Analysis of the mechanisms that maintain coordinate production of $\alpha$- and $\beta$-tubulin in mammalian cells

Alpha and beta tubulin are essential proteins in all eukaryotic cells. To study how cells maintain coordinate levels of these two interacting proteins, we have used PCR to add a 9 amino acid epitope from influenza hemagglutinin protein onto the carboxyl terminus of $\alpha$1 and $\beta$1-tubulin. The chimeric tubulin genes (HA$\alpha$1 and HA$\beta$1) were transfected into CHO cells and cell lines that stably express each gene were selected. Cells transfected with HA-tubulin do not exhibit any gross changes in growth or morphology. Immunofluorescence analysis demonstrated that HA-tubulins incorporate into both cytoplasmic and spindle microtubules. A quantitative biochemical assay was used to show that HA-tubulins incorporate into microtubules to a normal extent and do not alter the steady state distribution of endogenous tubulin between monomer and polymer pools. Two-dimensional gel analysis of pulse-labeled cells indicated that when HA$\beta$1-tubulin is expressed at high levels, it slightly represses the synthesis of the endogenous $\beta$-tubulin but produces a small increase in the synthesis of $\alpha$-tubulin. Analysis of cells labeled to steady state showed that HA$\beta$1-tubulin accumulates to a similar level as the wild-type gene product, but together these polypeptides produce only a small increase in total tubulin content consistent with the increased synthesis of $\alpha$-tubulin. It thus appears that HA$\beta$1-tubulin successfully competes with endogenous $\beta$-tubulin for heterodimer formation and that free $\beta$-tubulin subunits (endogenous and HA$\beta$1) are selectively degraded to maintain coordinate amounts of $\alpha$- and $\beta$-tubulin. In addition, the increased synthesis of $\alpha$-tubulin suggested the existence of a mechanism to ensure coordinate synthesis of $\alpha$- and $\beta$-tubulin subunits. To analyze whether reciprocal changes in endogenous tubulin synthesis occur when $\alpha$-tubulin is overexpressed, stably transfected CHO cell lines were isolated in which HA$\alpha$1-tubulin represents 50% of the total $\alpha$-tubulin, and its relative abundance can be further increased to 85-90% by treatment with sodium butyrate. In contrast with results obtained using HA$\beta$1-tubulin, transfection of HA$\alpha$1-tubulin decreased the synthesis of endogenous $\alpha$-tubulin to 60% of normal with little or no change in $\beta$-tubulin synthesis. When the transfected cells were treated with sodium butyrate to further increase HA$\beta$1-tubulin production, a larger decrease in the synthesis of endogenous $\alpha$-tubulin (to 30% of normal) was observed. The repression on the synthesis of endogenous $\alpha$-tubulin polypeptide was found to be directly proportional to the expression of HA$\alpha$1-tubulin indicating the existence of an autoregulatory loop, where $\alpha$-tubulin inhibits its own synthesis. To determine whether overproduction of HA$\alpha$1-tubulin affected the transcription, message stability or translation of endogenous $\alpha$-tubulin, the steady state levels of $\alpha$-tubulin mRNA were analyzed by ribonuclease protection assays. The results showed that the steady state level of $\alpha$-tubulin mRNA is not affected by the overexpression of HA$\alpha$1-tubulin, indicating that the repression is translational. The results are compatible with a model in which $\beta$-tubulin synthesis is largely unperturbed by overexpression of other tubulin subunits, and excess $\beta$-tubulin subunits are rapidly degraded to maintain coordinate $\alpha$- and $\beta$-tubulin levels at steady state. In contrast, free $\alpha$-tubulin represses its own synthesis at the translational level, suggesting that its level of production may be controlled by the amount of $\beta$-tubulin available for heterodimer formation. ^

Normal Versus Pathological Voice Signals Using Wavelet Analysis and Least Squares Support-Vector Machines

State of Sao Paulo Research Foundation (FAPESP)

