Comparative genomics of ParaHox clusters of teleost fishes: gene cluster breakup and the retention of gene sets following whole genome duplications.

BACKGROUND: The evolutionary lineage leading to the teleost fish underwent a whole genome duplication termed FSGD or 3R in addition to two prior genome duplications that took place earlier during vertebrate evolution (termed 1R and 2R). Resulting from the FSGD, additional copies of genes are present in fish, compared to tetrapods whose lineage did not experience the 3R genome duplication. Interestingly, we find that ParaHox genes do not differ in number in extant teleost fishes despite their additional genome duplication from the genomic situation in mammals, but they are distributed over twice as many paralogous regions in fish genomes. RESULTS: We determined the DNA sequence of the entire ParaHox C1 paralogon in the East African cichlid fish Astatotilapia burtoni, and compared it to orthologous regions in other vertebrate genomes as well as to the paralogous vertebrate ParaHox D paralogons. Evolutionary relationships among genes from these four chromosomal regions were studied with several phylogenetic algorithms. We provide evidence that the genes of the ParaHox C paralogous cluster are duplicated in teleosts, just as it had been shown previously for the D paralogon genes. Overall, however, synteny and cluster integrity seems to be less conserved in ParaHox gene clusters than in Hox gene clusters. Comparative analyses of non-coding sequences uncovered conserved, possibly co-regulatory elements, which are likely to contain promoter motives of the genes belonging to the ParaHox paralogons. CONCLUSION: There seems to be strong stabilizing selection for gene order as well as gene orientation in the ParaHox C paralogon, since with a few exceptions, only the lengths of the introns and intergenic regions differ between the distantly related species examined. The high degree of evolutionary conservation of this gene cluster's architecture in particular - but possibly clusters of genes more generally - might be linked to the presence of promoter, enhancer or inhibitor motifs that serve to regulate more than just one gene. Therefore, deletions, inversions or relocations of individual genes could destroy the regulation of the clustered genes in this region. The existence of such a regulation network might explain the evolutionary conservation of gene order and orientation over the course of hundreds of millions of years of vertebrate evolution. Another possible explanation for the highly conserved gene order might be the existence of a regulator not located immediately next to its corresponding gene but further away since a relocation or inversion would possibly interrupt this interaction. Different ParaHox clusters were found to have experienced differential gene loss in teleosts. Yet the complete set of these homeobox genes was maintained, albeit distributed over almost twice the number of chromosomes. Selection due to dosage effects and/or stoichiometric disturbance might act more strongly to maintain a modal number of homeobox genes (and possibly transcription factors more generally) per genome, yet permit the accumulation of other (non regulatory) genes associated with these homeobox gene clusters.

The N-terminal DNA-binding 'zinc finger' of the oestrogen and glucocorticoid receptors determines target gene specificity.

Steroid hormone receptors activate specific gene transcription by binding as hormone-receptor complexes to short DNA enhancer-like elements termed hormone response elements (HREs). We have shown previously that a highly conserved 66 amino acid region of the oestrogen (ER) and glucocorticoid (GR) receptors, which corresponds to part of the receptor DNA binding domain (region C) is responsible for determining the specificity of target gene activation. This region contains two sub-regions (CI and CII) analogous to the 'zinc-fingers' of the transcription factor TFIIIA. We show here that CI and CII appear to be separate domains both involved in DNA binding. Furthermore, using chimaeric ERs in which either the first (N-terminal) (CI) or second (CII) 'zinc finger' region has been exchanged with that of the GR, indicates that it is the first 'zinc finger' which largely determines target gene specificity. We suggest that receptor recognition of the HRE is analogous to that of the helix-turn-helix DNA binding motif in that the receptor binds to DNA as a dimer with the first 'zinc finger' lying in the major groove recognizing one half of the palindromic HRE, and that protein-DNA interaction is stabilized through non-specific DNA binding and dimer interactions contributed by the second 'zinc finger'.

Molecular evolutionary patterns in the Glomeromycota;

