De novo methylation of tumor suppressor gene p16/INK4a is a frequent finding in multiple myeloma patients at diagnosis.

The p16 gene competes with cyclin D for binding to CDK4/CDK6 and therefore inhibits CDK4/6 complex kinase activity, resulting in dephosphorylation of pRb and related G1 growth arrest. Inactivation of this gene has been involved in a variety of tumors by different mechanisms: homozygous/hemyzygous deletions, point mutations and methylation of a 5' CpG island into exon E1alpha of the p16 gene. Homozygous deletions have been rarely found in multiple myeloma (MM) and no point mutations have been reported. Two recent studies have reported a high prevalence of methylation in the exon E1alpha of the p16 gene, but included only a small number of cases. We have analyzed the methylation pattern of exon E1alpha of the p16 gene in 101 untreated MM and five primary plasma cell leukemias (PCL). A PCR assay, relying on the inability of some restriction enzymes to digest methylated sequences, was used to analyze the methylation status. Southern blot analysis was used to confirm these results. Forty-one of 101 MM patients (40.5%) as well as four of the five (80%) primary PCL patients had shown methylation of the exon E1alpha. Our study confirms that hypermethylation of the p16 gene is a frequent event in MM. Leukemia (2000) 14, 183-187.

HNF1B variants associate with promoter methylation and regulate gene networks activated in prostate and ovarian cancer

Two independent regions within HNF1B are consistently identified in prostate and ovarian cancer genome-wide association studies (GWAS); their functional roles are unclear. We link prostate cancer (PC) risk SNPs rs11649743 and rs3760511 with elevated HNF1B gene expression and allele-specific epigenetic silencing, and outline a mechanism by which common risk variants could effect functional changes that increase disease risk: functional assays suggest that HNF1B is a pro-differentiation factor that suppresses epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) in unmethylated, healthy tissues. This tumor-suppressor activity is lost when HNF1B is silenced by promoter methylation in the progression to PC. Epigenetic inactivation of HNF1B in ovarian cancer also associates with known risk SNPs, with a similar impact on EMT. This represents one of the first comprehensive studies into the pleiotropic role of a GWAS-associated transcription factor across distinct cancer types, and is the first to describe a conserved role for a multi-cancer genetic risk factor.

Molecular and Functional Characterization of Histone Derived Antimicrobial Peptides from Marine Organisms

Antimicrobial peptides (AMPs) are gene encoded, small sized, generally cationic, amphiphathic peptides characterized by antimicrobial activity against bacteria, fungi, viruses and other pathogens. They are a major component of the innate immune defense system of almost all living organisms, ranging from bacteria to humans and represent the first line of defense against the invading microbial pathogens (Boman, 1995; Zasloff, 2002). Antimicrobial peptides represent a heterogeneous group displaying multiple modes of action that are determined by the sequence and concentration of peptides. Their remarkable specificity for prokaryotes with low toxicity for eukaryotic cells has favored their investigation and exploitation as new antibiotics

Étude de l'influence du variant d'histone H2A.Z sur l'organisation des nucléosomes aux enhancers liés par le récepteur alpha de l'oestrogène

