Genetics of amyotrophic lateral sclerosis

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est la maladie des neurones moteurs la plus fréquente, affectant 4-6 individus par 100,000 habitants à l’échelle mondiale. La maladie se caractérise par une faiblesse et une atrophie musculaire suite à la dégénérescence des neurones du cortex moteur, tronc cérébral et moelle épinière. Les personnes atteintes développent les premiers symptômes à l’âge adulte et la maladie progresse sur une période de trois à cinq ans. Il a été répertorié qu’environ 10% des patients ont une histoire familiale de SLA; 90% des gens affectés le sont donc de façon sporadique. La découverte il y a 19 ans de mutations dans le gène zinc/copper superoxide dismutase (SOD1), présentes dans 15-20% des cas familiaux de SLA et environ 2% du total des individus affectés, a été l’événement déclencheur pour la découverte de variations génétiques responsables de la maladie. La recherche sur la génétique de la SLA a connu une progression rapide ces quatre dernières années avec l’identification de mutations dans de nouveaux gènes. Toutefois, même si certains de ces gènes ont été démontrés comme réellement liés à la maladie, la contribution d’autres gènes demeure incertaine puisque les résultats publiés de ceux-ci n’ont pas, à ce jour, été répliqués. Une portion substantielle de cas reste cependant à être génétiquement expliquée, et aucun traitement à ce jour n’a été démontré comme étant efficace pour remédier, atténuer ou prévenir la maladie. Le but du projet de recherche de doctorat était d’identifier de nouveaux gènes mutés dans la SLA, tout en évaluant la contribution de gènes nouvellement identifiés chez une importante cohorte multiethnique de cas familiaux et sporadiques. Les résultats présentés sont organisés en trois sections différentes. Dans un premier temps, la contribution de mutations présentes dans le gène FUS est évaluée chez les patients familiaux, sporadiques et juvéniles de SLA. Précisément, de nouvelles mutations sont rapportées et la proportion de mutations retrouvées chez les cas familiaux et sporadiques de SLA est évaluée. De plus, une nouvelle mutation est rapportée dans un cas juvénile de SLA; cette étude de cas est discutée. Dans un deuxième temps, de nouvelles avenues génétiques sont explorées concernant le gène SOD1. En effet, une nouvelle mutation complexe est rapportée chez une famille française de SLA. De plus, la possibilité qu’une mutation présente dans un autre gène impliqué dans la SLA ait un impact sur l’épissage du gène SOD1 est évaluée. Finalement, la dernière section explique la contribution de nouveaux gènes candidats chez les patients atteints de SLA. Spécifiquement, le rôle des gènes OPTN, SIGMAR1 et SORT1 dans le phénotype de SLA est évalué. Il est souhaité que nos résultats combinés avec les récents développements en génétique et biologie moléculaire permettent une meilleure compréhension du mécanisme pathologique responsable de cette terrible maladie tout en guidant le déploiement de thérapies suite à l’identification des cibles appropriées.

Malformation Chiari-Like : l’investigation d’une maladie complexe par l’utilisation d’un modèle canin

La malformation de Chiari type 1 (MCI) est une anomalie congénitale de la jonction cranio-cérébrale fréquente avec une incidence de 1:1280. MCI est caractérisée par la descente des amygdales cérébelleuses à travers le foramen magnum et est souvent associée à la syringomyélie. Les causes de cette maladie semblent être multifactorielles incluant des facteurs génétiques. La MCI est similaire à une malformation fréquente chez la race des Griffon Bruxellois (GB) connue sous le nom de Malformation Chiari-like (MCL). Le modèle canin offre l’avantage d’une forte homogénéité génétique réduisant ainsi la complexité de la maladie et facilitant l’identification d’un locus causatif. Une étude d’association du génome entier sur une cohorte de 56 GB suivie d’une cartographie fine sur une cohorte de 217 GB a identifié un locus fortement associé à la MCL sur le chromosome 2 (22 SNPs, valeur P= 7 x 10-8) avec un haplotype de 1.9 Mb plus fréquent chez les non affectés. Une seconde étude d’association du génome entier sur une cohorte de 113 GB a permis d’identifier un 2 ème locus fortement associé à la MCL sur le chromosome 13 (25 SNPs , valeur P= 3 x 10 -7) avec un haplotype de 4 Mb surreprésenté chez les non affectés. Ces régions candidates constituent la première étape vers l’identification de gènes causatifs pour la MCL. Notre étude offre un point d’entrée vers une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires sous-tendant la pathogénèse de la MCI humaine.

