Molecular markers and genetic diversity of Plasmodium vivax

Enhanced understanding of the transmission dynamics and population genetics for Plasmodium vivax is crucial in predicting the emergence and spread of novel parasite phenotypes with major public health implications, such as new relapsing patterns, drug resistance and increased virulence. Suitable molecular markers are required for these population genetic studies. Here, we focus on two groups of molecular markers that are commonly used to analyse natural populations of P. vivax. We use markers under selective pressure, for instance, antigen-coding polymorphic genes, and markers that are not under strong natural selection, such as most minisatellite and microsatellite loci. First, we review data obtained using genes encoding for P. vivax antigens: circumsporozoite protein, merozoite surface proteins 1 and 3α, apical membrane antigen 1 and Duffy binding antigen. We next address neutral or nearly neutral molecular markers, especially microsatellite loci, providing a complete list of markers that have already been used in P. vivax populations studies. We also analyse the microsatellite loci identified in the P. vivax genome project. Finally, we discuss some practical uses for P. vivax genotyping, for example, detecting multiple-clone infections and tracking the geographic origin of isolates.

Islands of euchromatin-like sequence and expressed polymorphic sequences within the short arm of human chromosome 21

The goals of the human genome project did not include sequencing of the heterochromatic regions. We describe here an initial sequence of 1.1 Mb of the short arm of human chromosome 21 (HSA21p), estimated to be 10% of 21p. This region contains extensive euchromatic-like sequence and includes on average one transcript every 100 kb. These transcripts show multiple inter- and intrachromosomal copies, and extensive copy number and sequence variability. The sequencing of the "heterochromatic" regions of the human genome is likely to reveal many additional functional elements and provide important evolutionary information.

Prominent use of distal 5' transcription start sites and discovery of a large number of additional exons in ENCODE regions.

This report presents systematic empirical annotation of transcript products from 399 annotated protein-coding loci across the 1% of the human genome targeted by the Encyclopedia of DNA elements (ENCODE) pilot project using a combination of 5' rapid amplification of cDNA ends (RACE) and high-density resolution tiling arrays. We identified previously unannotated and often tissue- or cell-line-specific transcribed fragments (RACEfrags), both 5' distal to the annotated 5' terminus and internal to the annotated gene bounds for the vast majority (81.5%) of the tested genes. Half of the distal RACEfrags span large segments of genomic sequences away from the main portion of the coding transcript and often overlap with the upstream-annotated gene(s). Notably, at least 20% of the resultant novel transcripts have changes in their open reading frames (ORFs), most of them fusing ORFs of adjacent transcripts. A significant fraction of distal RACEfrags show expression levels comparable to those of known exons of the same locus, suggesting that they are not part of very minority splice forms. These results have significant implications concerning (1) our current understanding of the architecture of protein-coding genes; (2) our views on locations of regulatory regions in the genome; and (3) the interpretation of sequence polymorphisms mapping to regions hitherto considered to be "noncoding," ultimately relating to the identification of disease-related sequence alterations.

Novel secreted proteases of Aspergillus fumigatus

Objectives: Sequencing and annotation of the genome of Aspergillus fumigatus has dramatically changed our knowledge about the proteins potentially encoded by the fungus. Own analysis have resulted in at least 47 of them contain a signal for secretion. Among those list we want to characterize those enzymes that may have impact on fungal growth outside and particularly inside the host. We thereby want to learn more about their function in general and to identify possible novel drug targets suited to combat invasive aspergillosis. Methods: Four groups of secreted proteases have been chosen for further analysis: 1 Serine-carboxyl proteases (sedolisins). Four of them were expressed in yeast and partly in bacteria. Substrate-specificity studies and kinetics as well as protein characterization of the yeast derived proteases were performed according to standard methods. Enzyme specific polyclonal antibodies were raised in rabbits using the peptides expressed in bacteria. Expression of proteases in A. fumigatus was investigated with these antibodies and gene knockout mutants for each enzyme as a control. All the following mentioned proteases will be investigated accordingly. 2 Two metalloproteases from the M12-family, ADAM-A and ADAM-B. Both proteases are likely membrane associated and may have inherent sheddase function as their counterparts in mammals. 3 One metalloprotease of the M43 family. An orthologue of this protease in Coccidioides posadasii is known to posses immunomodulating activities. 4 One putative endoprotease of the S28-family. An orthologue in Aspergillus niger is known to digest proline-rich proteins. In A. fumigatus this enzyme may facilitate invasion through proline-rich proteins like collagen. Results: All sedolisins expressed in yeast were proteolytically active: Three of them were characterized as tripeptidyl-peptidases whereas one enzyme is an endoprotease. Corresponding knockout mutants did not reveal a specific phenotype. Expression and investigations on all above mentioned proteases as well as generation of corresponding knockout mutants and double knockout mutants for the ADAMs, respectively, is underway. Promising candidates will be investigated in animal studies for reduced virulence. Conclusions : The real existence of so far hypothetical proteases predicted by the genome project was already demonstrated for the sedolisins by a reverse genetic approach (from gene to protein). With the aim of improving basic knowledge on function of other proteases potentially crucial for fungal growth and thus for pathogenesis, other hypothetical enzymes will be investigated. Those enzymes may turn out to be ideal drug targets for antimycotic chemotherapy.

