Understanding Ten-Eleven Translocation-2 in Hematological and Nervous Systems

I proposed the study of two distinct aspects of Ten-Eleven Translocation 2 (TET2) protein for understanding specific functions in different body systems. In Part I, I characterized the molecular mechanisms of Tet2 in the hematological system. As the second member of Ten-Eleven Translocation protein family, TET2 is frequently mutated in leukemic patients. Previous studies have shown that the TET2 mutations frequently occur in 20% myelodysplastic syndrome/myeloproliferative neoplasm (MDS/MPN), 10% T-cell lymphoma leukemia and 2% B-cell lymphoma leukemia. Genetic mouse models also display distinct phenotypes of various types of hematological malignancies. I performed 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) and RNA sequencing (RNA-Seq) of hematopoietic stem/progenitor cells to determine whether the deletion of Tet2 can affect the abundance of 5hmC at myeloid, T-cell and B-cell specific gene transcription start sites, which ultimately result in various hematological malignancies. Subsequent Exome sequencing (Exome-Seq) showed that disease-specific genes are mutated in different types of tumors, which suggests that TET2 may protect the genome from being mutated. The direct interaction between TET2 and Mutator S Homolog 6 (MSH6) protein suggests TET2 is involved in DNA mismatch repair. Finally, in vivo mismatch repair studies show that the loss of Tet2 causes a mutator phenotype. Taken together, my data indicate that TET2 binds to MSH6 to protect genome integrity. In Part II, I intended to better understand the role of Tet2 in the nervous system. 5-hydroxymethylcytosine regulates epigenetic modification during neurodevelopment and aging. Thus, Tet2 may play a critical role in regulating adult neurogenesis. To examine the physiological significance of Tet2 in the nervous system, I first showed that the deletion of Tet2 reduces the 5hmC levels in neural stem cells. Mice lacking Tet2 show abnormal hippocampal neurogenesis along with 5hmC alternations at different gene promoters and corresponding gene expression downregulation. Through the luciferase reporter assay, two neural factors Neurogenic differentiation 1 (NeuroD1) and Glial fibrillary acidic protein (Gfap) were down-regulated in Tet2 knockout cells. My results suggest that Tet2 regulates neural stem/progenitor cell proliferation and differentiation in adult brain.

Evidence of positive selection associated with placental loss in tiger sharks

Acknowledgements We thank staff at the Cape Eleuthera Institute for assistance in the field, Dominique Barthelemy and Jean Goasdoue for providing samples, and Helen Hipperson for assistance in the lab.

Gene expression under thermal stress varies across a geographical range expansion front

Acknowledgements: We would like to thank Hanna Bensch and Hannes Weise for assistance with the collection of samples in the field. This work was supported by the Biodiversity and Ecosystem Services in a Changing Climate (BECC; a joint Lund-Gothenburg University initiative), the Swedish Research Council (EIS, BH), the Crafoord Foundation (EIS, BH), the Swedish Royal Society (EIS), ‘Gyllenstiernska Krapperupstiftelsen (EIS), the Wenner-Gren Foundations (postdoctoral stipend to RYD), EU FP7 (Marie Curie International Incoming Fellowship to RYD), the Kungliga Fysiografiska Sällskapet i Lund (MW) and the Helge Ax:son Johnson Stiftelse (MW). B.H. and E.I.S. conceived of the study. L.L. developed the hypotheses to be tested. L.L. and R.D. collected the field data and samples. All six authors contributed to planning RNA-seq analyses. P.C. and L.L. analysed the data. L.L. wrote the manuscript, which all six authors edited.

Transcriptomic responses in the fish intestine

Acknowledgements This study was funded by BBSRC grant BB/M026604/1, and UK Technology Strategy Board (TSB) grant 11974-81166. CED was funded by a BBSRC EastBio PhD studentship at University of Aberdeen. We are grateful to Chris Secombes, Helen Dooley and the two anonymous referees who made valuable comments on the earlier version of the manuscript.

