Im ersten Teil dieser Arbeit wurden mittels molekular-zytogenetischer Methoden die chromosomalen Aberrationen in c-myc aktivierten ARFnull- und INK4a/ARFnull-Mauslymphomen untersucht. Die zytogenetischen Ergebnisse wurden mit dem Therapieverlauf der Mäuse nach Cyclophosphamid-Behandlung verglichen. In den ARFnull-Lymphomen erkannten wir den Gewinn des Chromosoms 14 als einen Marker für gute und den Gewinn des Chromosoms 6 als Marker für schlechte Behandlungserfolge. Auf den Chromosomen 6 und 14 der Maus liegen demnach bisher unbekannte Gene, welche für die Wahl der Behandlungsmethode ARF-defizienter Tumore von entscheidender Bedeutung sind. Der zweite Teil der Arbeit befaßt sich mit Common Fragile Sites (CFS), die als "hot spots" für chromosomale Brüche und Umbauten in Tumorgenese und Karyotypevolution diskutiert werden. CFSs treten als seltene Lücken im Chromatin oder als partiell deletierte bzw. rearrangierte Chromosomen auf. Ihre Zahl wird durch Zugabe von Replikations-hemmenden Chemikalen, wie Aphidicolin (APC), erheblich gesteigert. Wir untersuchten die CFS-Expression in Lymphozytenkulturen der Mausstämme BALB/c und C57BL/6. Die APC-induzierten CFS-Häufigkeiten der Chromosomenbanden wiesen im Vergleich zwischen beiden Mausstämmen eine signifikante Korrelation und damit eine starke Konservierung auf. Ebenfalls wurde zwischen Maus / Mensch-syntenischen Bereichen eine Konservierung der CFS-Häufigkeiten detektiert. Die Tendenz zur CFS-Bildung ist also ein spezifisches Merkmal jedes chromosomalen Abschnitts, das evolutionär konserviert ist. Weiterhin wurden einzelne CFSs mit molekular-zytogenetischen Methoden genauer kartiert. Auf diese Weise beschrieben wir erstmals eines der zehn häufigsten CFSs menschlicher Lymphozyten, FRA7K, und erweiterten somit die Anzahl molekular charakterisierter humaner CFSs auf insgesamt 13. Für fünf dieser CFSs analysierten wir mittels FISH-Analyse die homologen Bereiche im Mausgenom hinsichtlich ihrer CFS-Expression. Die beobachteten Läsionen traten jeweils in exakt den entsprechenden Sequenzen auf. Vereint man diese fünf Beispiele (FRA2G/Fra2D, FRA7G/Fra6A3.1, FRA7H/Fra6B1, FRA7K/Fra12C1 und FRA9E/Fra4C2) mit bekannten Homologen aus der Literatur, so wurde für insgesamt acht CFSs eine Konservierung zwischen Mensch und Maus auf molekularer Ebene gefunden. Trotz zahlreicher Untersuchungen ist der zelluläre Mechanismus, der die Ausbildung von CFSs an spezifischen Stellen des Genoms bewirkt, bis heute weitgehend unklar. Bekannt ist, daß CFSs durch Replikationsinhibition induziert werden und in Metaphase-Zellen sichtbar werden, welche DNA-Replikations-Checkpoints unterlaufen haben.Sämtliche jüngeren Studien beschrieben Inseln erhöhter DNA-Helix-Flexibilität (Schwankungen im Biegungswinkel des Moleküls) in den Bereichen von CFSs. Wir berechneten die DNA-Helix-Flexibilität entlang der Sequenz für alle molekular kartierten humanen und Maus-CFSs sowie für stabile Kontrollregionen. Anders als in der Literatur beschrieben, fanden wir für Mensch und Maus, daß sich CFSs und Kontroll-DNAAbschnitte in ihrer Dichte an Inseln mit erhöhter DNA-Helix-Flexibilität nicht unterschieden. Nahezu alle Regionen der häufigen molekular charakterisierten CFSs umfassen große Gene, deren Exons mehr als 650 kb genomische Sequenz überspannen. Im Gegensatz dazu traten große Gene in den stabilen Kontrollregionen deutlich seltener auf. Öffentlich zugängliche RNA-Expressionsdaten dieser Gene zeigten, daß CFSs bevorzugt in Bereichen mit transkriptionell aktiven, großen Genen entstehen. Darauf und auf dem Wissen aus der Literatur begründen wir die Hypothese, daß eine Blockierung der DNAReplikationsgabel, vor allem in Bereichen großer transkriptionell aktiver Gene - eventuell begründet durch deren offenere Chromatinstruktur - und das anschließende Unterlaufen von Zellzyklus-Checkpoints an der Bildung von CFSs und damit in einem Anstieg von Doppelstrangbrüchen beteiligt sind.

