Understanding Ten-Eleven Translocation-2 in Hematological and Nervous Systems

I proposed the study of two distinct aspects of Ten-Eleven Translocation 2 (TET2) protein for understanding specific functions in different body systems. In Part I, I characterized the molecular mechanisms of Tet2 in the hematological system. As the second member of Ten-Eleven Translocation protein family, TET2 is frequently mutated in leukemic patients. Previous studies have shown that the TET2 mutations frequently occur in 20% myelodysplastic syndrome/myeloproliferative neoplasm (MDS/MPN), 10% T-cell lymphoma leukemia and 2% B-cell lymphoma leukemia. Genetic mouse models also display distinct phenotypes of various types of hematological malignancies. I performed 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) and RNA sequencing (RNA-Seq) of hematopoietic stem/progenitor cells to determine whether the deletion of Tet2 can affect the abundance of 5hmC at myeloid, T-cell and B-cell specific gene transcription start sites, which ultimately result in various hematological malignancies. Subsequent Exome sequencing (Exome-Seq) showed that disease-specific genes are mutated in different types of tumors, which suggests that TET2 may protect the genome from being mutated. The direct interaction between TET2 and Mutator S Homolog 6 (MSH6) protein suggests TET2 is involved in DNA mismatch repair. Finally, in vivo mismatch repair studies show that the loss of Tet2 causes a mutator phenotype. Taken together, my data indicate that TET2 binds to MSH6 to protect genome integrity. In Part II, I intended to better understand the role of Tet2 in the nervous system. 5-hydroxymethylcytosine regulates epigenetic modification during neurodevelopment and aging. Thus, Tet2 may play a critical role in regulating adult neurogenesis. To examine the physiological significance of Tet2 in the nervous system, I first showed that the deletion of Tet2 reduces the 5hmC levels in neural stem cells. Mice lacking Tet2 show abnormal hippocampal neurogenesis along with 5hmC alternations at different gene promoters and corresponding gene expression downregulation. Through the luciferase reporter assay, two neural factors Neurogenic differentiation 1 (NeuroD1) and Glial fibrillary acidic protein (Gfap) were down-regulated in Tet2 knockout cells. My results suggest that Tet2 regulates neural stem/progenitor cell proliferation and differentiation in adult brain.

Evidence of positive selection associated with placental loss in tiger sharks

Acknowledgements We thank staff at the Cape Eleuthera Institute for assistance in the field, Dominique Barthelemy and Jean Goasdoue for providing samples, and Helen Hipperson for assistance in the lab.

Gene expression under thermal stress varies across a geographical range expansion front

Acknowledgements: We would like to thank Hanna Bensch and Hannes Weise for assistance with the collection of samples in the field. This work was supported by the Biodiversity and Ecosystem Services in a Changing Climate (BECC; a joint Lund-Gothenburg University initiative), the Swedish Research Council (EIS, BH), the Crafoord Foundation (EIS, BH), the Swedish Royal Society (EIS), ‘Gyllenstiernska Krapperupstiftelsen (EIS), the Wenner-Gren Foundations (postdoctoral stipend to RYD), EU FP7 (Marie Curie International Incoming Fellowship to RYD), the Kungliga Fysiografiska Sällskapet i Lund (MW) and the Helge Ax:son Johnson Stiftelse (MW). B.H. and E.I.S. conceived of the study. L.L. developed the hypotheses to be tested. L.L. and R.D. collected the field data and samples. All six authors contributed to planning RNA-seq analyses. P.C. and L.L. analysed the data. L.L. wrote the manuscript, which all six authors edited.

Transcriptomic responses in the fish intestine

Acknowledgements This study was funded by BBSRC grant BB/M026604/1, and UK Technology Strategy Board (TSB) grant 11974-81166. CED was funded by a BBSRC EastBio PhD studentship at University of Aberdeen. We are grateful to Chris Secombes, Helen Dooley and the two anonymous referees who made valuable comments on the earlier version of the manuscript.

Transcriptomic responses in the fish intestine

Acknowledgements This study was funded by BBSRC grant BB/M026604/1, and UK Technology Strategy Board (TSB) grant 11974-81166. CED was funded by a BBSRC EastBio PhD studentship at University of Aberdeen. We are grateful to Chris Secombes, Helen Dooley and the two anonymous referees who made valuable comments on the earlier version of the manuscript.

