que par la puce exon. Nous avons détecté avec succès, entre les tissus de référence et ceux du cerveau, une centaine de cas d’évènements d’épissage alternatif. La puce exon est requise dans l’analyse de l’épissage alternatif associé aux pathologies telles que les cancers et les troubles neurologiques. Comme application de cette technologie, nous avons analysé les variations d’épissage dans la métastase du cancer de sein développé dans le model de la souris. Nous avons utilisé une gamme bien définie de trois lignées de tumeur mammaire ayant différents potentiels métastatiques. Par des analyses statistiques, nous avons répertorié 2623 transcripts présentant des variations d’expression et d’isoformes entre les types de tumeur. Une analyse du réseau de gènes montre qu’environ la moitié d’entre eux est impliquée dans plusieurs activités cellulaires, ainsi que dans nombreux cancers et désordres génétiques.

Genome wide search for genetic determinants of habitual alcohol, tobacco and coffee use, obesity-related traits, response to mental and physical stress and hemodynamic traits

Les habitudes de consommation de substances psychoactives, le stress, l’obésité et les traits cardiovasculaires associés seraient en partie reliés aux mêmes facteurs génétiques. Afin d’explorer cette hypothèse, nous avons effectué, chez 119 familles multi-générationnelles québécoises de la région du Saguenay-Lac-St-Jean, des études d’association et de liaison pangénomiques pour les composantes génétiques : de la consommation usuelle d’alcool, de tabac et de café, de la réponse au stress physique et psychologique, des traits anthropométriques reliés à l’obésité, ainsi que des mesures du rythme cardiaque (RC) et de la pression artérielle (PA). 58000 SNPs et 437 marqueurs microsatellites ont été utilisés et l’annotation fonctionnelle des gènes candidats identifiés a ensuite été réalisée. Nous avons détecté des corrélations phénotypiques significatives entre les substances psychoactives, le stress, l’obésité et les traits hémodynamiques. Par exemple, les consommateurs d’alcool et de tabac ont montré un RC significativement diminué en réponse au stress psychologique. De plus, les consommateurs de tabac avaient des PA plus basses que les non-consommateurs. Aussi, les hypertendus présentaient des RC et PA systoliques accrus en réponse au stress psychologique et un indice de masse corporelle (IMC) élevé, comparativement aux normotendus. D’autre part, l’utilisation de tabac augmenterait les taux corporels d’épinéphrine, et des niveaux élevés d’épinéphrine ont été associés à des IMC diminués. Ainsi, en accord avec les corrélations inter-phénotypiques, nous avons identifié plusieurs gènes associés/liés à la consommation de substances psychoactives, à la réponse au stress physique et psychologique, aux traits reliés à l’obésité et aux traits hémodynamiques incluant CAMK4, CNTN4, DLG2, DAG1, FHIT, GRID2, ITPR2, NOVA1, NRG3 et PRKCE. Ces gènes codent pour des protéines constituant un réseau d’interactions, impliquées dans la plasticité synaptique, et hautement exprimées dans le cerveau et ses tissus associés. De plus, l’analyse des sentiers de signalisation pour les gènes identifiés (P = 0,03) a révélé une induction de mécanismes de Potentialisation à Long Terme. Les variations des traits étudiés seraient en grande partie liées au sexe et au statut d’hypertension. Pour la consommation de tabac, nous avons noté que le degré et le sens des corrélations avec l’obésité, les traits hémodynamiques et le stress sont spécifiques au sexe et à la pression artérielle. Par exemple, si des variations ont été détectées entre les hommes fumeurs et non-fumeurs (anciens et jamais), aucune différence n’a été observée chez les femmes. Nous avons aussi identifié de nombreux traits reliés à l’obésité dont la corrélation avec la consommation de tabac apparaît essentiellement plus liée à des facteurs génétiques qu’au fait de fumer en lui-même. Pour le sexe et l’hypertension, des différences dans l’héritabilité de nombreux traits ont également été observées. En effet, des analyses génétiques sur des sous-groupes spécifiques ont révélé des gènes additionnels partageant des fonctions synaptiques : CAMK4, CNTN5, DNM3, KCNAB1 (spécifique à l’hypertension), CNTN4, DNM3, FHIT, ITPR1 and NRXN3 (spécifique au sexe). Ces gènes codent pour des protéines interagissant avec les protéines de gènes détectés dans l’analyse générale. De plus, pour les gènes des sous-groupes, les résultats des analyses des sentiers de signalisation et des profils d’expression des gènes ont montré des caractéristiques similaires à celles de l’analyse générale. La convergence substantielle entre les déterminants génétiques des substances psychoactives, du stress, de l’obésité et des traits hémodynamiques soutiennent la notion selon laquelle les variations génétiques des voies de plasticité synaptique constitueraient une interface commune avec les différences génétiques liées au sexe et à l’hypertension. Nous pensons, également, que la plasticité synaptique interviendrait dans de nombreux phénotypes complexes influencés par le mode de vie. En définitive, ces résultats indiquent que des approches basées sur des sous-groupes et des réseaux amélioreraient la compréhension de la nature polygénique des phénotypes complexes, et des processus moléculaires communs qui les définissent.