Abstract Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) form symbiosis with roots of approximately 80% of known land plants. These fungi play a key role in the ecology and adaptation of plants to various ecosystems.by increasing the plant resources for various nutrients. Despite their important ecological role, we still have poor understanding of their genetic structure and their molecular evolution. The work presented in this thesis aims to isolate and analyse AMF genes with various molecular techniques, in order to obtain new insights about their genetics, phylogeny and molecular evolution. Some AMF genes were shown through phylogenetic analyses to be more related with plants or mycoparasites than with other fungal organisms. These results led to the prediction that lateral gene transfers (LGT) occurred between AMF and plants during their long-term co-évolution. By phylogenetic and molecular analyses, in the chapter 2 I demonstrate that the hypothesis of LGT is most likely a consequence of analyses carried out on contaminant non AMF-DNA. In addition, various features characteristic of AMF genes have been determined, allowing researchers to scan their own sequence databases for potential non-AMF contaminants. Phylogenetic relationships of AMF with other fungi has been mostly analysed using molecular markers of ribosomal origin. In chapter 2 I successfully isolated gene encoding α- and ß-tubulins from several AMF genera. Consequently, phylogenetic analyses showed that AMF possess an unexpected relationship with ancestral aquatic fungi (chytrids). These results are consistent with the prediction stating that AMF may have played an important role in the colonisation of land by green plants through the establishment of a symbiosis and after the divergence of AMF from aquatic ancestors. In Chapter 4 I tried to isolate the entire AMF gene family encoding P-Type II ATPases, in order to determine their molecular evolution with the fungal kingdom. These genes were further analysed to detect the level of sequence polymorphism that is present within an AMF population. The results obtained show that mutational events previously thought as occurring only among divergent evolutionary lineages (gene duplications, indel mutations in coding regions) can occur within a single population of AMF. These results have far reaching consequences for our understanding of the genetics and ecology of AMF. Résumé Les champignons endomycorrhiziens arbusculaires (CEA) forment une symbiose racinaire avec environ 80% des plantes vasculaires connues. Ces champignons possèdent un rôle important dans l'écologie et l'adaptation des plantes au sein de différents écosystèmes en .augmentant leurs ressources en nutriments. Le travail présenté dans cette thèse se propose d'isoler et d'analyser certains gènes de CEA avec différentes techniques moléculaires à fin d'obtenir de pÌus amples informations concernant l'évolution moléculaire, la phylogénie et leur diversité génétique à diverses échelles taxonomiques. Certaines analyses phylogénétiques des CEA ont conduit à l'hypothèse que des transferts horizontaux de gènes (THG) ont pu avoir lieu durant leur longue co-évolution avec les plantes vasculaires. Dans le chapitre 2 de cette thèse nous démontrons par analyses moléculaire et phylogénétique que l'hypothèse de THG est une conséquence de contaminations à partir d'ADN de plante ou d'autres micro-organismes. De plus, de nombreuses caractéristiques moléculaires de CEA ont pu être déterminées, permettant la mise en place d'un plan à suivre lors de l'analyse de gènes de CEA dans les études futures. Les relations évolutives des. CEA avec d'autres champignons ont été analysées majoritairement à l'aide de marqueurs moléculaires d'origine ribosomiale. Dans les chapitres 2 et 3 j'ai isolé des gènes codant pour l'a- et la ß-tubuline chez différents genres, de CEA. Les analyses phylogénétiques ont démontré une parenté entre les CEA et des champignons aquatiques ancestraux (chytrides). Ces résultats sont en accord avec l'hypothèse selon laquelle les CEA ont probablement joué un rôle primordial dans l'établissement des plantes sur terre à travers une symbiose et suite à leur évolution à partir d'ancêtres vivant dans des milieux aquatiques: Dans le chapitre 4 j'ai isolé une entière famille de gènes chez les CEA codant des ATPases de la membrane plasmique, et étudié leur évolution moléculaire dans le règne des champignons. Ces mêmes gènes ont été analysés ultérieurement à fin de déterminer le degré de polymorphisme de séquence qui peut être présent au sein d'une population de CEA. Les résultats obtenus montrent que des évènements mutationnels considérés comme apparaissant exclusivement dans des lignées évolutives très divergentes (duplication de gènes, insertions/délétions dans des régions transcrites du génome) ont lieu sein d'une même population de CEA. Cette découverte a un impact important sur nos connaissances concernant la génétique des populations des CEA et leur écologie.

Point Mutations in the Monocarboxylate Transporter SLC16A12 Lead to Juvenile and Age-Related Cataract

