Investigating the role of apoptosis regulator EndoG on exogenous DNA uptake, stability, replication and recombination

Endonuclease G (EndoG) is a well conserved mitochondrial nuclease with dual lethal and vital roles in the cell. It non-specifically cleaves endogenous DNA following apoptosis induction, but is also active in non-apoptotic cells for mitochondrial DNA (mtDNA) replication and may also be important for replication, repair and recombination of genomic DNA. The aim of our study was to examine whether EndoG exerts similar activities on exogenous DNA substrates such as plasmid DNA (pDNA) and viral DNA vectors, considering their importance in gene therapy applications. The effects of EndoG knockdown on pDNA stability and levels of encoded reporter gene expression were evaluated in the cervical carcinoma HeLa cells. Transfection of pDNA vectors encoding short-hairpin RNAs (shRNAs) reduced levels of EndoG mRNA and nuclease activity in HeLa cells. In physiological circumstances, EndoG knockdown did not have an effect on the stability of pDNA or the levels of encoded transgene expression as measured over a four day time-course. However, when endogenous expression of EndoG was induced by an extrinsic stimulus (a cationic liposome transfection reagent), targeting of EndoG by shRNA improved the perceived stability and transgene expression of pDNA vectors. Therefore, EndoG is not a mediator of exogenous DNA clearance, but in non-physiological circumstances it may non-specifically cleave intracellular DNA regardless of its origin. To investigate possible effects of EndoG on viral DNA vectors, we constructed and evaluated AdsiEndoG, a first generation adenovirus (Ad5 ΔE1) vector encoding a shRNA directed against EndoG mRNA, along with appropriate Ad5 ΔE1 controls. Infection of HeLa cells with AdsiEndoG at a multiplicity of infection (MOI) of 10 p.f.u./cell resulted in an early cell proliferation defect, absent from cells infected at equivalent MOI with control Ad5 ΔE1 vectors. Replication of Ad5 ΔE1 DNA was detected for all vectors, but AdsiEndoG DNA accumulated to levels that were 50 fold higher than initially, four days after infection, compared to 14 fold for the next highest control Ad5 ΔE1 vector. Deregulation of the cell cycle by EndoG depletion, which is characterized by an accumulation of cells in the G2/M transition, is the most likely reason for the observed cell proliferation defect. The enhanced replication of AdsiEndoG is consistent with this conclusion, as Ad5 ΔE1 DNA replication is intimately related to cell cycling and prolongation or delay in G2/M greatly enhances this process. Furthermore, infection of HeLa with AdsiEndoG at MOI of 50 p.f.u./cell resulted in an almost complete disappearance of viable, adherent tumour cells from culture, whereas almost a third of the cells were still adherent after infection with control Ad5 ΔE1 vectors, relative to the non-infected control. Therefore, targeting of EndoG by RNAi is a viable strategy for improving the oncolytic properties of first generation adenovirus vectors. In addition, AdsiEndoG-mediated knockdown of EndoG reduced homologous recombination between pDNA substrates in HeLa cells. The effect was modest but, nevertheless demonstrated that the proposed role of EndoG in homologous recombination of cellular DNA also extends to exogenous DNA substrates.

Développement de procédés efficaces pour la construction et la production de vecteurs adénoviraux