Single-Cell Transcriptome Analysis of Olfactory Sensory Neurons

Olfactory sensory neurons (OSNs), which detect a myriad of odorants, are known to express one allele of one olfactory receptor (OR) gene (Olfr) from the largest gene family in the mammalian genome. The OSNs expressing the same OR project their axons to the main olfactory bulb where they converge to form glomeruli. This “One neuron-one receptor rule” makes the olfactory epithelium (OE), which consists of a vast number of OSNs expressing unique ORs, one of the most heterogeneous cell populations. However, the mechanism of how the single OR allele is chosen remains unclear along with the question of whether one OSN only expresses a single OR gene, a hypothesis that has not been rigorously verified while we performed the experiments. Moreover, failure of axonal targeting to single glomerulus was observed in MeCP2 deficient OSNs where delayed development was proposed as an explanation for the phenotype. How Mecp2 mutation caused this aberrant targeting is not entirely understood.

In this dissertation, we explored the transcriptomes of single and mature OSNs by single-cell RNA-Seq to reveal their heterogeneity and further studied the OR gene expression from these isolated OSNs. The singularity of sequenced OSNs was ensured by the observation of monoallelic expression of X-linked genes from the hybrid samples from crosses between mice of different strains where strain-specific polymorphisms could be used to track the allelic origins of SNP-containing reads. The clustering of expression profiles from triplicates that originated from the same cell assured that the transcriptomic identities of OSNs were maintained through the experimental process. The average gene expression profiles of sequenced OSNs correlated well to the conventional transcriptome data of FACS-sorted Omp-positive cells, and the top-ranked expression of OR was conceded in the single-OSN transcriptomes. While exploring cellular diversity, in addition to OR genes, we revealed nearly 200 differentially expressed genes among the sequenced OSNs in this study. Among the 36 sequenced OSNs, eight cells (22.2%) showed multiple OR gene expression and the presences of additional ORs were not restricted to the neighbor loci that shared the transcriptional effect of the primary OR expression, suggesting that the “One neuron-one receptor rule” might not be strictly true at the transcription level. All of the inferable ORs, including additional co-expressed ORs, were shown to be monoallelic. Our sequencing of 21 Mecp2308 mutant OSNs, of which 62% expressed more than one OR genes, and the expression levels of the additional ORs were significantly higher than those in the wild-type, suggested that MeCP2 plays a role in the regulation of singular OR gene expression. Dual label in situ hybridization along with the sequence data revealed that dorsal and ventral ORs were co-expressed in the same Mecp2 mutant OSN, further implying that MeCP2 might be involved in regulation of OR territories in the OE. Our results suggested a new role of MeCP2 in OR gene choice and ratified that this multiple-OR expression caused by Mecp2 mutation did not accompany delayed OSN development that has been observed in the previous studies on the Mecp2 mutants.

Dissecting the Functional Impacts of Non-Coding Genetic Variation

A large proportion of the variation in traits between individuals can be attributed to variation in the nucleotide sequence of the genome. The most commonly studied traits in human genetics are related to disease and disease susceptibility. Although scientists have identified genetic causes for over 4,000 monogenic diseases, the underlying mechanisms of many highly prevalent multifactorial inheritance disorders such as diabetes, obesity, and cardiovascular disease remain largely unknown. Identifying genetic mechanisms for complex traits has been challenging because most of the variants are located outside of protein-coding regions, and determining the effects of such non-coding variants remains difficult. In this dissertation, I evaluate the hypothesis that such non-coding variants contribute to human traits and diseases by altering the regulation of genes rather than the sequence of those genes. I will specifically focus on studies to determine the functional impacts of genetic variation associated with two related complex traits: gestational hyperglycemia and fetal adiposity. At the genomic locus associated with maternal hyperglycemia, we found that genetic variation in regulatory elements altered the expression of the HKDC1 gene. Furthermore, we demonstrated that HKDC1 phosphorylates glucose in vitro and in vivo, thus demonstrating that HKDC1 is a fifth human hexokinase gene. At the fetal-adiposity associated locus, we identified variants that likely alter VEPH1 expression in preadipocytes during differentiation. To make such studies of regulatory variation high-throughput and routine, we developed POP-STARR, a novel high throughput reporter assay that can empirically measure the effects of regulatory variants directly from patient DNA. By combining targeted genome capture technologies with STARR-seq, we assayed thousands of haplotypes from 760 individuals in a single experiment. We subsequently used POP-STARR to identify three key features of regulatory variants: that regulatory variants typically have weak effects on gene expression; that the effects of regulatory variants are often coordinated with respect to disease-risk, suggesting a general mechanism by which the weak effects can together have phenotypic impact; and that nucleotide transversions have larger impacts on enhancer activity than transitions. Together, the findings presented here demonstrate successful strategies for determining the regulatory mechanisms underlying genetic associations with human traits and diseases, and value of doing so for driving novel biological discovery.

