Allele-specific silencing of mutant huntingtin in rodent brain and human stem cells.

Huntington's disease (HD) is an autosomal dominant neurodegenerative disorder resulting from polyglutamine expansion in the huntingtin (HTT) protein and for which there is no cure. Although suppression of both wild type and mutant HTT expression by RNA interference is a promising therapeutic strategy, a selective silencing of mutant HTT represents the safest approach preserving WT HTT expression and functions. We developed small hairpin RNAs (shRNAs) targeting single nucleotide polymorphisms (SNP) present in the HTT gene to selectively target the disease HTT isoform. Most of these shRNAs silenced, efficiently and selectively, mutant HTT in vitro. Lentiviral-mediated infection with the shRNAs led to selective degradation of mutant HTT mRNA and prevented the apparition of neuropathology in HD rat's striatum expressing mutant HTT containing the various SNPs. In transgenic BACHD mice, the mutant HTT allele was also silenced by this approach, further demonstrating the potential for allele-specific silencing. Finally, the allele-specific silencing of mutant HTT in human embryonic stem cells was accompanied by functional recovery of the vesicular transport of BDNF along microtubules. These findings provide evidence of the therapeutic potential of allele-specific RNA interference for HD.

Identification of Methylated Genes Associated with Aggressive Clinicopathological Features in Mantle Cell Lymphoma

Background: Mantle cell lymphoma (MCL) is genetically characterized by the t(11;14)(q13;q32) translocation and a high number of secondary chromosomal alterations. The contribution of DNA methylation to MCL lymphomagenesis is not well known. We sought to identify epigenetically silenced genes in these tumours that might have clinical relevance. Methodology/Principal Findings: To identify potential methylated genes in MCL we initially investigated seven MCL cell lines treated with epigenetic drugs and gene expression microarray profiling. The methylation status of selected candidate genes was validated by a quantitative assay and subsequently analyzed in a series of primary MCL (n=38). After pharmacological reversion we identified 252 potentially methylated genes. The methylation analysis of a subset of these genes (n=25) in the MCL cell lines and normal B lymphocytes confirmed that 80% of them were methylated in the cell lines but not in normal lymphocytes. The subsequent analysis in primary MCL identified five genes (SOX9,HOXA9,AHR,NR2F2 ,and ROBO1) frequently methylated in these tumours. The gene methylation events tended to occur in the same primary neoplasms and correlated with higher proliferation, increased number of chromosomal abnormalities, and shorter survival of the patients. Conclusions: We have identified a set of genes whose methylation degree and gene expression levels correlate with aggressive clinicopathological features of MCL. Our findings also suggest that a subset of MCL might show a CpG island methylator phenotype (CIMP) that may influence the behaviour of the tumours.

Identification of HMX1 target genes: a predictive promoter model approach.

PURPOSE: A homozygous mutation in the H6 family homeobox 1 (HMX1) gene is responsible for a new oculoauricular defect leading to eye and auricular developmental abnormalities as well as early retinal degeneration (MIM 612109). However, the HMX1 pathway remains poorly understood, and in the first approach to better understand the pathway's function, we sought to identify the target genes. METHODS: We developed a predictive promoter model (PPM) approach using a comparative transcriptomic analysis in the retina at P15 of a mouse model lacking functional Hmx1 (dmbo mouse) and its respective wild-type. This PPM was based on the hypothesis that HMX1 binding site (HMX1-BS) clusters should be more represented in promoters of HMX1 target genes. The most differentially expressed genes in the microarray experiment that contained HMX1-BS clusters were used to generate the PPM, which was then statistically validated. Finally, we developed two genome-wide target prediction methods: one that focused on conserving PPM features in human and mouse and one that was based on the co-occurrence of HMX1-BS pairs fitting the PPM, in human or in mouse, independently. RESULTS: The PPM construction revealed that sarcoglycan, gamma (35kDa dystrophin-associated glycoprotein) (Sgcg), teashirt zinc finger homeobox 2 (Tshz2), and solute carrier family 6 (neurotransmitter transporter, glycine) (Slc6a9) genes represented Hmx1 targets in the mouse retina at P15. Moreover, the genome-wide target prediction revealed that mouse genes belonging to the retinal axon guidance pathway were targeted by Hmx1. Expression of these three genes was experimentally validated using a quantitative reverse transcription PCR approach. The inhibitory activity of Hmx1 on Sgcg, as well as protein tyrosine phosphatase, receptor type, O (Ptpro) and Sema3f, two targets identified by the PPM, were validated with luciferase assay. CONCLUSIONS: Gene expression analysis between wild-type and dmbo mice allowed us to develop a PPM that identified the first target genes of Hmx1.

