La génétique inverse dans l'étude des réovirus: Progrès, obstacles et développements futurs

En génétique dite « classique », l’examen d’un phénotype conduit à l’étude des gènes impliqués dans son obtention. La génétique inverse est une méthode expérimentale très puissante dans laquelle, au contraire, le matériel génétique est modifié et utilisé pour reconstruire un organisme complet, afin de déterminer le résultat de ces modifications. Cette approche est spécialement bien adaptée à l'étude des virus, compte tenu de la relative simplicité et de la petite taille de leurs génomes; l’obstacle principal demeure de récupérer des virus infectieux à partir de génomes viraux clonés. Au cours des années, cet exploit a été accompli pour des représentants de presque toutes les familles de virus de mammifères. Jusqu’à récemment, les Reoviridae, virus à génome d'ARN bicaténaire segmenté, faisaient toutefois exception. Dans cette revue, les progrès réalisés vers la mise au point de la génétique inverse pour l'étude du réovirus seront discutés. La génétique inverse pourrait avoir un impact majeur dans l'optimisation de nouvelles souches de réovirus pour leur utilisation en thérapie comme agents oncolytiques et pour le développement de vaccins dans le cas des rotavirus et des orbivirus. Les travaux actuels font toutefois ressortir les limites de l'approche, la nécessité d’une analyse prudente des résultats obtenus, ainsi que le besoin de développer des systèmes plus efficaces et polyvalents.

Obtenção e avaliação de mutantes de Acidithiobacillus ferrooxidans quanto à capacidade de lixiviar minérios de cobre

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

Comprensión del modelo hereditario de Mendel tras la enseñanza habitual en alumnos de educación secundaria obligatoria

Mostrar que una nueva propuesta de enseñanza produce mejores actitudes y aprendizajes en los alumnos requiere disponer de un análisis de lo que se hace y se consigue con la enseñanza habitual. Para realizar dicho análisis se ha efectuado un estudio histórico y epistemológico de la evolución de las ideas en genética clásica, identificando los problemas que están en su origen, las ideas que permitieron avanzar y los obstáculos que hubo que superar. Como resultado de dicho estudio se han seleccionado un conjunto de indicadores de aprendizaje que deberían manifestarse en aquellas personas que hubieran comprendido los aspectos esenciales del modelo de herencia mendeliana, que se imparte en 4º de ESO. Dichos indicadores se han utilizado para analizar el aprendizaje tras la enseñanza convencional del tema. En este trabajo se presentan los resultados obtenidos que muestran las deficiencias más comunes y justifican la necesidad de una propuesta diferente.

La nécessité d'une multiplicité de concepts de gène en biologie

Le concept de gène est central en biologie. Certains ont avancé (Ruse (1971, 1976)) que la génétique classique pouvait être réduite à la génétique moléculaire. Dans le même ordre d'idée, Richard Dawkins, dans The Extended Phenotype, offre une double définition de son concept de gène qui présuppose qu'il soit possible d'opérer cette réduction. Nous comptons montrer que la génétique moléculaire et la génétique des populations ont chacune leurs problématiques propres en reconstituant l'histoire de la génétique depuis Darwin. Ensuite, nous expliciterons la position de Dawkins et soulignerons les contradictions auxquelles il parvient en raison de cette réduction infondée. À la suite de quoi, nous nous attarderons aux nouvelles découvertes moléculaires qui montrent qu'il n'est pas possible d'opérer la réduction d'un des concepts à l'autre. Nous terminerons en soulignant que la thèse génocentriste de Dawkins n'est pas mise en péril par l'abandon de la réduction, mais qu'il est nécessaire de tempérer ces prétentions. La conclusion globale de ce mémoire est qu'il est possible d'admettre le concept de Dawkins, mais pas la manière dont il l'utilise. Le concept est bon, il n'est tout simplement pas dans le bon cadre théorique.

La nécessité d'une multiplicité de concepts de gène en biologie

Le concept de gène est central en biologie. Certains ont avancé (Ruse (1971, 1976)) que la génétique classique pouvait être réduite à la génétique moléculaire. Dans le même ordre d'idée, Richard Dawkins, dans The Extended Phenotype, offre une double définition de son concept de gène qui présuppose qu'il soit possible d'opérer cette réduction. Nous comptons montrer que la génétique moléculaire et la génétique des populations ont chacune leurs problématiques propres en reconstituant l'histoire de la génétique depuis Darwin. Ensuite, nous expliciterons la position de Dawkins et soulignerons les contradictions auxquelles il parvient en raison de cette réduction infondée. À la suite de quoi, nous nous attarderons aux nouvelles découvertes moléculaires qui montrent qu'il n'est pas possible d'opérer la réduction d'un des concepts à l'autre. Nous terminerons en soulignant que la thèse génocentriste de Dawkins n'est pas mise en péril par l'abandon de la réduction, mais qu'il est nécessaire de tempérer ces prétentions. La conclusion globale de ce mémoire est qu'il est possible d'admettre le concept de Dawkins, mais pas la manière dont il l'utilise. Le concept est bon, il n'est tout simplement pas dans le bon cadre théorique.

