Complete Mitogenomes of Two Aragoa Species and Phylogeny of Plantagineae (Plantaginaceae, Lamiales) Using Mitochondrial Genes and the Nuclear Ribosomal RNA Repeat

Aragoa, comprising 19 high-altitude North Andean species, is one of three genera in the Plantagineae (Plantaginaceae, Lamiales), along with Littorella and Plantago. Based primarily on plastid data and nuclear ITS, Aragoa is sister to a clade of Littorella + Plantago, but Plantagineae relationships have yet to be assessed using multigene datasets from the nuclear and mitochondrial genomes. Here, complete mitogenomes were assembled for two species of Aragoa (A. abietina and A. cleefii). The mitogenomes of both species have a typical suite of genes for 34 proteins, 17 tRNAs, and three rRNAs. The A. abietina mitogenome assembled into a simple circular map, with no large repeats capable of producing alternative isoforms. The A. cleefii mitogenomic map was more complex, involving two circular maps bridged by a substoichiometric linear fragment. Phylogenetics of three mitochondrial genes or the nuclear rRNA repeat placed Aragoa as sister to Littorella + Plantago, consistent with previous studies. However, P. nubicola, the sole representative of subg. Bougueria, was nested within subg. Psyllium based on the mitochondrial and nuclear data, conflicting with plastid-based analyses. Phylogenetics of the nuclear rRNA repeat provided better resolution overall, whereas relationships from mitochondrial data were hindered by extensive substitution rate variation among lineages.

TP53 isoform junction reads based analysis in malignant and normal contexts

TP53 is one of the most frequently altered genes in cancer; it can be inactivated by a number of different mechanisms. NM_000546.6 (ENST00000269305.9) is by far the predominant TP53 isoform, however a few other alternative isoforms have been described to be expressed at much lower levels. To better understand patterns of TP53 alternative isoforms expression in cancer and normal samples we performed exon-exon junction reads based analysis of TP53 isoforms using RNA-seq data from The Cancer Genome Atlas (TCGA), Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE), and Genotype-Tissue Expression (GTEx) project. TP53 C-terminal alternative isoforms have abolished or severely decreased tumor suppressor activity, and therefore, an increase in fraction of TP53 C-terminal alternative isoforms may be expected in tumors with wild type TP53. Despite our expectation that there would be increase of fraction of TP53 C-terminal alternative isoforms, we observed no substantial increase in fraction of TP53 C-terminal alternative isoforms in TCGA tumors and CCLE cancer cell lines with wild type TP53, likely indicating that TP53 C-terminal alternative isoforms expression cannot be reliably selected for during tumor progression.

Roles of developmentally regulated KIF2A alternative isoforms in cortical neuron migration and differentiation

ABSTRACTKIF2A is a kinesin motor protein with essential roles in neural progenitor division and axonal pruning during brain development. However, how different KIF2A alternative isoforms function during development of the cerebral cortex is not known. Here, we focus on three Kif2a isoforms expressed in the developing cortex. We show that Kif2a is essential for dendritic arborization in mice and that the functions of all three isoforms are sufficient for this process. Interestingly, only two of the isoforms can sustain radial migration of cortical neurons; a third isoform, lacking a key N-terminal region, is ineffective. By proximity-based interactome mapping for individual isoforms, we identify previously known KIF2A interactors, proteins localized to the mitotic spindle poles and, unexpectedly, also translation factors, ribonucleoproteins and proteins that are targeted to organelles, prominently to the mitochondria. In addition, we show that a KIF2A mutation, which causes brain malformations in humans, has extensive changes to its proximity-based interactome, with depletion of mitochondrial proteins identified in the wild-type KIF2A interactome. Our data raises new insights about the importance of alternative splice variants during brain development.