Characterization of human pancreatic orthotopic tumor xenografts suitable for drug screening

Background Efforts to identify novel therapeutic options for human pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) have failed to result in a clear improvement in patient survival to date. Pancreatic cancer requires efficient therapies that must be designed and assayed in preclinical models with improved predictor ability. Among the available preclinical models, the orthotopic approach fits with this expectation, but its use is still occasional. Methods An in vivo platform of 11 orthotopic tumor xenografts has been generated by direct implantation of fresh surgical material. In addition, a frozen tumorgraft bank has been created, ensuring future model recovery and tumor tissue availability. Results Tissue microarray studies allow showing a high degree of original histology preservation and maintenance of protein expression patterns through passages. The models display stable growth kinetics and characteristic metastatic behavior. Moreover, the molecular diversity may facilitate the identification of tumor subtypes and comparison of drug responses that complement or confirm information obtained with other preclinical models. Conclusions This panel represents a useful preclinical tool for testing new agents and treatment protocols and for further exploration of the biological basis of drug responses.

Characterization of human pancreatic orthotopic tumor xenografts suitable for drug screening

Background Efforts to identify novel therapeutic options for human pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) have failed to result in a clear improvement in patient survival to date. Pancreatic cancer requires efficient therapies that must be designed and assayed in preclinical models with improved predictor ability. Among the available preclinical models, the orthotopic approach fits with this expectation, but its use is still occasional. Methods An in vivo platform of 11 orthotopic tumor xenografts has been generated by direct implantation of fresh surgical material. In addition, a frozen tumorgraft bank has been created, ensuring future model recovery and tumor tissue availability. Results Tissue microarray studies allow showing a high degree of original histology preservation and maintenance of protein expression patterns through passages. The models display stable growth kinetics and characteristic metastatic behavior. Moreover, the molecular diversity may facilitate the identification of tumor subtypes and comparison of drug responses that complement or confirm information obtained with other preclinical models. Conclusions This panel represents a useful preclinical tool for testing new agents and treatment protocols and for further exploration of the biological basis of drug responses.

No interactions between previously associated 2-hour glucose gene variants and physical activity or BMI on 2-hour glucose levels.

Gene-lifestyle interactions have been suggested to contribute to the development of type 2 diabetes. Glucose levels 2 h after a standard 75-g glucose challenge are used to diagnose diabetes and are associated with both genetic and lifestyle factors. However, whether these factors interact to determine 2-h glucose levels is unknown. We meta-analyzed single nucleotide polymorphism (SNP) × BMI and SNP × physical activity (PA) interaction regression models for five SNPs previously associated with 2-h glucose levels from up to 22 studies comprising 54,884 individuals without diabetes. PA levels were dichotomized, with individuals below the first quintile classified as inactive (20%) and the remainder as active (80%). BMI was considered a continuous trait. Inactive individuals had higher 2-h glucose levels than active individuals (β = 0.22 mmol/L [95% CI 0.13-0.31], P = 1.63 × 10(-6)). All SNPs were associated with 2-h glucose (β = 0.06-0.12 mmol/allele, P ≤ 1.53 × 10(-7)), but no significant interactions were found with PA (P > 0.18) or BMI (P ≥ 0.04). In this large study of gene-lifestyle interaction, we observed no interactions between genetic and lifestyle factors, both of which were associated with 2-h glucose. It is perhaps unlikely that top loci from genome-wide association studies will exhibit strong subgroup-specific effects, and may not, therefore, make the best candidates for the study of interactions.

