"Next-generation" Sequencing (NGS): The new genomic revolution

In the past 5 years "Next-generation" Sequencing (NGS) technologies have transformed genomics by delivering fast, inexpensive and accurate genomeinformation changing the way we think about scientific approaches in basic,applied and clinical research. The inexpensive production of large volumes ofsequence data is the main advantage over the automated Sanger method,making this new technology useful for many applications. In this chapter, a brieftechnical review of NGS technologies is given, along with the keys to NGSsuccess and a broad range of applications for NGS technologies.

NGS Nominated CELA1, HSPG2, and KCNK5 as Candidate Genes for Predisposition to Balkan Endemic Nephropathy

Balkan endemic nephropathy (BEN) is a familial chronic tubulointerstitial disease with insidious onset and slow progression leading to terminal renal failure. The results of molecular biological investigations propose that BEN is a multifactorial disease with genetic predisposition to environmental risk agents. Exome sequencing of 22 000 genes with Illumina Nextera Exome Enrichment Kit was performed on 22 DNA samples (11 Bulgarian patients and 11 Serbian patients). Software analysis was performed via NextGene, Provean, and PolyPhen. The frequency of all annotated genetic variants with deleterious/damaging effect was compared with those of European populations. Then we focused on nonannotated variants (with no data available about them and not found in healthy Bulgarian controls). There is no statistically significant difference between annotated variants in BEN patients and European populations. From nonannotated variants with more than 40% frequency in both patients' groups, we nominated 3 genes with possible deleterious/damaging variants-CELA1, HSPG2, and KCNK5. Mutant genes (CELA1, HSPG2, and KCNK5) in BEN patients encode proteins involved in basement membrane/extracellular matrix and vascular tone, tightly connected to process of angiogenesis. We suggest that an abnormal process of angiogenesis plays a key role in the molecular pathogenesis of BEN.

Eine Wanderung längs der römischen Reichsgrenze im Odenwald /

Cover title.

NGS, the National Geodetic Survey, 1807-1980.

Mode of access: Internet.

Die Umsegelung Asiens und Europas auf der Vega. Mit einem historischen Rückblick auf frühere Reisen längs der Nordküste der Alten Welt.

Mode of access: Internet.

NGS y Metagenómica

The Next Generation Sequencing (NGS) allows to sequence the whole genome of an organism, compared to Maxam and Gilbert and Sanger sequencing that only allow to sequence, hardly, a single gene. Removing the separation of DNA fragments by electrophoresis, and the development of techniques that let the parallelization (analysing simultaneously several DNA fragments) have been crucial for the improvements of this process. The new companies in this ambit, Roche and Illumina, bet for different protocols to achieve these goals. Illumina bets for the sequencing by synthesis (SBS), requiring the library preparation and the use of adapters. Likewise, Illumina has replaced Roche because its lower rate of misincorporation, making it ideal for studies of genetic variability, transcriptomic, epigenomic, and metagenomic, in which this study will focus. However, it is noteworthy that the last progress in sequencing is carried out by the third generation sequencing, using nanotechnology to design small sequencers that sequence the whole genome of an organism quickly and inexpensively. Moreover, they provide more reliable data than current systems because they sequence a single molecule, solving the problem of synchronisation. In this way, PacBio and Nanopore allow a great progress in diagnostic and personalized medicine. Metagenomics provide to make a qualitative and quantitative analysis of the various species present in a sample. The main advantage of this technique is the no necessary isolation and growth of the species, allowing the analysis of nonculturable species. The Illumina protocol studies the variable regions of the 16S rRNA gene, which contains variable and not variables regions providing a phylogenetic classification. Therefore, metagenomics is a topic of interest to know the biodiversity of complex ecosystems and to study the microbiome of patients given the high involvement with certain microbial profiles on the condition of certain metabolic diseases.