Purpose: Previously we reported on a premature termination mutation in SLC16A12 that leads to dominant juvenile cataract and renal glucosuria. To assess the mutation rate and genotype-phenotype correlations of SLC16A12 in juvenile or age-related forms of cataract, we performed a mutation screen in cataract patients. Methods: Clinical data of approximately 660 patients were collected, genomic DNA was isolated and analyzed. Exons 3 to 8 including flanking intron sequences of SLC16A12 were PCR amplified and DNA sequence was determined. Selected mutations were tested by cell culture assays, in silico analysis and RT-PCR. Results: We found sequence alterations at a rate of approximately 1/75 patients. None of them was found in 360 control alleles. Alterations affect splice site and regulatory region but most mutations caused an amino acid substitution. The majority of the coding region mutations maps to trans-membrane domains. One mutation located to the 5'UTR. It affects translational efficiency of SLC16A12. In addition, we identified a cataract-predisposing SNP in the non-coding region that causes allele-specific splicing of the 5'UTR region. Conclusions: Altered translational efficiency of the solute carrier SLC16A12 and its allele-specific splicing strongly support a model of challenged homeostasis to cause various forms of cataract. In addition, the pathogenic property of the here reported sequence alterations is supported by the lack of known sequence variations within the coding region of SLC16A12. Due to the relatively high mutation rate, we suggest to include SLC16A12 in diagnostic cataract screening. Generally, our data recommend the assessment of regulatory sequences for diagnostic purposes.

Differential DNA extraction of challenging simulated sexual assault samples: a Swiss collaborative study.

ABSTRACT: In sexual assault cases, autosomal DNA analysis of gynecological swabs is a challenge, as the presence of a large quantity of female material may prevent the detection of the male DNA. A solution to this problem is differential DNA extraction, but as there are different protocols, it was decided to test their efficiency on simulated casework samples. Four difficult samples were sent to the nine Swiss laboratories active in the forensic genetics. They used their routine protocols to separate the epithelial cell fraction, enriched with the non-sperm DNA, from the sperm fraction. DNA extracts were then sent to the organizing laboratory for analysis. Estimates of male to female DNA ratio without differential DNA extraction ranged from 1:38 to 1:339, depending on the semen used to prepare the samples. After differential DNA extraction, most of the ratios ranged from 1:12 to 9:1, allowing the detection of the male DNA. Compared to direct DNA extraction, cell separation resulted in losses of 94-98% of the male DNA. As expected, more male DNA was generally present in the sperm than in the epithelial cell fraction. However, for about 30% of the samples, the reverse trend was observed. The recovery of male and female DNA was highly variable depending on the laboratories. Experimental design similar to the one used in this study may help for local protocol testing and improvement.

Identification by Real-time PCR of 13 mature microRNAs differentially expressed in colorectal cancer and non-tumoral tissues

MicroRNAs (miRNAs) are short non-coding RNA molecules playing regulatory roles by repressing translation or cleaving RNA transcripts. Although the number of verified human miRNA is still expanding, only few have been functionally described. However, emerging evidences suggest the potential involvement of altered regulation of miRNA in pathogenesis of cancers and these genes are thought to function as both tumours suppressor and oncogenes. In our study, we examined by Real-Time PCR the expression of 156 mature miRNA in colorectal cancer. The analysis by several bioinformatics algorithms of colorectal tumours and adjacent non-neoplastic tissues from patients and colorectal cancer cell lines allowed identifying a group of 13 miRNA whose expression is significantly altered in this tumor. The most significantly deregulated miRNA being miR-31, miR-96, miR-133b, miR-135b, miR-145, and miR-183. In addition, the expression level of miR-31 was correlated with the stage of CRC tumor. Our results suggest that miRNA expression profile could have relevance to the biological and clinical behavior of colorectal neoplasia.

Sequence and comparative analysis of the chicken genome provide unique perspectives on vertebrate evolution.

We present here a draft genome sequence of the red jungle fowl, Gallus gallus. Because the chicken is a modern descendant of the dinosaurs and the first non-mammalian amniote to have its genome sequenced, the draft sequence of its genome--composed of approximately one billion base pairs of sequence and an estimated 20,000-23,000 genes--provides a new perspective on vertebrate genome evolution, while also improving the annotation of mammalian genomes. For example, the evolutionary distance between chicken and human provides high specificity in detecting functional elements, both non-coding and coding. Notably, many conserved non-coding sequences are far from genes and cannot be assigned to defined functional classes. In coding regions the evolutionary dynamics of protein domains and orthologous groups illustrate processes that distinguish the lineages leading to birds and mammals. The distinctive properties of avian microchromosomes, together with the inferred patterns of conserved synteny, provide additional insights into vertebrate chromosome architecture.

Numerous potentially functional but non-genic conserved sequences on human chromosome 21.

The use of comparative genomics to infer genome function relies on the understanding of how different components of the genome change over evolutionary time. The aim of such comparative analysis is to identify conserved, functionally transcribed sequences such as protein-coding genes and non-coding RNA genes, and other functional sequences such as regulatory regions, as well as other genomic features. Here, we have compared the entire human chromosome 21 with syntenic regions of the mouse genome, and have identified a large number of conserved blocks of unknown function. Although previous studies have made similar observations, it is unknown whether these conserved sequences are genes or not. Here we present an extensive experimental and computational analysis of human chromosome 21 in an effort to assign function to sequences conserved between human chromosome 21 (ref. 8) and the syntenic mouse regions. Our data support the presence of a large number of potentially functional non-genic sequences, probably regulatory and structural. The integration of the properties of the conserved components of human chromosome 21 to the rapidly accumulating functional data for this chromosome will improve considerably our understanding of the role of sequence conservation in mammalian genomes.