Signaling pathways controlling induced resistance to insect herbivores in Arabidopsis.

Insect attack triggers changes in transcript level in plants that are mediated predominantly by jasmonic acid (JA). The implication of ethylene (ET), salicylic acid (SA), and other signals in this response is less understood and was monitored with a microarray containing insect- and defense-regulated genes. Arabidopsis thaliana mutants coi1-1, ein2-1, and sid2-1 impaired in JA, ET, and SA signaling pathways were challenged with the specialist small cabbage white (Pieris rapae) and the generalist Egyptian cotton worm (Spodoptera littoralis). JA was shown to be a major signal controlling the upregulation of defense genes in response to either insect but was found to suppress changes in transcript level only in response to P. rapae. Larval growth was affected by the JA-dependent defenses, but S. littoralis gained much more weight on coi1-1 than P. rapae. ET and SA mutants had an altered transcript profile after S. littoralis herbivory but not after P. rapae herbivory. In contrast, both insects yielded similar transcript signatures in the abscisic acid (ABA)-biosynthetic mutants aba2-1 and aba3-1, and ABA controlled transcript levels both negatively and positively in insect-attacked plants. In accordance with the transcript signature, S. littoralis larvae performed better on aba2-1 mutants. This study reveals a new role for ABA in defense against insects in Arabidopsis and identifies some components important for plant resistance to herbivory.

Alternative genotyping method for the single nucleotide polymorphism A2959G (AF159246) of the bovine CAST gene

The objective of this work was to genotype the single nucleotide polymorphism (SNP) A2959G (AF159246) of bovine CAST gene by PCR-RFLP technique, and to report its use for the first time. For this, 147 Bos indicus and Bos taurus x Bos indicus animals were genotyped. The accuracy of the method was confirmed through the direct sequencing of PCR products of nine individuals. The lowest frequency of the meat tenderness favorable allele (A) in Bos indicus was confirmed. The use of PCR-RFLP for the genotyping of the bovine CAST gene SNP was shown to be robust and inexpensive, which will greatly facilitate its analysis by laboratories with basic structure.

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.

Tissue-based immune monitoring I: tumor core needle biopsies allow in-depth interrogation of the tumor microenvironment.

We sought to assess the feasibility and reproducibility of performing tissue-based immune characterization of the tumor microenvironment using CT-compatible needle biopsy material. Three independent biopsies were obtained intraoperatively from one metastatic epithelial ovarian cancer lesion of 7 consecutive patients undergoing surgical cytoreduction using a 16-gauge core biopsy needle. Core specimens were snap-frozen and subjected to immunohistochemistry (IHC) against human CD3, CD4, CD8, and FoxP3. A portion of the cores was used to isolate RNA for 1) real-time quantitative (q)PCR for CD3, CD4, CD8, FoxP3, IL-10 and TGF-beta, 2) multiplexed PCR-based T cell receptor (TCR) CDR3 Vβ region spectratyping, and 3) gene expression profiling. Pearson's correlations were examined for immunohistochemistry and PCR gene expression, as well as for gene expression array data obtained from different tumor biopsies. Needle biopsy yielded sufficient tissue for all assays in all patients. IHC was highly reproducible and informative. Significant correlations were seen between the frequency of CD3+, CD8+ and FoxP3+ T cells by IHC with CD3ε, CD8A, and FoxP3 gene expression, respectively, by qPCR (r=0.61, 0.86, and 0.89; all p< 0.05). CDR3 spectratyping was feasible and highly reproducible in each tumor, and indicated a restricted repertoire for specific TCR Vβ chains in tumor-infiltrating T cells. Microarray gene expression revealed strong correlation between different biopsies collected from the same tumor. Our results demonstrate a feasible and reproducible method of immune monitoring using CT-compatible needle biopsies from tumor tissue, thereby paving the way for sophisticated translational studies during tumor biological therapy.

Epidemiology and new developments in the diagnosis of prosthetic joint infection.