Learning Models of Gene Expression from Synthetic DNA Sequences

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

What is a gene today?

Historians of genetics agree that multiple conceptions of the gene have coexisted at each stages in the history of genetics and that the resulting partial ambiguity has often contributed to the success of genetics, both because workers in different areas have needed to communicate and to draw on one another’s results despite wrestled with very different scientific challenges, and because empirical findings have often challenged the presuppositions of existing conceptions of the gene. Today, a number of different conceptions of the gene coexist in the biosciences. An ‘instrumental’ gene similar to that of classical genetics retains a critical role in the construction and interpretation of experiments in which the relationship between genotype and phenotype is explored via hybridization between organisms or directly between nucleic acid molecules. It also plays an important theoretical role in the foundations of disciplines such as quantitative genetics and population genetics. A ‘nominal’ gene, defined by the practice of genetic nomenclature, is a critical practical tool and allows communication between bioscientists in a wide range of fields to be grounded in welldefined sequences of nucleotides. This concept, however, does not embody major theoretical insights into genome structure or function. Instead, a ‘post-genomic’ conception of the gene embodies the continuing project of understanding how genome structure supports genome function, but with a deflationary picture of the gene as a structural unit. This final concept of the gene poses a significant challenge to earlier assumptions about the relationship between genome structure and function, and between genotype and phenotype.

Post-genomic update on a classical candidate gene for coronary artery disease: ESR1.

BACKGROUND: After age, sex is the most important risk factor for coronary artery disease (CAD). The mechanism through which women are protected from CAD is still largely unknown, but the observed sex difference suggests the involvement of the reproductive steroid hormone signaling system. Genetic association studies of the gene-encoding Estrogen Receptor α (ESR1) have shown conflicting results, although only a limited range of variation in the gene has been investigated. METHODS AND RESULTS: We exploited information made available by advanced new methods and resources in complex disease genetics to revisit the question of ESR1's role in risk of CAD. We performed a meta-analysis of 14 genome-wide association studies (CARDIoGRAM discovery analysis, N=≈87,000) to search for population-wide and sex-specific associations between CAD risk and common genetic variants throughout the coding, noncoding, and flanking regions of ESR1. In addition to samples from the MIGen (N=≈6000), WTCCC (N=≈7400), and Framingham (N=≈3700) studies, we extended this search to a larger number of common and uncommon variants by imputation into a panel of haplotypes constructed using data from the 1000 Genomes Project. Despite the widespread expression of ERα in vascular tissues, we found no evidence for involvement of common or low-frequency genetic variation throughout the ESR1 gene in modifying risk of CAD, either in the general population or as a function of sex. CONCLUSIONS: We suggest that future research on the genetic basis of sex-related differences in CAD risk should initially prioritize other genes in the reproductive steroid hormone biosynthesis system.

Non-classical karyotypic features in relapsed childhood B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia.

Karyotype analysis of acute lymphoblastic leukemia (ALL) at diagnosis has provided valuable prognostic markers for treatment stratification. However, reports of cytogenetic studies of relapsed ALL samples are limited. We compared the karyotypes from 436 nonselected B-cell precursor ALL patients at initial diagnosis and of 76 patients at first relapse. We noticed a relative increase of karyotypes that did not fall into the classic ALL cytogenetic subgroups (high hyperdiploidy, t(12;21), t(9;22), 11q23, t(1;19), <45 chromosomes) in a group of 29 patients at relapse (38%) compared to 130 patients at presentation (30%). Non-classical cytogenetic aberrations in these 29 patients were mostly found on chromosomes 1, 2, 7, 9, 13, 14, and 17. We also describe six rare reciprocal translocations, three of which involved 14q32. The most frequent abnormalities were found in 9p (12/29 cases) and were associated with a marked decrease in the duration of the second remission, but not of the probability of 10-year event-free survival after relapse treatment. From 29 patients with non-classical cytogenetic aberrations, only 8 (28%) had been stratified to a high risk-arm on the first treatment protocol, suggesting that this subgroup might benefit from the identification of new prognostic markers in future studies.

Systems Genetics of Metabolism: The Use of the BXD Murine Reference Panel for Multiscalar Integration of Traits.