L'identité et la réactivité cellulaires sont établies, maintenues et modulées grâce à l'orchestration de programmes transcriptionnels spécifiques. Les éléments régulateurs, des régions particulières de la chromatine responsables de l'activation ou de la répression des gènes, sont au coeur de cette opération. Ces dernières années, de nombreuses études ont révélé le rôle central des « enhancers » dans ce processus. En effet, des centaines de milliers « enhancers » seraient éparpillés dans le génome humain, majoritairement dans sa portion non-codante, et contrairement au promoteur, leur activation varierait selon le type ou l'état cellulaire ou en réponse à une stimulation physiologique, pathologique ou environnementale. Les « enhancers » sont, en quelque sorte, des carrefours où transitent une multitude de protéines régulées par les signaux intra- et extra-cellulaires et un dialogue s'établit entre ces diverses protéines et la chromatine. L'identification des « enhancers ainsi qu'une compréhension de leur mode de fonctionnement sont donc cruciales, tant au plan fondamental que clinique. La chromatine joue un rôle indéniable dans l'activité des éléments régulateurs, tant par sa composition que par sa structure, en régulant, entre autres, l'accessibilité de l'ADN. En effet, l'ADN des régions régulatrices est bien souvent masqué par un nucléosome occlusif, lequel doit être déplacé ou évincé afin de permettre la liaison des protéines régulatrices, notamment les facteurs de transcription (FTs). Toutefois, la contribution de la composition de la chromatine à ce processus reste incomprise. Le variant d'histone H2A.Z a été identifié comme une composante de la chromatine aux régions accessibles, dont des « enhancers » potentiels. Toutefois son rôle y est inconnu, bien que des études récentes suggèrent qu'il pourrait jouer un rôle important dans la structure de la chromatine à ces régions. Par ailleurs, un lien étroit existe entre H2A.Z et la voie de signalisation des oestrogènes (notamment la 17-[beta]-estradiol (E2)). Ainsi, H2A.Z est essentiel à l'expression de plusieurs gènes cibles de l'E2. Les effets de l'E2 sont en partie exercés par un FT, le récepteur alpha des oestrogènes (ER[alpha]), lequel se lie à l'ADN suite à son activation, et ce majoritairement à des « enhancers », et permet l'établissement d'un programme transcriptionnel spécifique. Cette thèse vise à définir le rôle d'H2A.Z aux « enhancers », et plus particulièrement son influence sur l'organisation des nucléosomes aux « enhancers » liés par ER[alpha]. D'abord, mes travaux effectués à l'échelle du génome ont démontré qu'H2A.Z n'est présent qu'à certains ER[alpha]-« enhancers » actifs. Cette particularité a fait en sorte que nous avons pu comparer directement les « enhancers » actifs occupés par H2A.Z à ceux non-occupés, afin de mettre en évidence sa relation à l'environnement chromatinien. Étonnamment, il est apparu qu'H2A.Z n'introduit pas une organisation unique ou particulière des nucléosomes aux « enhancers ». Par ailleurs, nos résultats montrent qu'H2A.Z joue un rôle crucial dans la régulation de l'activité des « enhancers ». En effet, nous avons observé que suite à leur activation par l'E2, les « enhancers » occupés par H2A.Z recrutent l'ARN polymérase II (ARNPII) et produisent un transcrit. Ils recrutent également RAD21, une composante du complexe cohésine impliqué, entre autres, dans des interactions chromosomiques entre « enhancers » et promoteurs. De façon intéressante, nous avons mis en évidence que ces trois évènements, connus pour leur importance dans l'activité des « enhancers », sont dépendants d'H2A.Z. Ainsi, la présence d'H2A.Z à l' « enhancer » pourrait permettre un environnement chromatinien favorable à trois aspects clés de l'activité des « enhancers » : la présence de l'ARNPII, la transcription et la formation d'une boucle d'interaction, et par la suite, de par la proximité « enhancer »-promoteur ainsi créée, augmenter la concentration d'ARNPII à proximité du promoteur favorisant l'expression du gène cible. Un tel rôle central d'H2A.Z dans l'activité d' « enhancers » spécifiques pourrait participer à un mécanisme épigénétique ciblé de la régulation de l'expression des gènes.