Genetic analysis of complement C1s deficiency associated with systemic lupus erythernatosus highlights alternative splicing of normal C1s gene

Deficiencies of complement proteins of the classical pathway are strongly associated with the development of autoimmune diseases. Deficiency of Clr has been observed to occur concomitantly with deficiency in Cls and 9 out of 15 reported cases presented systemic lupus erythernatosus (SLE). Here, we describe a family in which all four children are deficient in Cls but only two of them developed SLE. Hemolytic activity mediated by the alternative and the lectin pathways were normal, but classical pathway activation was absent in all children`s sera. Cls was undetectable, while in the parents` sera it was lower than in the normal controls. The levels of Clr observed in the siblings and parents sera were lower than in the control, while the concentrations of other complement proteins (C3, C4, MBL and MASP-2) were normal in all family members. Impairment of Cls synthesis was observed in the patients` fibroblasts when analyzed by confocal microscopy. We show that all four siblings are homozygous for a mutation at position 938 in exon 6 of the Cls cDNA that creates a premature stop codon. Our investigations led us to reveal the presence of previously uncharacterized splice variants of Cls mRNA transcripts in normal human cells. These variants are derived from the skipping of exon 3 and from the use of an alternative 3` splice site within intron I which increases the size of exon 2 by 87 nucleotides. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Discriminant analysis of trace elements in normal, benign and malignant breast tissues measured by total reflection X-ray fluorescence

In this work total reflection X-ray fluorescence spectrometry has been employed to determine trace element concentrations in different human breast tissues (normal, normal adjacent, benign and malignant). A multivariate discriminant analysis of observed levels was performed in order to build a predictive model and perform tissue-type classifications. A total of 83 breast tissue samples were studied. Results showed the presence of Ca, Ti, Fe, Cu and Zn in all analyzed samples. All trace elements, except Ti, were found in higher concentrations in both malignant and benign tissues, when compared to normal tissues and normal adjacent tissues. In addition, the concentration of Fe was higher in malignant tissues than in benign neoplastic tissues. An opposite behavior was observed for Ca, Cu and Zn. Results have shown that discriminant analysis was able to successfully identify differences between trace element distributions from normal and malignant tissues with an overall accuracy of 80% and 65% for independent and paired breast samples respectively, and of 87% for benign and malignant tissues. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Comparative analysis of dendritic cell density and total number in commonly transplanted organs: morphometric estimation in normal mice

Dendritic cells (DC) are considered to be the major cell type responsible for induction of primary immune responses. While they have been shown to play a critical role in eliciting allosensitization via the direct pathway, there is evidence that maturational and/or activational heterogeneity between DC in different donor organs may be crucial to allograft outcome. Despite such an important perceived role for DC, no accurate estimates of their number in commonly transplanted organs have been reported. Therefore, leukocytes and DC were visualized and enumerated in cryostat sections of normal mouse (C57BL/10, B10.BR, C3H) liver, heart, kidney and pancreas by immunohistochemistry (CD45 and MHC class II staining, respectively). Total immunopositive cell number and MHC class II+ cell density (C57BL/10 mice only) were estimated using established morphometric techniques - the fractionator and disector principles, respectively. Liver contained considerably more leukocytes (similar to 5-20 x 10(6)) and DC (similar to 1-3 x 10(6)) than the other organs examined (pancreas: similar to 0.6 x 10(6) and similar to 0.35 x 10(6): heart: similar to 0.8 x 10(6) and similar to 0.4 x 10(6); kidney similar to 1.2 x 10(6) and 0.65 x 10(6), respectively). In liver, DC comprised a lower proportion of all leukocytes (similar to 15-25%) than in the other parenchymal organs examined (similar to 40-60%). Comparatively, DC density in C57BL/10 mice was heart > kidney > pancreas much greater than liver (similar to 6.6 x 10(6), 5 x 10(6), 4.5 x 10(6) and 1.1 x 10(6) cells/cm(3), respectively). When compared to previously published data on allograft survival, the results indicate that the absolute number of MHC class II+ DC present in a donor organ is a poor predictor of graft outcome. Survival of solid organ allografts is more closely related to the density of the donor DC network within the graft. (C) 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Proteomic analysis of normal and malignant prostate tissue to identify novel proteins lost in cancer