Transcriptomic responses in the fish intestine

Acknowledgements This study was funded by BBSRC grant BB/M026604/1, and UK Technology Strategy Board (TSB) grant 11974-81166. CED was funded by a BBSRC EastBio PhD studentship at University of Aberdeen. We are grateful to Chris Secombes, Helen Dooley and the two anonymous referees who made valuable comments on the earlier version of the manuscript.

Single-Cell Transcriptome Analysis of Olfactory Sensory Neurons

Olfactory sensory neurons (OSNs), which detect a myriad of odorants, are known to express one allele of one olfactory receptor (OR) gene (Olfr) from the largest gene family in the mammalian genome. The OSNs expressing the same OR project their axons to the main olfactory bulb where they converge to form glomeruli. This “One neuron-one receptor rule” makes the olfactory epithelium (OE), which consists of a vast number of OSNs expressing unique ORs, one of the most heterogeneous cell populations. However, the mechanism of how the single OR allele is chosen remains unclear along with the question of whether one OSN only expresses a single OR gene, a hypothesis that has not been rigorously verified while we performed the experiments. Moreover, failure of axonal targeting to single glomerulus was observed in MeCP2 deficient OSNs where delayed development was proposed as an explanation for the phenotype. How Mecp2 mutation caused this aberrant targeting is not entirely understood.

In this dissertation, we explored the transcriptomes of single and mature OSNs by single-cell RNA-Seq to reveal their heterogeneity and further studied the OR gene expression from these isolated OSNs. The singularity of sequenced OSNs was ensured by the observation of monoallelic expression of X-linked genes from the hybrid samples from crosses between mice of different strains where strain-specific polymorphisms could be used to track the allelic origins of SNP-containing reads. The clustering of expression profiles from triplicates that originated from the same cell assured that the transcriptomic identities of OSNs were maintained through the experimental process. The average gene expression profiles of sequenced OSNs correlated well to the conventional transcriptome data of FACS-sorted Omp-positive cells, and the top-ranked expression of OR was conceded in the single-OSN transcriptomes. While exploring cellular diversity, in addition to OR genes, we revealed nearly 200 differentially expressed genes among the sequenced OSNs in this study. Among the 36 sequenced OSNs, eight cells (22.2%) showed multiple OR gene expression and the presences of additional ORs were not restricted to the neighbor loci that shared the transcriptional effect of the primary OR expression, suggesting that the “One neuron-one receptor rule” might not be strictly true at the transcription level. All of the inferable ORs, including additional co-expressed ORs, were shown to be monoallelic. Our sequencing of 21 Mecp2308 mutant OSNs, of which 62% expressed more than one OR genes, and the expression levels of the additional ORs were significantly higher than those in the wild-type, suggested that MeCP2 plays a role in the regulation of singular OR gene expression. Dual label in situ hybridization along with the sequence data revealed that dorsal and ventral ORs were co-expressed in the same Mecp2 mutant OSN, further implying that MeCP2 might be involved in regulation of OR territories in the OE. Our results suggested a new role of MeCP2 in OR gene choice and ratified that this multiple-OR expression caused by Mecp2 mutation did not accompany delayed OSN development that has been observed in the previous studies on the Mecp2 mutants.

Nitrate metabolism in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes.