Mécanismes moléculaires de la réplication préférentielle du VIH-1 dans les cellules à polarisation Th1Th17 versus Th1 : rôle de PPARG dans la régulation négative de la réplication virale

Les cellules T CD4+ humaines sont hétérogènes du point de vue de la permissivité à l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1). Notre laboratoire a préalablement démontré que les cellules Th1 à phénotype CXCR3+CCR6- sont relativement résistantes à l’infection par le VIH-1 alors que les cellules Th1Th17 à phénotype CXCR3+CCR6+ y sont hautement permissives. La réplication du VIH dépend de plusieurs facteurs cellulaires de restriction ou de permissivité agissant à différentes étapes du cycle viral. Toutefois, malgré plusieurs avancées, la compréhension des voies de signalisation cellulaire impliquées dans la régulation de la réplication du VIH est encore limitée. L’objectif majeur de ce projet de maîtrise est de caractériser les mécanismes moléculaires de la permissivité et de la résistance au VIH respectivement dans les cellules Th1Th17 et Th1. Ce mémoire est divisé en quatre parties qui visent: (i) l’identification des voies canoniques et des fonctions biologiques différemment régulées dans les cellules Th1Th17 versus Th1 par l’analyse de leur transcriptome au niveau du génome entier; (ii) la validation de l’expression différentielle des gènes d’intérêt identifiés par biopuces au niveau des transcrits et des protéines; (iii) la caractérisation du rôle fonctionnel de certains de ces facteurs (i.e., PPARG, AhR) sur la réplication du VIH dans les cellules Th1Th17 versus Th1; et (iv) l’identification du niveau auquel ces facteurs interfèrent avec le cycle de réplication du VIH. Nos résultats d’analyse du transcriptome du génome entier par Gene Set Enrichment Analysis et Ingenuity Pathway Analysis indiquent que les cellules à profil Th1Th17 sont plus susceptibles à l’activation cellulaire et à l’apoptose, favorisent plus l’inflammation et expriment moins fortement les gènes liés à la dégradation protéosomale comparé aux cellules à profil Th1. Ces différences dans la régulation de diverses voies et fonctions biologiques permettent en partie d’expliquer la susceptibilité à l’infection par le VIH dans ces cellules. Nous avons ensuite confirmé l’expression différentielle de certains gènes d’intérêt dans les cellules Th1Th17 (CXCR6, PPARG, ARNTL, CTSH, PTPN13, MAP3K4) versus Th1 (SERPINB6, PTK2) au niveau de l’ARNm et des protéines. Finalement, nous avons démontré le rôle des facteurs de transcription PPARG et AhR dans la régulation de la réplication du VIH. L’activation de la voie PPARG par la rosiglitazone induit la diminution importante de la réplication du VIH dans les cellules T CD4+, alors que l’activation de la voie AhR par les ligands exogènes TCDD et FICZ augmente de façon significative la réplication virale. Nous proposons que la voie PPARG agit comme un régulateur négatif de la réplication du VIH dans ces cellules, en interférant avec la polarisation Th17 et probablement en inhibant l’activité transcriptionnelle du facteur NF-kB. Les rôles des formes nucléaires versus cytoplasmiques du récepteur Ahr semblent être diamétralement opposés, dans la mesure où l’interférence ARN contre AhR s’associe également à l’augmentation de la réplication virale. Il est ainsi possible que la forme cytoplasmique d’AhR, connue par son activité E3 ligase, participe à la dégradation protéosomale des particules virales. Le mécanisme par lequel le AhR nucléaire versus cytoplasmique interfère avec la réplication virale est en cours d’étude au laboratoire. Cette étude représente la première caractérisation de l’expression différentielle de gènes au niveau du génome entier de sous-populations T CD4+ permissives versus résistantes à l’infection par le VIH. Nos résultats identifient de nouvelles cibles moléculaires pour de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à limiter la réplication du VIH dans les lymphocytes T CD4+ primaires.