BACKGROUND. Alterations of important protein pathways, including loss of prostate secretory granules, and disruption of the prostatic secretory pathway have been identified as early events in malignancy. In this study, proteomics was used to map the differences in protein expression between normal and malignant prostate tissues and to identify and analyze differentially expressed proteins in human prostate tissue with particular regard to the proteins lost in malignancy. METHODS. Small quantities of normal and malignant prostate tissue were taken fresh from 34 radical prostatectomy cases. After histological examination, proteins were solubilized from selected tissues and separated using two-dimensional electrophoresis. Using image analysis, the proteome of normal and malignant tissues were mapped and differentially expressed proteins (present in normal and absent in malignant tissue) were identified and subsequently analyzed using peptide mass finger printing and N-terminal sequencing. Western blotting and immunohistochemistry were performed to examine expression profiles and tissue localization of candidate proteins. RESULTS. Comparison of protein maps of normal and malignant prostate were used to identify 20 proteins which were lost in malignant transformation, including prostate specific antigen (PSA), alpha-l antichymotrypsin (ACT), haptoglobin, and lactoylglutathione lyase. Three of the 20 had not previously been reported in human prostate tissue (Ubiquitin-like NEDD8, calponin, and a follistatin-related protein). Western blotting confirmed differences in the expression profiles of NEDD8 and calponin, and immunohistochemistry demonstrated differences in the cellular localization of these two proteins in normal and malignant prostate glands. CONCLUSIONS. The expression of NEDD8, calponin, and the follistatin-related protein in normal prostate tissues is a novel finding and the role of these important functional proteins in normal prostate and their loss or reduced expression in prostate malignancy warrants further investigations. (C) 2002 Wiley-Liss, Inc.

Cortical Thickness Reduction of Normal Appearing Cortex in Patients with Polymicrogyria

OBJECTIVE To examine cortical thickness and volumetric changes in the cortex of patients with polymicrogyria, using an automated image analysis algorithm. METHODS Cortical thickness of patients with polymicrogyria was measured using magnetic resonance imaging (MRI) cortical surface-based analysis and compared with age-and sex-matched healthy subjects. We studied 3 patients with disorder of cortical development (DCD), classified as polymicrogyria, and 15 controls. Two experienced neuroradiologists performed a conventional visual assessment of the MRIs. The same data were analyzed using an automated algorithm for tissue segmentation and classification. Group and individual average maps of cortical thickness differences were produced by cortical surface-based statistical analysis. RESULTS Patients with polymicrogyria showed increased thickness of the cortex in the same areas identified as abnormal by radiologists. We also identified a reduction in the volume and thickness of cortex within additional areas of apparently normal cortex relative to controls. CONCLUSIONS Our findings indicate that there may be regions of reduced cortical thickness, which appear normal from radiological analysis, in the cortex of patients with polymicrogyria. This finding suggests that alterations in neuronal migration may have an impact in the cortical formation of the cortical areas that are visually normal. These areas are associated or occur concurrently with polymicrogyria.

Quantitative Analysis of Placental Vasculature by Three-Dimensional Power Doppler Ultrasonography in Normal Pregnancies From 12 to 40 Weeks of Gestation

Evaluate the distribution and variation of placental vascular indices according to gestational age and placental volume. From March to November 2007, three-dimensional (3D)-power Doppler ultrasound was performed in 295 normal pregnancies from 12 to 40 weeks of gestation. Using the same preestablished settings for all patients, power Doppler was applied to the placenta and placental Volume was obtained by the rotational technique (VOCAL(TM)). The 3D-power histogram was used to determine the placental vascular indices: vascularization index (VI), flow index (FI) and vascularization-flow index (VFI). The placental vascular indices were then plotted against gestational age and placental volume. All placental vascular indices showed constant distribution throughout gestation. A tendency for a reduction in placental vascular indices with increased placental volume was observed, but was only statistically significant when placental FI was considered (p < 0.05). All placental vascular indices estimated by 3D-power Doppler ultrasonography presented constant distribution throughout gestation, despite the increase in placental volume according to gestational age. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Analysis of the respiratory dynamics during normal breathing by means of pseudo phase plots and pressure-volume loops