Comprehensive characterization of SDH-deficient GIST using NGS data and iPSC models

Gastrointestinal stromal tumors (GIST) are the most common di tumors of the gastrointestinal tract, arising from the interstitial cells of Cajal (ICCs) or their precursors. The vast majority of GISTs (75–85% of GIST) harbor KIT or PDGFRA mutations. A small percentage of GIST (about 10‐15%) do not harbor any of these driver mutations and have historically been called wild-type (WT). Among them, from 20% to 40% show loss of function of the succinate dehydrogenase complex (SDH), also defined as SDH‐deficient GIST. SDH-deficient GISTs display distinctive clinical and pathological features, and can be sporadic or associated with Carney triad or Carney-Stratakis syndrome. These tumors arise most frequently in the stomach with predilection to distal stomach and antrum, have a multi-nodular growth, display a histological epithelioid phenotype, and present frequent lympho-vascular invasion. Occurrence of lymph node metastases and indolent course are representative features of SDH-deficient GISTs. This subset of GIST is known for the immunohistochemical loss of succinate dehydrogenase subunit B (SDHB), which signals the loss of function of the entire SDH-complex. The overall aim of my PhD project consists of the comprehensive characterization of SDH deficient GIST. Throughout the project, clinical, molecular and cellular characterizations were performed using next-generation sequencing technologies (NGS), that has the potential to allow the identification of molecular patterns useful for the diagnosis and development of novel treatments. Moreover, while there are many different cell lines and preclinical models of KIT/PDGFRA mutant GIST, no reliable cell model of SDH-deficient GIST has currently been developed, which could be used for studies on tumor evolution and in vitro assessments of drug response. Therefore, another aim of this project was to develop a pre-clinical model of SDH deficient GIST using the novel technology of induced pluripotent stem cells (iPSC).

Diagnóstico molecular de cancros hereditários por sequenciação de nova geração: cancro da mama e cancro colorretal

O cancro da mama e o cancro colorretal constituem duas das principais causas de morte a nível mundial. Entre 5 a 10% destes casos estão associados a variantes germinais/hereditárias em genes de suscetibilidade para cancro. O objetivo deste trabalho consistiu em validar a utilização da sequenciação de nova geração (NGS) para identificar variantes previamente detetadas pelo método de Sanger em diversos genes de suscetibilidade para cancro da mama e colorretal. Foram sequenciadas por NGS 64 amostras de DNA de utentes com suspeita clínica de predisposição hereditária para cancro da mama ou colorretal, utilizando o painel de sequenciação TruSight Cancer e a plataforma MiSeq (Illumina). Estas amostras tinham sido previamente sequenciadas pelo método de Sanger para os genes BRCA1, BRCA2, TP53, APC, MUTYH, MLH1, MSH2 e STK11. A análise bioinformática dos resultados foi realizada com os softwares MiSeq Reporter, VariantStudio, Isaac Enrichment (Illumina) e Integrative Genomics Viewer (Broad Institute). A NGS demonstrou elevada sensibilidade e especificidade analíticas para a deteção de variantes de sequência em 8 genes de suscetibilidade para cancro colorretal e da mama, uma vez que permitiu identificar a totalidade das 412 variantes (93 únicas, incluindo 27 variantes patogénicas) previamente detetadas pelo método de Sanger. A utilização de painéis de sequenciação de genes de predisposição para cancro por NGS vem possibilitar um diagnóstico molecular mais abrangente, rápido e custo-eficiente, relativamente às metodologias convencionais.

Base molecular da hemocromatose hereditária não-clássica em Portugal

A Hemocromatose Hereditária (HH) é uma doença autossómica recessiva caracterizada pela absorção excessiva de ferro a nível intestinal e sua acumulação em órgãos vitais, podendo originar cardiomiopatia, cirrose e carcinoma hepatocelular. O correspondente diagnóstico molecular é obtido pela associação com genótipos específicos no gene HFE (homozigotia para p.Cys282Tyr ou heterozigotia composta p.Cys282Tyr/p.His63Asp). Contudo, nos países do sul da Europa, cerca de um terço dos doentes com diagnóstico clínico de HH não apresenta os referidos genótipos. Para identificar a base molecular da HH não-clássica em Portugal usaram-se metodologias de pesquisa geral de variantes genéticas (SSCP e dHPLC), Next-Generation Sequencing (NGS) e sequenciação de Sanger, cobrindo seis genes relacionados com o metabolismo do ferro em 303 doentes. Identificaram-se 69 variantes diferentes e de vários tipos, por ex. missense, nonsense, de splicing, que perturbam a transcrição do gene ou a regulação da tradução do mRNA. Seguidamente, realizaram-se estudos in silico e in vitro para esclarecer o significado etiológico de algumas das novas variantes. Concluiu-se que a base molecular desta patologia é bastante heterogénea e que a NGS é uma ferramenta adequada para efetuar a análise simultânea dos vários genes num grande número de amostras. Contudo, o estabelecimento da relevância clínica de algumas variantes requer a realização de estudos funcionais.