Functional impact of genetic variation on gene expression

Numerous links between genetic variants and phenotypes are known and genome-wide association studies dramatically increased the number of genetic variants associated with traits during the last decade. However, how changes in the DNA perturb the molecular mechanisms and impact on the phenotype of an organism remains elusive. Studies suggest that many traitassociated variants are in the non-coding region of the genome and probably act through regulation of gene expression. During my thesis I investigated how genetic variants affect gene expression through gene regulatory mechanisms. The first chapter was a collaborative project with a pharmaceutical company, where we investigated genome-wide copy number variation (CNVs) among Cynomolgus monkeys (Macaca fascicularis) used in pharmaceutical studies, and associated them to changes in gene expression. We found substantial copy number variation and identified CNVs linked to tissue-specific expression changes of proximal genes. The second and third chapters focus on genetic variation in humans and its effects on gene regulatory mechanisms and gene expression. The second chapter studies two human trios, where the allelic effects of genetic variation on genome-wide gene expression, protein-DNA binding and chromatin modifications were investigated. We found abundant allele specific activity across all measured molecular phenotypes and show extended coordinated behavior among them. In the third chapter, we investigated the impact of genetic variation on these phenotypes in 47 unrelated individuals. We found that chromatin phenotypes are organized into local variable modules, often linked to genetic variation and gene expression. Our results suggest that chromatin variation emerges as a result of perturbations of cis-regulatory elements by genetic variants, leading to gene expression changes. The work of this thesis provides novel insights into how genetic variation impacts gene expression by perturbing regulatory mechanisms. -- De nombreux liens entre variations génétiques et phénotypes sont connus. Les études d'association pangénomique ont considérablement permis d'augmenter le nombre de variations génétiques associées à des phénotypes au cours de la dernière décennie. Cependant, comprendre comment ces changements perturbent les mécanismes moléculaires et affectent le phénotype d'un organisme nous échappe encore. Des études suggèrent que de nombreuses variations, associées à des phénotypes, sont situées dans les régions non codantes du génome et sont susceptibles d'agir en modifiant la régulation d'expression des gènes. Au cours de ma thèse, j'ai étudié comment les variations génétiques affectent les niveaux d'expression des gènes en perturbant les mécanismes de régulation de leur expression. Le travail présenté dans le premier chapitre est un projet en collaboration avec une société pharmaceutique. Nous avons étudié les variations en nombre de copies (CNV) présentes chez le macaque crabier (Macaca fascicularis) qui est utilisé dans les études pharmaceutiques, et nous les avons associées avec des changements d'expression des gènes. Nous avons découvert qu'il existe une variabilité substantielle du nombre de copies et nous avons identifié des CNVs liées aux changements d'expression des gènes situés dans leur voisinage. Ces associations sont présentes ou absentes de manière spécifique dans certains tissus. Les deuxième et troisième chapitres se concentrent sur les variations génétiques dans les populations humaines et leurs effets sur les mécanismes de régulation des gènes et leur expression. Le premier se penche sur deux trios humains, père, mère, enfant, au sein duquel nous avons étudié les effets alléliques des variations génétiques sur l'expression des gènes, les liaisons protéine-ADN et les modifications de la chromatine. Nous avons découvert que l'activité spécifique des allèles est abondante abonde dans tous ces phénotypes moléculaires et nous avons démontré que ces derniers ont un comportement coordonné entre eux. Dans le second, nous avons examiné l'impact des variations génétiques de ces phénotypes moléculaires chez 47 individus, sans lien de parenté. Nous avons observé que les phénotypes de la chromatine sont organisés en modules locaux, qui sont liés aux variations génétiques et à l'expression des gènes. Nos résultats suggèrent que la variabilité de la chromatine est due à des variations génétiques qui perturbent des éléments cis-régulateurs, et peut conduire à des changements dans l'expression des gènes. Le travail présenté dans cette thèse fournit de nouvelles pistes pour comprendre l'impact des différentes variations génétiques sur l'expression des gènes à travers les mécanismes de régulation.