Islands of euchromatin-like sequence and expressed polymorphic sequences within the short arm of human chromosome 21.

The goals of the human genome project did not include sequencing of the heterochromatic regions. We describe here an initial sequence of 1.1 Mb of the short arm of human chromosome 21 (HSA21p), estimated to be 10% of 21p. This region contains extensive euchromatic-like sequence and includes on average one transcript every 100 kb. These transcripts show multiple inter- and intrachromosomal copies, and extensive copy number and sequence variability. The sequencing of the "heterochromatic" regions of the human genome is likely to reveal many additional functional elements and provide important evolutionary information.

eggNOG v4.0: nested orthology inference across 3686 organisms

With the increasing availability of various 'omics data, high-quality orthology assignment is crucial for evolutionary and functional genomics studies. We here present the fourth version of the eggNOG database (available at http://eggnog.embl.de) that derives nonsupervised orthologous groups (NOGs) from complete genomes, and then applies a comprehensive characterization and analysis pipeline to the resulting gene families. Compared with the previous version, we have more than tripled the underlying species set to cover 3686 organisms, keeping track with genome project completions while prioritizing the inclusion of high-quality genomes to minimize error propagation from incomplete proteome sets. Major technological advances include (i) a robust and scalable procedure for the identification and inclusion of high-quality genomes, (ii) provision of orthologous groups for 107 different taxonomic levels compared with 41 in eggNOGv3, (iii) identification and annotation of particularly closely related orthologous groups, facilitating analysis of related gene families, (iv) improvements of the clustering and functional annotation approach, (v) adoption of a revised tree building procedure based on the multiple alignments generated during the process and (vi) implementation of quality control procedures throughout the entire pipeline. As in previous versions, eggNOGv4 provides multiple sequence alignments and maximum-likelihood trees, as well as broad functional annotation. Users can access the complete database of orthologous groups via a web interface, as well as through bulk download.

Evolution of Genetic Techniques: Past, Present, and Beyond.

Genetics is the study of heredity, which means the study of genes and factors related to all aspects of genes. The scientific history of genetics began with the works of Gregor Mendel in the mid-19th century. Prior to Mendel, genetics was primarily theoretical whilst, after Mendel, the science of genetics was broadened to include experimental genetics. Developments in all fields of genetics and genetic technology in the first half of the 20th century provided a basis for the later developments. In the second half of the 20th century, the molecular background of genetics has become more understandable. Rapid technological advancements, followed by the completion of Human Genome Project, have contributed a great deal to the knowledge of genetic factors and their impact on human life and diseases. Currently, more than 1800 disease genes have been identified, more than 2000 genetic tests have become available, and in conjunction with this at least 350 biotechnology-based products have been released onto the market. Novel technologies, particularly next generation sequencing, have dramatically accelerated the pace of biological research, while at the same time increasing expectations. In this paper, a brief summary of genetic history with short explanations of most popular genetic techniques is given.