Estudo de mutações germinais em genes de suscetibilidade para o cancro do colón e reto familiar do tipo X

O cancro do cólon e reto familiar do tipo X (FCCTX) é um síndrome que define as famílias que preenchem os critérios de Amesterdão, mas cujos tumores não apresentam instabilidade de microssatélites e também nas quais não é identificada mutação germinal nos genes de reparação de erros de DNA do tipo mismatch (MMR). A sua causa molecular permanece desconhecida. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o envolvimento de genes localizados numa região de suscetibilidade previamente identificada para o FCCTX (13q32-33), assim como de mutações identificadas previamente numa família FCCTX, através da análise do exoma por sequenciação de nova geração (NGS). Pretendeuse ainda melhorar a caracterização molecular de tumores FCCTX. Foi efetuada análise de mutações germinais nos genes KDELC1 e ERCC5 em 15 indivíduos índex de famílias FCCTX e 2 familiares de uma dessas famílias. No caso do gene TPP2, foi avaliado o envolvimento de um transcrito expresso alternativamente, previamente identificado, através de análise mutacional e da quantificação da expressão diferencial dos transcritos por real-time PCR. Foi ainda efetuada a análise de segregação com a doença na família, de 5 mutações em genes distintos, selecionadas a partir dos resultados da análise do exoma. Foi efetuada a análise de alterações de copy-number e de metilação nos genes MMR, MGMT e APC em 22 tumores FCCTX por MS-MLPA. Não foram identificadas mutações potencialmente patogénicas nos genes KDELC1 e ERCC5. No entanto, foram identificadas 2 mutações, uma no ERCC5 (c.2636 A>G) e outra no KDELC1 (c.455A>T) em relação às quais não se pode excluir a sua patogenicidade. Não foi detetada qualquer mutação no TPP2 associada à expressão diferencial dos transcritos, no entanto verificou-se que a expressão difere entre tecidos (sangue e cólon). A análise de segregação das mutações selecionadas a partir da análise do exoma, revelou que apenas para um dos genes a alteração poderá ser patogénica. Foram identificados ganhos frequentes, assim como metilação, nos genes MMR e MGMT, nos tumores FCCTX, sendo significativamente mais frequentes num subgrupo destes tumores que apresenta perdas em genes supressores de tumor (TSG+), em relação ao grupo que não apresenta estas alterações. A metilação no APC também apresentou padrões distintos entre os dois subgrupos de tumores FCCTX. Em conclusão, as variantes observadas nos genes KDELC1, ERCC5 e TPP2, assim como a alteração identificada no âmbito da análise do exoma não devem ser excluídas, podendo ser possível a sua contribuição para a suscetibilidade para o FCCTX. O padrão de alterações de copy-number e de metilação nos tumores FCCTX reforça a existência de pelo menos duas entidades moleculares distintas no FCCTX e sugere mecanismos de tumorigénese específicos para a iniciação tumoral neste síndrome.