This paper reports on the analysis of tidal breathing patterns measured during noninvasive forced oscillation lung function tests in six individual groups. The three adult groups were healthy, with prediagnosed chronic obstructive pulmonary disease, and with prediagnosed kyphoscoliosis, respectively. The three children groups were healthy, with prediagnosed asthma, and with prediagnosed cystic fibrosis, respectively. The analysis is applied to the pressure–volume curves and the pseudophaseplane loop by means of the box-counting method, which gives a measure of the area within each loop. The objective was to verify if there exists a link between the area of the loops, power-law patterns, and alterations in the respiratory structure with disease. We obtained statistically significant variations between the data sets corresponding to the six groups of patients, showing also the existence of power-law patterns. Our findings support the idea that the respiratory system changes with disease in terms of airway geometry and tissue parameters, leading, in turn, to variations in the fractal dimension of the respiratory tree and its dynamics.

Analysis of the Respiratory Dynamics During Normal Breathing by Means of Pseudophase Plots and Pressure–Volume Loops

This paper reports on the analysis of tidal breathing patterns measured during noninvasive forced oscillation lung function tests in six individual groups. The three adult groups were healthy, with prediagnosed chronic obstructive pulmonary disease, and with prediagnosed kyphoscoliosis, respectively. The three children groups were healthy, with prediagnosed asthma, and with prediagnosed cystic fibrosis, respectively. The analysis is applied to the pressure-volume curves and the pseudophase-plane loop by means of the box-counting method, which gives a measure of the area within each loop. The objective was to verify if there exists a link between the area of the loops, power-law patterns, and alterations in the respiratory structure with disease. We obtained statistically significant variations between the data sets corresponding to the six groups of patients, showing also the existence of power-law patterns. Our findings support the idea that the respiratory system changes with disease in terms of airway geometry and tissue parameters, leading, in turn, to variations in the fractal dimension of the respiratory tree and its dynamics.

Qualitative and quantitative analysis of thalamo-cortical axons in the somatosensory cortex of normal and barrelless mice