Although prosthetic joint infection (PJI) is a rare event after arthroplasty, it represents a significant complication that is associated with high morbidity, need for complex treatment, and substantial healthcare costs. An accurate and rapid diagnosis of PJI is crucial for treatment success. Current diagnostic methods in PJI are insufficient with 10-30% false-negative cultures. Consequently, there is a need for research and development into new methods aimed at improving diagnostic accuracy and speed of detection. In this article, we review available conventional diagnostic methods for the diagnosis of PJI (laboratory markers, histopathology, synovial fluid and periprosthetic tissue cultures), new diagnostic methods (sonication of implants, specific and multiplex PCR, mass spectrometry) and innovative techniques under development (new laboratory markers, microcalorimetry, electrical method, reverse transcription [RT]-PCR, fluorescence in situ hybridization [FISH], biofilm microscopy, microarray identification, and serological tests). The results of highly sensitive diagnostic techniques with unknown specificity should be interpreted with caution. The organism identified by a new method may represent a real pathogen that was unrecognized by conventional diagnostic methods or contamination during specimen sampling, transportation, or processing. For accurate interpretation, additional studies are needed, which would evaluate the long-term outcome (usually >2 years) with or without antimicrobial treatment. It is expected that new rapid, accurate, and fully automatic diagnostic tests will be developed soon.

Genetic variants influencing circulating lipid levels and risk of coronary artery disease.

OBJECTIVE: Genetic studies might provide new insights into the biological mechanisms underlying lipid metabolism and risk of CAD. We therefore conducted a genome-wide association study to identify novel genetic determinants of low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C), high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C), and triglycerides. METHODS AND RESULTS: We combined genome-wide association data from 8 studies, comprising up to 17 723 participants with information on circulating lipid concentrations. We did independent replication studies in up to 37 774 participants from 8 populations and also in a population of Indian Asian descent. We also assessed the association between single-nucleotide polymorphisms (SNPs) at lipid loci and risk of CAD in up to 9 633 cases and 38 684 controls. We identified 4 novel genetic loci that showed reproducible associations with lipids (probability values, 1.6×10(-8) to 3.1×10(-10)). These include a potentially functional SNP in the SLC39A8 gene for HDL-C, an SNP near the MYLIP/GMPR and PPP1R3B genes for LDL-C, and at the AFF1 gene for triglycerides. SNPs showing strong statistical association with 1 or more lipid traits at the CELSR2, APOB, APOE-C1-C4-C2 cluster, LPL, ZNF259-APOA5-A4-C3-A1 cluster and TRIB1 loci were also associated with CAD risk (probability values, 1.1×10(-3) to 1.2×10(-9)). CONCLUSIONS: We have identified 4 novel loci associated with circulating lipids. We also show that in addition to those that are largely associated with LDL-C, genetic loci mainly associated with circulating triglycerides and HDL-C are also associated with risk of CAD. These findings potentially provide new insights into the biological mechanisms underlying lipid metabolism and CAD risk.

Tenascin-C is a novel RBPJkappa-induced target gene for Notch signaling in gliomas.

Tenascin-C (TNC) expression is known to correlate with malignancy in glioblastoma (GBM), a highly invasive and aggressive brain tumor that shows limited response to conventional therapies. In these malignant gliomas as well as in GBM cell lines, we found Notch2 protein to be strongly expressed. In a GBM tumor tissue microarray, RBPJk protein, a Notch2 cofactor for transcription, was found to be significantly coexpressed with TNC. We show that the TNC gene is transactivated by Notch2 in an RBPJk-dependent manner mediated by an RBPJk binding element in the TNC promoter. The transactivation is abrogated by a Notch2 mutation, which we detected in the glioma cell line Hs683 that does not express TNC. This L1711M mutation resides in the RAM domain, the site of interaction between Notch2 and RBPJk. In addition, transfection of constructs encoding activated Notch2 or Notch1 increased endogenous TNC expression identifying TNC as a novel Notch target gene. Overexpression of a dominant negative form of the transcriptional coactivator MAML1 or knocking down RBPJk in LN319 cells led to a dramatic decrease in TNC protein levels accompanied by a significant reduction of cell migration. Because addition of purified TNC stimulated glioma cell migration, this represents a mechanism for the invasive properties of glioma cells controlled by Notch signaling and defines a novel oncogenic pathway in gliomagenesis that may be targeted for therapeutic intervention in GBM patients.