Die Verbindung von genetischen, physikalischen und zytologischen Daten ist entscheidend für die Genom- und Chromosomenanalyse. Obwohl Beta vulgaris (2n = 18) als wichtige Kulturpflanze und Untersuchungsobjekt der Grundlagenforschung eine intensiv analysierte Art darstellt, existiert bisher keine Verknüpfung zwischen Kopplungsgruppen (LG) und Chromosomen. B.-vulgaris-Chromosomen können zudem aufgrund fehlender morphologischer Unterscheidungsmerkmale bisher nicht einzeln identifiziert und klassifiziert werden. Somit sind zytogenetisch gewonnene Ergebnisse nicht ohne weiteres auf genetische Kopplungsgruppen und physikalische Karten übertragbar. Zytogenetische Methoden können zur Analyse struktureller Chromosomenveränderungen, zur Identifizierung und Lokalisierung von repetitiver DNA sowie zur Kartierung schwierig zu positionierender Marker verwendet werden. Ziel dieser Arbeit war es daher, ein FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung)-Verfahren zu etablieren, das die Kopplungsgruppen und Chromosomen der Zuckerrübe korreliert und die mikroskopische Identifizierung aller Chromosomenarme ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein FISH-Referenzkaryotyp der Zuckerrübe entwickelt. Durch ein Sondenset aus 18 BACs (bacterial artificial chromosome) sind alle Chromosomenarme der Zuckerrübe identifizierbar und werden mit den nördlichen und südlichen Enden der genetischen Kopplungsgruppen verknüpft. Somit ist eine einheitliche Nummerierung von Kopplungsgruppen und Chromosomen möglich. Durch die gleichzeitige Hybridisierung von chromosomenspezifischen BACs und den Satelliten-DNA-Sonden pAv34 und pBV VI beziehungsweise pEV und pBV wurden die Verteilungsmuster der Sequenzfamilien auf den Chromosomen ermittelt. Die gleichzeitige Hybridisierung aller vier repetitiven Sonden ergab ein chromosomenspezifisches Muster aus subtelomerischen, interkalaren und zentromerischen Signalen. Damit ist die Identifizierung aller B.-vulgaris-Chromosomen in einem einzelnen FISH-Experiment möglich. Zudem wurden dadurch die Chromosomen mit hohem Anteil an tandemartig angeordneten repetitiven Sequenzen identifiziert und die Chromosomenregionen lokalisiert, welche die Sequenzassemblierung behindern können. Sowohl das entwickelte BAC-Set als auch der Sondenpool aus repetitiver DNA unterscheiden die somatischen Metaphasechromosomen erstmals unabhängig von trisomen Linien. Da mit Hilfe der Satelliten-DNA-Sonden alle Chromosomen gleichzeitig markiert werden können, waren die spezifischen physikalischen Längen ermittelbar. Sie wurden mit den genetischen Längen der Kopplungsgruppen in Verbindung gebracht und deckten eine kopplungs-gruppenspezifische Rekombinationshäufigkeit zwischen 0,73 und 1,14 Mb/cM auf. Durch Hybridisierung der BACs und subtelomerischer beziehungsweise telomerischer Sonden auf Pachytänchromosomen wurde der Abstand der BACs sowie der in ihnen enthaltenen genetischen Marker zum physikalischen Chromosomenende abgeschätzt. An fünf Chromo-somenenden wurde ein deutlicher Abstand zwischen den Signalen des BACs und der terminalen Sonden festgestellt. Die zugehörigen Kopplungsgruppen sind demnach erweiterbar. Zudem wurden drei BACs mit nicht detektierbarem Abstand zum Chromosomenende durch FISH an