Defining the Role of the Histone Methyltransferase, PR-Set7, in Maintaining the Genome Integrity of Drosophila Melanogaster

The complete and faithful duplication of the genome is essential to ensure normal cell division and organismal development. Eukaryotic DNA replication is initiated at multiple sites termed origins of replication that are activated at different time through S phase. The replication timing program is regulated by the S-phase checkpoint, which signals and repairs replicative stress. Eukaryotic DNA is packaged with histones into chromatin, thus DNA-templated processes including replication are modulated by the local chromatin environment such as post-translational modifications (PTMs) of histones.

One such epigenetic mark, methylation of lysine 20 on histone H4 (H4K20), has been linked to chromatin compaction, transcription, DNA repair and DNA replication. H4K20 can be mono-, di- and tri-methylated. Monomethylation of H4K20 (H4K20me1) is mediated by the cell cycle-regulated histone methyltransferase PR-Set7 and subsequent di-/tri- methylation is catalyzed by Suv4-20. Prior studies have shown that PR-Set7 depletion in mammalian cells results in defective S phase progression and the accumulation of DNA damage, which may be partially attributed to defects in origin selection and activation. Meanwhile, overexpression of mammalian PR-Set7 recruits components of pre-Replication Complex (pre-RC) onto chromatin and licenses replication origins for re-replication. However, these studies were limited to only a handful of mammalian origins, and it remains unclear how PR-Set7 impacts the replication program on a genomic scale. Finally, the methylation substrates of PR-Set7 include both histone (H4K20) and non-histone targets, therefore it is necessary to directly test the role of H4K20 methylation in PR-Set7 regulated phenotypes.

I employed genetic, cytological, and genomic approaches to better understand the role of H4K20 methylation in regulating DNA replication and genome stability in Drosophila melanogaster cells. Depletion of Drosophila PR-Set7 by RNAi in cultured Kc167 cells led to an ATR-dependent cell cycle arrest with near 4N DNA content and the accumulation of DNA damage, indicating a defect in completing S phase. The cells were arrested at the second S phase following PR-Set7 downregulation, suggesting that it was an epigenetic effect that coupled to the dilution of histone modification over multiple cell cycles. To directly test the role of H4K20 methylation in regulating genome integrity, I collaborated with the Duronio Lab and observed spontaneous DNA damage on the imaginal wing discs of third instar mutant larvae that had an alanine substitution on H4K20 (H4K20A) thus unable to be methylated, confirming that H4K20 is a bona fide target of PR-Set7 in maintaining genome integrity.

One possible source of DNA damage due to loss of PR-Set7 is reduced origin activity. I used BrdU-seq to profile the genome-wide origin activation pattern. However, I found that deregulation of H4K20 methylation states by manipulating the H4K20 methyltransferases PR-Set7 and Suv4-20 had no impact on origin activation throughout the genome. I then mapped the genomic distribution of DNA damage upon PR-Set7 depletion. Surprisingly, ChIP-seq of the DNA damage marker γ-H2A.v located the DNA damage to late replicating euchromatic regions of the Drosophila genome, and the strength of γ-H2A.v signal was uniformly distributed and spanned the entire late replication domain, implying stochastic replication fork collapse within late replicating regions. Together these data suggest that PR-Set7-mediated monomethylation of H4K20 is critical for maintaining the genomic integrity of late replicating domains, presumably via stabilization of late replicating forks.

In addition to investigating the function of H4K20me, I also used immunofluorescence to characterize the cell cycle regulated chromatin loading of Mcm2-7 complex, the DNA helicase that licenses replication origins, using H4K20me1 level as a proxy for cell cycle stages. In parallel with chromatin spindown data by Powell et al. (Powell et al. 2015), we showed a continuous loading of Mcm2-7 during G1 and a progressive removal from chromatin through S phase.