"Role of long non-coing RNAs in the stressed heart". Wisper : a novel cardiac fibroblast-enriched IncRNA that modulate fibrosis in the failing heart

LncRNAs are transcripts greater than 200 nucleotides in length with no apparent coding potential. They exert important regulatory functions in the genome. Their role in cardiac fibrosis is however unexplored. To identify IncRNAs that could modulate cardiac fibrosis, we profiled the long non-coding transcriptome in the infarcted mouse heart, and identified 1500 novel IncRNAs. These IncRNAs have unique characteristics such as high tissue and cell type specificity. Their expression is highly correlated with parameters of cardiac dimensions and function. The majority of these novel IncRNAs are conserved in human. Importantly, human IncRNAs appear to be differentially expressed in heart disease. Using a computational pipeline, we identified a super-enhancer-associated IncRNA, which is dynamically expressed after myocardial infarction. We named this particular transcript Wisper for «Wisp2 super-enhancer- derived IncRNA ». Interestingly, Wisper expression is overexpressed in cardiac fibroblasts as compared to cardiomyocytes or to fibroblasts isolated from other organs than the heart. The importance of Wisper in the biology of fibroblasts was demonstrated in knockdown experiments. Differentiation of cardiac fibroblast into myofibroblasts in vitro is significantly impaired upon Wisper knockdown. Wisper downregulation in cardiac fibroblasts results in a dramatic reduction of fibrotic gene expression, a diminished cell proliferation and an increase in apoptotic cell death. In vivo, depletion of Wisper during the acute phase of the response to infarction is detrimental via increasing the risk of cardiac rupture. On the other hand, Wisper knockdown following infarction in a prevention study reduces fibrosis and preserves cardiac function. Since WISPER is detectable in the human heart, where it is associated with severe cardiac fibrosis, these data suggest that Wisper could represent a novel therapeutic target for limiting the extent of the fibrotic response in the heart. -- Les long ARN non-codants (IncRNAs) sont des ARN de plus de 200 nucléotides qui ne codent pas pour des protéines. Ils exercent d'importantes fonctions dans le génome. Par contre, leur importance dans le développement de la fibrose cardiaque n'a pas été étudiée. Pour identifier des IncRNAs jouant un rôle dans ce processus, le transcriptome non-codant a été étudié dans le coeur de'souris après un infarctus du myocarde. Nous avons découverts 1500 nouveaux IncRNAs. Ces transcrits ont d'uniques caractéristiques. En particulier ils sont extrêmement spécifiques de sous-populations de cellules cardiaques. Par ailleurs, leur expression est remarquablement corrélée avec les paramètres définissant les dimensions du coeur et la fonction cardiaque. La majorité de ces IncRNAs sont conservés chez l'humain. Certains sont modulés dans des pathologies cardiaques. En utilisant une approche bioinformatique, nous avons identifié un IncRNA qui est associé à des séquences amplificatrices et qui est particulièrement enrichi dans les fibroblastes cardiaques. Ce transcrit a été nommé Wisper pour «Wisp2 super-enhancer-derived IncRNA ». L'importance de Wisper dans la biologie des fibroblastes cardiaques est démontrée dans des expériences de déplétion. En l'absence de Wisper, l'expression de protéines impliquées dans le développement de la fibrose est dramatiquement réduite dans les fibroblastes cardiaques. Ceux-ci montrent une prolifération réduite. Le niveau d'apoptose est largement augmenté. In vivo, la déplétion de Wisper pendant la phase aiguë de l'infarctus rehausse le risque de rupture cardiaque. Au contraire, la réduction de l'expression de Wisper pendant la phase chronique diminue la fibrose cardiaque et améliore la fonction du coeur. Puisque Wisper est exprimé dans le coeur humain, ce transcrit représente une nouvelle cible thérapeutique pour limiter la réponse fibrotique dans le coeur.

Mutations in SRY and WT1 genes required for gonadal development are not responsible for XY partial gonadal dysgenesis

The WT1 transcription factor regulates SRY expression during the initial steps of the sex determination process in humans, activating a gene cascade leading to testis differentiation. In addition to causing Wilms' tumor, mutations in WT1 are often responsible for urogenital defects in men, while SRY mutations are mainly related to 46,XY pure gonadal dysgenesis. In order to evaluate their role in abnormal testicular organogenesis, we screened for SRY and WT1 gene mutations in 10 children with XY partial gonadal dysgenesis, 2 of whom with a history of Wilms' tumor. The open reading frame and 360 bp of the 5' flanking sequence of the SRY gene, and the ten exons and intron boundaries of the WT1 gene were amplified by PCR of genomic DNA. Single-strand conformation polymorphism was initially used for WT1 mutation screening. Since shifts in fragment migration were only observed for intron/exon 4, the ten WT1 exons from all patients were sequenced manually. No mutations were detected in the SRY 5' untranslated region or within SRY open-reading frame sequences. WT1 sequencing revealed one missense mutation (D396N) in the ninth exon of a patient who also had Wilms' tumor. In addition, two silent point mutations were found in the first exon including one described here for the first time. Some non-coding sequence variations were detected, representing one new (IVS4+85A>G) and two already described (-7ATG T>G, IVS9-49 T>C) single nucleotide polymorphisms. Therefore, mutations in two major genes required for gonadal development, SRY and WT1, are not responsible for XY partial gonadal dysgenesis.