Résumé Les rongeurs utilisent leurs moustaches (vibrisses) pour explorer le milieu environnant. Chaque moustache est mue par un système des muscles. Les récepteurs situés à sa base transmettent les informations au système nerveux central. La transmission vers l'écorce se fait via trois neurones de relais qui se trouvent au niveau du ganglion trigéminé, du tronc cérébral et du thalamus. La représentation corticale d'une vibrisse est une concentration des axones thalamo-corticaux (ATC) autour desquelles s'organisent leurs cibles, les cellules de la couche IV. La structure peut être identifiée histologiquement en coupes tangentielles et porte le nom de « barrel » (« tonneau »). Cette correspondance vibrisse - barrel fait de ce système un model idéal pour étudier l'influence de l'activité périphérique sur l'établissement et le maintien des cartes somatotopiques. Notre laboratoire dispose d'une souche de souris qui a subi une mutation spontanée pour le gène codant l'adenylyl cyclase I (ACI). Cette enzyme membranaire catalyse la formation de l'AMPc et joue un rôle important dans le guidage axonal, la libération des neurotransmetteurs et l'intégration des signaux postsynaptiques. Nous avons démontré dans un premier temps que cette souris adulte ne développe pas de barrels. Cela est dû à un manque d'organisation des ATC et aussi des cellules de la couche IV. De plus, les résultats électrophysiologiques montrent que les informations venant des vibrisses adjacentes ne sont pas intégrées d'une manière normale. Dans ce travail de thèse, j'ai analysé la morphologie des ATC révélés individuellement avec de la biocytine. L'analyse quantitative des ATC a mis en évidence les points suivants: 1. Les axones de la souris normale (NOR) quittent le thalamus, traversent la capsule interne et la substance blanche sous-corticale et pénètrent dans le cortex somato-sensoriel primaire. A l'intérieur de l'écorce ils traversent au maximum 3 colonnes corticales adjacentes dont une contient le barrel cible. En passant à travers les couches VI et V, ces axones arborisent et convergent progressivement vers le barrel dans lequel ils forment une riche arborisation. Un petit nombre des branches « errantes », pleines de boutons synaptiques, pénètrent dans les barrels voisins. Deux axones NOR provenant de corps cellulaires très proches dans le thalamus peuvent avoir un cheminement très divergent lors de la traversée de la capsule interne et de la substance blanche sous-corticale mais, à leur entrée dans le cortex, ils sont distants d'au maximum 2 colonnes corticales de la colonne qui contient le barrel cible et ils convergent progressivement vers ce barrel. 2. Les axones de la souris mutante (BRL) ont le même trajet sous-cortical que les axones NOR, mais leur entrée dans le cortex somato-sensoriel primaire est aléatoire. A l'interface entre la substance blanche sous-corticale et le cortex, l'axone principal se divise rapidement en troncs axonaux qui traversent les couches VI et V d'une manière divergente pour arriver dans la couche IV. Cela contraste beaucoup avec la trajectoire des NOR qui convergent graduellement vers leur barrel cible. Le nombre de branches radiales que les axones BRL utilisent pour entrer dans le cortex et dans la couche IV est double par rapport aux axones NOR. Parmi ces branches, seules quelques-unes donnent des arborisations, les autres ne sont pas développées et leur morphologie est semblable à celle des branches formées par les axones de la souris normale lors du développement. Deux axones BRL issus de corps cellulaires proches dans le thalamus peuvent avoir une trajectoire très divergente jusqu'à leur entrée dans la couche IV, mais à ce niveau ils sont réorientés pour se retrouver et faire un nombre maximal de branches et boutons synaptiques dans la même région corticale. Dans un cas extrême, un des axones observés est entré dans le cortex à la limite entre l'aire somatosensorielle primaire et secondaire et a parcouru une distance de 2 mm pour retrouver son partenaire thalamique et donner avec celui-ci un nombre maximal de branches dans la même région de la couche IV. 3. Les mesures quantitatives ont montré que les arborisations corticales des axones NOR ont une longueur moyenne de 18mm et sont formées par 200 segments qui portent 1200 boutons synaptiques. Par rapport à la souris NOR, les axones BRL ont en moyenne la même longueur, le même nombre de segments et boutons synaptiques, mais donnent deux fois plus de branches radiales. La surface tangentielle occupée par les arborisations BRL dans la couche IV est 2 fois plus grande que celle des NOR. Cela signifie que les 1000 boutons synaptiques qui caractérisent les arborisations NOR et BRL dans la couche IV sont disséminés sur une surface tangentielle double chez les derniers, et donc que la densité des boutons par unité de surface corticale est en moyenne plus faible. En effet, l'augmentation de la surface corticale tangentielle des BRL est due aux surfaces de faible et moyenne densité synaptique (0 - 8 boutons / 400pn2) qui augmentent 2 fois tandis que les surfaces de haute densité synaptiques (8 - 64 boutons / 4001.tm2) sont les mêmes. Nous émettons l'hypothèse selon laquelle, durant le développement, les ATC de la souris BRL divergent et forment un nombre exubérant de branches. Grâce à cette divergence et aux branches supranuméraires, ils trouvent l'endroit de l'écorce où se trouvent leurs voisins thalamiques et arborisent abondamment dans cette région. Cependant, le déficit en AGI ne leurs permet pas par la suite, sous influence de l'activité périphérique, de retirer les branches qui se trouvent dans les endroits inappropriés de l'écorce, avec de possibles conséquences sur la discrimination tactile.