Perfil imunológico de grávidas atópicas versus grávidas saudáveis

RESUMO: A prevalência das doenças atópicas tem vindo a aumentar, em especial ao nível dos países ocidentalizados. Vários fatores têm sido apontados para justificar este aumento de prevalência,destacando-se o reduzido tamanho das famílias, o elevado uso de antibióticos, a melhoria das condições sanitárias, bem como a diminuição quer das infeções de helmintas, quer da contaminação orofecal. Alguns estudos têm também avaliado a influência do ambiente pré-natal no desenvolvimento de atopia e asma. Da análise da literatura, parece inegável a importância deste período para o desenvolvimento do sistema imunitário. Neste âmbito, a transmissão de atopia à descendência em mulheres atópicas, e concretamente com asma alérgica, poderá ser moldada desde este período. A possibilidade de identificar marcadores de risco precoces para o desenvolvimento de atopia poderá ser o primeiro passo para o desenvolvimento de estratégias de prevenção para os indivíduos em risco. Este trabalho pretendeu abordar o sistema imunitário materno de forma a enriquecer a sua caraterização desde o terceiro trimestre da gravidez até ao fim do puerpério. Para além da exploração de perfis celulares e citocínicos maternos (nos quais se incluiu sobretudo a avaliação de diferentes populações de células T e B, com funções efetoras e reguladoras), foi também considerada a sua eventual relação com o desenvolvimento de atopia nas crianças. Foram recrutadas 135 mulheres com critérios para serem incluídas num dos 4 grupos do estudo: grávidas atópicas – GA (n=24), não grávidas atópicas – NGA (n=32), grávidas saudáveis – GS (n=44) e não grávidas saudáveis – NGS (n=35). Foram caraterizadas por Citometria de Fluxo populações de leucócitos e linfócitos, com particular interesse nos perfis maturativos de linfócitos T e B, bem como nas subpopulações de células T e B reguladoras. Foi ainda efetuada uma análise funcional, para avaliar a capacidade de produção de citocinas pelos linfócitos T e B. Foram igualmente avaliadas as concentrações de citocinas séricas por ensaios imunoenzimáticos. Estes parâmetros imunológicos maternos foram acompanhados desde o terceiro trimestre de gestação, até depois do puerpério (primeiras 6 semanas pós parto), e aos seis meses de idade, foi efetuada uma avaliação clínica das crianças. As mulheres não grávidas atópicas apresentaram contagens celulares mais elevadas para a generalidade das populações leucocitárias e linfocitárias (em relação a mulheres não grávidas saudáveis). Destaca-se ainda uma maior presença de eosinófilos nas mulheres NGA (p=0,0009; teste de Mann-Whitney U), que tinham igualmente os seus compartimentos linfocitários T e B mais ricos em células de memória, em relação às mulheres NGS. Para os perfis de regulação, verificou-se que as células T reguladoras se encontravam percentualmente aumentadas (p≤0,003; teste de Mann-Whitney U), tal omo as células T produtoras de IL10 após estimulação (p≤0,03; teste de Mann-Whitney U) em mulheres NGA. Também se observou uma maior expressão de Foxp3 (p=0,0002; teste de Mann-Whitney U), e ainda a diminuição dos níveis séricos de IFN-γ nas mulheres NGA (p=0,0019; teste de Mann-Whitney U), em relação a mulheres NGS. De um modo geral, as alterações verificadas nos parâmetros imunológicos de mulheres grávidas atópicas no terceiro trimestre da gravidez foram semelhantes às observadas em mulheres grávidas saudáveis. Comparadas com mulheres NGA, nas mulheres grávidas atópicas ocorreu uma alteração substancial da fórmula leucocitária, com um importante incremento de neutrófilos (p<0,0001; teste de Mann-Whitney U) e diminuição dos valores das restantes populações leucocitárias. A diminuição nas contagens de linfócitos totais estendeu-se a grande parte das subpopulações linfocitárias caraterizadas. Nos compartimentos linfocitários T e B foi possível observar uma diminuição das subpopulações de células de memória. Verificou-se igualmente na gravidez uma menor expressão de Foxp3 em mulheres GA (p<0,0001; teste de Mann-Whitney U) e ainda menos células B CD24HiCD38Hi circulantes (p=0,0012; teste de Mann-Whitney U). Ocrreu ainda uma diminuição relativa das células T CD4 produtoras de IFN-γ em mulheres GA (p≤0,024; teste de Mann-Whitney U), e uma maior presença de células T CD8 produtoras de IL17 (p=0,0172; teste de Mann-Whitney U), em relação ao observado em mulheres NGA. Depois do puerpério, no compartimento T de mulheres do grupo GA, verificou-se um aumento das populações de células de memória. Em comparação com a gravidez, após o puerpério o compartimento B, apresentou nas mulheres GA um aumento significativo da subpopulação de células B de transição (p<0,0001; teste de Wilcoxon). Verificou-se, igualmente em mulheres GA após o puerpério, uma maior expressão de Foxp3 nas células T reguladoras (p<0,0001; teste de Wilcoxon) e o aumento das populações de células T circulantes produtoras de IFN-γ (p≤0,0234; teste de Wilcoxon). As modulações das populações T e B desde a gravidez até depois do puerpério ocorreram de forma semelhante nas mulheres dos grupos GA e GS. Apesar de as mulheres GA manterem um perfil imunológico próximo do das mulheres GS depois do puerpério, aconteceu também neste período um processo de reaproximação ao perfil observado nas mulheres NGA. As mulheres GA com manifestações de risco para atopia na descendência (comparadas com mulheres GA sem manifestações de risco para atopia na descendência até aos 6 meses de vida) apresentaram uma maior proporção de células T e menor proporção de células B, percentagens mais elevadas de células T CD8 de memória