Nitrate metabolism in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes.

Unraveling the function of bacterial-type phosphoenolpyruvate carboxylase in vascular plants

Two distinct phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) isozymes occur in vascular plants and green algae: plant-type PEPC (PTPC) and bacterial-type PEPC (BTPC). PTPC polypeptides typically form a tightly regulated cytosolic Class-1 PEPC homotetramer. BTPCs, however, appear to be less widely expressed and to exist only as catalytic and regulatory subunits that physically interact with co-expressed PTPC subunits to form hetero-octameric Class-2 PEPC complexes that are highly desensitized to Class-1 PEPC allosteric effectors. Yeast two-hybrid studies indicated that castor plant BTPC (RcPPC4) interacts with all three Arabidopsis thaliana PTPC isozymes, and that it forms stronger interactions with AtPPC2 and AtPPC3, suggesting that specific PTPCs are preferred for Class-2 PEPC formation. In contrast, Arabidopsis BTPC (AtPPC4) appeared to interact very weakly with AtPPC2 and AtPPC3, suggesting that BTPCs from different species may have different physical properties, hypothesized to be due to sequence dissimilarities within their ~10 kDa intrinsically disordered region. Recent RNA-seq and microarray data were analyzed to obtain a better understanding of BTPC expression patterns in different tissues of various monocot and dicot species. High levels of BTPC transcripts, polypeptides and Class-2 PEPC complexes were originally discovered in developing castor seeds, but the analysis revealed a broad range of diverse tissues where abundant BTPC transcripts are also expressed, such as the developing fruits of cucumber, grape, and tomato. Marked BTPC expression correlated well with the presence of ~116 kDa immunoreactive BTPC polypeptides, as well as Class-2 PEPC complexes in the immature fruit of cucumbers and tomatoes. It is therefore hypothesized that in vascular plants BTPC and thus Class-2 PEPC complexes maintain anaplerotic PEP flux in tissues with elevated malate levels that would potently inhibit ‘housekeeping’ Class-1 PEPCs. Elevated levels of malate can be used by biosynthetically active sink tissues such as immature tomatoes and cucumbers for rapid cell expansion, drought or salt stressed roots for osmoregulation, and developing seeds and pollen as a precursor for storage lipid and protein biosynthesis.

Colectivos sociales y ciborgs: hacia una lectura feminista de los drones

Este artículo analiza el papel de los drones en la emergencia de nuevas formas de participación política e impugnación del poder por parte de colectivos sociales. El artículo plantea una lectura feminista de los drones como ciborgs (humanos-máquinas) para explorar las agencias distribuidas entre actores humanos y no humanos con el propósito de visibilizar las relaciones de poder y analizar la configuración de contra-realidades. Se presentan ocho casos de colectivos sociales que, con la ayuda de un dron, disputan el poder de gobiernos, empresas transnacionales además de desempeñar innovadoras intervenciones públicas.

Mapping Protein-DNA Interactions Using ChIP-exo and Illumina-Based Sequencing

Chromatin immunoprecipitation (ChIP) provides a means of enriching DNA associated with transcription factors, histone modifications, and indeed any other proteins for which suitably characterized antibodies are available. Over the years, sequence detection has progressed from quantitative real-time PCR and Southern blotting to microarrays (ChIP-chip) and now high-throughput sequencing (ChIP-seq). This progression has vastly increased the sequence coverage and data volumes generated. This in turn has enabled informaticians to predict the identity of multi-protein complexes on DNA based on the overrepresentation of sequence motifs in DNA enriched by ChIP with a single antibody against a single protein. In the course of the development of high-throughput sequencing, little has changed in the ChIP methodology until recently. In the last three years, a number of modifications have been made to the ChIP protocol with the goal of enhancing the sensitivity of the method and further reducing the levels of nonspecific background sequences in ChIPped samples. In this chapter, we provide a brief commentary on these methodological changes and describe a detailed ChIP-exo method able to generate narrower peaks and greater peak coverage from ChIPped material.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Trans-ethnic fine mapping highlights kidney-function genes linked to salt sensitivity