L’adénovirus possède plusieurs caractéristiques faisant de ce virus un candidat de choix pour la construction de vecteurs utiles dans les études de génomique fonctionnelle. Dans la majorité de ces applications, on a recours à un vecteur adénoviral de première génération délété de sa région E1. L’utilisation de vecteurs adénoviraux comprend deux maillons faibles : la construction du vecteur et la production subséquente de ce dernier. Le développement de méthodes alternatives est donc nécessaire pour renforcer ces deux maillons, permettant ainsi une utilisation étendue de ces vecteurs. Ce développement va s’articuler sur deux axes : l’ingénierie du vecteur de transfert pour la construction de l’adénovirus recombinant et l’ingénierie d’une lignée cellulaire pour la production du vecteur. En utilisant un vecteur de transfert adénoviral co-exprimant, à partir d’un promoteur régulable à la tétracycline, la protéase de l’adénovirus et une protéine de fluorescence verte (GFP) par l’intermédiaire d’un site d’entrée ribosomal interne (IRES), notre groupe a établi que la sélection positive, via l’expression ectopique de la protéase, est un processus efficace pour la création de librairie d’adénovirus recombinants. Par contre, la diversité atteinte dans ce premier système est relativement faible, environ 1 adénovirus recombinant par 1 000 cellules. Le travail effectué dans le cadre de cette thèse vise à construire un nouveau transfert de vecteur dans lequel l’expression de la protéase sera indépendante de celle du transgène permettant ainsi d’optimiser l’expression de la protéase. Ce travail d’optimisation a permis de réduire le phénomène de transcomplémentation du virus parental ce qui a fait grimper la diversité à 1 virus recombinant par 75 cellules. Ce système a été mis à l’épreuve en générerant une librairie adénovirale antisens dirigée contre la GFP. La diversité de cette librairie a été suffisante pour sélectionner un antisens réduisant de 75% l’expression de la GFP. L’amplification de ce vecteur adénoviral de première génération doit se faire dans une lignée cellulaire exprimant la région E1 telle que les cellules 293. Par contre, un adénovirus de première génération se répliquant dans les cellules 293 peut échanger, par recombinaison homologue, son transgène avec la région E1 de la cellule créant ainsi un adénovirus recombinant réplicatif (RCA), compromettant ainsi la pureté des stocks. Notre groupe a déjà breveté une lignée cellulaire A549 (BMAdE1) exprimant la région E1, mais qui ne peut pas recombiner avec le transgène du virus. Par contre, le niveau de réplication de l’adénovirus dans les BMAdE1 est sous-optimal, à peine 15-30% du niveau obtenu dans les cellules 293. Le travail fait dans le cadre de cette thèse a permis de mettre en évidence qu’une expression insuffisante d’E1B-55K était responsable de la mauvaise réplication du virus dans les BMAdE1. Nous avons produit de nouveaux clones à partir de la lignée parentale via une transduction avec un vecteur lentiviral exprimant E1B-55K. Nous avons confirmé que certains clones exprimaient une plus grande quantité d’E1B-55K et que ces clones amplifiaient de manière plus efficace un vecteur adénoviral de première génération. Ce clone a par la suite été adapté à la culture en suspension sans sérum.

The role of Caulobacter crescentus XerC and XerD recombinases in site-specific recombination

XerC et XerD, deux recombinases impliquées dans la recombinaison site spécifique, résolvent les multimères d’ADN en monomères. Cette réaction se produit au niveau du site dif du chromosome, et nécessite le domaine C-terminale de la protéine de division cellulaire FtsK. Caulobacter crescentus est une bactérie aquatique de type Gram-négative qui se retrouve dans plusieurs environnements. Elle présente un cycle cellulaire asymétrique avec deux types de cellules distinctes. Cette propriété peut être utilisée pour synchroniser la croissance d’une population bactérienne pour permettre l’étude de l’expression de gènes à travers le temps et les liens entre le cycle cellulaire et le développement de la bactérie. La liaison à l’ADN et la capacité de former des complexes covalents (phosphotyrosyl) avec le site dif de C. crescentus (ccdif) ont été testé pour les recombinases de C. crescentus (ccXerC et ccXerD). Les deux recombinases ont eu une meilleure liaison au demi-site gauche de ccdif et sont incapable d’effectuer une liaison coopérative, contrairement à ce qui se produit au niveau du site dif de E. coli. La formation de complexes covalents a été testé en utilisant des «substrats suicides avec bris» marqués à la fluorescence ainsi que des protéines de fusion (marquées ou non à la fluorescence). Des complexes ADN-protéines résistants à la chaleur et au SDS ont été observé lors de la réaction de ccXerC et ccXerD de type sauvage avec ccdif, mais pas lors de la réaction de mutants avec le même ADN. Des complexes covalents phosphotyrosine sont formés de façon plus efficace sur les substrats suicides avec un bris au niveau du brin supérieur que ceux ayant un bris au niveau du brin inférieur. Dans les deux cas, c’est ccXerC qui est resté lié de façon covalente à l’ADN de ccdif.