The role of the microRNAs in the age-associated oancreatic β-cell dysfunction

Le corps humain emploie le glucose comme source principale d'énergie. L'insuline, sécrétée par les cellules ß-pancreatiques situées dans les îlots de Langerhans, est l'hormone principale assurant un maintien constant du taux de glucose sanguin (glycémie). Les prédispositions génétiques, le manque d'activité physique et un régime déséquilibré peuvent entraîner une perte de sensibilité à l'insuline et des taux de glucose dans le sang élevé (hyperglycémie), une condition nommée diabète de type 2. Cette maladie est initiée par une sensibilité diminuée à l'insuline dans les tissus périphériques, entraînant une demande accrue en insuline. Cette pression continue finie par épuiser les cellules ß-pancreatiques, qui sécrètent alors des niveaux d'insuline insuffisant en trainant l'apparition du diabète. Le vieillissement est un facteur de risque important pour les maladies métaboliques dont le diabète de type 2 faits partis. En effet la majeure partie des diabétiques de type 2 ont plus de 45 ans. Il est connu que le vieillissement entraine une perte de sensibilité à l'insuline, une sécrétion altérée d'insuline, une baisse de réplication et une plus grande mort des ß-cellules pancréatiques. Le but de ma thèse était de mieux comprendre les mécanismes contribuante au dysfonctionnement des cellules ß- pancréatiques lors du vieillissement. Les travaux du « Human Genome Project » ont révélés que seulement 2% de notre génome code pour des protéines. Le reste non-codant fut alors désigné sous le nom de « ADN déchets ». Cependant, l'étude approfondie de cet ADN non-codant ces dernières deux décennies a démontré qu'une grande partie code pour des «MicroARNs », des ARNs courts (20-22 nucleotides) découverts en 1997 chez le vers C.elegans. Depuis lors ces molécules ont été intensivement étudiées, révélant un rôle crucial de ces molécules dans la fonction et la survie des cellules en conditions normales et pathologiques. Le but de cette thèse était d'étudier le rôle des microARNs dans le dysfonctionnement des cellules ß lors du vieillissement. Nos données suggèrent qu'ils peuvent jouer un rôle tantôt salutaire, tantôt nocif sur les cellules ß. Par exemple, certains microARNs réduisent la capacité des cellules ß à se multiplier ou réduisent leur survie, alors que d'autres protègent ces cellules contre la mort. Pour conclure, nous avons démontré les microARNs jouent un rôle important dans le dysfonctionnement des cellules ß lors du vieillissement. Ces nouvelles découvertes préparent le terrain pour la conception de futures stratégies visant à améliorer la résistance des cellules ß pancréatiques afin de trouver de nouveaux traitements du diabète de type 2. -- Le diabète de type 2 est une maladie métabolique due à la résistance à l'action de l'insuline des tissus cibles combinée à l'incapacité des cellules ß pancréatiques à sécréter les niveaux adéquats d'insuline. Le vieillissement est associé à un déclin global des fonctions de l'organisme incluant une diminution de la fonction et du renouvellement des cellules ß pancréatiques. Il constitue ainsi un risque majeur de développement des maladies métaboliques dont le diabète de type 2. Le but de cette thèse était d'étudier le rôle des microARNs (une classe d'ARN non- codants) dans le dysfonctionnement lié au vieillissement des cellules ß. L'analyse par microarray des niveaux d'expression des microARN dans les îlots pancréatiques de rats Wistar mâles âgés de 3 et 12 mois nous a permis d'identifier de nombreux changements d'expression de microARNs associés au vieillissement. Afin d'étudier les liens entre ces modifications et le déclin des cellules ß, les changements observés lors du vieillissement ont été reproduits spécifiquement dans une lignée cellulaire, dans des cellules ß primaires de jeune