gestreckten Chromatinfasern näher untersucht. Einer der drei BACs wurde eindeutig in unmittelbarer Nähe des Telomers nachgewiesen. Für dieses Ende (Chr 2N) ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass die Kopplungsgruppe durch zusätzliche Marker erweitert werden kann; sie wird darum als abgeschlossen angesehen. Für die Enden Chr 4S und Chr 9S war der Abstand zwischen BAC und terminaler Sonde zu groß, um ihn durch Fiber-FISH zu ermitteln. Für sie sind weitere distal zu positionierende Marker wahrscheinlich. Weiterhin wurden bioinformatische Analysen an der verfügbaren B.-vulgaris-Genomsequenz RefBeet 1.0 durchgeführt. Scaffolds, welche die genetischen terminalen Marker enthalten, wurden bioinformatisch identifiziert und auf ihren Gehalt subtelomerischer und telomerischer Sequenzen untersucht. Vorhandene terminale Sequenzen sind ein Nachweis für eine terminale Lokalisierung der in-silico-Chromosomenabschnitte. Für drei Scaffolds mit zuvor ungeklärter Lage wurde dadurch das in-silico-Chromosom ermittelt beziehungsweise die nördliche oder südliche Position auf dem Chromosom dargestellt. Durch die Lokalisierung dieser Bereiche innerhalb der Sequenz in Bezug zum genetischen Marker und unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Pachytän-FISH wurde die Strangorientierung von 16 Scaffolds ermittelt. Auf 14 Scaffolds wurden die Abstände der Marker zu den terminalen Sequenzen bestimmt. Der Median betrug etwa 196 kb. Für alle Kopplungsgruppenenden außer dem Norden von LG 2 und LG 4 ist das Vorhandensein weiterer distaler genetischer Marker wahrscheinlich. Satelliten-DNA ist innerhalb einer Art meist homogen, kann jedoch chromosomenspezifische Varianten ausbilden. Auf dem BAC-Marker für Chr 2N wurde durch Southern-Hybridisierung die subtelomerische Sequenzfamilie pAv34 detektiert. Von dem betreffenden BAC wurde eine Subklonbank erstellt. Durch Southern-Hybridisierung wurde der pAv34-Gehalt der Subklone analysiert. Positive Klone wurden sequenziert. Dabei wurden vier verschiedene vollständige pAv34-2N-Monomere detektiert. Im Vergleich mit pAv34-Volllängenmotiven aus der RefBeet 1.0 und dem Datensatz der nicht assemblierten Sequenzen der RefBeet 0.2 bilden die pAv34-2N-Einheiten mit pAv34-Kopien, die verschiedenen in-silico-Chromosomen und Contigs zugeordnet sind, eine Subfamilie. Aus den Sequenzen der Subklone wurden zwei Subklon-Contigs gebildet, die im in-silico-Chromosomenabschnitt von Chr 2N (Bvchr2.un.sca001) positioniert wurden. Dadurch wurden Regionen bisher unbekannter Sequenz entschlüsselt. Abweichungen zwischen den assemblierten Daten und den Subklonsequenzen deuten auf Assemblierungsfehler der Genomsequenz in repetitiven Bereichen hin. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse ermöglichen erstmalig die eindeutige Identifizierung aller B.-vulgaris-Chromosomen unabhängig vom Zellzyklusstadium und im Einklang mit genetischen Informationen. Zytogenetische sind jetzt mit molekularen Daten integrierbar und können verwendet werden, um den chromosomenspezifischen Satelliten-DNA-Gehalt aufzudecken und mögliche chromosomenspezifische Subfamilien zu identifizieren. Sie erlauben, physikalische Abstände zwischen Markern zu ermitteln und die Abdeckung von Kopplungsgruppen im terminalen Bereich zu untersuchen. Die Ergebnisse tragen dazu bei, Marker und nicht zugeordnete Contigs und Scaffolds zu kartieren, Ursachen für Lücken aufzudecken und damit die Sequenzdaten des Zuckerrübengenoms zu einer fortlaufenden, hochqualitativen Sequenz zu assemblieren. Die zytogenetischen Daten bilden zudem die Basis für zukünftige