Caractérisation clinique et génétique d’une nouvelle forme d’ataxie autosomique récessive dans la population québécoise

Les ataxies autosomiques récessives sont un groupe de troubles neurologiques hétérogènes caractérisés par une incoordination brute des mouvements musculaires impliquant le dysfonctionnement nerveux du cervelet qui coordonne le mouvement. Plusieurs formes héréditaires ont été décrites dont la plus connue : l’ataxie de Friedriech. Dans cette thèse nous rapportons l'identification et la caractérisation d’une nouvelle forme dans la population québécoise. L’ataxie récessive spastique avec leucoencéphalopathie (ARSAL; aussi connue comme l’ataxie autosomique récessive spastique de type 3 (SPAX3); OMIM 611390) est la deuxième ataxie spastique décrite dans la population canadienne française. En effet, près de 50 % de nos cas sont originaires de la région de Portneuf. En 2006, nous avons décrit les caractéristiques cliniques de cette nouvelle forme d’ataxie. Un premier criblage du génome entier, constitué de plus de 500 marqueurs microsatellites, a permis la localisation du locus sur le chromosome 2q33-34. Suite au séquençage de plus de 37 gènes candidats et afin de rétrécir cet intervalle candidat, nous avons utilisé une micro-puce d’ADN constituée de marqueurs SNP «single nucleotide polymorphism» et nous avons identifié un deuxième intervalle candidat de 0.658Mb au locus 2q33 dans lequel se trouvent moins de 9 gènes. L’identification et la caractérisation de ces mutations a nécessité l’utilisation de diverses technologies de pointe. Trois mutations (une délétion et deux réarrangements complexes) dans le gène mitochondrial tRNA-synthetase (MARS2) ont été identifiées dans notre cohorte. Nous émettons l’hypothèse que la nature des mutations complexes est responsable d’un dérèglement de la transcription du gène, ce qui a un impact néfaste sur la fonction mitochondriale et le tissu neuronal.

Régulation transcriptionnelle du gène de la protéine de liaison de la chlorophylle-a et de la péridinine chez le dinoflagellé Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés jouent un rôle très important dans l’écologie des océans en y réalisant une grande partie de la production primaire, en formant une association symbiotique avec les coraux et en ayant la capacité de produire des fleurs d’algues potentiellement toxiques pour les communautés côtières humaines et animales. Malgré tout, la biologie moléculaire des dinoflagellés n’a que très peu été étudiée dans les dernières années, les connaissances de processus de base comme la régulation de la transcription y étant fortement limitées. Une tentative pour élucider ce mécanisme a été réalisée chez les dinoflagellés photosynthétiques Lingulodinium polyedrum et Amphidinium carterae. Une expérience d’induction de la transcription du gène de la Peridinin chlorophyll-a binding protein, le complexe majeur de collecte de lumière, a été réalisée par une baisse de l’intensité lumineuse et a montré une faible augmentation (moins de 2 fois) du transcrit à court et long terme. Des expériences de simple-hybride et de retard sur gel (EMSA) ont été faits pour identifier de potentielles interactions protéine-ADN dans la région intergénique du gène PCP organisé en tandem. Ces essais ont été infructueux pour identifier de telles protéines. Une analyse du transcriptome de L. polyedrum a été effectuée, montrant une importante sous-représentation de domaines de liaison à l’ADN classique (comme Heat-shock factor, bZIP ou Myb) et une surreprésentation du domaine d’origine bactérienne Cold shock en comparaison avec d’autres eucaryotes unicellulaires. Ce travail suggère que les mécanismes de régulation transcriptionnelle des dinoflagellés pourraient différer substantiellement de ceux des autres eucaryotes.

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

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

Étude de l’interaction Ikaros/voie de signalisation Notch au cours de l'érythropoïèse