Development and application of sensitive genome-wide platforms to study the genetic and epigenetic (DNA methylation) makeup of gametes and early bovine embryos

Pour ce projet, nous avons développé une plateforme pour l’analyse pangénomique de la méthylation de l’ADN chez le bovin qui est compatible avec des échantillons de petites tailles. Cet outil est utilisé pour étudier les caractéristiques génétiques et épigénétiques (méthylation de l’ADN) des gamètes soumis aux procédures de procréation médicalement assisitée et des embryons précoces. Dans un premier temps, une plateforme d’analyse de biopuces spécifiques pour l’étude de la méthylation de l’ADN chez l’espèce bovine a été développée. Cette plateforme a ensuite été optimisée pour produire des analyses pangénomiques de méthylation de l’ADN fiables et reproductibles à partir d’échantillons de très petites tailles telle que les embryons précoces (≥ 10 ng d’ADN a été utilisé, ce qui correspond à 10 blastocystes en expansion). En outre, cet outil a permis d’évaluer de façon simultanée la méthylation de l’ADN et le transcriptome dans le même échantillon, fournissant ainsi une image complète des profils génétiques et épigénétiques (méthylation de l’ADN). Comme preuve de concept, les profils comparatifs de méthylation de l’ADN spermatique et de blastocystes bovins ont été analysés au niveau de l’ensemble du génome. Dans un deuxième temps, grâce à cette plateforme, les profils globaux de méthylation de l’ADN de taureaux jumeaux monozygotes (MZ) ont été analysés. Malgré qu’ils sont génétiquement identiques, les taureaux jumeaux MZ ont des descendants avec des performances différentes. Par conséquent, l’hypothèse que le profil de méthylation de l’ADN spermatique de taureaux jumeaux MZ est différent a été émise. Dans notre étude, des différences significatives entre les jumeaux MZ au niveau des caractéristiques de la semence ainsi que de la méthylation de l’ADN ont été trouvées, chacune pouvant contribuer à l’obtention de performances divergentes incongrues des filles engendrées par ces jumeaux MZ. Dans la troisième partie de ce projet, la même plateforme a été utilisée pour découvrir les impacts d’une supplémentation à forte concentration en donneur de méthyle universel sur les embryons précoces bovins. La supplémentation avec de grandes quantités d’acide folique (AF) a été largement utilisée et recommandée chez les femmes enceintes pour sa capacité bien établie à prévenir les malformations du tube neural chez les enfants. Cependant, plus récemment, plusieurs études ont rapporté des effets indésirables de l’AF utilisé à des concentrations élevées, non seulement sur le développement de l’embryon, mais aussi chez les adultes. Au niveau cellulaire, l’AF entre dans le métabolisme monocarboné, la seule voie de production de S-adénosyl méthionine (SAM), un donneur universel de groupements méthyles pour une grande variété de biomolécules, y compris l’ADN. Par conséquent, pour résoudre cette controverse, une forte dose de SAM a été utilisée pour traiter des embryons produits in vitro chez le bovin. Ceci a non seulement permis d’influencer le phénotype des embryons précoces, mais aussi d’avoir un impact sur le transcriptome et le méthylome de l’ADN. En somme, le projet en cours a permis le développement d’une plateforme d’analyse de la méthylation de l’ADN à l’échelle du génome entier chez le bovin à coût raisonnable et facile à utiliser qui est compatible avec les embryons précoces. De plus, puisque c’est l’une des premières études de ce genre en biologie de la reproduction bovine, ce projet avait trois objectifs qui a donné plusieurs nouveaux résultats, incluant les profils comparatifs de méthylation de l’ADN au niveau : i) blastocystes versus spermatozoïdes ; ii) semence de taureaux jumeaux MZ et iii) embryons précoces traités à de fortes doses de SAM versus des embryons précoces non traités.