rats ou de donneurs humains sains. La diminution du miR-181a réduit la prolifération des cellules ß, tandis que la diminution du miR-130b ou l'augmentation du miR-383 protège contre l'apoptose induite par les cytokines. L'augmentation du miR-34a induit l'apoptose et inhibe la prolifération des cellules ß en réponse aux hormones Exendin-4 et prolactine et au facteur de croissance PDGF-AA. Cette perte de capacité réplicative est similaire à celle observée dans des cellules ß de rats âgés de 12 mois. Dans la littérature, la perte du récepteur au PDGF-r-a est associée à la diminution de la capacité proliférative des cellules ß observée lors du vieillissement. Nous avons pu démontrer que PDGF-r-a est une cible directe de miR- 34a, suggérant que l'effet néfaste de miR-34a sur la prolifération des cellules ß est, du moins en partie, lié à l'inhibition de l'expression de PDGF-r-a. L'expression de ce miR est aussi plus élevée dans le foie et le cerveau des animaux de 1 an et augmente avec l'âge dans les ilôts de donneurs non-diabétiques. Ces résultats suggèrent que miR-34a pourrait être non seulement impliqué dans l'affaiblissement des fonctions pancréatiques associé à l'âge, mais également jouer un rôle dans les tissus cibles de l'insuline et ainsi contribuer au vieillissement de l'organisme en général. Pour conclure, les travaux obtenus durant cette thèse suggèrent que des microARNs sont impliqués dans le dysfonctionnement des cellules ß pancréatiques durant le vieillissement. -- Type 2 diabetes is a metabolic disease characterized by impaired glucose tolerance, of the insulin sensitive tissues and insufficient insulin secretion from the pancreatic ß-cells to sustain the organism demand. Aging is a risk factor for the majority of the metabolic diseases including type 2 diabetes. With aging is observed a decline in all body function, due to decrease both in cell efficiency and renewal. The aim of this thesis was to investigate the potential role of microRNAs (short non- coding RNAs) in the pancreatic ß-cell dysfunction associated with aging. Microarray analysis of microRNA expression profile in pancreatic islets from 3 and 12 month old Wistar male rats revealed important changes in several microRNAs. To further study the link between those alterations and the decline of ß-cells, the changes observed in old rats were mimicked in immortalized ß-cell lines, primary young rat and human islets. Downregulation of miR-181a inhibited pancreatic ß-cell proliferation in response to proliferative drugs, whereas downregulation of miR-130b and upregulation of miR-383 protected pancreatic ß-cells from cytokine stimulated apoptosis. Interestingly, miR-34a augmented pancreatic ß-cell apoptosis and inhibited ß-cell proliferation in response to the proliferative chemicals Exendin-4, prolactin and PDGF-AA. This loss of replicative capacity is reminiscent of what we observed in pancreatic ß-cells isolated from 12 month old rats. We further observed a correlation between the inhibitory effect of miR-34a on pancreatic ß-cell proliferation and its direct interfering effect of this microRNA on PDGF-r-a, which was previously reported to be involved in the age-associated decline of pancreatic ß-cell proliferation. Interestingly miR-34a was upregulated in the liver and brain of 1 year old animals and positively correlated with age in pancreatic islets of normoglycemic human donors. These results suggest that miR-34a might be not only involved in the age-associated impairment of the pancreatic ß-cell functions, but also play a role in insulin target tissues and contribute to the aging phenotype on the organism level. To conclude, we have demonstrated that microRNAs are indeed involved in the age-associated pancreatic ß-cell dysfunction and they can play both beneficial and harmful roles in the context of pancreatic ß-cell aging.

