The Influence of Gene Environment Interaction on the Risk of Cognitive Impairment: Reducing Sexual Risk Behaviors and Alcohol Use in HIV-infected Adults

Memory deficits and executive dysfunction are highly prevalent among HIV-infected adults. These conditions can affect their quality of life, antiretroviral adherence, and HIV risk behaviors. Several factors have been suggested including the role of genetics in relation to HIV disease progression. This dissertation aimed to determine whether genetic differences in HIV-infected individuals were correlated with impaired memory, cognitive flexibility and executive function and whether cognitive decline moderated alcohol use and sexual transmission risk behaviors among HIV-infected alcohol abusers participating in an NIH-funded clinical trial comparing the efficacy of the adapted Holistic Health Recovery Program (HHRP-A) intervention to a Health Promotion Control (HPC) condition in reducing risk behaviors. A total of 267 individuals were genotyped for polymorphisms in the dopamine and serotonin gene systems. Results yielded significant associations for TPH2, GALM, DRD2 and DRD4 genetic variants with impaired executive function, cognitive flexibility and memory. SNPs TPH2 rs4570625 and DRD2 rs6277 showed a risk association with executive function (odds ratio = 2.5, p = .02; 3.6, p = .001). GALM rs6741892 was associated with impaired memory (odds ratio = 1.9, p = .006). At the six-month follow-up, HHRP-A participants were less likely to report trading sex for food, drugs and money (20.0%) and unprotected insertive or receptive oral (11.6%) or vaginal and/or anal sex (3.2%) than HPC participants (49.4%, p

A bioavailable cathepsin S nitrile inhibitor abrogates tumor development

BACKGROUND: Cathepsin S has been implicated in a variety of malignancies with genetic ablation studies demonstrating a key role in tumor invasion and neo-angiogenesis. Thus, the application of cathepsin S inhibitors may have clinical utility in the treatment of cancer. In this investigation, we applied a cell-permeable dipeptidyl nitrile inhibitor of cathepsin S, originally developed to target cathepsin S in inflammatory diseases, in both in vitro and in vivo tumor models.

METHODS: Validation of cathepsin S selectivity was carried out by assaying fluorogenic substrate turnover using recombinant cathepsin protease. Complete kinetic analysis was carried out and true K i values calculated. Abrogation of tumour invasion using murine MC38 and human MCF7 cell lines were carried out in vitro using a transwell migration assay. Effect on endothelial tube formation was evaluated using primary HUVEC cells. The effect of inhibitor in vivo on MC38 and MCF7 tumor progression was evaluated using cells propagated in C57BL/6 and BALB/c mice respectively. Subsequent immunohistochemical staining of proliferation (Ki67) and apoptosis (TUNEL) was carried out on MCF7 tumors.

RESULTS: We confirmed that this inhibitor was able to selectively target cathepsin S over family members K, V, L and B. The inhibitor also significantly reduced MC38 and MCF7 cell invasion and furthermore, significantly reduced HUVEC endothelial tubule formation in vitro. In vivo analysis revealed that the compound could significantly reduce tumor volume in murine MC38 syngeneic and MCF7 xenograft models. Immunohistochemical analysis of MCF7 tumors revealed cathepsin S inhibitor treatment significantly reduced proliferation and increased apoptosis.

CONCLUSIONS: In summary, these results highlight the characterisation of this nitrile cathepsin S inhibitor using in vitro and in vivo tumor models, presenting a compound which may be used to further dissect the role of cathepsin S in cancer progression and may hold therapeutic potential.

Intraclonal heterogeneity and distinct molecular mechanisms characterize the development of t(4;14) and t(11;14) myeloma.