Genomic variation in recombination patterns : implications for disease and cancer

Durant la méiose, il se produit des échanges réciproques entre fragments de chromosomes homologues par recombinaison génétique. Les chromosomes parentaux ainsi modifiés donnent naissance à des gamètes uniques. En redistribuant les mutations génétiques pour générer de nouvelles combinaisons, ce processus est à l’origine de la diversité haplotypique dans la population. Dans cette thèse, je présente des résultats décrivant l’implication de la recombinaison méiotique dans les maladies chez l’humain. Premièrement, l'analyse statistique de données de génotypage de familles québécoises démontre une importante hétérogénéité individuelle et sexe-spécifique des taux de recombinaisons. Pour la première fois chez l’humain, nous avons observé que le taux de recombinaison maternel diminue avec l'âge de la mère, un phénomène potentiellement impliqué dans la régulation du taux d’aneuploïdie associé à l’âge maternel. Ensuite, grâce à l’analyse de données de séquençage d’exomes de patients atteints de leucémie et de ceux de leurs parents, nous avons découvert une localisation anormale des évènements de recombinaison chez les enfants leucémiques. Le gène PRDM9, principal déterminant de la localisation des recombinaisons chez l’humain, présente des formes alléliques rares dans ces familles. Finalement, en utilisant un large spectre de variants génétiques identifiés dans les transcriptomes d’individus Canadiens Français, nous avons étudié et comparé le fardeau génétique présent dans les régions génomiques à haut et à faible taux de recombinaison. Le fardeau génétique est substantiellement plus élevé dans les régions à faible taux de recombinaison et nous démontrons qu’au niveau individuel, ce fardeau varie selon la population humaine. Grâce à l’utilisation de données génomiques de pointe pour étudier la recombinaison dans des cohortes populationnelles et médicales, ce travail démontre de quelle façon la recombinaison peut affecter la santé des individus.

Effect of Auger recombination and leakage on the droop in InGaN/GaN quantum well LEDs

We investigate the effect of the epitaxial structure and the acceptor doping profile on the efficiency droop in InGaN/GaN LEDs by the physics based simulation of experimental internal quantum efficiency (IQE) characteristics. The device geometry is an integral part of our simulation approach. We demonstrate that even for single quantum well LEDs the droop depends critically on the acceptor doping profile. The Auger recombination was found to increase stronger than with the third power of the carrier density and has been found to dominate the droop in the roll over zone of the IQE. The fitted Auger coefficients are in the range of the values predicted by atomistic simulations.

Rare and fleeting: an example of interspecific recombination in animal mitochondrial DNA

Recombination is thought to occur only rarely in animal mitochondrial DNA ( mtDNA). However, detection of mtDNA recombination requires that cells become heteroplasmic through mutation, intramolecular recombination or ' leakage' of paternal mtDNA. Interspecific hybridization increases the probability of detecting mtDNA recombinants due to higher levels of sequence divergence and potentially higher levels of paternal leakage. During a study of historical variation in Atlantic salmon ( Salmo salar) mtDNA, an individual with a recombinant haplotype containing sequence from both Atlantic salmon and brown trout ( Salmo trutta) was detected. The individual was not an F1 hybrid but it did have an unusual nuclear genotype which suggested that it was a later-generation backcross. No other similar recombinant haplotype was found from the same population or three neighbouring Atlantic salmon populations in 717 individuals collected during 1948 - 2002. Interspecific recombination may increase mtDNA variability within species and can have implications for phylogenetic studies.

Detecting recombination in 4-taxa DNA sequence alignments with Bayesian hidden Markov models and Markov chain Monte Carlo

This article presents a statistical method for detecting recombination in DNA sequence alignments, which is based on combining two probabilistic graphical models: (1) a taxon graph (phylogenetic tree) representing the relationship between the taxa, and (2) a site graph (hidden Markov model) representing interactions between different sites in the DNA sequence alignments. We adopt a Bayesian approach and sample the parameters of the model from the posterior distribution with Markov chain Monte Carlo, using a Metropolis-Hastings and Gibbs-within-Gibbs scheme. The proposed method is tested on various synthetic and real-world DNA sequence alignments, and we compare its performance with the established detection methods RECPARS, PLATO, and TOPAL, as well as with two alternative parameter estimation schemes.