efetoras, de células B de transição e de células B CD24HiCD38Hi, e contagens mais baixas de células B de memória. Na avaliação destes parâmetros como marcadores de risco para o desenvolvimento de atopia verificou-se que o parâmetro com melhor desempenho foi a percentagem de células B de transição, com uma Odds-Ratio de 54,0 [IC 95%: 4,2-692,9; (p=0,0005)], sensibilidade de 90,0% [IC 95%: 55,5 – 99,8] e especificidade de 85,7% [IC 95%: 57,2 – 98,2]. Este estudo foi pioneiro em Portugal, e no mundo, no que se refere ao acompanhamento do compartimento linfocitário B circulante, abordando o seu perfil de maturação, e em particular as células B com funções reguladoras, desde a gravidez até ao fim do puerpério, em mulheres atópicas e não atópicas. A este nível, encontram-se estudos na literatura a documentar a alteração do compartimento B durante a gravidez. O presente trabalho reporta agora que alterações, como a diminuição do número de células B em circulação, são impostas também na mulher atópica. Em suma, demonstrou-se a existência de um perfil imunológico caraterístico em mulheres atópicas, que sofre alterações significativas durante a gravidez, tendendo os parâmetros imunológicos a normalizar após o puerpério. O compartimento T, para o qual a literatura é mais rica em estudos e abordagens, demonstrou também neste trabalho oscilações caraterísticas entre o período pré e pós-natal. Verificaram-se sobretudo variações nos compartimentos de células T de memória, sem grandes alterações ao nível das células Treg no que se refere à sua presença em circulação. Apenas a registar a menor expressão de Foxp3 nas células Treg durante a gestação observada em mulheres atópicas, tal como em mulheres saudáveis (como também já foi relatado em estudos anteriores). Apesar de muitos dos dados se encontrarem em concordância com a literatura, quer no que se refere às subpopulações de células de memória, quer no que se refere às células Treg, também se encontram resultados discordantes, por exemplo documentando variações numéricas nas células Treg em circulação em mulheres atópicas e mulheres atópicas grávidas. A importância de harmonizar protocolos e fenótipos, parece crucial na abordagem de estudos futuros. Ao nível do risco para a atopia na descendência de mulheres atópicas, acrescentou-se ainda a possibilidade de definir marcadores não invasivos para a criança, em particular as células B de transição. Estas células, cuja maior presença em circulação no recém-nascido foi recentemente associada com manifestações alérgicas subsequentes, são agora apontadas já na mulher atópica, grávida do terceiro trimestre, como um elemento de risco para o desenvolvimento de atopia. Os marcadores de risco descritos, para além de facilmente poderem vir a ser englobados no âmbito dos normais rastreios maternos durante a gravidez, apresentam ainda a vantagem da precocidade do diagnóstico, permitindo não só a possibilidade de prevenção pós-natal, mas estendendo esta possibilidade ao período gestacional.----------------------------ABSTRACT: The prevalence of atopic diseases has been increasing, especially in Westernized countries. Several factors have been suggested to justify this increase in prevalence, as the small size of families, the high use of antibiotics, the improvement in sanitation conditions, as well as the reduction of both helminth infections, and orofecal contamination. A few studies have adressed the influence of prenatal environment on the development of atopy and asthma. From literature, it seems undeniable the importance of the prenatal period for the development of the immune system. In this context, the transmission of atopy to the progeny in atopic women, and specifically in women with allergic asthma, can be modulated from this period on. The ability to detect early risk markers for the development of atopic diseases may be the first step in the development of prevention strategies for individuals at risk. This study aimed to approach the maternal immune system in order to enrich its characterization from the third trimester of pregnancy until the end of the puerperium period. In addition to the evaluation of the maternal cellular profiles (in which, mostly, diferente populations of T and B cells with effector and regulatory functions were included) and citokines, the relation between these profiles and the development of atopy in the progeny was also assessed. 135 women were recruited for this study, and fullfiled the inclusion criteria necessary to be included in one of the four groups preset: atopic pregnant women - GA (n = 24), atopic nonpregnant women - NGA (n = 32), healthy pregnant women - GS (n = 44) and healthy nonpregnant women - NGS (n = 35). Populations of leukocytes and lymphocytes, and particularty maturation profiles of T and B lymphocytes, as well as subpopulations of T and B cells with regulatory functions, were characterized by flow cytometry. Functional assays were also performed, to assess the ability of cytokine production by T and B lymphocytes. Serum cytokine concentrations were assessed as well by enzymatic immunoassays. These maternal imune parameters were monitored since the third trimester of pregnancy until the end of the puerperium period (first six weeks after delivery). A clinical evaluation of all the newborn children was performed at the age of six months. Non-atopic pregnant women presented higher cell counts for most leukocyte and lymphocyte populations (compared to healthy non-pregnant women). We should also highlight the increased presence of eosinophils in NGA women (p = 0,0009; Mann-Whitney U test). Again compared to NGS