Metal-Ion-Binding Oligonucleotides: High-Affinity Probes for Nucleic Acid Sequences

Small non-coding RNAs have numerous biological functions in cell and are divided into different classes such as: microRNA, snoRNA, snRNA and siRNA. MicroRNA (miRNA) is the most studied non-coding RNA to date and is found in plants, animals and some viruses. miRNA with short sequences is involved in suppressing translation of target genes by binding to their mRNA post-transcriptionally and silencing it. Their function besides silencing of the viral gene, can be oncogenic and therefore the cause of cancer. Hence, their roles are highlighted in human diseases, which increases the interest in using them as biomarkers and drug targets. One of the major problems to overcome is recognition of miRNA. Owing to a stable hairpin structure, chain invasion by conventional Watson-Crick base-pairing is difficult. One way to enhance the hybridization is exploitation of metal-ion mediated base-pairing, i. e. oligonucleotide probes that tightly bind a metal ions and are able to form a coordinative bonds between modified and natural nucleobases. This kind of metallo basepairs containing short modified oligonucleotides can also be useful for recognition of other RNA sequences containing hairpin-like structural motives, such as the TAR sequence of HIV. In addition, metal-ion-binding oligonucleotides will undoubtedly find applications in DNA-based nanotechnology. In this study, the 3,5-dimethylpyrazol-1-yl substituted purine derivatives were successfully incorporated within oligonucleotides, into either a terminal or non-terminal position. Among all of the modified oligonucleotides studied, a 2-(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)-6-oxopurine base containing oligonucleotide was observed to bind most efficiently to their unmodified complementary sequences in the presence of both Cu2+ or Zn2+. The oligonucleotide incorporating 2,6-bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)purine base also markedly increased the stability of duplexes in the presence of Cu2+ without losing the selectivity.

Annotation des ARN non codants du génome de Candida albicans par méthode bioinformatique

La bio-informatique est un champ pluridisciplinaire qui utilise la biologie, l’informatique, la physique et les mathématiques pour résoudre des problèmes posés par la biologie. L’une des thématiques de la bio-informatique est l’analyse des séquences génomiques et la prédiction de gènes d’ARN non codants. Les ARN non codants sont des molécules d’ARN qui sont transcrites mais pas traduites en protéine et qui ont une fonction dans la cellule. Trouver des gènes d’ARN non codants par des techniques de biochimie et de biologie moléculaire est assez difficile et relativement coûteux. Ainsi, la prédiction des gènes d’ARNnc par des méthodes bio-informatiques est un enjeu important. Cette recherche décrit un travail d’analyse informatique pour chercher des nouveaux ARNnc chez le pathogène Candida albicans et d’une validation expérimentale. Nous avons utilisé comme stratégie une analyse informatique combinant plusieurs logiciels d’identification d’ARNnc. Nous avons validé un sous-ensemble des prédictions informatiques avec une expérience de puces à ADN couvrant 1979 régions du génome. Grace à cette expérience nous avons identifié 62 nouveaux transcrits chez Candida albicans. Ce travail aussi permit le développement d’une méthode d’analyse pour des puces à ADN de type tiling array. Ce travail présente également une tentation d’améliorer de la prédiction d’ARNnc avec une méthode se basant sur la recherche de motifs d’ARN dans les séquences.

Étude du polymorphisme du gène majeur d’histocompatibilité de classe IIb (MHIIb) chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis)