Genetic determinants of clinical heterogeneity in sickle cell disease

L’anémie falciforme est une maladie monogénique causée par une mutation dans le locus de la β-globine. Malgré le fait que l’anémie falciforme soit une maladie monogénique, cette maladie présente une grande hétérogénéité clinique. On présume que des facteurs environnementaux et génétiques contribuent à cette hétérogénéité. Il a été observé qu’un haut taux d’hémoglobine fœtale (HbF) diminuait la sévérité et la mortalité des patients atteints de l’anémie falciforme. Le but de mon projet était d’identifier des variations génétiques modifiant la sévérité clinique de l’anémie falciforme. Dans un premier temps, nous avons effectué la cartographie-fine de trois régions précédemment associées avec le taux d’hémoglobine fœtale. Nous avons ensuite effectué des études d’association pan-génomiques avec deux complications cliniques de l’anémie falciforme ainsi qu’avec le taux d’hémoglobine fœtale. Hormis les régions déjà identifiées comme étant associées au taux d’hémoglobine fœtale, aucun locus n’a atteint le niveau significatif de la puce de génotypage. Pour identifier des groupes de gènes modérément associés au taux d’hémoglobine fœtale qui seraient impliqués dans de mêmes voies biologiques, nous avons effectué une étude des processus biologiques. Finalement, nous avons effectué l’analyse de 19 exomes de patients Jamaïcains ayant des complications cliniques mineures de l’anémie falciforme. Compte tenu de la taille des cohortes de réplication disponibles, nous n’avons pas les moyens de valider statistiquement les variations identifiées par notre étude. Cependant, nos résultats fournissent de bons gènes candidats pour des études fonctionnelles et pour les réplications futures. Nos résultats suggèrent aussi que le β-hydroxybutyrate en concentration endogène pourraient influencer le taux d’hémoglobine fœtale. De plus, nous montrons que la cartographie-fine des régions associées par des études pan-génomiques peut identifier des signaux d’association additionnels et augmenter la variation héritable expliquée par cette région.

Differential effects of insulin signaling on individual carbon fluxes for fatty acid synthesis in brown adipocytes

Considering the major role of insulin signaling on fatty acid synthesis via stimulation of lipogenic enzymes, differential effects of insulin signaling on individual carbon fluxes for fatty acid synthesis have been investigated by comparing the individual lipogenic fluxes in WT and IRS-1 knockout (IRS-1 KO) brown adipocytes. Results from experiments on WT and IRS-1 KO cells incubated with [5-¹³C] glutamine were consistent with the existence of reductive carboxylation pathway. Analysis of isotopomer distribution of nine metabolites related to the lipogenic routes from glucose and glutamine in IRS-1 KO cells using [U-¹³C] glutamine as compared to that in WT cells indicated that flux through reductive carboxylation pathway was diminished while flux through conventional TCA cycle was stimulated due to absence of insulin signaling in IRS-1 KO cells. This observation was confirmed by quantitative estimation of individual lipogenic fluxes in IRS-1 KO cells and their comparison with fluxes in WT cells. Thus, these results suggest that glutamine’s substantial contribution to fatty acid synthesis can be directly manipulated by controlling the flux through reductive carboxylation of alpha-ketoglutarate to citrate using hormone (insulin).