Inter-simple sequence repeat and aggressiveness analyses revealed high genetic diversity, recombination and long-range dispersal in Fusarium culmorum

Inter-simple sequence repeat (ISSR) analysis and aggressiveness assays were used to investigate genetic variability within a global collection of Fusarium culmorum isolates. A set of four ISSR primers were tested, of which three primers amplified a total of 37 bands out of which 30 (81%) were polymorphic. The intraspecific diversity was high, ranging from four to 28 different ISSR genotypes for F. culmorum depending on the primer. The combined analysis of ISSR data revealed 59 different genotypes clustered into seven distinct clades amongst 75 isolates of F. culmorum examined. All the isolates were assayed to test their aggressiveness on a winter wheat cv. 'Armada'. A significant quantitative variation for aggressiveness was found among the isolates. The ISSR and aggressiveness variation existed on a macro- as well as micro-geographical scale. The data suggested a long-range dispersal of F. culmorum and indicated that this fungus may have been introduced into Canada from Europe. In addition to the high level of intraspecific diversity observed in F. culmorum, the index of multilocus association calculated using ISSR data indicated that reproduction in F. culmorum cannot be exclusively clonal and recombination is likely to occur.

Improving baculovirus recombination

Recombinant baculoviruses have established themselves as a favoured technology for the high-level expression of recombinant proteins. The construction of recombinant viruses, however, is a time consuming step that restricts consideration of the technology for high throughput developments. Here we use a targeted gene knockout technology to inactivate an essential viral gene that lies adjacent to the locus used for recombination. Viral DNA prepared from the knockout fails to initiate an infection unless rescued by recombination with a baculovirus transfer vector. Modified viral DNA allows 100% recombinant virus formation, obviates the need for further virus purification and offers an efficient means of mass parallel recombinant formation.

Mobile elements drive recombination hotspots in the core genome of Staphylococcus aureus

Horizontal gene transfer is an important driver of bacterial evolution, but genetic exchange in the core genome of clonal species, including the major pathogen Staphylococcus aureus, is incompletely understood. Here we reveal widespread homologous recombination in S. aureus at the species level, in contrast to its near-complete absence between closely related strains. We discover a patchwork of hotspots and coldspots at fine scales falling against a backdrop of broad-scale trends in rate variation. Over megabases, homoplasy rates fluctuate 1.9-fold, peaking towards the origin-of-replication. Over kilobases, we find core recombination hotspots of up to 2.5-fold enrichment situated near fault lines in the genome associated with mobile elements. The strongest hotspots include regions flanking conjugative transposon ICE6013, the staphylococcal cassette chromosome (SCC) and genomic island νSaα. Mobile element-driven core genome transfer represents an opportunity for adaptation and challenges our understanding of the recombination landscape in predominantly clonal pathogens, with important implications for genotype–phenotype mapping.

Asset recombination in international partnerships as a source of improved innovation capabilities in China

Purpose This paper examines how multinational enterprises (MNEs) and local partners, including suppliers, customers, and competitors in China, improve their innovation capabilities through collaboration. We analyse this collaboration as a three-way interaction between the ownership-specific (O) advantages or firm-specific assets (FSAs) of the MNE subsidiary, the FSAs of the local partner, and the location-specific assets of the host location. Design/methodology/approach Our propositions are examined through a survey of 320 firms, supplemented with 30 in-depth case studies, based in mainland China. Findings We find that the recombination of asset-type (Oa) FSAs and transaction-type (Ot) FSAs from both partners leads to new innovation-related ownership advantages, or ‘recombinant advantages’. Ot FSAs, in the form of access to local suppliers, customers or government networks are particularly important for reducing the liability of foreignness for MNEs. Originality/value The study reveals important patterns of reciprocal transfer, sharing, and integration for different asset categories (tacit, codified) and different forms of FSA and explicitly links these to different innovation performance outcomes. The paper reports on these findings, making an empirical contribution in an important context (China-based partnerships). We also contribute to conceptual developments, connecting various kinds of FSA, tacit and codifiable assets and ‘recombinant advantages’. Limited conceptual, methodological, and empirical contributions are made in linking asset integration with (measurable) innovation performance outcomes in international partnerships.