Metabolic homeostasis is achieved by complex molecular and cellular networks that differ significantly among individuals and are difficult to model with genetically engineered lines of mice optimized to study single gene function. Here, we systematically acquired metabolic phenotypes by using the EUMODIC EMPReSS protocols across a large panel of isogenic but diverse strains of mice (BXD type) to study the genetic control of metabolism. We generated and analyzed 140 classical phenotypes and deposited these in an open-access web service for systems genetics (www.genenetwork.org). Heritability, influence of sex, and genetic modifiers of traits were examined singly and jointly by using quantitative-trait locus (QTL) and expression QTL-mapping methods. Traits and networks were linked to loci encompassing both known variants and novel candidate genes, including alkaline phosphatase (ALPL), here linked to hypophosphatasia. The assembled and curated phenotypes provide key resources and exemplars that can be used to dissect complex metabolic traits and disorders.

Population genetics of Capercaillie (Tetrao urogallus) in the Jura and the Pyrenees: a non-invasive approach to avian conservation genetics

RÉSUMÉ Le Grand tétras est un galliforme de montagne apparenté au faisan et au tétras lyre. Il est distribué de manière continue à travers la toundra et les montagnes de moyenne altitude en Europe de l'ouest. Toutefois, les populations d'Europe de l'ouest ont subi un déclin constant au cours des derniers siècles. Les causes de ce déclin sont probablement liées à l'activité humaine, telle .que l'élevage ou le tourisme, qui ont engendré une modification et une fragmentation de l'habitat de l'espèce. Malheureusement, les populations soumises à de forts déclins démographiques peuvent subir des effets génétiques (augmentation de la consanguinité et perte de diversité génétique) pouvant diminuer leur potentiel de reproduction et conduire irrémédiablement à l'extinction. Cette thèse présente les analyses conduites dans le but d'estimer l'impact du déclin démographique des populations de Grand tétras sur l'étendue et la distribution de leur variabilité génétique dans le Jura et dans les Pyrénées. Du fait de la législation locale protégeant les tétraonidés en général, mais également en raison de la biologie très cryptique du Grand tétras, l'ensemble des analyses de cette étude a été réalisé à partir de matériel génétique extrait des fientes (ou échantillonnage génétique non invasif). Dans la première partie de l'étude, je détaille les protocoles d'extraction. d'ADN et d'amplification par PCR modifiés à partir des protocoles classiques utilisant des échantillons conventionnels, riches en ADN. L'utilisation d'ADN fécal impose des contraintes dues à la mauvaise qualité et à la faible quantité du matériel génétique à disposition dans les fientes. Ces contraintes ont pu être partiellement contournées en réalisant des répétitions multiples du génotypage afin d'obtenir un degré de fiabilité suffisante. J'ai également analysé les causes de la dégradation de l'ADN dans les excréments. Parmi les causes les plus communes, telles que l'activité bactérienne, l'hydrolyse spontanée et la dégradation enzymatique par les DNases libres, c'est ce dernier facteur qui apparaît comme étant la cause majeure et la plus rapide responsable de la dégradation de la qualité des échantillons. La rapidité de l'action enzymatique suggère que les plans d'échantillonnages de excréments sur le terrain pourraient être optimisés en les réalisant dans des conditions climatiques froides et sèches, favorisant ainsi l'inhibition des DNases. La seconde partie de la thèse est une étude par simulation visant à déterminer la capacité du logiciel Structure à identifier les structures génétiques complexes et hiérarchiques fréquemment rencontrées dans les populations naturelles, et ce en utilisant différents types de marqueurs génétiques. Les troisième et quatrième parties de cette thèse décrivent le statut génétique des populations résiduelles du Jura et des Pyrénées à partir de l'analyse de 11 loci microsatellites. Nous n'avons pas pu mettre en évidence dans les deux populations des effets liés à la consanguinité ou à la réduction de la diversité génétique. De plus, la différenciation génétique entre les patches d'habitats favorables reste modérée et corrélée à la distance géographique, ce qui suggère que la dispersion d'individus entre les patches a été importante au moins pendant ces dernières générations. La comparaison des paramètres de la diversité génétique avec ceux d'autres populations de Grand tétras, ou d'autres espèces proches, indique que la population du Jura a retenu une proportion importante de sa diversité originelle. Ces résultats suggèrent que le déclin récent des populations a jusqu'ici eu un impact modéré sur les facteurs génétiques et que ces populations semblent avoir conservé le potentiel génétique nécessaire à leur survie à long terme. Finalement, en cinquième partie, l'analyse de l'apparentement entre les mâles qui participent à la parade sur les places de chant (leks) indique que ces derniers sont distribués en agrégats de manière non aléatoire, préférentiellement entre individus apparentés. De plus, la corrélation entre les distances génétique et géographique entre les leks est en accord avec les motifs d'isolement par la distance mis en évidence à d'autres niveaux hiérarchiques (entre patches d'habitat et populations), ainsi qu'avec les études menées sur d'autres espèces ayant choisi ce même système de reproduction. En conclusion, cette première étude basée uniquement sur de l'ADN nucléaire aviaire extrait à partir de fèces a fourni des informations nouvelles qui n'auraient pas pu être obtenues par une méthode d'observation sur le terrain ou d'échantillonnage génétique classique. Aucun oiseau n'a été dérangé ou capturé, et les résultats sont comparables à d'autres études concernant des