We have used whole exome sequencing to compare a group of presentation t(4;14) with t(11;14) cases of myeloma to define the mutational landscape. Each case was characterized by a median of 24.5 exonic nonsynonymous single-nucleotide variations, and there was a consistently higher number of mutations in the t(4;14) group, but this number did not reach statistical significance. We show that the transition and transversion rates in the 2 subgroups are similar, suggesting that there was no specific mechanism leading to mutation differentiating the 2 groups. Only 3% of mutations were seen in both groups, and recurrently mutated genes include NRAS, KRAS, BRAF, and DIS3 as well as DNAH5, a member of the axonemal dynein family. The pattern of mutation in each group was distinct, with the t(4;14) group being characterized by deregulation of chromatin organization, actin filament, and microfilament movement. Recurrent RAS pathway mutations identified subclonal heterogeneity at a mutational level in both groups, with mutations being present as either dominant or minor subclones. The presence of subclonal diversity was confirmed at a single-cell level using other tumor-acquired mutations. These results are consistent with a distinct molecular pathogenesis underlying each subgroup and have important impacts on targeted treatment strategies. The Medical Research Council Myeloma IX trial is registered under ISRCTN68454111.

IL10 Low-Frequency Variants in Behçet's Disease Patients

To explain the missing heritability after the genome-wide association studies era, sequencing studies allow the identification of low-frequency variants with a stronger effect on disease risk. Common variants in the interleukin 10 gene (IL10) have been consistently associated with Behçet's disease (BD) and the goal of this study is to investigate the role of low-frequency IL10 variants in BD susceptibility.

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.

An investigation of the molecular pharmacology of G protein-coupled receptor 35

G protein-coupled receptors (GPCRs) are seven-pass integral membrane proteins that act as transducers of extracellular signals across the lipid bilayer. Their location and involvement in basic and pathological physiological processes has secured their role as key targets for pharmaceutical intervention. GPCRs are targeted by many of the best-selling drugs on the market and there are a substantial number of GPCRs that are yet to be characterised; these could offer interest for therapeutic targeting. GPR35 is one such receptor that, as a result of gene knockout and genome wide association studies, has attracted interest through its association with cardiovascular and gastrointestinal disease. Elucidation of the basic physiological function of GPR35 has, however, been difficult due a paucity of potent and selective ligands in addition to a lack of consensus on the endogenous ligand. Herein, a focussed drug discovery effort was carried out to identify agonists of GPR35. Various in vitro cellular assays were employed in conjunction with N- or C-terminally manipulated forms of the receptor to investigate GPR35’s signalling profile and to provide an assay format suitable for the characterisation of newly identified ligands. Although GPR35 associates with both Gαi/o and Gα13 families of small heterotrimeric G proteins, the G protein-independent β-arrestin-2 recruitment format was found to be the most suited to drug screening efforts. Small molecule compound screening, carried out in conjunction with the Medical Research Council Technology, identified compound 1 as the most potent ligand of human GPR35 reported at that time. However, the lower efficacy and potency of compound 1 at the rodent species orthologues of GPR35 prevented its use in in vivo studies. A subsequent effort, carried out with Novartis, focused on mast cell stabilisers as putative agonists of GPR35, revealed lodoxamide and bufrolin as highly potent agonists that activated human and rat GPR35 with equal potency. This finding offered–for the first time–the opportunity to employ the same GPR35 ligand between species at a similar concentration, an important factor to consider when translating rodent in vivo functional studies to those in man. Additionally, using molecular modelling and site directed mutagenesis studies, these newly identified compounds were used to aid characterisation of the ligand binding pockets of human and rat GPR35 to reveal the molecular basis of species selectivity at this receptor. In summary, this research effort presents GPR35 tool compounds that can now be used to dissect the basic biology of GPR35 and investigate its contribution to disease.

Novel pharmacogenomic markers of irinotecan-induced severe toxicity in metastatic colorectal cancer patients