A molecular and structural characterization of senescing Arabidopsis siliques and comparison of transcriptional profiles with senescing petals and leaves

Senescence of plant organs is a genetically controlled process that regulates cell death to facilitate nutrient recovery and recycling, and frequently precedes, or is concomitant with, ripening of reproductive structures. In Arabidopsis thaliana, the seeds are contained within a silique, which is itself a photosynthetic organ in the early stages of development and undergoes a programme of senescence prior to dehiscence. A transcriptional analysis of the silique wall was undertaken to identify changes in gene expression during senescence and to correlate these events with ultrastructural changes. The study revealed that the most highly up-regulated genes in senescing silique wall tissues encoded seed storage proteins, and the significance of this finding is discussed. Global transcription profiles of senescing siliques were compared with those from senescing Arabidopsis leaf or petal tissues using microarray datasets and metabolic pathway analysis software (MapMan). In all three tissues, members of NAC and WRKY transcription factor families were up-regulated, but components of the shikimate and cell-wall biosynthetic pathways were down-regulated during senescence. Expression of genes encoding ethylene biosynthesis and action showed more similarity between senescing siliques and petals than between senescing siliques and leaves. Genes involved in autophagy were highly expressed in the late stages of death of all plant tissues studied, but not always during the preceding remobilization phase of senescence. Analyses showed that, during senescence, silique wall tissues exhibited more transcriptional features in common with petals than with leaves. The shared and distinct regulatory events associated with senescence in the three organs are evaluated and discussed.

Environmentally-acquired bacteria influence microbial diversity and natural innate immune responses at gut surfaces

Background: Early microbial colonization of the gut reduces the incidence of infectious, inflammatory and autoimmune diseases. Recent population studies reveal that childhood hygiene is a significant risk factor for development of inflammatory bowel disease, thereby reinforcing the hygiene hypothesis and the potential importance of microbial colonization during early life. The extent to which early-life environment impacts on microbial diversity of the adult gut and subsequent immune processes has not been comprehensively investigated thus far. We addressed this important question using the pig as a model to evaluate the impact of early-life environment on microbe/host gut interactions during development. Results: Genetically-related piglets were housed in either indoor or outdoor environments or in experimental isolators. Analysis of over 3,000 16S rRNA sequences revealed major differences in mucosa-adherent microbial diversity in the ileum of adult pigs attributable to differences in earlylife environment. Pigs housed in a natural outdoor environment showed a dominance of Firmicutes, in particular Lactobacillus, whereas animals housed in a hygienic indoor environment had reduced Lactobacillus and higher numbers of potentially pathogenic phylotypes. Our analysis revealed a strong negative correlation between the abundance of Firmicutes and pathogenic bacterial populations in the gut. These differences were exaggerated in animals housed in experimental isolators. Affymetrix microarray technology and Real-time Polymerase Chain Reaction revealed significant gut-specific gene responses also related to early-life environment. Significantly, indoorhoused pigs displayed increased expression of Type 1 interferon genes, Major Histocompatibility Complex class I and several chemokines. Gene Ontology and pathway analysis further confirmed these results.