Rescue of impaired fear extinction : role of dopaminergic signaling and histone acetylation

submitted by Verena Felizitas Maurer

Reprogramming of DNA Methylation in Pollen Guides Epigenetic Inheritance via Small RNA

Epigenetic inheritance is more widespread in plants than in mammals, in part because mammals erase epigenetic information by germline reprogramming. We sequenced the methylome of three haploid cell types from developing pollen: the sperm cell, the vegetative cell, and their precursor, the postmeiotic microspore, and found that unlike in mammals the plant germline retains CG and CHG DNA methylation. However, CHH methylation is lost from retrotransposons in microspores and sperm cells and restored by de novo DNA methyltransferase guided by 24 nt small interfering RNA, both in the vegetative nucleus and in the embryo after fertilization. In the vegetative nucleus, CG methylation is lost from targets of DEMETER (DME), REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1), and their homologs, which include imprinted loci and recurrent epialleles that accumulate corresponding small RNA and are premethylated in sperm. Thus genome reprogramming in pollen contributes to epigenetic inheritance, transposon silencing, and imprinting, guided by small RNA.

Analiza proteomiczna kompleksów tworzonych przez białko hDPY30 w komórkach ludzkich

Wydział Biologii

RARβ gene methylation is a candidate for primary glioblastoma treatment planning.

Background: We screened RARβ methylation in primary glioblastoma multiforme (GBM) and the results were evaluated based on the clinical data and treatment type. Objective: The objective of this study was to find new areas for the usage of MS-HRM applications in the determination of methylation levels in primary GBM samples and it shows the association of RARβ methylation with the clinical outcome. Methods: In our study, tumor samples were collected during surgical resection by the Department of Neurosurgery. The clinical and radiologic data was carefully reviewed, compared, and evaluated with the histological results. The methylation status of RARβ was determined by using MS-HRM. Results: RARβ gene methylation was detected in 24 out of 40 cases (60%), with different quantitative methylation levels. The mean survival time was 19 months form ethylated cases and 15 months for the non-methylated cases. The survival time of the patients who received treatment was 25 months and the survival time of the patients who received radiotherapy alone or where no treatment protocol applied was 15-20 months. Therefore, a significant difference in survival rates has been observed (P<0.05). This study indicates a potential prognostic value for GBM treatment planning. Conclusion: Our study is the first study to investigate RARβ methylation in primary GBMs. We conclude that the RARβ gene could be a new prognostic and predictive candidate marker to designate the treatment protocol for primary GBMs. Keywords:

Geminivirus Rep Protein Interferes with the Plant DNA Methylation Machinery and Modifies the Host Epigenome

The apparent simplicity of viruses hides the complexity of their interactions with their hosts. Viruses are masters at circumventing host defenses and manipulating the cellular environment for their own benefit. The replication of the largest known family of single-stranded DNA viruses, Geminiviridae, is impaired by DNA methylation and Arabidopsis mutants affected in cytosine methylation are hypersusceptible to geminivirus infection. This implies that plants might use methylation as a defense against geminiviruses and that the viral genome is a target for plant DNA methyltransferases. We have found a novel counter-defense strategy used by geminiviruses, that reduces the expression of the plant maintenance DNA methyltransferases, MET1 and CMT3, in both, locally and systemically infected tissues. Furthermore, we demonstrated that the virus-mediated repression of these two maintenance DNA methyltransferases is widely spread among different geminivirus species. Additionally, we identified Rep as the geminiviral protein responsible for the repression of MET1 and CMT3, and another viral protein, C4, as an ancillary player in MET1 downregulation. The presence of Rep, suppresses TGS of an Arabidopsis transgene and of host loci whose expression is strongly controlled by CG methylation. Bisulfite sequencing analyses showed that the expression of Rep caused a substantial reduction in the levels of DNA methylation at CG sites. Our findings suggest that Rep, the only viral protein essential for geminiviral replication, displays TGS suppressor activity through a mechanism distinct from the one thus far described for geminiviruses.