Four novel Loci (19q13, 6q24, 12q24, and 5q14) influence the microcirculation in vivo.

There is increasing evidence that the microcirculation plays an important role in the pathogenesis of cardiovascular diseases. Changes in retinal vascular caliber reflect early microvascular disease and predict incident cardiovascular events. We performed a genome-wide association study to identify genetic variants associated with retinal vascular caliber. We analyzed data from four population-based discovery cohorts with 15,358 unrelated Caucasian individuals, who are members of the Cohort for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology (CHARGE) consortium, and replicated findings in four independent Caucasian cohorts (n  =  6,652). All participants had retinal photography and retinal arteriolar and venular caliber measured from computer software. In the discovery cohorts, 179 single nucleotide polymorphisms (SNP) spread across five loci were significantly associated (p<5.0×10(-8)) with retinal venular caliber, but none showed association with arteriolar caliber. Collectively, these five loci explain 1.0%-3.2% of the variation in retinal venular caliber. Four out of these five loci were confirmed in independent replication samples. In the combined analyses, the top SNPs at each locus were: rs2287921 (19q13; p  =  1.61×10(-25), within the RASIP1 locus), rs225717 (6q24; p = 1.25×10(-16), adjacent to the VTA1 and NMBR loci), rs10774625 (12q24; p  =  2.15×10(-13), in the region of ATXN2,SH2B3 and PTPN11 loci), and rs17421627 (5q14; p = 7.32×10(-16), adjacent to the MEF2C locus). In two independent samples, locus 12q24 was also associated with coronary heart disease and hypertension. Our population-based genome-wide association study demonstrates four novel loci associated with retinal venular caliber, an endophenotype of the microcirculation associated with clinical cardiovascular disease. These data provide further insights into the contribution and biological mechanisms of microcirculatory changes that underlie cardiovascular disease.

ACID-SENSING ION CHANNELS: functional and molecular characterization in putative nociceptors, and modulation by nerve injury and serine protease