Μηχανική μάθηση για την ανάλυση μεγάλων βιολογικών δεδομένων

H παρούσα διδακτορική διατριβή εντάσσεται στα πλαίσια των ερευνητικών περιοχών της Βιοπληροφορικής και της Ανάλυσης Μεγάλων Δεδομένων με Μηχανική Μάθηση. Πρωταρχικό στόχο αποτελεί η ανάπτυξη υπολογιστικών μοντέλων ικανών να εξάγουν χρήσιμες πληροφορίες από την επεξεργασία βιολογικών δεδομένων, που θα οδηγήσουν στη διεύρυνση της γνώσης σε ανοιχτά βιολογικά ζητήματα. Η έρευνα εστιάζει σε δύο βιολογικούς στόχους, στην αναγνώριση μικρών ανοικτών παραθύρων ανάγνωσης (sORFs) που κωδικοποιούν πρωτεΐνες και στη ρύθμιση της έκφρασης κωδικών και μη κωδικών γονιδίων. Τα τελευταία χρόνια έχει αναγνωριστεί μια αυξανόμενη ποικιλία πεπτιδίων μικρότερων των 100 κωδικονίων σε διάφορους οργανισμούς, από βακτήρια έως ανθρώπους, τα οποία δρουν ως ρυθμιστές πολλών κρίσιμων διαδικασιών όπως ο μεταβολισμός, η ανάπτυξη, και ο κυτταρικός θάνατος. Επιπρόσθετα με τις αλληλουχίες που κωδικοποιούν μεγάλες πρωτεΐνες, υπάρχουν πολλά μικρά ανοιχτά πλαίσια ανάγνωσης που επεξεργάζονται από τον μεταφραστικό μηχανισμό των κυττάρων παράγοντας μικρά πεπτίδια. Οι μικρές πεπτίδικές αλυσίδες συνήθως δεν καταγράφονται στους σχολιασμούς πρωτεομικής καθώς λόγω του μικρού τους μεγέθους θεωρείται ότι συμβαίνουν τυχαία και αποτυγχάνουν να πετύχουν υψηλές βαθμολογίες σε δείκτες λειτουργικότητας όπως για παράδειγμα η συντήρηση. Το ανοιχτό ζήτημα της πιθανότητας κωδικοποίησης πεπτιδίων από μικρά ανοιχτά πλαίσια ανάγνωσης προσεγγίστηκε στην παρούσα διατριβή με την ανάπτυξη του D-sORF, ενός αλγορίθμου μηχανικής μάθησης που προβλέπει την ικανότητα των sORFs να κωδικοποιούν πρωτεΐνες, ενσωματώνοντας στατιστικά στοιχεία της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας και πληροφορίες μοτίβου γύρω από το κωδικόνιο μεταγραφικής έναρξης. Ο αλγόριθμος βαθμολογεί τις αλληλουχίες εισόδου με τρόπο ανάλογο της πιθανότητας που αποδίδει το μοντέλο πρόβλεψης στην κωδικοποίηση πεπτιδίων από πραγματικά κωδικοποιητικά ORFs. Χρησιμοποιεί αποκλειστικά την υποκείμενη γονιδιωματική αλληλουχία, αποφεύγοντας την ενσωμάτωση παραμέτρων όπως η συντήρηση (conservation), η οποία στην περίπτωση των sORFs μπορεί να μειώσει την ποιότητα των αποτελεσμάτων. Το επόμενο βιολογικό ζήτημα που απασχόλησε την παρούσα διατριβή αποτελεί ο χαρακτηρισμός των υποκινητών κωδικών και μη κωδικών RNAs. Το πρωτόκολλο CAGE έχει αναδειχθεί ως μία εξαιρετικά αποδοτική πειραματική τεχνική στην αναγνώριση θέσεων έναρξης της μεταγραφής και κατ’ επέκταση των υποκινητών. Παρά την αυξανόμενη δημοτικότητά του ως πειραματικό πρωτόκολλο αναγνώρισης υποκινητών, η εξειδίκευση του CAGE σχετικά με την αναγνώριση συμβάντων έναρξης μεταγραφής στο γονιδίωμα έχει αρκετούς περιορισμούς. Υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις ότι εκτός από τις περιοχές υποκινητών, το CAGE