Tout au long de la vie d’un individu, il existe un nombre optimal de cellules à produire et de progéniteurs à conserver en réserve. On parle de maintien de l’homéostasie tissulaire. De façon générale, l’organisme a cinq possibilités pour réguler l’homéostasie : l’autorenouvellement et la quiescence, souvent utilisés pour maintenir un ‘pool’ fonctionnel de progéniteurs, la différenciation qui permet de produire des cellules effectrices, l’apoptose et la sénescence, qui permettent de limiter la production de cellules ou encore d’en faire diminuer le nombre quand elles sont en excès. La régulation de ces quatre mécanismes peut se faire de façon extrinsèque en passant par différentes voies de signalisation combinées à l’action intrinsèque de facteurs de transcription comme Ikaros et GATA1. Le facteur de transcription Ikaros joue un rôle critique dans le devenir des cellules progénitrices et la différenciation des lignages hématopoïétiques. Cependant, il demeure surtout connu pour son influence sur la voie Notch dans les cellules lymphoïdes, notamment les lymphocytes T. Les cellules érythroïdes sont hautement sensibles à l’environnement et donc, particulièrement adaptées à l’étude des régulations de l’homéostasie. Les résultats de différentes études ont permis de démontrer qu’Ikaros et la voie Notch influencent l’érythropoïèse. Cependant le détail de leurs actions demeure en grande partie inconnu à ce jour. Au cours de notre étude nous avons voulu déterminer l’action d’Ikaros dans le maintien de l’homéostasie des cellules érythroïdes et si son rôle passe par un dialogue avec la voie Notch. Nous avons voulu décrypter les mécanismes de régulation transcriptionnelle utilisés par Ikaros et par Notch au cours de l’érythropoïèse et leurs effets. Notre étude montre qu’Ikaros réprime à l’aide de GATA1 le gène Hes1, une cible importante de la voie Notch, en recrutant un complexe de la famille Polycomb, le PRC2 ii (Polycomb Repressive Complex 2). Cette répression permet la promotion de la différenciation des cellules érythroïdes. Au niveau du maintien de l’homéostasie par régulation de l’apoptose, Ikaros est connu pour cibler l’anti-apoptotique Bcl2l1 dans les lymphocytes. Puisque Gata-1, partenaire préférentiel d’Ikaros cible Bcl2l1 dans les cellules érythroïdes, nous avons caractérisé leur effet sur l’expression de Bcl2l1. Nous avons découvert qu’Ikaros active de façon directe Bcl2l1 et qu’il recrute sur le gène deux complexes partenaires d’élongation : un de la famille SET1/MLL, et le complexe P-TEFb-NuRD. En l’absence d’Ikaros, le fragment intracellulaire de Notch (NICD) et son cofacteur RBP-J remplacent Ikaros et favorisent l’hyper-activation de l’expression de Bcl2l1. Ceci est associé à la modification du complexe d’élongation recruté, ainsi qu’à la mise en place de modifications épigénétiques distinctes de celles observées avec Ikaros ce qui modifie l’élongation transcriptionnelle du gène. Ikaros et Notch sont fréquemment mutés ou présentent des fonctions altérées dans les leucémies. Notre étude montre un dialogue Ikaros/Notch influençant aussi bien la différenciation que l’apoptose et met en évidence l’existence d’un circuit génétique dont le dérèglement pourrait favoriser l’apparition d’une hématopoïèse maligne.

Genes diferencialmente expressos em cana-de-açúcar inoculada com Xanthomonas albilineans, o agente causal da escaldadura da folha

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

A systematic approach to identify STRE-binding proteins of the gsn glycogen synthase gene promoter in Neurospora crassa

The gene encoding glycogen synthase in Neurospora crassa (gsn) is transcriptionally down-regulated when mycelium is exposed to a heat shock from 30 to 45 degrees C. The gsn promoter has one stress response element (STRE) motif that is specifically bound by heat shock activated nuclear proteins. In this work, we used biochemical approaches together with mass spectrometric analysis to identify the proteins that bind to the STRE motif and could participate in the gsn transcription regulation during heat shock. Crude nuclear extract of heat-shocked mycelium was prepared and fractionated by affinity chromatography. The fractions exhibiting DNA-binding activity were identified by electrophoretic mobility shift assay (EMSA) using as probe a DNA fragment containing the STRE motif DNA-protein binding activity was confirmed by Southwestern analysis. The molecular mass (MM) of proteins was estimated by fractionating the crude nuclear extract by SDS-PAGE followed by EMSA analysis of the proteins corresponding to different MM intervals. Binding activity was detected at the 30-50 MM kDa interval. Fractionation of the crude nuclear proteins by IEF followed by EMSA analysis led to the identification of two active fractions belonging to the pIs intervals 3.54-4.08 and 6.77-7.31. The proteins comprising the MM and pI intervals previously identified were excised from a 2-DE gel, and subjected to mass spectrometric analysis (MALDI-TOF/TOF) after tryptic digestion. The proteins were identified by search against the MIPS and MIT N. crassa databases and five promising candidates were identified. Their structural characteristics and putative roles in the gsn transcription regulation are discussed.

Molecular mechanisms of the induction of IL-12 and its inhibition by IL- 10

Exogenously added IL-10 rapidly inhibited Staphylococcus aureus- or LPS- induced cytokine mRNA expression in human PBMCs and monocytes, with a maximal effect observed when IL-10 was added from 20 h before until 1 h after the addition of the inducers. Nuclear run-on assays revealed that the inhibition of IL-12 p40, IL-12 p35, and TNF-α was at the gene transcriptional level and that the addition of IL-10 to S. aureus- or LPS-treated PBMCs did not affect mRNA stability. The inhibitory activity of IL-10 was abrogated by cycloheximide (CHX), suggesting the involvement of a newly synthesized protein(s). The addition of CHX at 2 h before S. aureus or LPS also inhibited the accumulation of IL-12 p40 mRNA, but did not inhibit IL-12 p35 and TNF-α mRNA. This finding suggests that p40 transcription is regulated through a de novo synthesized protein factor(s), whereas the addition of CHX at 2 h after S. aureus activation caused superinduction of the IL-12 p40, IL-12 p35, and TNF-α genes. These results indicate that in human monocytes, the mechanism(s) of IL-10 suppression of both IL-12 p40 and IL-12 p35 genes is primarily seen at the transcriptional level, and that the induction of the IL-12 p40 and p35 genes have different requirements for de novo protein synthesis.