Comparative mitochondrial genomics toward understanding genetics and evolution of arbuscular mycorrhizal fungi

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement.

A orientação homossexual e as investigações acerca da existência de componentes biológicos e genéticos determinantes; The homosexual orientation and investigations about the existence of components biological and genetics determinants

The male and female homosexual orientation has substantial prevalence in humans and can be explained by determinants of various levels: biological, genetic, psychological, social and cultural. However, the biological and genetic evidence have been the main hypotheses tested in scientific research in the world. This article aims to review research studies about the existence of genetic and biological evidence that determine homosexual orientation. Was conducted a review of the literature, using the database MedLine/PubMed and Google scholar. The papers and books were searched in Portuguese and English, using the following keywords: sexual orientation, sexual behavior, homosexuality, developmental Biology and genetics. Was selected papers of the last 22 years. Were found five main theories about the biological components: (1) fraternal birth order, (2) brain androgenization and 2D:4D ratio; (3) brain activation by pheromones; and (4) epigenetic inheritance; and four theories about the genetic components: (1) genetic polymorphism; (2) pattern of X-linked inheritance; (3) monozygotic twins; and (4) sexual antagonistic selection. Concluded that there were many scientific evidence found over time to explain some of biological and genetic components of homosexuality, especially in males. However, today, there is no definitive explanation about what are the determinants of homosexual orientation components.

The effects of retinoic acid on human corneal stromal keratocytes cultured in vitro under serum-free conditions

Purpose: Retinoic acid (RA) is a metabolite of vitamin A that plays a fundamental role in the development and function of the human eye. The purpose of this study was to investigate the effects of RA on the phenotype of corneal stromal keratocytes maintained in vitro for extended periods under serum-free conditions. Methods: Keratocytes isolated from human corneas were cultured up to 21 days in serum-free media supplemented with RA or DMSO vehicle. The effects of RA and of its removal after treatment on cell proliferation and morphology were evaluated. In addition, the expression of keratocyte markers was quantified at the transcriptional and protein levels by quantitative PCR and immunoblotting or ELISA, respectively. Furthermore, the effects of RA on keratocyte migration were tested using scratch assays. Results: Keratocytes cultured with RA up to 10×10-6 M showed enhanced proliferation and stratification, and reduced mobility. RA also promoted the expression of keratocyte-characteristic proteoglycans such as keratocan, lumican, and decorin, and increased the amounts of collagen type-I in culture while significantly reducing the expression of matrix metalloproteases 1, 3, and 9. RA effects were reversible, and cell phenotype reverted to that of control after removal of RA from media. Conclusions: RA was shown to control the phenotype of human corneal keratocytes cultured in vitro by regulating cell behaviour and extracellular matrix composition. These findings contribute to our understanding of corneal stromal biology in health and disease, and may prove useful in optimizing keratocyte cultures for applications in tissue engineering, cell biology, and medicine.

EVOLUTIONARY BIOLOGY IN BIODIVERSITY SCIENCE, CONSERVATION, AND POLICY: A CALL TO ACTION

Evolutionary biologists have long endeavored to document how many species exist on Earth, to understand the processes by which biodiversity waxes and wanes, to document and interpret spatial patterns of biodiversity, and to infer evolutionary relationships. Despite the great potential of this knowledge to improve biodiversity science, conservation, and policy, evolutionary biologists have generally devoted limited attention to these broader implications. Likewise, many workers in biodiversity science have underappreciated the fundamental relevance of evolutionary biology. The aim of this article is to summarize and illustrate some ways in which evolutionary biology is directly relevant We do so in the context of four broad areas: (1) discovering and documenting biodiversity, (2) understanding the causes of diversification, (3) evaluating evolutionary responses to human disturbances, and (4) implications for ecological communities, ecosystems, and humans We also introduce bioGENESIS, a new project within DIVERSITAS launched to explore the potential practical contributions of evolutionary biology In addition to fostering the integration of evolutionary thinking into biodiversity science, bioGENESIS provides practical recommendations to policy makers for incorporating evolutionary perspectives into biodiversity agendas and conservation. We solicit your involvement in developing innovative ways of using evolutionary biology to better comprehend and stem the loss of biodiversity.