espèces proches. Néanmoins, la taille de ces populations approche des niveaux au-dessous desquels la survie à long terme est fortement incertaine. La persistance de la diversité génétique pour les prochaines générations reste en conséquence liée à la survie des adultes et à une reprise du succès de la reproduction. ABSTRACT Capercaillie (Tetrao urogallus) is a large grouse that is continuously distributed across the tundra and the mid-high mountains of Western Europe. However, the populations in Western Europe have been showing a constant decline during the last decades. The causes for this decline are possibly related to human activities, such as cattle breeding and tourism that have both led to habitat modification and fragmentation. Unfortunately, populations that have undergone drastic demographic bottlenecks often go through genetic processes of inbreeding and loss of diversity that decrease their fitness and eventually lead to extinction. This thesis presents the investigations conducted to estimate the impact of the demographic decline of capercaillie populations on the extent and distribution of their genetic variability in the Jura and in the Pyrenees mountains. Because grouse are protected by wildlife legislation, and also because of the cryptic behaviour of capercaillie, all DNA material used in this study was extracted from faeces (non-invasive genetic sampling). In the first part of my thesis, I detail the protocols of DNA extraction and PCR amplification adapted from classical methods using conventional DNA-rich samples. The use of faecal DNA imposes specific constraints due to the low quantity and the highly degraded genetic material available. These constraints are partially overcome by performing multiple genotyping repetitions to obtain sufficient reliability. I also investigate the causes of DNA degradation in faeces. Among the main degraders, namely bacterial activity, spontaneous hydrolysis, and free-¬DNase activities, the latter was pointed out as the most important according to our experiments. These enzymes degrade DNA very rapidly, and, as a consequence, faeces sampling schemes must be planned preferably in cold and dry weather conditions, allowing for enzyme activity inhibition. The second part of the thesis is a simulation study aiming to assess the capacity of the software Structure to detect population structure in hierarchical models relevant to situations encountered in wild populations, using several genetic markers. The methods implemented in Structure appear efficient in detecting the highest hierarchical structure. The third and fourth parts of the thesis describe the population genetics status of the remaining Jura and Pyrenees populations using 11 microsatellite loci. In either of these populations, no inbreeding nor reduced genetic diversity was detected. Furthermore, the genetic differentiation between patches defined by habitat suitability remains moderate and correlated with geographical distance, suggesting that significant dispersion between patches was at work at least until the last generations. The comparison of diversity indicators with other species or other populations of capercaillie indicate that population in the Jura has retained a large part of its original genetic diversity. These results suggest that the recent decline has had so forth a moderate impact on• genetic factors and that these populations might have retained the potential for long term survival, if the decline is stopped. Finally, in the fifth part, the analysis of relatedness between males participating in the reproduction parade, or lek, indicate that capercaillie males, like has been shown for some other grouse species, gather on leks• among individuals that are more related than the average of the population. This pattern appears to be due to both population structure and kin-association. As a conclusion, this first study relying exclusively on nuclear DNA extracted from faeces has provided novel information that was not available through field observation or classical genetic sampling. No bird has been captured or disturbed, and the results are consistent with other studies of closely related species. However, the size of these populations is approaching thresholds below which long-term survival is unlikely. The persistence of genetic diversity for the forthcoming generations remains therefore bond to adult survival and to the increase of reproduction success.

Classical and molecular cytogenetic analysis in head and neck squamous cell carcinomas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Detection of classical 17p11.2 deletions, an atypical deletion and RAI1 alterations in patients with features suggestive of Smith-Magenis syndrome

Smith-Magenis syndrome (SMS) is a complex disorder whose clinical features include mild to severe intellectual disability with speech delay, growth failure, brachycephaly, flat midface, short broad hands, and behavioral problems. SMS is typically caused by a large deletion on 17p11.2 that encompasses multiple genes including the retinoic acid induced 1, RAI1, gene or a mutation in the RAI1 gene. Here we have evaluated 30 patients with suspected SMS and identified SMS-associated classical 17p11.2 deletions in six patients, an atypical deletion of ∼139 kb that partially deletes the RAI1 gene in one patient, and RAI1 gene nonsynonymous alterations of unknown significance in two unrelated patients. The RAI1 mutant proteins showed no significant alterations in molecular weight, subcellular localization and transcriptional activity. Clinical features of patients with or without 17p11.2 deletions and mutations involving the RAI1 gene were compared to identify phenotypes that may be useful in diagnosing patients with SMS. © 2012 Macmillan Publishers Limited All rights reserved.

Insights into HLA-G genetics provided by worldwide haplotype diversity

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)