women, NGA women showed increased memory cells within the circulating T and B lymphocyte compartments. Considering the regulatory profiles, NGA women presented higher percentages of regulatory T cells (p≤0,003; Mann-Whitney U test) and IL10 producing T cells after stimulation (p≤0,03; Mann Whitney U), as well as increased expression of Foxp3 (p = 0,0002; Mann-Whitney U test), and also decreased serum levels of IFN-γ (p = 0,0019; test Mann-Whitney U test) compared to NGS women. In general, the changes observed in immune parameters of atopic pregnant women in the third trimester of gestation were similar to those observed in healthy pregnant women. Comparing pregnant and non-pregnant atopic women, an important change in leukocyte subsets was observed, with a significant increase of neutrophils (p <0,0001; Mann-Whitney U test) and the consequent diminution of the remaining leukocyte populations in the GA group. The decrease in total lymphocyte counts was extended to most of the lymphocyte subsets characterized. It was possible to detect a decrease in memory cell subsets within the T and B lymphocyte compartments, also. During pregnancy, a lower expression of Foxp3 was reported in GA women (p <0,0001; Mann-Whitney U test) and, besides, lesser CD24HiCD38Hi B cells were present in circulation in these women, compared to NGA women (p = 0,0012; Mann-Whitney U test). There was still a decrease in the percentages of IFN-γ-producing CD4 T cells in GA women (p≤0,024; Mann-Whitney U test) and a greater presence of IL17-producing CD8 T cells (p = 0,0172; Mann-Whitney U test), compared to the levels observed in NGA women. At the end of the puerperium, there was an increase in memory cell subpopulations within the T cell compartment of GA women. Compared with the pregnancy evaluation, after puerperium, the B cell compartment showed a significant increase in the transitional subpopulation (p<0,0001; Wilcoxon test), in GA women. Moreover, after puerperium, GA women exhibited a greater expression of Foxp3 in Treg cells (p <0,0001; Wilcoxon test) and there was an increase in circulating IFN-γ-producing T cells (p≤0,0234; Test Wilcoxon). The modulations of T and B cell subpopulations from pregnancy until the end of puerperium were similar in women of GA and GS groups. Although at the end of puerperium, GA women still kept an immune profile close the one observed in GS women, at this time point, there were also signs of rapprochement between the immune profiles observed in women of GA and NGA groups. GA women with atopic manifestations in the offspring (compared to GA women without atopic manifestations in the offspring at the age of 6 months) presented higher proportions of T cells and lower proportions of B cells, higher percentages of effector memory CD8 T cells, transitional B cells and CD24HiCD38Hi B cells, and, finally, lower absolute counts of memory B cells. In the evaluation of these parameters as risk markers for the development of atopy, the parameter which presented the best performance was the percentage of transitional B cells, with an Oddsratio of 54,0 [95% CI: 4,2 to 692,9; (p = 0,0005)], sensitivity of 90,0% [95% CI: 55,5 to 99,8] and a specificity of 85,7% [95% CI: 57,2 to 98,2]. This study was a pioneer in Portugal, and in the world, in what concerns the monitoring of the circulating B cell compartment, addressing not only the maturation profile, but, in particular, B cells with regulatory functions, from pregnancy untill after puerperium, in atopic and non-atopic women. Literature presents evidence of a typical change in circulating B cells during pregnancy. This study now reports that changes, such as the decrease in the number of circulating B cells,/ are also imposed by pregnancy in atopic woman. In brief, it demonstrated the existence of a characteristic immune profile in atopic women, which undergoes significant alterations during pregnancy, tending to normalize after the puerperium. As for the T cell compartment, for which the literature is richer in studies and approaches, this study also showed characteristic fluctuations between the pre- and postnatal periods. There were variations mostly in the memory subsets within the T cell compartment, without major changes in regulatory T cells regarding their presence in circulation. Only the expression of Foxp3 in Treg cells presented lower levels during pregnancy, in both atopic and healthy women (as previously reported in other studies). Although much of the data now reported are in agreement with literature, regarding either memory cell subsets or regulatory T cells, there are also conflicting results, for example documenting changes in the numbers of regulatory T cells circulating in atopic pregnant and atopic non-pregnant women. The importance of harmonizing protocols and phenotypes seems crucial for the establishement of future studies. Considering the risk for atopy in the offspring of atopic women, this study added the possibility to define non-invasive markers for the child, in particular transitional B cells. These cells, whose greater presence in circulation in newborns has recently been associated with subsequent allergy development, are here identified in atopic pregnant women in the third trimester of gestation as a risk factor in the development of atopy in their progeny. The risk factors described, besides having the capacity to easily become integrated within the normal maternal screening protocols during pregnancy, also have the advantage of an early diagnosis, allowing not only the possibility of postnatal prevention but extending this possibility to the prenatal period.