L’irinotécan est un agent de chimiothérapie largement utilisé pour le traitement de tumeurs solides, particulièrement pour le cancer colorectal métastatique (mCRC). Fréquemment, le traitement par l’irinotécan conduit à la neutropénie et la diarrhée, des effets secondaires sévères qui peuvent limiter la poursuite du traitement et la qualité de vie des patients. Plusieurs études pharmacogénomiques ont évalué les risques associés à la chimiothérapie à base d’irinotécan, en particulier en lien avec le gène UGT1A, alors que peu d’études ont examiné l’impact des gènes codant pour des transporteurs. Par exemple, le marqueur UGT1A1*28 a été associé à une augmentation de 2 fois du risque de neutropénie, mais ce marqueur ne permet pas de prédire la toxicité gastrointestinale ou l’issue clinique. L’objectif de cette étude était de découvrir de nouveaux marqueurs génétiques associés au risque de toxicité induite par l’irinotécan, en utilisant une stratégie d’haplotype/SNP-étiquette permettant de maximiser la couverture des loci génétiques ciblés. Nous avons analysé les associations génétiques des loci UGT1 et sept gènes codants pour des transporteurs ABC impliqués dans la pharmacocinétique de l’irinotécan, soient ABCB1, ABCC1, ABCC2, ABCC5, ABCG1, ABCG2 ainsi que SLCO1B1. Les profils de 167 patients canadiens atteints de mCRC sous traitement FOLFIRI (à base d’irinotécan) ont été examinés et les marqueurs significatifs ont par la suite été validés dans une cohorte indépendante de 250 patients italiens. Nous avons découvert dans la région intergénique en aval du gène UGT1, un nouveau marqueur (rs11563250G) associé à un moindre risque de neutropénie sévère (rapport des cotes (RC)=0.21; p=0.043 chez les canadiens, RC=0.27; p=0.036 chez les italiens, et RC=0.31 p=0.001 pour les deux cohortes combinées). De plus, le RC est demeuré significatif après correction pour multiples comparaisons (p=0.041). Par ailleurs, pour l’haplotype défini par les marqueurs rs11563250G et UGT1A1*1 (rs8175347 TA6), le RC était de 0.17 (p=0.0004). Un test génétique évaluant ces marqueurs permettrait d’identifier les patients susceptibles de bénéficier d’une augmentation de dose d’irinotécan. En revanche, une autre combinaison de marqueurs, ABCC5 rs3749438 et rs10937158 (T–C), a prédit un risque plus faible de diarrhée sévère dans les deux cohortes (RC = 0.43; p=0.001). La coexistence des marqueurs ABCG1 rs225440T et ABCC5 rs2292997A a prédit un risque accru de neutropénie (RC=5.93; p=0.0002), alors qu’une prédiction encore plus significative a été obtenue lorsque ces marqueurs sont combinés au marqueur de risque bien établi UGT1A1*28 rs8175347 (RC=7.68; p<0.0001). Enfin, les porteurs de l’allèle de protection UGT1 rs11563250G en absence d’allèles de risque, ont montré une incidence réduite de neutropénie sévère (8.2% vs. 34.0%; p<0.0001). Nous concluons que ces nouveaux marqueurs génétiques prédictifs pourraient permettre d’améliorer l’évaluation du risque de toxicité et personnaliser le traitement à base d’irinotécan pour les patients atteints du cancer colorectal métastatique.

Characterization, development and multiplexing of microsatellite markers in three commercially exploited reef fish and their application for stock identification

Thirty-four microsatellite loci were isolated from three reef fish species; golden snapper Lutjanus johnii, blackspotted croaker Protonibea diacanthus and grass emperor Lethrinus laticaudis using a next generation sequencing approach. Both IonTorrent single reads and Illumina MiSeq paired-end reads were used, with the latter demonstrating a higher quality of reads than the IonTorrent. From the 1–1.5 million raw reads per species, we successfully obtained 10–13 polymorphic loci for each species, which satisfied stringent design criteria. We developed multiplex panels for the amplification of the golden snapper and the blackspotted croaker loci, as well as post-amplification pooling panels for the grass emperor loci. The microsatellites characterized in this work were tested across three locations of northern Australia. The microsatellites we developed can detect population differentiation across northern Australia and may be used for genetic structure studies and stock identification.