αναγνωρίζει θέσεις προσθήκης καλύπτρας (capping sites) σε διάφορες άλλες περιοχές όπως υποπροϊόντα ματίσματος (splicing byproducts) και εναλλακτικές ισομορφές (alternative isoforms), που μπορούν να συνοψιστούν ως μεταγραφικός θόρυβος. Ως αποτέλεσμα, μόνο ένα υποσύνολο των εμπλουτισμένων περιοχών σε σήμα CAGE βρέθηκε να αλληλεπικαλύπτεται με την περιβάλλουσα περιοχή σχολιασμένων TSS. Αυτό αποτελεί σημαντικό εμπόδιο στις ερευνητικές μελέτες που στοχεύουν στον εμπλουτισμό των βιολογικών μονοπατιών με τις ρυθμιστικές περιοχές των γονιδίων. Στοχεύοντας στον διαχωρισμό των πραγματικών γεγονότων μεταγραφής, αναπτύχθηκε το ADAPT-CAGE, ένα αλγοριθμικό πλαίσιο με υψηλή διακριτική ικανότητα που χρησιμοποιεί ένα πολύ-επίπεδο μοντέλο μηχανικής μάθησης. Εκμεταλλεύεται δομικά χαρακτηριστικά της ακολουθίας DNA, μοτίβα πρόσδεσης της POL II και την γονιδιακή έκφραση, για την απόδοση βαθμολογίας στην κάθε μία κορυφή CAGE. Πέρα του μοντέλου μηχανικής μάθησης αναπτύχθηκε και ένα πολυδιάστατο πλαίσιο αξιολόγησης, βασισμένο τόσο σε πειραματικά δεδομένα όσο και υπολογιστικές μεθόδους. Η σύγκριση με αντίστοιχους αλγόριθμους επεξεργασίας CAGE δεδομένων για την ταυτοποίηση TSS σέ όλες τις επιμέρους αξιολογήσεις ανέδειξε την ποιότητα των αποτελεσμάτων του αλγόριθμου. Στη συνέχεια της παρούσας ο αλγόριθμος ADAPT CAGE εφαρμόστηκε σε μεγάλο πλήθος δειγμάτων από κυτταρικές σειρές, πρωτογενή κύτταρα και ιστούς για την ταυτοποίηση των υποκινητών των miRNA. Η αναγνώριση υποκινητών των miRNA είναι μια θεμελιώδης προσπάθεια για την κατανόηση και τον χαρακτηρισμό των υποκείμενων μηχανισμών τόσο των φυσιολογικών όσο και των παθολογικών καταστάσεων. Ο αναλυτικός σχολιασμός των θέσεων έναρξης της μεταγραφής και των υποκινητών συνδυάστηκε με πειραματικά αλλά και υπολογιστικά ταυτοποιημένες θέσεις πρόσδεσης μεταγραφικών παραγόντων για κάθε δείγμα, τροφοδοτώντας ένα αποθετήριο δεδομένων ρύθμισης των miRNAs. Το αποθετήριο miRGen v4 είναι δημοσίως προσβάσιμο από την επιστημονική κοινότητα. Συνέχεια της έρευνας στον τομέα της ανίχνευσης των κορυφών του σήματος CAGE που αντιστοιχεί σε πραγματικά γεγονότα μεταγραφής αποτέλεσε ο Dis-TSS αλγόριθμος. Σε αυτή την έρευνα συγκεράστηκαν τεχνικές επεξεργασίας σήματος με Μηχανική Μάθηση. Χαρακτηριστικά από τα πεδία του χώρου και των συχνοτήτων εξήχθησαν από τις κορυφές CAGE. Η σημασία κάθε χαρακτηριστικού εκτιμήθηκε και διατηρήθηκαν μόνο εκείνα που εμφάνιζαν υψηλή προγνωστική ικανότητα. Στη συνέχεια αποτέλεσαν το σύνολο εκπαίδευσης ενός συστήματος μηχανικής μάθησης που διαχωρίζει τα γεγονότα έναρξης της μεταγραφής από τον θόρυβο. Η ανάπτυξη αξιόπιστων αλγορίθμων και αποθετηρίων στα πλαίσια της παρούσας διατριβής μπορεί να διαδραματίσουν θεμελιώδη ρόλο στην αποκάλυψη βιολογικών συμπερασμάτων, ωθώντας τον ορίζοντα της επιστημονικής γνώσης ακόμη περισσότερο.