Growth hormone mRNA expression in the pituitary of Bos indicus and Bos taurus x Bos indicus crossbred young bulls treated with recombinant bovine somatotropin

The effects of breed and of recombinant bovine somatotropin (rbST) treatment on growth hormone gene expression were studied in young bulls. The experiment was completely randomized in a [2 × 2]-factorial arrangement, using two levels of rbst (0 or 250 mg/animal/14 days), and two breed groups (Nelore and Simmental x Nelore crossbred). A CDNA encoding Bos indicus growth hormone was cloned and sequenced for use as a probe in Northern and dot blot analyses. Compared to the Bos taurus structural gene, the Bos indicus CDNA was found to begin 21 bases downstream from the transcription initiation site and had only two discrepancies (C to T at position 144-His and T to C at position 354-Phe), without changes in the polypeptide sequence. However, two amino acid substitutions were found for Bubalus spp., which belong to the same tribe. The rbst treatment did not change any of the characteristics evaluated (body and pituitary gland weights, growth hormone MRNA expression level). Crossbred animals had significantly higher body weight and heavier pituitaries than Nelore cattle. Pituitary weight was proportional to body weight in both breed groups. Growth hormone MRNA expression in the pituitary was similar (P>0.075) for both breed and hormonal treatment groups, but was 31.9% higher in the pure Nelore group, suggesting that growth hormone gene transcription regulation differs among these breeds.

Identificação de proteínas ligantes de CRABP2, proteína envolvida na via de sinalização celular por ácido retinóico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Caracterização funcional dos elementos de transcrição do gene da glicogênio sintase (gsn) de Neurospora crassa

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Identificação de genes diferencialmente expressos em câncer de laringe

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

New ligands of the cellular retinoic acid-binding protein 2 (CRABP2) suggest a role for this protein in chromatin remodeling

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Androgen responsive intronic non-coding RNAs

Abstract Background Transcription of large numbers of non-coding RNAs originating from intronic regions of human genes has been recently reported, but mechanisms governing their biosynthesis and biological functions are largely unknown. In this work, we evaluated the existence of a common mechanism of transcription regulation shared by protein-coding mRNAs and intronic RNAs by measuring the effect of androgen on the transcriptional profile of a prostate cancer cell line. Results Using a custom-built cDNA microarray enriched in intronic transcribed sequences, we found 39 intronic non-coding RNAs for which levels were significantly regulated by androgen exposure. Orientation-specific reverse transcription-PCR indicated that 10 of the 13 were transcribed in the antisense direction. These transcripts are long (0.5–5 kb), unspliced and apparently do not code for proteins. Interestingly, we found that the relative levels of androgen-regulated intronic transcripts could be correlated with the levels of the corresponding protein-coding gene (asGAS6 and asDNAJC3) or with the alternative usage of exons (asKDELR2 and asITGA6) in the corresponding protein-coding transcripts. Binding of the androgen receptor to a putative regulatory region upstream from asMYO5A, an androgen-regulated antisense intronic transcript, was confirmed by chromatin immunoprecipitation. Conclusion Altogether, these results indicate that at least a fraction of naturally transcribed intronic non-coding RNAs may be regulated by common physiological signals such as hormones, and further corroborate the notion that the intronic complement of the transcriptome play functional roles in the human gene-expression program.

Transcriptional dynamics of the human DMD locus

The human DMD locus encodes dystrophin protein. Absence or reduced levels of dystrophin (DMD or BMD phenotype, respectively) lead to progressive muscle wasting. Little is known about the complex coordination of dystrophin expression and its transcriptional regulation is a field of intense interest. In this work we found that DMD locus harbours multiple long non coding RNAs which orchestrate and control transcription of muscle dystrophin mRNA isoforms. These lncRNAs are tissue-specific and highly expressed during myogenesis, suggesting a possible role in tissue-specific expression of DMD gene isoforms. Their forced ectopic expression in human muscle and neuronal cells leads to a specific and negative regulation of endogenous dystrophin full lenght isoforms. An intriguing aspect regarding the transcription of the DMD locus is the gene size (2.4Mb). The mechanism that ensures the complete synthesis of the primary transcript and the coordinated splicing of 79 exons is still completely unknown. By ChIP-on-chip analyses, we discovered novel regions never been involved before in the transcription regulation of the DMD locus. Specifically, we observed enrichments for Pol II, P-Ser2, P-Ser5, Ac-H3 and 2Me-H3K4 in an intronic region of 3Kb (approximately 21Kb) downstream of the end of DMD exon 52 and in a region of 4Kb spanning the DMD exon 62. Interestingly, this latter region and the TSS of Dp71 are strongly marked by 3Me-H3K36, an histone modification associated with the regulation of splicing process. Furthermore, we also observed strong presence of open chromatin marks (Ac-H3 and 2Me-H3K4) around intron 34 and the exon 45 without presence of RNA pol II. We speculate that these two regions may exert an enhancer-like function on Dp427m promoter, although further investigations are necessary. Finally, we investigated the nuclear-cytoplasmic compartmentalization of the muscular dystrophin mRNA and, specifically, we verified whether the exon skipping therapy could influence its cellular distribution.