Genes candidatos de suscetibilidade a pré-eclampsia: estudo de associação

Preeclampsia is a multifactorial disease of unknown etiology that features with wide clinical symptoms, ranging from mild preeclampsia to severe forms, as eclampsia and HELLP syndrome. As a complex disease, preeclampsia is also influenced by genetic and environmental factors. Aiming to identify preeclampsia susceptibility genes, we genotyped a total of 22 genetic markers (single nucleotides polymorphisms SNPs) distributed in six candidates genes (ACVR2A, FLT1, ERAP1, ERAP2, LNPEP e CRHBP). By a case-control approach, the genotypic frequencies were compared between normotensive (control group) and preeclamptic women. The case s group was classified according to the disease clinical form in: preeclampsia, eclampsia and HELLP syndrome. As results we found the following genetic association: 1) ACVR2A and preeclampsia; 2) FLT1 and severe preeclampsia; 3) ERAP1 and eclampsia; 4) FLT1 and HELLP syndrome. When stratifying preeclampsia group according to symptoms severity (mild and severe preeclampsia) or according to the time of onset (early and late preeclampsia), it was detected that early preeclampsia is strongly associated to risk preeclampsia, eclampsia and HELLP syndrome have different genetic bases, although FLT1 gene seems to be involved in preeclampsia and HELLP syndrome pathophisiology

Identification of regulatory polymorphisms associated with breast cancer risk

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2014

Déterminer le rôle de C1orf106, un gène associé aux maladies inflammatoires de l’intestin

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MIIs, [MIM 266600]) sont caractérisées par une inflammation chronique au niveau du tube gastro-intestinal. Les deux principales formes sont la maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU). Les MIIs résulteraient d’un défaut du système immunitaire et de l’épithélium intestinal. Ce dernier forme une barrière physique et biochimique qui sépare notre système immunitaire des microorganismes commensaux et pathogènes de la microflore intestinale. Un défaut dans la barrière épithéliale intestinale pourrait donc mener à une réponse immunitaire soutenue contre notre microflore intestinale. Les études d’association pangénomiques (GWAS) ont permis d’identifier 201 régions de susceptibilité aux MIIs. Parmi celles-ci, la région 1q32 associée à la MC (p<2x10-11) et à la CU (p<6x10-7) contient 4 gènes, dont C1orf106, un gène codant pour une protéine de fonction inconnue. Le re-séquençage de la région 1q32 a permis d’identifier une variante génétique rare de C1orf106 (MAF˂1%) associée aux MIIs (p=0,009), Y333F. Nous avons démontré que la substitution de la tyr333 par une phénylalanine semble avoir un effet sur la stabilité protéique de C1orf106 tel que démontré lors de l’inhibition de la synthèse protéique induite par le cycloheximide. Nous avons déterminé que C1orf106 est exprimé dans le côlon et l’intestin grêle. De plus, son expression est augmentée lors de la différenciation des cellules épithéliales Caco-2 en épithélium intestinal polarisé. Son profil d’expression correspond aux types cellulaires et tissulaires affectés dans les MIIs. De plus, C1orf106 est partiellement co-localisée avec le marqueur des jonctions serrées, ZO-1. Toutefois, son marquage reproduit parfaitement celui du marqueur des jonctions adhérentes, E-cadhérine. Les jonctions serrées et adhérentes sont localisées du côté apical de la jonction intercellulaire et sont toutes deux impliquées dans l’établissement de la barrière épithéliale. Nous avons donc testé l’impact de C1orf106 sur la perméabilité de l’épithélium intestinal. Nous avons observé une augmentation de la perméabilité épithéliale chez un épithélium intestinal formé par des cellules Caco-2 sous-exprimant C1orf106. Nos résultats suggèrent que C1orf106 pourrait être le gène causal de la région 1q32.

Déterminer le rôle de C1orf106, un gène associé aux maladies inflammatoires de l’intestin