Les molécules classiques du complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (CMHII) sont des glycoprotéines de surface spécialisées dans la présentation de peptides, principalement dérivés de pathogènes extracellulaires, aux récepteurs des lymphocytes T CD4+ afin d’initier la réponse immunitaire adaptative. Elles sont encodées, avec celles du CMH de classe I, par les gènes les plus polymorphiques identifiés jusqu’à maintenant, avec plusieurs loci et une grande diversité allélique à chacun d’eux. De plus, le polymorphisme des gènes du CMHII n’est pas limité qu’aux séquences codantes. Il est également observé dans les promoteurs où on a démontré ses effets sur le niveau d’expression des gènes. La variation de la régulation d’un gène est considérée comme un facteur important et pour laquelle des modifications morphologiques, physiologiques et comportementales sont observées chez tous les organismes. Des séquences d’ADN répétées impliquées dans cette régulation ont été identifiées dans les régions non-codantes des génomes. D’un autre côté, la sélection par les pathogènes permettrait l’évolution et le maintien du polymorphisme des gènes du CMH chez les vertébrés. À ce sujet, plusieurs études ont montré l’implication de différents allèles du CMH dans la résistance ou la susceptibilité aux maladies. Cette étude avait pour objectifs de caractériser le polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis) et de documenter ses effets au niveau de la survie conférée par des allèles et/ou génotypes particuliers lors d’une infection, ainsi que sur la variation du niveau d’expression du gène dans différentes conditions. Dans une première partie, nous avons identifié un total de 6 allèles du gène MHIIb, désignés Safo-DAB*0101 à Safo-DAB*0601, qui montrent une grande similarité avec les séquences codantes provenant de poissons téléostéens et de l’humain. L’analyse des séquences du domaine b1 a permis de détecter l’effet d’une pression sélective positive pour maintenir le polymorphisme dans cette région de la molécule. Quatre de ces allèles ont été testés lors d’une expérience d’infection avec le pathogène Aeromonas salmonicida afin d’évaluer l’effet qu’ils pouvaient avoir sur la survie des poissons. Nous avons trouvé que l’allèle DAB*0101 était significativement associé à la résistance à la furonculose. En plus d’avoir été identifié chez les individus homozygotes pour cet allèle, l’effet a également été remarqué au niveau de la survie les poissons de génotype DAB*0101/*0201. À l’opposé, les facteurs de risque élevé obtenus pour les génotypes DAB*0201/*0301 et DAB*0301/*0401 suggèrent plutôt une association à la susceptibilité. Étant donné la faible fréquence à laquelle l’allèle DAB*0101 a été retrouvé dans la population, le modèle de la sélection dépendante de la fréquence pourrait expliquer l’avantage conféré par ce dernier et souligne l’importance de ce mécanisme pour le maintien du polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine. Dans une seconde partie, nous avons rapporté la présence d’un minisatellite polymorphique formé d’un motif de 32 nucléotides dans le second intron du gène MHIIb, et pour lequel un nombre exclusif de répétitions du motif a été associé à chaque allèle (69, 27, 20, 40, 19 et 25 répétitions pour les allèles DAB*0101 à DAB*0601 respectivement). L’expression relative de quatre allèles a été évaluée dans des poissons hétérozygotes aux températures de 6 ºC et 18 ºC. Les résultats indiquent que les allèles possédant un long minisatellite montrent une réduction de l’expression du gène d’un facteur 1,67 à 2,56 par rapport aux allèles qui en contiennent un court. De même, des allèles qui incluent des minisatellites de tailles similaires n’affichent pas de différence significative au niveau de l’abondance du transcrit aux deux températures. De plus, l’effet répressif associé aux longs minisatellites est amplifié à la température de 18 ºC dans des poissons de trois génotypes différents. Nous avons finalement observé une augmentation significative par un facteur 2,08 de l’expression totale du gène MHIIb à la température de 6 ºC. Ces résultats appuient l’implication des séquences d’ADN répétées dans la régulation de l’activité transcriptionnelle d’un gène et suggèrent qu’un minisatellite sensible aux différences de températures pourrait être soumis aux forces sélectives et jouer un rôle important dans l’expression de gènes et l’évolution des organismes poïkilothermes.