Alternative isoforms of KDM2A and KDM2B lysine demethylases negatively regulate canonical Wnt signaling

A precisely balanced activity of canonical Wnt signaling is essential for a number of biological processes and its perturbation leads to developmental defects or diseases. Here, we demonstrate that alternative isoforms of the KDM2A and KDM2B lysine demethylases have the ability to negatively regulate canonical Wnt signaling. These KDM2A and KDM2B isoforms (KDM2A-SF and KDM2B-SF) lack the N-terminal demethylase domain, but they are able to bind to activated promoters in order to repress them. We have observed that KDM2A-SF and KDM2B-SF bind to and repress the promoters of AXIN2 and CYCLIN D1, two canonical Wnt signaling target genes. Moreover, KDM2A-SF and KDM2B-SF can repress a Wnt-responsive luciferase reporter. The transcriptional repression mediated by KDM2A-SF and KDM2B-SF, but also by KDM2A-LF, is dependent on their DNA binding domain, while the N-terminal demethylase domain is dispensable for this process. Surprisingly, KDM2B-LF is unable to repress both the endogenous promoters and the luciferase reporter. Finally, we show that both KDM2A-SF and KDM2B-SF are able to interact with TCF7L1, one of the transcriptional mediators of canonical Wnt signaling. KDM2A-SF and KDM2B-SF are thus likely to affect the transcription of the TCF7L1 target genes also through this interaction.

Drosophila SWR1 and NuA4 complexes are defined by DOMINO isoforms

Histone acetylation and deposition of H2A.Z variant are integral aspects of active transcription. In Drosophila, the single DOMINO chromatin regulator complex is thought to combine both activities via an unknown mechanism. Here we show that alternative isoforms of the DOMINO nucleosome remodeling ATPase, DOM-A and DOM-B, directly specify two distinct multi-subunit complexes. Both complexes are necessary for transcriptional regulation but through different mechanisms. The DOM-B complex incorporates H2A.V (the fly ortholog of H2A.Z) genome-wide in an ATP-dependent manner, like the yeast SWR1 complex. The DOM-A complex, instead, functions as an ATP-independent histone acetyltransferase complex similar to the yeast NuA4, targeting lysine 12 of histone H4. Our work provides an instructive example of how different evolutionary strategies lead to similar functional separation. In yeast and humans, nucleosome remodeling and histone acetyltransferase complexes originate from gene duplication and paralog specification. Drosophila generates the same diversity by alternative splicing of a single gene.

The role of exon II HTR2A transcript isoforms in the development of mental pathologies and antipsychotic therapy prognosis

Психические расстройства ассоциированы с нарушением паттерна изоформ транскриптов экзона II гена HTR2A за счет преобладания альтернативной изоформы Е2-. При этом высокий уровень экспрессии изоформы Е2- ассоциирован с благоприятным прогнозом антипсихотической терапии. The aim of the study was to analyze the role of exon II HTR2A gene transcript isoforms and rs6311 genetic variant in the development of mental pathologies and antipsychotic therapy prognosis. Alternative isoforms of exon II HTR2A are associated with the development of mental pathologies and is applicable to predict antipsychotic therapy outcome.