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MIIs, [MIM 266600]) sont caractérisées par une inflammation chronique au niveau du tube gastro-intestinal. Les deux principales formes sont la maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU). Les MIIs résulteraient d’un défaut du système immunitaire et de l’épithélium intestinal. Ce dernier forme une barrière physique et biochimique qui sépare notre système immunitaire des microorganismes commensaux et pathogènes de la microflore intestinale. Un défaut dans la barrière épithéliale intestinale pourrait donc mener à une réponse immunitaire soutenue contre notre microflore intestinale. Les études d’association pangénomiques (GWAS) ont permis d’identifier 201 régions de susceptibilité aux MIIs. Parmi celles-ci, la région 1q32 associée à la MC (p<2x10-11) et à la CU (p<6x10-7) contient 4 gènes, dont C1orf106, un gène codant pour une protéine de fonction inconnue. Le re-séquençage de la région 1q32 a permis d’identifier une variante génétique rare de C1orf106 (MAF˂1%) associée aux MIIs (p=0,009), Y333F. Nous avons démontré que la substitution de la tyr333 par une phénylalanine semble avoir un effet sur la stabilité protéique de C1orf106 tel que démontré lors de l’inhibition de la synthèse protéique induite par le cycloheximide. Nous avons déterminé que C1orf106 est exprimé dans le côlon et l’intestin grêle. De plus, son expression est augmentée lors de la différenciation des cellules épithéliales Caco-2 en épithélium intestinal polarisé. Son profil d’expression correspond aux types cellulaires et tissulaires affectés dans les MIIs. De plus, C1orf106 est partiellement co-localisée avec le marqueur des jonctions serrées, ZO-1. Toutefois, son marquage reproduit parfaitement celui du marqueur des jonctions adhérentes, E-cadhérine. Les jonctions serrées et adhérentes sont localisées du côté apical de la jonction intercellulaire et sont toutes deux impliquées dans l’établissement de la barrière épithéliale. Nous avons donc testé l’impact de C1orf106 sur la perméabilité de l’épithélium intestinal. Nous avons observé une augmentation de la perméabilité épithéliale chez un épithélium intestinal formé par des cellules Caco-2 sous-exprimant C1orf106. Nos résultats suggèrent que C1orf106 pourrait être le gène causal de la région 1q32.

Genomics to elucidate the molecular basis of calcific aortic valve disease

Le rétrécissement valvulaire aortique (RVA) est causé par une calcification et une fibrose progressive de la valve aortique. Le risque de développer la maladie augmente avec l’âge. À cause de l’augmentation de l’espérance de vie, le RVA est devenu un problème de santé publique. Le RVA est fatal en absence de traitement médical. Actuellement, la chirurgie est le seul traitement pour le stade sévère de la maladie, mais près de 50% des individus avec RVA n’y sont pas éligibles, principalement due à la présence de comorbidités. Plusieurs processus biologiques ont été associés à la maladie, mais les voies moléculaires spécifiques et les gènes impliqués dans le développement et la progression du RVA ne sont pas connus. Il est donc urgent de découvrir les gènes de susceptibilité pour le RVA afin d’identifier les personnes à risque ainsi que les biomarqueurs et les cibles thérapeutiques pouvant mener au développement de médicaments pour inverser ou limiter la progression de la maladie. L’objectif de cette thèse de doctorat était d’identifier la base moléculaire du RVA. Des approches modernes en génomique, incluant l’étude de gènes candidats et le criblage génomique par association (GWAS), ont été réalisées à l’aide de collections d’ADN provenant d’un grand nombre de patients bien caractérisés pour le RVA. Des études complémentaires en transciptomique ont comparé le profil d’expression global des gènes entre des valves calcifiées et non-calcifiées à l’aide de biopuces à ADN et de séquençage de l’ARN. Une première étude a identifié des variations dans le gène NOTCH1 et suggère pour la première fois la présence d’un polymorphisme commun dans ce gène conférant une susceptibilité au RVA. La deuxième étude a combiné par méta-analyse deux GWAS de patients provenant de la ville de Québec et Paris (France) aux données transcriptomiques. Cette étude de génomique intégrative a confirmé le rôle de RUNX2 dans le RVA et a permis l’identification d’un nouveau gène de susceptibilité, CACNA1C. Les troisième et quatrième études sur l’expression des gènes ont permis de mieux comprendre les bases moléculaires de la calcification des valves aortiques bicuspides et ainsi d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour le RVA. Les données générées par ce projet sont la base de futures découvertes importantes qui permettront d’améliorer les options de traitement et la qualité de vie des patients atteints du RVA.

Non-hierarchical cluster analysis for body weight, age at first egg, egg production and egg weight in a laying hen strain.

2016