Heteroplasmy in mammal mitochondrial deoxyribonucleic acid

La nature a développé diverses stratégies afin d’assurer le commencement de la vie dans des conditions d’homoplasmie, c’est-à-dire des conditions telles que les cellules sont dotées du même ADN mitochondrial. Toutefois, des nouveaux haplotypes de l’acide désoxyribonucléique mitochondrial (ADNmt) peuvent apparaitre et croître de plusieurs façons tout au long de la durée d’une vie menant à l’hétéroplasmie. Par exemple, l’hétéroplasmie de l’ADNmt peut être créée artificiellement par des technologies reproductives assistées, ainsi que naturellement par le processus de vieillissement. De ce fait, la thèse de ce doctorat fut divisée en deux principaux objectifs. Le premier étant celui d’analyser les changements survenus dans l’hétéroplasmie de l’ADNmt produit par le transfert nucléaire des cellules somatiques (SCNT) lors du développement de l’embryon jusqu’au fœtus et aux tissus adultes de bovins clonés. En ce qui concerne le second objectif, il s’agit d’analyser les changements survenus dans l’hétéroplasmie de l’ADNmt causés par le vieillissement dans une cellule somatique adulte et dans des tissus germinaux durant l’ovogénèse, ainsi qu’au début de l’embryogenèse et dans la procédure de culture in vitro sur des souris. Dans la première série d’expériences sur des bovins, des fibroblastes fœtaux transportant une mutation d’ADNmt (insertion de 66 pb) furent fusionnés avec des ovocytes receveurs transportant l’ADNmt du type sauvage. La présence d’ADNmt venant de la cellule donneuse a été analysée à différents stades de développement, soit sur des embryons âgés de 17 jours (n=17), des fœtus âgés de 40 jours (n=3), des fœtus âgés de 60 jours (n=3), un fœtus âgé de 240 jours et 3 clones post-nataux âgés de 18 à 24 mois. Chaque individu s’est avéré être hétéroplasmique et 99 % (103/104) des échantillons de tissus analysés étaient également hétéroplasmiques. Cependant, l’ovaire venant du fœtus de 240 jours fut le seul à être homoplasmique pour l’ADNmt de l’ovocyte receveur. Dans la plupart des échantillons analysés (95,2 %, soit 99/104) la moyenne d’hétéroplasmie était de 1,46 %. Par contre, un fœtus âgé de 40 jours a présenté un niveau élevé d’hétéroplasmie (20,9 %), indiquant ainsi que des évènements rares d’augmentation de l’ADNmt des cellules donneuses peuvent survenir. Étant donné que la majorité des clones SCNT montrait de l’hétéroplasmie de l’ADNmt à des proportions comparables à celles des cellules donneuses au moment de la reconstruction de l’embryon, on a pu conclure que l’hétéroplasmie produite par des techniques de transfert nucléaire utilisant des cellules somatiques est due à une ségrégation neutre de l’ADNmt. Dans la seconde série d’expériences sur des souris, des femelles de différents âges, c.à.d. jeunes (0 – 8 mois), moyennes (8 – 16 mois) et vieilles (16 – 24 mois), ont été synchronisées (gonadotrophines) et sacrifiées dans le but d’obtenir des ovocytes au stade de vésicule germinal, et des ovocytes au stade métaphase-II produits in vivo et in vitro. De plus, des embryons in vivo et in vitro au stade de deux-cellules et des embryons au stade de blastocystes ont été obtenus de femelles jeunes. Différents tissus somatiques, venant de femelles des trois stades d’âge ont été obtenus : cerveau, foie, muscle et du cumulus ovocytaire. De plus, l’effet du vieillissement a été mesuré selon la fertilité de la femelle. En effet, les effets sur l’hétéroplasmie du vieillissement, du stade de développement et de la culture in vitro ont été mesurés dans des ovocytes et dans des embryons. Les effets du vieillissement sur les mitochondries ont été mesurés par rapport au nombre total de copies de l’ADNmt, au pourcentage des délétions communes et sur l’expression de trois gènes : Ndufs4, Mt-nd2 and Mt-nd4. Il a été possible d’observer que la fertilité des femelles dans la colonie de souris diminuait avec l’âge. En fait, le vieillissement affectait l’ADNmt dans les tissus somatiques, cependant il n’avait pas d’effet sur le cumulus, les ovocytes et les embryons. Le nombre de délétions de l’ADNmt augmentait pendant la reprise de la méiose et celui-ci diminuait au début du développement embryonnaire. La culture in vitro n’affectait pas la quantité d’ADNmt dans la plupart des tissus germinaux. Puisque nous n’avons pas trouvé d’effet de l’âge dans la majorité des paramètres mitochondriaux analysés dans les ovocytes et les embryons, il est suggéré que la délétion commune de l’ADNmt dans les tissus germinaux est davantage reliée au statut cellulaire de la production d’énergie qu’au processus de vieillissement. Deux sources différentes de mutations de l’ADNmt produites dans les ovocytes normaux ou reconstitués ont produit différents résultats d’hétéroplasmie au début de l’embryogénèse. Chez les bovins, l’hétéroplasmie artificielle impliquant une petite insertion (66 pb) dans la région non codante (D-loop) de l’ADNmt a été vraisemblablement non nocive pour l’embryon, tolérant la persistance de l’ADNmt étranger pendant les différents stades du développement des clones. Chez les souris, l’hétéroplasmie naturelle produite par une grande délétion (4974 pb délétion commune) dans la région codante de l’ADNmt a été vraisemblablement nocive pour l’embryon et par conséquent éliminée pour assurer l’homoplasmie au début du développement embryonnaire.