Eucalyptus ESTs involved in mechanisms against plant pathogens and environmental stresses

Eucalypt plantation has high economical importance in Brazil; however, it has been attacked by various pathogens under different environmental stress conditions. Disease resistance and survival under unfavorable environmental conditions have revealed that the eucalypt has developed highly efficient defense systems. Here we show the results of the Eucalyptus ESTs Genome Project (FORESTs). Using the expressed sequence tags (ESTs) obtained by the Project, contigs of similar sequences from each cDNA library induced and not induced by stress agents were formed, and cDNA sequences similar to other already known molecules, such as plant-signaling molecules, phytoalexins, lignin biosynthesis pathways, PR-proteins and putative genes corresponding to enzymes involved in the detoxification of reactive oxygen species, were identified. We also present general considerations about the mechanisms of Eucalyptus defense against biotic and abiotic stresses. These data are of extreme importance for future eucalypt breeding programs aimed at developing plants with enhanced resistance against pathogens and environmental stresses.

Homogeneous assay technologies in drug screening: Quenching Resonance Energy Transfer (QRET) technique

Information gained from the human genome project and improvements in compound synthesizing have increased the number of both therapeutic targets and potential lead compounds. This has evolved a need for better screening techniques to have a capacity to screen number of compound libraries against increasing amount of targets. Radioactivity based assays have been traditionally used in drug screening but the fluorescence based assays have become more popular in high throughput screening (HTS) as they avoid safety and waste problems confronted with radioactivity. In comparison to conventional fluorescence more sensitive detection is obtained with time-resolved luminescence which has increased the popularity of time-resolved fluorescence resonance energy transfer (TR-FRET) based assays. To simplify the current TR-FRET based assay concept the luminometric homogeneous single-label utilizing assay technique, Quenching Resonance Energy Transfer (QRET), was developed. The technique utilizes soluble quencher to quench non-specifically the signal of unbound fraction of lanthanide labeled ligand. One labeling procedure and fewer manipulation steps in the assay concept are saving resources. The QRET technique is suitable for both biochemical and cell-based assays as indicated in four studies:1) ligand screening study of β2 -adrenergic receptor (cell-based), 2) activation study of Gs-/Gi-protein coupled receptors by measuring intracellular concentration of cyclic adenosine monophosphate (cell-based), 3) activation study of G-protein coupled receptors by observing the binding of guanosine-5’-triphosphate (cell membranes), and 4) activation study of small GTP binding protein Ras (biochemical). Signal-to-background ratios were between 2.4 to 10 and coefficient of variation varied from 0.5 to 17% indicating their suitability to HTS use.

Discrimination génétique lors de la pré-embauche : élaboration d'une politique d'encadrement

"Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures En vue de l'obtention du grade de maîtrise en droit"

Le financement de la haute technologie dans le système de santé : le cas de la pharmacogénomique

L’exercice d’allocation de ressources en santé, relevant du Ministère de la santé, se voit fortement influencé autant par les besoins variés de la population que par les exigences des intervenants en santé. Quel rôle ces différents intérêts peuvent-ils jouer dans l’intégration de nouvelles technologies dans la distribution des soins de santé ? La pharmacogénomique, branche émergente de la pharmacologie intégrant les données issues du projet génome humain au processus de développement du médicament, est perçue comme une technologie qui permettrait de personnaliser la médecine. Son intégration aux processus de développement ou de prescription de médicaments promet de minimiser l’apparition d’effets secondaires néfastes découlant de la prise de médicaments. Serait-il alors judicieux pour le gouvernement du Québec, considérant la conjoncture actuelle d’allocation de ressources, d’investir dans la pharmacogénomique en tant que nouvel outil de développement du médicament ou nouveau mode pronostic de médication pour sa population ? Nous aborderons cette question à l’aide de critères de sélection dictés par Caulfield et ses collaborateurs (2001)[1] pour évaluer la pertinence de l’investissement public dans la mise sur pied d’un test génétique, soit l’acceptabilité, l’utilité, la non-malfaisance et la présence d’un bénéfice clair – à coût raisonnable – pour la population. La génomique avoisinant la génétique, ces facteurs s’avèrent applicables dans notre discussion.

Étude des anomalies du développement humain# un modèle d’analyse phénotypique

Depuis le début des années 90, le projet génome humain a permis l’émergence de nombreuses techniques globalisantes porteuses du suffixe –omique : génomique, transcriptomique, protéomique, épigénomique, etc.… L’étude globale de l’ensemble des phénotypes humains (« phénome ») est à l’origine de nouvelles technologies constituant la « phénomique ». L’approche phénomique permet de déterminer des liens entre des combinaisons de traits phénomiques. Nous voulons appliquer cette approche à l’étude des malformations humaines en particulier leurs combinaisons, ne formant des syndromes, des associations ou des séquences bien caractérisés que dans un petit nombre de cas. Afin d’évaluer la faisabilité de cette approche, pour une étude pilote nous avons décidé d’établir une base de données pour la description phénotypique des anomalies foetales. Nous avons effectué ces étapes : o Réalisation d’une étude rétrospective d’une série d’autopsies de foetus au CHU Sainte- Justine (Montréal, QC, Canada) entre 2001-2006 o Élaboration de trois thésaurus et d’une ontologie des anomalies développementales humaines o Construction une base de données en langage MySQL Cette base de données multicentrique accessible sur (http://www.malformations.org), nous permet de rechercher très facilement les données phénotypiques des 543 cas observés porteurs d’une anomalie donnée, de leur donner une description statistique et de générer les différents types d’hypothèses. Elle nous a également permis de sélectionner 153 cas de foetus malformés qui font l’objet d’une étude de micropuce d’hybridation génomique comparative (aCGH) à la recherche d’une anomalie génomique.