'Next generation' biogeography: towards understanding the drivers of species diversification and persistence

The drivers of species diversification and persistence are of great interest to current biogeography, especially in those global biodiversity hotspots' harbouring most of Earth's animal and plant life. Classical multispecies biogeographical work has yielded fascinating insights into broad-scale patterns of diversification, and DNA-based intraspecific phylogeographical studies have started to complement this picture at much finer temporal and spatial scales. The advent of novel next-generation sequencing (NGS) technologies provides the opportunity to greatly scale up the numbers of individuals, populations and species sampled, potentially merging intraspecific and interspecific approaches to biogeographical inference. Here, we outline these prospects and issues by using the example of an undisputed hotspot, the Cape of southern Africa. We outline the current state of knowledge on the biogeography of species diversification within the Cape, review the literature for phylogeographical evidence of its likely drivers and mechanisms, and suggest possible ways forward based on NGS approaches. We demonstrate the potential of these methods and current bioinformatic issues with the help of restriction-site-associated DNA (RAD) sequencing data for three highly divergent species of the Restionaceae, an important plant radiation in the Cape. A thorough understanding of the mechanisms that facilitate species diversification and persistence in spatially structured, species-rich environments will require the adoption of novel genomic and bioinformatic tools in biogeographical studies.

Chemotherapy induces tumor metastasis and dormancy

Chemotherapy is widely used as a systemic treatment modality in cancer patients and provides survival benefits for a significant fraction of treated patients H However, some patients suffer from cancer relapse and rapidly progress to metastasis, suggesting that following chemotherapy their residual tumor developed a more aggressive phenotype 4 5. Although some molecular mechanisms involved in chemo-resistance and chemotherapy-induced metastatic relapse have been reported, more investigations and understanding of these processes are necessary before any translation into the clinic might be considered. By using the syngeneic metastatic 4T1 murine breast cancer model, we observed that chemotherapy treatment and selection of chemotherapy-resistant cancer cells in vitro can induces two opposite phenotypes: a dormant one and a relapsing-metastatic one. Previous studies in our laboratory demonstrated that irradiation of mammary gland promotes tumor metastasis, at least in part, by inducing the recruitment of CD11b+ cells to both the primary tumor and the lungs at a pre-metastatic stage. In this study we found that CD11b+ cells may also play important roles in chemotherapy-induced tumor metastasis and dormancy in vivo. Tumor cells expressing the stem cell marker Sca-1 were enriched by chemotherapy treatment in vitro, as well as in tumor metastasis in vivo. Furthermore, tumor-derived CD11b+ cells were capable to maintain and expand this population in vitro. These results suggest that the expansion of a tumor cell population with stem cell features might be a mechanism by which chemotherapy induces metastasis. On the other hand, the same drug treatment in vitro generated resistant cells with a dormant phenotype. Dormant tumor cells were able to induce an in vivo immune- inflammatory response in the draining lymph node, which is normally absent due to the immunosuppressive effects of tumor-recruited myeloid derived- suppressor cells (MDSCs). Genome-wide gene expression analysis revealed the enrichment of invasion and metastasis-related genes in the relapsing metastatic tumor cells and immune response-related genes in the dormant tumor cells. Interestingly, CD11b+ cells derived from the microenvironment of growing-metastatic tumors, but not CD11b+ cells derived from the spleen of tumor-free mice, were able to instigate outgrowth of dormant tumor cells in vivo. Also, dormant cells formed growing and metastatic tumors when injected into immune-compromised NGS mice. These results point to a role of chemotherapy in enabling treated tumor cells to acquire immune