Unraveling the function of bacterial-type phosphoenolpyruvate carboxylase in vascular plants

Two distinct phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) isozymes occur in vascular plants and green algae: plant-type PEPC (PTPC) and bacterial-type PEPC (BTPC). PTPC polypeptides typically form a tightly regulated cytosolic Class-1 PEPC homotetramer. BTPCs, however, appear to be less widely expressed and to exist only as catalytic and regulatory subunits that physically interact with co-expressed PTPC subunits to form hetero-octameric Class-2 PEPC complexes that are highly desensitized to Class-1 PEPC allosteric effectors. Yeast two-hybrid studies indicated that castor plant BTPC (RcPPC4) interacts with all three Arabidopsis thaliana PTPC isozymes, and that it forms stronger interactions with AtPPC2 and AtPPC3, suggesting that specific PTPCs are preferred for Class-2 PEPC formation. In contrast, Arabidopsis BTPC (AtPPC4) appeared to interact very weakly with AtPPC2 and AtPPC3, suggesting that BTPCs from different species may have different physical properties, hypothesized to be due to sequence dissimilarities within their ~10 kDa intrinsically disordered region. Recent RNA-seq and microarray data were analyzed to obtain a better understanding of BTPC expression patterns in different tissues of various monocot and dicot species. High levels of BTPC transcripts, polypeptides and Class-2 PEPC complexes were originally discovered in developing castor seeds, but the analysis revealed a broad range of diverse tissues where abundant BTPC transcripts are also expressed, such as the developing fruits of cucumber, grape, and tomato. Marked BTPC expression correlated well with the presence of ~116 kDa immunoreactive BTPC polypeptides, as well as Class-2 PEPC complexes in the immature fruit of cucumbers and tomatoes. It is therefore hypothesized that in vascular plants BTPC and thus Class-2 PEPC complexes maintain anaplerotic PEP flux in tissues with elevated malate levels that would potently inhibit ‘housekeeping’ Class-1 PEPCs. Elevated levels of malate can be used by biosynthetically active sink tissues such as immature tomatoes and cucumbers for rapid cell expansion, drought or salt stressed roots for osmoregulation, and developing seeds and pollen as a precursor for storage lipid and protein biosynthesis.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Étude et décontamination du transcriptome de novo du nématode doré Globodera rostochiensis

Le nématode doré, Globodera rostochiensis, est un nématode phytoparasite qui peut infecter des plantes agricoles telles la pomme de terre, la tomate et l’aubergine. En raison des pertes de rendement considérables associées à cet organisme, il est justifiable de quarantaine dans plusieurs pays, dont le Canada. Les kystes du nématode doré protègent les œufs qu’ils contiennent, leur permettant de survivre (en état de dormance) jusqu’à 20 ans dans le sol. L’éclosion des œufs n’aura lieu qu’en présence d’exsudats racinaires d’une plante hôte compatible à proximité. Malheureusement, très peu de connaissances sont disponibles sur les mécanismes moléculaires liés à cette étape-clé du cycle vital du nématode doré. Dans cet ouvrage, nous avons utilisé la technique RNA-seq pour séquencer tous les ARNm d’un échantillon de kystes du nématode doré afin d’assembler un transcriptome de novo (sans référence) et d’identifier des gènes jouant un rôle dans les mécanismes de survie et d’éclosion. Cette méthode nous a permis de constater que les processus d’éclosion et de parasitisme sont étroitement reliés. Plusieurs effecteurs impliqués dans le mouvement vers la plante hôte et la pénétration de la racine sont induits dès que le kyste est hydraté (avant même le déclenchement de l’éclosion). Avec l’aide du génome de référence du nématode doré, nous avons pu constater que la majorité des transcrits du transcriptome ne provenaient pas du nématode doré. En effet, les kystes échantillonnés au champ peuvent contenir des contaminants (bactéries, champignons, etc.) sur leur paroi et même à l’intérieur du kyste. Ces contaminants seront donc séquencés et assemblés avec le transcriptome de novo. Ces transcrits augmentent la taille du transcriptome et induisent des erreurs lors des analyses post-assemblages. Les méthodes de décontamination actuelles utilisent des alignements sur des bases de données d’organismes connus pour identifier ces séquences provenant de contaminants. Ces méthodes sont efficaces lorsque le ou les contaminants sont connus (possède un génome de référence) comme la contamination humaine. Par contre, lorsque le ou les contaminants sont inconnus, ces méthodes deviennent insuffisantes pour produire un transcriptome décontaminé de qualité. Nous avons donc conçu une méthode qui utilise un algorithme de regroupement hiérarchique des séquences. Cette méthode produit, de façon récursive, des sous-groupes de séquences homogènes en fonction des patrons fréquents présents dans les séquences. Une fois les groupes créés, ils sont étiquetés comme contaminants ou non en fonction des résultats d’alignements du sous-groupe. Les séquences ambiguës ayant aucun ou plusieurs alignements différents sont donc facilement classées en fonction de l’étiquette de leur groupe. Notre méthode a été efficace pour décontaminer le transcriptome du nématode doré ainsi que d’autres cas de contamination. Cette méthode fonctionne pour décontaminer un transcriptome, mais nous avons aussi démontré qu’elle a le potentiel de décontaminer de courtes séquences brutes. Décontaminer directement les séquences brutes serait la méthode de décontamination optimale, car elle minimiserait les erreurs d’assemblage.