Résumé Les canaux ioniques ASICs (acid-sensing ion channels) appartiennent à la famille des canaux ENaC/Degenerin. Pour l'instant, quatre gènes (1 à 4) ont été clonés dont certains présentent des variants d'épissage. Leur activation par une acidification rapide du milieu extracellulaire génère un courant entrant transitoire essentiellement sodique accompagné pour certains types d'ASICs d'une phase soutenue. Les ASICs sont exprimés dans le système nerveux, central (SNC) et périphérique (SNP). On leur attribue un rôle dans l'apprentissage, la mémoire et l'ischémie cérébrale au niveau central ainsi que dans la nociception (douleur aiguë et inflammatoire) et la méchanotransduction au niveau périphérique. Toutefois, les données sont parfois contradictoires. Certaines études suggèrent qu'ils sont des senseurs primordiaux impliqués dans la détection de l'acidification et la douleur. D'autres études suggèrent plutôt qu'ils ont un rôle modulateur inhibiteur dans la douleur. De plus, le fait que leur activation génère majoritairement un courant transitoire alors que les fibres nerveuses impliquées dans la douleur répondent à un stimulus nocif avec une adaptation lente suggère que leurs propriétés doivent être modulés par des molécules endogènes. Dans une première partie de ma thèse, nous avons abordé la question de l'expression fonctionnelle des ASICs dans les neurones sensoriels primaires afférents du rat adulte pour clarifier le rôle des ASICs dans les neurones sensoriels. Nous avons caractérisé leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques par la technique du patch-clamp en configuration « whole-cell ». Nous avons pu démontrer que près de 60% des neurones sensoriels de petit diamètre expriment des courants ASICs. Nous avons mis en évidence trois types de courant ASIC dans ces neurones. Les types 1 et 3 ont des propriétés compatibles avec un rôle de senseur du pH alors que le type 2 est majoritairement activé par des pH inférieurs à pH6. Le type 1 est médié par des homomers de la sous-unité ASIC1 a qui sont perméables aux Ca2+. Nous avons étudié leur co-expression avec des marqueurs des nocicepteurs ainsi que la possibilité d'induire une activité neuronale suite à une acidification qui soit dépendante des ASICs. Le but était d'associer un type de courant ASIC avec une fonction potentielle dans les neurones sensoriels. Une majorité des neurones exprimant les courants ASIC co-expriment des marqueurs des nocicepteurs. Toutefois, une plus grande proportion des neurones exprimant le type 1 n'est pas associée à la nociception par rapport aux types 2 et 3. Nous avons montré qu'il est possible d'induire des potentiels d'actions suite à une acidification. La probabilité d'induction est proportionnelle à la densité des courants ASIC et à l'acidité de la stimulation. Puis, nous avons utilisé cette classification comme un outil pour appréhender les potentielles modulations fonctionnelles des ASICs dans un model de neuropathie (spared nerve injury). Cette approche fut complétée par des expériences de «quantitative RT-PCR ». En situation de neuropathie, les courants ASIC sont dramatiquement changés au niveau de leur expression fonctionnelle et transcriptionnelle dans les neurones lésés ainsi que non-lésés. Dans une deuxième partie de ma thèse, suite au test de différentes substances sécrétées lors de l'inflammation et l'ischémie sur les propriétés des ASICs, nous avons caractérisé en détail la modulation des propriétés des courants ASICs notamment ASIC1 par les sérines protéases dans des systèmes d'expression recombinants ainsi que dans des neurones d'hippocampe. Nous avons montré que l'exposition aux sérine-protéases décale la dépendance au pH de l'activation ainsi que la « steady-state inactivation »des ASICs -1a et -1b vers des valeurs plus acidiques. Ainsi, l'exposition aux serine protéases conduit à une diminution du courant quand l'acidification a lieu à partir d'un pH7.4 et conduit à une augmentation du courant quand l'acidification alleu à partir d'un pH7. Nous avons aussi montré que cette régulation a lieu des les neurones d'hippocampe. Nos résultats dans les neurones sensoriels suggèrent que certains courants ASICs sont impliqués dans la transduction de l'acidification et de la douleur ainsi que dans une des phases du processus conduisant à la neuropathie. Une partie des courants de type 1 perméables au Ca 2+ peuvent être impliqués dans la neurosécrétion. La modulation par les sérines protéases pourrait expliquer qu'en situation d'acidose les canaux ASICs soient toujours activables. Résumé grand publique Les neurones sont les principales cellules du système nerveux. Le système nerveux est formé par le système nerveux central - principalement le cerveau, le cervelet et la moelle épinière - et le système nerveux périphérique -principalement les nerfs et les neurones sensoriels. Grâce à leur nombreux "bras" (les neurites), les neurones sont connectés entre eux, formant un véritable réseau de communication qui s'étend dans tout le corps. L'information se propage sous forme d'un phénomène électrique, l'influx nerveux (ou potentiels d'actions). A la base des phénomènes électriques dans les neurones il y a ce que l'on appelle les canaux ioniques. Un canal ionique est une sorte de tunnel qui traverse l'enveloppe qui entoure les cellules (la membrane) et par lequel passent les ions. La plupart de ces canaux sont normalement fermés et nécessitent d'être activés pour s'ouvrire et générer un influx nerveux. Les canaux ASICs sont activés