Computational and statistical analysis of copy number variants in normal and cancer genomes

AbstractAlthough the genomes from any two human individuals are more than 99.99% identical at the sequence level, some structural variation can be observed. Differences between genomes include single nucleotide polymorphism (SNP), inversion and copy number changes (gain or loss of DNA). The latter can range from submicroscopic events (CNVs, at least 1kb in size) to complete chromosomal aneuploidies. Small copy number variations have often no (lethal) consequences to the cell, but a few were associated to disease susceptibility and phenotypic variations. Larger re-arrangements (i.e. complete chromosome gain) are frequently associated with more severe consequences on health such as genomic disorders and cancer. High-throughput technologies like DNA microarrays enable the detection of CNVs in a genome-wide fashion. Since the initial catalogue of CNVs in the human genome in 2006, there has been tremendous interest in CNVs both in the context of population and medical genetics. Understanding CNV patterns within and between human populations is essential to elucidate their possible contribution to disease. But genome analysis is a challenging task; the technology evolves rapidly creating needs for novel, efficient and robust analytical tools which need to be compared with existing ones. Also, while the link between CNV and disease has been established, the relative CNV contribution is not fully understood and the predisposition to disease from CNVs of the general population has not been yet investigated.During my PhD thesis, I worked on several aspects related to CNVs. As l will report in chapter 3, ! was interested in computational methods to detect CNVs from the general population. I had access to the CoLaus dataset, a population-based study with more than 6,000 participants from the Lausanne area. All these individuals were analysed on SNP arrays and extensive clinical information were available. My work explored existing CNV detection methods and I developed a variety of metrics to compare their performance. Since these methods were not producing entirely satisfactory results, I implemented my own method which outperformed two existing methods. I also devised strategies to combine CNVs from different individuals into CNV regions.I was also interested in the clinical impact of CNVs in common disease (chapter 4). Through an international collaboration led by the Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) and the Imperial College London I was involved as a main data analyst in the investigation of a rare deletion at chromosome 16p11 detected in obese patients. Specifically, we compared 8,456 obese patients and 11,856 individuals from the general population and we found that the deletion was accounting for 0.7% of the morbid obesity cases and was absent in healthy non- obese controls. This highlights the importance of rare variants with strong impact and provides new insights in the design of clinical studies to identify the missing heritability in common disease.Furthermore, I was interested in the detection of somatic copy number alterations (SCNA) and their consequences in cancer (chapter 5). This project was a collaboration initiated by the Ludwig Institute for Cancer Research and involved other groups from the Swiss Institute of Bioinformatics, the CHUV and Universities of Lausanne and Geneva. The focus of my work was to identify genes with altered expression levels within somatic copy number alterations (SCNA) in seven metastatic melanoma ceil lines, using CGH and SNP arrays, RNA-seq, and karyotyping. Very few SCNA genes were shared by even two melanoma samples making it difficult to draw any conclusions at the individual gene level. To overcome this limitation, I used a network-guided analysis to determine whether any pathways, defined by amplified or deleted genes, were common among the samples. Six of the melanoma samples were potentially altered in four pathways and five samples harboured copy-number and expression changes in components of six pathways. In total, this approach identified 28 pathways. Validation with two external, large melanoma datasets confirmed all but three of the detected pathways and demonstrated the utility of network-guided approaches for both large and small datasets analysis.RésuméBien que le génome de deux