Phénomène de biohype dans des articles scientifiques rapportant des résultats issus de recherches cliniques en nutrigénétique/nutrigénomique : caractérisation et perception des chercheurs

Le développement de la nutrigénétique/nutrigénomique (NGx) a suscité de nombreuses attentes puisque les retombées qui lui sont associées s’avèrent potentiellement bénéfiques autant pour les individus en santé que pour les individus malades. De grandes attentes avaient également été associées au Projet de décryptage du Génome Humain (PGH). Aujourd’hui, seules quelques attentes de celles envisagées se sont concrétisées. Le PGH a donc évolué dans un contexte marqué par du biohype, soit la promotion d’attentes exagérées, voir irréalistes. Étant donné l’importance des attentes associées avec le développement de la NGx et des limites méthodologiques auxquelles fait encore face la recherche clinique conduite dans ce domaine, l’objectif principal de cette thèse est de déterminer si les publications scientifiques rapportant des résultats de recherches cliniques effectuées en NGx contribuent à l’émergence d’un phénomène de biohype. Plus spécifiquement, il s’agira également de documenter la perception des chercheurs oeuvrant dans le domaine de la NGx du phénomène de biohype, d’identifier certains facteurs qui pourraient expliquer son émergence dans la littérature scientifique propre à ce domaine et de proposer des pistes d’actions pour limiter les risques associés à ce phénomène. Nous avons tout d’abord procédé à une analyse documentaire d’articles scientifiques rapportant des résultats issus de recherches cliniques en NGx. Celle-ci nous a révélé que plusieurs bénéfices étaient promus dans cette littérature alors même que les limites méthodologiques n’étaient pas d’emblée présentées et discutées. Cette observation nous portait à croire que ces bénéfices étant potentiellement prématurés. Nous avons ensuite voulu valider notre constat auprès des chercheurs œuvrant principalement dans le domaine de la NGx. Cette enquête nous a permis de constater que les chercheurs étaient généralement en accord avec les bénéfices que nous avons recensés dans les articles scientifiques. Toutefois, ils n’envisageaient pas leur concrétisation à moyen terme. Par ailleurs, cette enquête nous a également révélé que les limitations méthodologiques actuellement rencontrées dans la conduite de recherches cliniques soulevaient des doutes quant à la faisabilité des bénéfices promut dans les articles scientifiques. Ces données viennent confirmer notre observation à savoir qu’un phénomène de biohype serait réellement en émergence dans les articles scientifiques rapportant des résultats de recherches cliniques en NGx. Outre des informations concernant les publics ciblés par les chercheurs et les éléments que doivent contenir un article scientifique, cette enquête nous a également aidés à mieux comprendre les avantages associés à la promotion de bénéfices. Selon la majorité des chercheurs interrogés, la promotion de bénéfices dans un article scientifique augmenterait les chances d’un manuscrit d’être publié et favoriserait la continuité du financement du domaine de recherche. Cette activité étant caractérisée par un environnement compétitif, la promotion de bénéfices semble être une avenue à envisager pour se démarquer. Quoique la promotion de bénéfices prématurés ou exagérés ne soit pas considérée comme de l’inconduite scientifique, elle peut causer entre autres un affaiblissement du sentiment de confiance entre le public et les chercheurs et ultimement, contrevenir à la continuité d’une saine activité de recherche. À la lumière de ces données, nous croyons qu’une des stratégies qui permettrait de prévenir l’apparition des risques associés au phénomène de biohype serait de sensibiliser les chercheurs et les éditeurs de journaux scientifiques à ces derniers. Plus particulièrement, nous encourageons l’intégration de lignes directrices portant sur la gestion du biohype dans les codes de conduites qui ont été mis en place pour favoriser les bonnes pratiques en recherche.