par l'acidification et sont exprimés dans tout le système nerveux. Cette acidification a lieu notamment lors d'une attaque cérébrale (ischémie cérébrale) ou lors de l'inflammation. Les expériences sur les animaux ont montré que les canaux ASICs avaient entre autre un rôle dans la mort des neurones lors d'une attaque cérébrale et dans la douleur inflammatoire. Lors de ma thèse je me suis intéressé au rôle des ASICs dans la douleur et à l'influence des substances produites pendant l'inflammation sur leur activation par l'acidification. J'ai ainsi pu montrer chez le rat que la majorité des neurones sensoriels impliqués dans la douleur ont des canaux ASICs et que l'activation de ces canaux induit des potentiels d'action. Nous avons opéré des rats pour qu'ils présentent les symptômes d'une maladie chronique appelée neuropathie. La neuropathie se caractérise par une plus grande sensibilité à la douleur. Les rats neuropathiques présentent des changements de leurs canaux ASICs suggérant que ces canaux ont une peut-être un rôle dans la genèse ou les symptômes de cette maladie. J'ai aussi montré in vitro qu'un type d'enryme produit lors de l'inflammation et l'ischémie change les propriétés des ASICs. Ces résultats confirment un rôle des ASICs dans la douleur suggérant notamment un rôle jusque là encore non étudié dans la douleur neuropathique. De plus, ces résultats mettent en évidence une régulation des ASICs qui pourrait être importante si elle se confirmait in vivo de part les différents rôles des ASICs. Abstract Acid-sensing ion channels (ASICs) are members of the ENaC/Degenerin superfamily of ion channels. Their activation by a rapid extracellular acidification generates a transient and for some ASIC types also a sustained current mainly mediated by Na+. ASICs are expressed in the central (CNS) and in the peripheral (PNS) nervous system. In the CNS, ASICs have a putative role in learning, memory and in neuronal death after cerebral ischemia. In the PNS, ASICs have a putative role in nociception (acute and inflammatory pain) and in mechanotransduction. However, studies on ASIC function are somewhat controversial. Some studies suggest a crucial role of ASICs in transduction of acidification and in pain whereas other studies suggest rather a modulatory inhibitory role of ASICs in pain. Moreover, the basic property of ASICs, that they are activated only transiently is irreconcilable with the well-known property of nociception that the firing of nociceptive fibers demonstrated very little adaptation. Endogenous molecules may exist that can modulate ASIC properties. In a first part of my thesis, we addressed the question of the functional expression of ASICs in adult rat dorsal root ganglion (DRG) neurons. Our goal was to elucidate ASIC roles in DRG neurons. We characterized biophysical and pharmacological properties of ASIC currents using the patch-clamp technique in the whole-cell configuration. We observed that around 60% of small-diameter sensory neurons express ASICs currents. We described in these neurons three ASIC current types. Types 1 and 3 have properties compatible with a role of pH-sensor whereas type 2 is mainly activated by pH lower than pH6. Type 1 is mediated by ASIC1a homomultimers which are permeable to Ca 2+. We studied ASIC co-expression with nociceptor markers. The goal was to associate an ASIC current type with a potential function in sensory neurons. Most neurons expressing ASIC currents co-expressed nociceptor markers. However, a higher proportion of the neurons expressing type 1 was not associated with nociception compared to type 2 and -3. We completed this approach with current-clamp measurements of acidification-induced action potentials (APs). We showed that activation of ASICs in small-diameter neurons can induce APs. The probability of AP induction is positively correlated with the ASIC current density and the acidity of stimulation. Then, we used this classification as a tool to characterize the potential functional modulation of ASICs in the spared nerve injury model of neuropathy. This approach was completed by quantitative RT-PCR experiments. ASICs current expression was dramatically changed at the functional and transcriptional level in injured and non-injured small-diameter DRG neurons. In a second part of my thesis, following an initial screening of the effect of various substances secreted during inflammation and ischemia on ASIC current properties, we characterized in detail the modulation of ASICs, in particular of ASIC1 by serine proteases in a recombinant expression system as well as in hippocampal neurons. We showed that protease exposure shifts the pH dependence of ASIC1 activation and steady-state inactivation to more acidic pH. As a consequence, protease exposure leads to a decrease in the current response if ASIC1 is activated by a pH drop from pH 7.4. If, however, acidification occurs from a basal pH of 7, protease-exposed ASIC1a shows higher activity than untreated ASIC1a. We provided evidence that this bi-directional regulation of ASIC1a function also occurs in hippocampal neurons. Our results in DRG neurons suggest that some ASIC currents are involved in the transduction of peripheral acidification and pain. Furthermore, ASICs may participate to the processes leading to neuropathy. Some Ca 2+-permeable type 1 currents may be involved in neurosecretion. ASIC modulation by serine proteases may be physiologically relevant, allowing ASIC activation under sustained slightly acidic conditions.