individus soit similaire à plus de 99.99%, des différences de structure peuvent être observées. Ces différences incluent les polymorphismes simples de nucléotides, les inversions et les changements en nombre de copies (gain ou perte d'ADN). Ces derniers varient de petits événements dits sous-microscopiques (moins de 1kb en taille), appelés CNVs (copy number variants) jusqu'à des événements plus large pouvant affecter des chromosomes entiers. Les petites variations sont généralement sans conséquence pour la cellule, toutefois certaines ont été impliquées dans la prédisposition à certaines maladies, et à des variations phénotypiques dans la population générale. Les réarrangements plus grands (par exemple, une copie additionnelle d'un chromosome appelée communément trisomie) ont des répercutions plus grave pour la santé, comme par exemple dans certains syndromes génomiques et dans le cancer. Les technologies à haut-débit telle les puces à ADN permettent la détection de CNVs à l'échelle du génome humain. La cartographie en 2006 des CNV du génome humain, a suscité un fort intérêt en génétique des populations et en génétique médicale. La détection de différences au sein et entre plusieurs populations est un élément clef pour élucider la contribution possible des CNVs dans les maladies. Toutefois l'analyse du génome reste une tâche difficile, la technologie évolue très rapidement créant de nouveaux besoins pour le développement d'outils, l'amélioration des précédents, et la comparaison des différentes méthodes. De plus, si le lien entre CNV et maladie a été établit, leur contribution précise n'est pas encore comprise. De même que les études sur la prédisposition aux maladies par des CNVs détectés dans la population générale n'ont pas encore été réalisées.Pendant mon doctorat, je me suis concentré sur trois axes principaux ayant attrait aux CNV. Dans le chapitre 3, je détaille mes travaux sur les méthodes d'analyses des puces à ADN. J'ai eu accès aux données du projet CoLaus, une étude de la population de Lausanne. Dans cette étude, le génome de plus de 6000 individus a été analysé avec des puces SNP et de nombreuses informations cliniques ont été récoltées. Pendant mes travaux, j'ai utilisé et comparé plusieurs méthodes de détection des CNVs. Les résultats n'étant pas complètement satisfaisant, j'ai implémenté ma propre méthode qui donne de meilleures performances que deux des trois autres méthodes utilisées. Je me suis aussi intéressé aux stratégies pour combiner les CNVs de différents individus en régions.Je me suis aussi intéressé à l'impact clinique des CNVs dans le cas des maladies génétiques communes (chapitre 4). Ce projet fut possible grâce à une étroite collaboration avec le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) et l'Impérial College à Londres. Dans ce projet, j'ai été l'un des analystes principaux et j'ai travaillé sur l'impact clinique d'une délétion rare du chromosome 16p11 présente chez des patients atteints d'obésité. Dans cette collaboration multidisciplinaire, nous avons comparés 8'456 patients atteint d'obésité et 11 '856 individus de la population générale. Nous avons trouvés que la délétion était impliquée dans 0.7% des cas d'obésité morbide et était absente chez les contrôles sains (non-atteint d'obésité). Notre étude illustre l'importance des CNVs rares qui peuvent avoir un impact clinique très important. De plus, ceci permet d'envisager une alternative aux études d'associations pour améliorer notre compréhension de l'étiologie des maladies génétiques communes.Egalement, j'ai travaillé sur la détection d'altérations somatiques en nombres de copies (SCNA) et de leurs conséquences pour le cancer (chapitre 5). Ce projet fut une collaboration initiée par l'Institut Ludwig de Recherche contre le Cancer et impliquant l'Institut Suisse de Bioinformatique, le CHUV et les Universités de Lausanne et Genève. Je me suis concentré sur l'identification de gènes affectés par des SCNAs et avec une sur- ou sous-expression dans des lignées cellulaires dérivées de mélanomes métastatiques. Les données utilisées ont été générées par des puces ADN (CGH et SNP) et du séquençage à haut débit du transcriptome. Mes recherches ont montrées que peu de gènes sont récurrents entre les mélanomes, ce qui rend difficile l'interprétation des résultats. Pour contourner ces limitations, j'ai utilisé une analyse de réseaux pour définir si des