response-inducing capabilities, while impairing the recruitment of CD11b+ cells and their differentiation into an immune-suppressive cell. The molecular mechanisms underneath these effects are being further investigated. In conclusion, results obtained in this model indicate that chemotherapy can induce a dormant phenotype in cancer cells and that this state of dormancy can be broken by MDSCs educated by relapsing tumors. Understanding the mechanism beyond these effects, in particular unraveling the genetic or epigenetic determinants of dormancy vs relapse, might open the way to therapies aimed and maintaining residual cells escaping chemotherapy in a state of sustained dormancy. - La chimiothérapie est un traitement systémique largement utilisé chez les patients cancéreux qui donne un avantage de survie significatif pour une bonne partie de patients traités (1-3). Cependant, certains patients souffrent d'une rechute et progressent ensuite vers la métastase. Ceci suggère que leur tumeur résiduelle a développé un phénotype agressif suite à la chimiothérapie (4-5). Bien que certains mécanismes moléculaires impliqués dans la chimiorésistance et la rechute métastatique ont été identifiés, d'avantage d'études sont nécessaires afin de mieux comprendre ce phénomène et de développer des nouvelles thérapies cliniques. En utilisant un modèle syngénique de cancer du sein métastatique chez la sourie (4T1), nous avons observé que la sélection des cellules cancéreuses résistantes à la chimiothérapie in vitro peut induire deux phénotypes opposés: un phénotype de dormance et un phénotype de progression métastatique. Une étude précédente issue de notre laboratoire a démontré que l'irradiation de la glande mammaire favorise la métastase de tumeurs recourants suite au recrutement de cellules CD11b+ dans la tumeur primaire et dans les poumons pré-métastatiques. Dans notre étude nous avons constaté que les cellules CD11b+ peuvent également jouer un rôle important dans la formation de métastases induites par la chimiothérapie ainsi que dans le maintien de la dormance in vivo. Nous avons également observé un enrichissement de cellules tumorales exprimant le marqueur de cellule souche Sca-1 parmi les cellules tumorales résistantes à la chimiothérapie et dans les cellules qui on formé des métastases in vivo. Des cellules CD11b+ dérivées du microenvironnement tumorale favorisent l'expansion de la population de cellules tumorales Sca-1+ in vitro. Ces résultats suggèrent que l'expansion d'une population de cellules tumorales avec des caractéristiques de cellules souches pourrait constituer un mécanisme par lequel la chimiothérapie induit des métastases dans des tumeurs récurrentes. D'autre part le même traitement de chimiothérapie peut générer des cellules résistantes avec un phénotype dormant. Les expériences in vivo indiquent que les cellules tumorales dormantes induisent une réponse immunitaire inflammatoire dans le ganglion lymphatique de drainage, qui est normalement réprimée par des cellules myéloïdes suppressives de tumeur (MDSC). Une analyse d'expression de gènes a révélé l'enrichissement de gènes liés à l'invasion et à la métastase dans les cellules tumorales récurrentes et des gènes liés à la réponse immunitaire dans les cellules tumorales dormantes. Les cellules CD11b+ issues du microenvironnement des tumeurs récurrents ont incité la croissance des cellules tumorales dormantes in vivo, tandis que les cellules CD11b+ dérivées de la rate de souris non porteuses de tumeur ne l'étaient pas. Les mécanismes moléculaires sous-jacents restent à découvrir. En conclusion, les résultats obtenus dans ce modèle indiquent que la chimiothérapie pourrait favoriser non seulement l'induction d'une dormance cellulaire, mais également que les cellules dormantes seraient adroits de induire une réponse immunitaire capable les maintenir dans un état de dormance prolongé. Un déséquilibre dans cette réponse immunitaire pourrait des lors briser cet état de dormance et induire une progression tumorale. Comprendre les mécanismes responsables de ces effets, en particulier l'identification des déterminants génétiques ou épigénétiques liés à la dormance vs la rechute, pourraient ouvrir la voie à des nouvelles thérapies visant le maintien d'un état de dormance permanente des cellules résiduelles après chimiothérapie.