BCR-ABL-mediated upregulation of PRAME is responsible for knocking down TRAIL in CML patients

Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand-TNFSF10 (TRAIL), a member of the TNF-alpha family and a death receptor ligand, was shown to selectively kill tumor cells. Not surprisingly, TRAIL is downregulated in a variety of tumor cells, including BCR-ABL-positive leukemia. Although we know much about the molecular basis of TRAIL-mediated cell killing, the mechanism responsible for TRAIL inhibition in tumors remains elusive because (a) TRAIL can be regulated by retinoic acid (RA); (b) the tumor antigen preferentially expressed antigen of melanoma (PRAME) was shown to inhibit transcription of RA receptor target genes through the polycomb protein, enhancer of zeste homolog 2 (EZH2); and (c) we have found that TRAIL is inversely correlated with BCR-ABL in chronic myeloid leukemia (CML) patients. Thus, we decided to investigate the association of PRAME, EZH2 and TRAIL in BCR-ABL-positive leukemia. Here, we demonstrate that PRAME, but not EZH2, is upregulated in BCR-ABL cells and is associated with the progression of disease in CML patients. There is a positive correlation between PRAME and BCR-ABL and an inverse correlation between PRAME and TRAIL in these patients. Importantly, knocking down PRAME or EZH2 by RNA interference in a BCR-ABL-positive cell line restores TRAIL expression. Moreover, there is an enrichment of EZH2 binding on the promoter region of TRAIL in a CML cell line. This binding is lost after PRAME knockdown. Finally, knocking down PRAME or EZH2, and consequently induction of TRAIL expression, enhances Imatinib sensibility. Taken together, our data reveal a novel regulatory mechanism responsible for lowering TRAIL expression and provide the basis of alternative targets for combined therapeutic strategies for CML. Oncogene (2011) 30, 223-233; doi:10.1038/onc.2010.409; published online 13 September 2010

Comunicação sinestésica midiática

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Toxicologia e psicofarmacologia em biologia e programas de saúde para o ensino médio

Pós-graduação em Educação para a Ciência - FC

QUANTITATIVE TRAIT LOCI FOR AGRONOMIC AND END-USE QUALITY PERFORMANCE AND THE EFFECT OF SOILBORNE WHEAT MOSAIC VIRUS IN A HARD WINTER WHEAT POPULATION IN NEBRASKA

To better understand agronomic and end-use quality in wheat (Triticum aestivum L.) we developed a population containing 154 F6:8 recombinant inbred lines (RILs) from the cross TAM107-R7/Arlin. The parental lines and RILs were phenotyped at six environments in Nebraska and differed for resistance to Wheat soilborne mosaic virus (WSBMV), morphological, agronomic, and end-use quality traits. Additionally, a 2300 cM genome-wide linkage map was created for quantitative trait loci (QTL) analysis. Based on our results across multiple environments, the best RILs could be used for cultivar improvement. The population and marker data are publicly available for interested researchers for future research. The population was used to determine the effect of WSBMV on agronomic and end-use quality and for the mapping of a resistance locus. Results from two infected environments showed that all but two agronomic traits were significantly affected by the disease. Specifically, the disease reduced grain yield by 30% of susceptible RILs and they flowered 5 d later and were 11 cm shorter. End-use quality traits were not negatively affected but flour protein content was increased in susceptible RILs. The resistance locus SbmTmr1 mapped to 27.1 cM near marker wPt-5870 on chromosome 5DL using ELISA data. Finally, we investigated how WSBMV affected QTL detection in the population. QTLs were mapped at two WSBMV infected environments, four uninfected environments, and in the resistant and susceptible RIL subpopulations in the infected environments. Fifty-two significant (LOD≥3) QTLs were mapped in RILs at uninfected environments. Many of the QTLs were pleiotropic or closely linked at 6 chromosomal regions. Forty-seven QTLs were mapped in RILs at WSBMV infected environments. Comparisons between uninfected and infected environments identified 20 common QTLs and 21 environmentally specific QTLs. Finally, 24 QTLs were determined to be affected by WSBMV by comparing the subpopulations in QTL analyses within the same environment. The comparisons were statistically validated using marker by disease interactions. These results showed that QTLs can be affected by WSBMV and careful interpretation of QTL results is needed where biotic stresses are present. Finally, beneficial QTLs not affected by WSBMV or the environment are candidates for marker-assisted selection.