Hepatocyte determinants of susceptibility to pre-erythrocytic Plasmodium infection

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Saccharomycotin transcriptomics by next-generation sequencing

The non-standard decoding of the CUG codon in Candida cylindracea raises a number of questions about the evolutionary process of this organism and other species Candida clade for which the codon is ambiguous. In order to find some answers we studied the transcriptome of C. cylindracea, comparing its behavior with that of Saccharomyces cerevisiae (standard decoder) and Candida albicans (ambiguous decoder). The transcriptome characterization was performed using RNA-seq. This approach has several advantages over microarrays and its application is booming. TopHat and Cufflinks were the software used to build the protocol that allowed for gene quantification. About 95% of the reads were mapped on the genome. 3693 genes were analyzed, of which 1338 had a non-standard start codon (TTG/CTG) and the percentage of expressed genes was 99.4%. Most genes have intermediate levels of expression, some have little or no expression and a minority is highly expressed. The distribution profile of the CUG between the three species is different, but it can be significantly associated to gene expression levels: genes with fewer CUGs are the most highly expressed. However, CUG content is not related to the conservation level: more and less conserved genes have, on average, an equal number of CUGs. The most conserved genes are the most expressed. The lipase genes corroborate the results obtained for most genes of C. cylindracea since they are very rich in CUGs and nothing conserved. The reduced amount of CUG codons that was observed in highly expressed genes may be due, possibly, to an insufficient number of tRNA genes to cope with more CUGs without compromising translational efficiency. From the enrichment analysis, it was confirmed that the most conserved genes are associated with basic functions such as translation, pathogenesis and metabolism. From this set, genes with more or less CUGs seem to have different functions. The key issues on the evolutionary phenomenon remain unclear. However, the results are consistent with previous observations and shows a variety of conclusions that in future analyzes should be taken into consideration, since it was the first time that such a study was conducted.

Annotation of Gyrodactylus salaris transcriptome

Relationship between organisms within an ecosystem is one of the main focuses in the study of ecology and evolution. For instance, host-parasite interactions have long been under close interest of ecology, evolutionary biology and conservation science, due to great variety of strategies and interaction outcomes. The monogenean ecto-parasites consist of a significant portion of flatworms. Gyrodactylus salaris is a monogenean freshwater ecto-parasite of Atlantic salmon (Salmo salar) whose damage can make fish to be prone to further bacterial and fungal infections. G. salaris is the only one parasite whose genome has been studied so far. The RNA-seq data analyzed in this thesis has already been annotated by using LAST. The RNA-seq data was obtained from Illumina sequencing i.e. yielded reads were assembled into 15777 transcripts. Last resulted in annotation of 46% transcripts and remaining were left unknown. This thesis work was started with whole data and annotation process was continued by the use of PANNZER, CDD and InterProScan. This annotation resulted in 56% successfully annotated sequences having parasite specific proteins identified. This thesis represents the first of Monogenean transcriptomic information which gives an important source for further research on this specie. Additionally, comparison of annotation methods interestingly revealed that description and domain based methods perform better than simple similarity search methods. Therefore it is more likely to suggest the use of these tools and databases for functional annotation. These results also emphasize the need for use of multiple methods and databases. It also highlights the need of more genomic information related to G. salaris.