réseaux de signalisations enrichis en gènes amplifiés ou perdus, étaient communs aux différents échantillons. En fait, parmi les 28 réseaux détectés, quatre réseaux sont potentiellement dérégulés chez six mélanomes, et six réseaux supplémentaires sont affectés chez cinq mélanomes. La validation de ces résultats avec deux larges jeux de données publiques, a confirmée tous ces réseaux sauf trois. Ceci démontre l'utilité de cette approche pour l'analyse de petits et de larges jeux de données.Résumé grand publicL'avènement de la biologie moléculaire, en particulier ces dix dernières années, a révolutionné la recherche en génétique médicale. Grâce à la disponibilité du génome humain de référence dès 2001, de nouvelles technologies telles que les puces à ADN sont apparues et ont permis d'étudier le génome dans son ensemble avec une résolution dite sous-microscopique jusque-là impossible par les techniques traditionnelles de cytogénétique. Un des exemples les plus importants est l'étude des variations structurales du génome, en particulier l'étude du nombre de copies des gènes. Il était établi dès 1959 avec l'identification de la trisomie 21 par le professeur Jérôme Lejeune que le gain d'un chromosome supplémentaire était à l'origine de syndrome génétique avec des répercussions graves pour la santé du patient. Ces observations ont également été réalisées en oncologie sur les cellules cancéreuses qui accumulent fréquemment des aberrations en nombre de copies (telles que la perte ou le gain d'un ou plusieurs chromosomes). Dès 2004, plusieurs groupes de recherches ont répertorié des changements en nombre de copies dans des individus provenant de la population générale (c'est-à-dire sans symptômes cliniques visibles). En 2006, le Dr. Richard Redon a établi la première carte de variation en nombre de copies dans la population générale. Ces découvertes ont démontrées que les variations dans le génome était fréquentes et que la plupart d'entre elles étaient bénignes, c'est-à-dire sans conséquence clinique pour la santé de l'individu. Ceci a suscité un très grand intérêt pour comprendre les variations naturelles entre individus mais aussi pour mieux appréhender la prédisposition génétique à certaines maladies.Lors de ma thèse, j'ai développé de nouveaux outils informatiques pour l'analyse de puces à ADN dans le but de cartographier ces variations à l'échelle génomique. J'ai utilisé ces outils pour établir les variations dans la population suisse et je me suis consacré par la suite à l'étude de facteurs pouvant expliquer la prédisposition aux maladies telles que l'obésité. Cette étude en collaboration avec le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois a permis l'identification d'une délétion sur le chromosome 16 expliquant 0.7% des cas d'obésité morbide. Cette étude a plusieurs répercussions. Tout d'abord elle permet d'effectuer le diagnostique chez les enfants à naître afin de déterminer leur prédisposition à l'obésité. Ensuite ce locus implique une vingtaine de gènes. Ceci permet de formuler de nouvelles hypothèses de travail et d'orienter la recherche afin d'améliorer notre compréhension de la maladie et l'espoir de découvrir un nouveau traitement Enfin notre étude fournit une alternative aux études d'association génétique qui n'ont eu jusqu'à présent qu'un succès mitigé.Dans la dernière partie de ma thèse, je me suis intéressé à l'analyse des aberrations en nombre de copies dans le cancer. Mon choix s'est porté sur l'étude de mélanomes, impliqués dans le cancer de la peau. Le mélanome est une tumeur très agressive, elle est responsable de 80% des décès des cancers de la peau et est souvent résistante aux traitements utilisés en oncologie (chimiothérapie, radiothérapie). Dans le cadre d'une collaboration entre l'Institut Ludwig de Recherche contre le Cancer, l'Institut Suisse de Bioinformatique, le CHUV et les universités de Lausanne et Genève, nous avons séquencés l'exome (les gènes) et le transcriptome (l'expression des gènes) de sept mélanomes métastatiques, effectués des analyses du nombre de copies par des puces à ADN et des caryotypes. Mes travaux ont permis le développement de nouvelles méthodes d'analyses adaptées au cancer, d'établir la liste des réseaux de signalisation cellulaire affectés de façon récurrente chez le mélanome et d'identifier deux cibles thérapeutiques potentielles jusqu'alors ignorées dans les cancers de la peau.