Genetic Mapping of Quantitative Trait Loci Associated with Bioenergy Traits, and The Assessment of Genetic Variability in Sweet Sorghum (Sorghum bicolor (L.). Moench)

Sweet sorghum, a botanical variety of sorghum is a potential source of bioenergy because high sugar levels accumulate in its stalks. The objectives of this study were to explore the global diversity of sweet sorghum germplasm, and map the genomic regions that are associated with bioenergy traits. In assessing diversity, 142 sweet sorghum accessions were evaluated with three marker types (SSR, SRAP, and morphological markers) to determine the degree of relatedness among the accessions. The traits measured (anthesis date [AD], plant height [PH], biomass yield [BY], and moisture content [MC]) were all significantly different (P<0.05) among accessions. Morphological marker clustered the accessions into five groups based on PH, MC and AD. The three traits accounted for 92.5% of the variation. There were four and five groups based on SRAP and SSR data respectively classifying accessions mainly on their origin or breeding history. The observed difference between SSR and SRAP based clusters could be attributed to the difference in marker type. SSRs amplify any region of the genome whereas SRAP amplify the open reading frames and promoter regions. Comparing the three marker-type clusters, the markers complimented each other in grouping accessions and would be valuable in assisting breeders to select appropriate lines for crossing. In evaluating QTLs that are associated with bioenergy traits, 165 recombinant inbred lines (RILs) were planted at four environments in Nebraska. A genetic linkage map constructed spanned a length of 1541.3 cM, and generated 18 linkage groups that aligned to the 10 sorghum chromosomes. Fourteen QTLs (6 for brix, 3 for BY, 2 each for AD and MC, and 1 for PH) were mapped. QTLs for the traits that were significantly correlated, colocalized in two clusters on linkage group Sbi01b. Both parents contributed beneficial alleles for most of traits measured, supporting the transgressive segregation in this population. Additional work is needed on exploiting the usefulness of chromosome 1 in breeding sorghum for bioenergy.

Xenia Effects on Quality of Maize Female Inbred in Production of Hybrid Seeds

In Maize (Zea maize L.), cost of hybrid seed production is directly related to the yield and quality of seed obtained per hectare of female parent. It is also important to consider the effects that a male parent can exert on the development of hybrid seed in the female parent. This effect is known as xenia. The objectives of this study were to evaluate xenia effects on 1) yield as 80K units, 2) germination of the hybrid seed and 3) susceptibility of the hybrid seed to mechanical damage. One female inbred and four male inbred lines were selected from a parent list of hybrids. The experiment was designed to allow individual cross pollination between each male inbred and the female inbred line. For use as a control, the female inbred was allowed to self pollinate. Experiments were conducted in Illinois and Iowa during 2008 and 2009 and in Nebraska during 2009. A significant inbred effect was detected on yield as 80k (α=0.001). The selfed female and pollination with male inbred B resulted in lower yields of hybrid seed. For germination, a significant inbred effect was detected (α=0.001), but was due to lower germination percentage of seed produced on the selfed female. All hybrid combinations resulted in higher germination percentages with no significant differences among hybrids. The inbred x mechanical damage interaction was significant (P=0.04) for effects on cold saturated soil germination tests. Use of inbred B resulted in a two-percentage-point reduction in cold germination when treated with the impact simulator. In a maize seed company, the production research group provides yield estimates for production of new hybrid combinations. Results from this study indicate that using only the female inbred yield may provide inaccurate estimates. Therefore to improve yield estimation, experiments should be designed to include male inbreds. Male inbreds can also impart a negative effect to the hybrid seed on tolerance to mechanical damage, thus lowering quality and increasing seed discard. When testing for hybrid seed germination, there is no need to consider distinct hybrid combinations. Female inbreds can be grown in open-pollinated fields to avoid loss of vigor observed with selfing. Advisor: George Graef