We analyzed genome-wide association studies (GWASs), including data from 71,638 individuals from four ancestries, for estimated glomerular filtration rate (eGFR), a measure of kidney function used to define chronic kidney disease (CKD). We identified 20 loci attaining genome-wide-significant evidence of association (p < 5 × 10(-8)) with kidney function and highlighted that allelic effects on eGFR at lead SNPs are homogeneous across ancestries. We leveraged differences in the pattern of linkage disequilibrium between diverse populations to fine-map the 20 loci through construction of "credible sets" of variants driving eGFR association signals. Credible variants at the 20 eGFR loci were enriched for DNase I hypersensitivity sites (DHSs) in human kidney cells. DHS credible variants were expression quantitative trait loci for NFATC1 and RGS14 (at the SLC34A1 locus) in multiple tissues. Loss-of-function mutations in ancestral orthologs of both genes in Drosophila melanogaster were associated with altered sensitivity to salt stress. Renal mRNA expression of Nfatc1 and Rgs14 in a salt-sensitive mouse model was also reduced after exposure to a high-salt diet or induced CKD. Our study (1) demonstrates the utility of trans-ethnic fine mapping through integration of GWASs involving diverse populations with genomic annotation from relevant tissues to define molecular mechanisms by which association signals exert their effect and (2) suggests that salt sensitivity might be an important marker for biological processes that affect kidney function and CKD in humans.

Étude et décontamination du transcriptome de novo du nématode doré Globodera rostochiensis

Le nématode doré, Globodera rostochiensis, est un nématode phytoparasite qui peut infecter des plantes agricoles telles la pomme de terre, la tomate et l’aubergine. En raison des pertes de rendement considérables associées à cet organisme, il est justifiable de quarantaine dans plusieurs pays, dont le Canada. Les kystes du nématode doré protègent les œufs qu’ils contiennent, leur permettant de survivre (en état de dormance) jusqu’à 20 ans dans le sol. L’éclosion des œufs n’aura lieu qu’en présence d’exsudats racinaires d’une plante hôte compatible à proximité. Malheureusement, très peu de connaissances sont disponibles sur les mécanismes moléculaires liés à cette étape-clé du cycle vital du nématode doré. Dans cet ouvrage, nous avons utilisé la technique RNA-seq pour séquencer tous les ARNm d’un échantillon de kystes du nématode doré afin d’assembler un transcriptome de novo (sans référence) et d’identifier des gènes jouant un rôle dans les mécanismes de survie et d’éclosion. Cette méthode nous a permis de constater que les processus d’éclosion et de parasitisme sont étroitement reliés. Plusieurs effecteurs impliqués dans le mouvement vers la plante hôte et la pénétration de la racine sont induits dès que le kyste est hydraté (avant même le déclenchement de l’éclosion). Avec l’aide du génome de référence du nématode doré, nous avons pu constater que la majorité des transcrits du transcriptome ne provenaient pas du nématode doré. En effet, les kystes échantillonnés au champ peuvent contenir des contaminants (bactéries, champignons, etc.) sur leur paroi et même à l’intérieur du kyste. Ces contaminants seront donc séquencés et assemblés avec le transcriptome de novo. Ces transcrits augmentent la taille du transcriptome et induisent des erreurs lors des analyses post-assemblages. Les méthodes de décontamination actuelles utilisent des alignements sur des bases de données d’organismes connus pour identifier ces séquences provenant de contaminants. Ces méthodes sont efficaces lorsque le ou les contaminants sont connus (possède un génome de référence) comme la contamination humaine. Par contre, lorsque le ou les contaminants sont inconnus, ces méthodes deviennent insuffisantes pour produire un transcriptome décontaminé de qualité. Nous avons donc conçu une méthode qui utilise un algorithme de regroupement hiérarchique des séquences. Cette méthode produit, de façon récursive, des sous-groupes de séquences homogènes en fonction des patrons fréquents présents dans les séquences. Une fois les groupes créés, ils sont étiquetés comme contaminants ou non en fonction des résultats d’alignements du sous-groupe. Les séquences ambiguës ayant aucun ou plusieurs alignements différents sont donc facilement classées en fonction de l’étiquette de leur groupe. Notre méthode a été efficace pour décontaminer le transcriptome du nématode doré ainsi que d’autres cas de contamination. Cette méthode fonctionne pour décontaminer un transcriptome, mais nous avons aussi démontré qu’elle a le potentiel de décontaminer de courtes séquences brutes. Décontaminer directement les séquences brutes serait la méthode de décontamination optimale, car elle minimiserait les erreurs d’assemblage.