Reprogramming of DNA Methylation in Pollen Guides Epigenetic Inheritance via Small RNA

Epigenetic inheritance is more widespread in plants than in mammals, in part because mammals erase epigenetic information by germline reprogramming. We sequenced the methylome of three haploid cell types from developing pollen: the sperm cell, the vegetative cell, and their precursor, the postmeiotic microspore, and found that unlike in mammals the plant germline retains CG and CHG DNA methylation. However, CHH methylation is lost from retrotransposons in microspores and sperm cells and restored by de novo DNA methyltransferase guided by 24 nt small interfering RNA, both in the vegetative nucleus and in the embryo after fertilization. In the vegetative nucleus, CG methylation is lost from targets of DEMETER (DME), REPRESSOR OF SILENCING 1 (ROS1), and their homologs, which include imprinted loci and recurrent epialleles that accumulate corresponding small RNA and are premethylated in sperm. Thus genome reprogramming in pollen contributes to epigenetic inheritance, transposon silencing, and imprinting, guided by small RNA.

The epigenome as a therapeutic target for Parkinson's disease

Parkinson’s disease (PD) is a common, progressive neurodegenerative disease characterised by degeneration of nigrostriatal dopaminergic neurons, aggregation of α-synuclein and motor symptoms. Current dopamine-replacement strategies provide symptomatic relief, however their effectiveness wear off over time and their prolonged use leads to disabling side-effects in PD patients. There is therefore a critical need to develop new drugs and drug targets to protect dopaminergic neurons and their axons from degeneration in PD. Over recent years, there has been robust evidence generated showing that epigenetic dysregulation occurs in PD patients, and that epigenetic modulation is a promising therapeutic approach for PD. This article first discusses the present evidence implicating global, and dopaminergic neuron-specific, alterations in the methylome in PD, and the therapeutic potential of pharmacologically targeting the methylome. It then focuses on another mechanism of epigenetic regulation, histone acetylation, and describes how the histone acetyltransferase (HAT) and histone deacetylase (HDAC) enzymes that mediate this process are attractive therapeutic targets for PD. It discusses the use of activators and/or inhibitors of HDACs and HATs in models of PD, and how these approaches for the selective modulation of histone acetylation elicit neuroprotective effects. Finally, it outlines the potential of employing small molecule epigenetic modulators as neuroprotective therapies for PD, and the future research that will be required to determine and realise this therapeutic potential.

Global methylation of bovine cells derived from amniotic fluid, adipose tissue and skin fibroblastos and its use in nuclear transfer in the presence or absence of Trichostatin A.

2016

Molecular And Biochemical Characterization Of Caffeine Synthase And Purine Alkaloid Concentration In Guarana Fruit.

Guarana seeds have the highest caffeine concentration among plants accumulating purine alkaloids, but in contrast with coffee and tea, practically nothing is known about caffeine metabolism in this Amazonian plant. In this study, the levels of purine alkaloids in tissues of five guarana cultivars were determined. Theobromine was the main alkaloid that accumulated in leaves, stems, inflorescences and pericarps of fruit, while caffeine accumulated in the seeds and reached levels from 3.3% to 5.8%. In all tissues analysed, the alkaloid concentration, whether theobromine or caffeine, was higher in young/immature tissues, then decreasing with plant development/maturation. Caffeine synthase activity was highest in seeds of immature fruit. A nucleotide sequence (PcCS) was assembled with sequences retrieved from the EST database REALGENE using sequences of caffeine synthase from coffee and tea, whose expression was also highest in seeds from immature fruit. The PcCS has 1083bp and the protein sequence has greater similarity and identity with the caffeine synthase from cocoa (BTS1) and tea (TCS1). A recombinant PcCS allowed functional characterization of the enzyme as a bifunctional CS, able to catalyse the methylation of 7-methylxanthine to theobromine (3,7-dimethylxanthine), and theobromine to caffeine (1,3,7-trimethylxanthine), respectively. Among several substrates tested, PcCS showed higher affinity for theobromine, differing from all other caffeine synthases described so far, which have higher affinity for paraxanthine. When compared to previous knowledge on the protein structure of coffee caffeine synthase, the unique substrate affinity of PcCS is probably explained by the amino acid residues found in the active site of the predicted protein.