REST is a hypoxia-responsive transcriptional repressor

Cellular exposure to hypoxia results in altered gene expression in a range of physiologic and pathophysiologic states. Discrete cohorts of genes can be either up- or down-regulated in response to hypoxia. While the Hypoxia-Inducible Factor (HIF) is the primary driver of hypoxia-induced adaptive gene expression, less is known about the signalling mechanisms regulating hypoxia-dependent gene repression. Using RNA-seq, we demonstrate that equivalent numbers of genes are induced and repressed in human embryonic kidney (HEK293) cells. We demonstrate that nuclear localization of the Repressor Element 1-Silencing Transcription factor (REST) is induced in hypoxia and that REST is responsible for regulating approximately 20% of the hypoxia-repressed genes. Using chromatin immunoprecipitation assays we demonstrate that REST-dependent gene repression is at least in part mediated by direct binding to the promoters of target genes. Based on these data, we propose that REST is a key mediator of gene repression in hypoxia.

A SUBSET OF 3´ TO 5´ EXORIBONUCLEASES ARE THE PRIMARY ENZYMES RESPONSIBLE FOR THE DEGRADATION OF PGPG IN CYCLIC DI-GMP SIGNALING

Bis-(3´-5´)-cyclic dimeric guanosine monophosphate, or cyclic di-GMP (c-di-GMP) is a ubiquitous bacterial second messenger that regulates processes such biofilm formation, motility, and virulence. C-di-GMP is synthesized by diguanylate cyclases (DGCs), while phosphodiesterases (PDE-As) end signaling by linearizing c-di-GMP to 5ʹ-phosphoguanylyl-(3ʹ,5ʹ)-guanosine (pGpG), which is then hydrolyzed to two GMPs by previously unidentified enzymes termed PDE-Bs. To identify the PDE-B responsible for pGpG turnover, a screen for pGpG binding proteins in a Vibrio cholerae open reading frame library was conducted to identify potential pGpG binding proteins. This screen led to identification of oligoribonuclease (Orn). Purified Orn binds to pGpG and can cleave pGpG to GMP in vitro. A deletion mutant of orn in Pseudomonas aeruginosa was highly defective in pGpG turnover and accumulated pGpG. Deletion of orn also resulted in accumulation c-di-GMP, likely through pGpG-mediated inhibition of the PDE-As, causing an increase in c-di-GMP-governed auto-aggregation and biofilm. Thus, we found that Orn serves as the primary PDE-B enzyme in P. aeruginosa that removes pGpG, which is necessary to complete the final step in the c-di-GMP degradation pathway. However, not all bacteria that utilize c-di-GMP signaling also have an ortholog of orn, suggesting that other PDE-Bs must be present. Therefore, we asked whether RNases that cleave small oligoribonucleotides in other species could also act as PDE-Bs. NrnA, NrnB, and NrnC can rapidly degrade pGpG to GMP. Furthermore, they can reduce the elevated aggregation and biofilm formation in P. aeruginosa ∆orn. Together, these results indicate that rather than having a single dedicated PDE-B, different bacteria utilize distinct RNases to cleave pGpG and complete c-di-GMP signaling. The ∆orn strain also has a growth defect, indicating changes in other regulatory processes that could be due to pGpG accumulation, c-di-GMP accumulation, or another effect due to loss of Orn. We sought to investigate the genetic pathways responsible for these growth defect phenotypes by use of a transposon suppressor screen, and also investigated transcriptional changes using RNA-Seq. This work identifies that c-di-GMP degradation intersects with RNA degradation at the point of the Orn and the functionally related RNases.