Transcriptomics and proteomics show that selenium affects inflammation, ctoskeleton, and cancer pathways in human rectal biopsies

Epidemiologic studies highlight the potential role of dietary selenium (Se) in colorectal cancer prevention. Our goal was to elucidate whether expression of factors crucial for colorectal homoeostasis is affected by physiologic differences in Se status. Using transcriptomics and proteomics followed by pathway analysis, we identified pathways affected by Se status in rectal biopsies from 22 healthy adults, including 11 controls with optimal status (mean plasma Se = 1.43 μM) and 11 subjects with suboptimal status (mean plasma Se = 0.86 μM). We observed that 254 genes and 26 proteins implicated in cancer (80%), immune function and inflammatory response (40%), cell growth and proliferation (70%), cellular movement, and cell death (50%) were differentially expressed between the 2 groups. Expression of 69 genes, including selenoproteins W1 and K, which are genes involved in cytoskeleton remodelling and transcription factor NFκB signaling, correlated significantly with Se status. Integrating proteomics and transcriptomics datasets revealed reduced inflammatory and immune responses and cytoskeleton remodelling in the suboptimal Se status group. This is the first study combining omics technologies to describe the impact of differences in Se status on colorectal expression patterns, revealing that suboptimal Se status could alter inflammatory signaling and cytoskeleton in human rectal mucosa and so influence cancer risk.

Non-invasive gene-expression-based detection of well-developed collateral function in individuals with and without coronary artery disease

BACKGROUND: In patients with coronary artery disease (CAD), a well grown collateral circulation has been shown to be important. The aim of this prospective study using peripheral blood monocytes was to identify marker genes for an extensively grown coronary collateral circulation. METHODS: Collateral flow index (CFI) was obtained invasively by angioplasty pressure sensor guidewire in 160 individuals (110 patients with CAD, and 50 individuals without CAD). RNA was extracted from monocytes followed by microarray-based gene-expression analysis. 76 selected genes were analysed by real-time polymerase chain reaction (PCR). A receiver operating characteristics analysis based on differential gene expression was then performed to separate individuals with poor (CFI<0.21) and well-developed collaterals (CFI>or=0.21) Thereafter, the influence of the chemokine MCP-1 on the expression of six selected genes was tested by PCR. RESULTS: The expression of 203 genes significantly correlated with CFI (p = 0.000002-0.00267) in patients with CAD and 56 genes in individuals without CAD (p = 00079-0.0430). Biological pathway analysis revealed 76 of those genes belonging to four different pathways: angiogenesis, integrin-, platelet-derived growth factor-, and transforming growth factor beta-signalling. Three genes in each subgroup differentiated with high specificity among individuals with low and high CFI (>or=0.21). Two out of these genes showed pronounced differential expression between the two groups after cell stimulation with MCP-1. CONCLUSIONS: Genetic factors play a role in the formation and the preformation of the coronary collateral circulation. Gene expression analysis in peripheral blood monocytes can be used for non-invasive differentiation between individuals with poorly and with well grown collaterals. MCP-1 can influence the arteriogenic potential of monocytes.

Reduction in rat phosphatidylethanolamine binding protein-1 (PEBP1) after chronic corticosterone treatment may be paralleled by cognitive impairment: a first study

Chronic stress is associated with hippocampal atrophy and cognitive dysfunction. This study investigates how long-lasting administration of corticosterone as a mimic of experimentally induced stress affects psychometric performance and the expression of the phosphatidylethanolamine binding protein (PEBP1) in the adult hippocampus of one-year-old male rats. Psychometric investigations were conducted in rats before and after corticosterone treatment using a holeboard test system. Rats were randomly attributed to 2 groups (n = 7) for daily subcutaneous injection of either 26.8 mg/kg body weight corticosterone or sesame oil (vehicle control). Treatment was continued for 60 days, followed by cognitive retesting in the holeboard system. For protein analysis, the hippocampal proteome was separated by 2D electrophoresis (2DE) followed by image processing, statistical analysis, protein identification via peptide mass fingerprinting and gel matching and subsequent functional network mapping and molecular pathway analysis. Differential expression of PEBP1 was additionally quantified by Western blot analysis. Results show that chronic corticosterone significantly decreased rat hippocampal PEBP1 expression and induced a working and reference memory dysfunction. From this, we derive the preliminary hypothesis that PEBP1 may be a novel molecular mediator influencing cognitive integrity during chronic corticosterone exposure in rat hippocampus.