Untersuchungen struktureller Umbauten von Chromosomen, die während der Genomevolution stattfanden. / The correlation of genetic, physical and cytological data is crucial for interdisciplinary genome and chromosome analyses. Beta vulgaris (2n = 18) is an important crop and an object of basic research. Although it is an intensely analysed species, its genetic linkage groups (LG) have not been assigned to chromosomes. Additionally, sugar beet chromosomes lack distinct morphological features and could therefore not be identified and classified individually. Consequently, results generated by cytogenetic methods can not be readily applied to genetic and physical maps. Cytogenetic approaches enable analysing structural chromosomal changes, identifying and localizing repetitive DNA, and mapping of markers which are difficult to place within linkage maps. Therefore, the main objective of this work has been the development of a FISH (fluorescence in situ hybridization) procedure that correlates LGs with chromosomes of sugar beet and that allows the microscopic identification of individual chromosome arms. In this work a FISH reference karyotype for sugar beet has been established. A set of 18 BACs (bacterial artificial chromosome) allows the unequivocal identification of each sugar beet chromosome and assigns them to the southern and northern ends of LGs. Hence, the chromosomes are numbered in accordance with the genetic map. The arm-specific BACs and the satellite DNA families pBV and pBV VI or pEV and pAv34 have been hybridized simultaneously to assign the distribution patterns of the highly abundant sequence families to chromosomes. Simultaneous hybridization of the four repetitive probes revealed a chromosome-specific pattern of subtelomeric, intercalary and centromeric signals. Thus, each of the sugar beet chromosomes can be identified in a single FISH experiment. Furthermore, chromosomes with a high content of repetitive DNA have been identified and chromosomal regions that may hinder the correct sequence assembly have been localized. The BAC set as well as the pooled satellite DNA probes discriminate the somatic chromosomes for the first time independently from trisomic lines. Since the chromosomes are differentially labelled with the satellite DNA probes their physical distances could be determined and correlated with genetic distances of the corresponding LGs. A LG-specific recombination frequency from 0.73 to 1.14 Mb/cM has been disclosed. BACs and subtelomeric or telomeric sequences have been hybridized simultaneously on pachytene chromosomes to estimate distances between BACs plus the markers they contain and the physical chromosome ends. Five BACs showed substantial distances to the physical chromosome ends; the corresponding LGs could thus be extended by additional markers. Furthermore, three BACs showing only minor distances to chromosome ends have been investigated in detail by fiber-FISH. One of these BACs was localized closely adjacent to the telomere. For this chromosome end (Chr 2N) it is unlikely that the LG could be extended distally by additional markers and is therefore considered to be closed. The BACs for the chromosome ends Chr 4S and Chr 9S have been too distant from the terminal probe to be bridged by fiber-FISH. For them it is likely that further markers can be placed distally. Furthermore, the B. vulgaris genomic sequence RefBeet 1.0 has been investigated. Scaffolds containing terminal genetic markers have been identified bioinformatically and analysed for the content of subtelomeric and telomeric sequences. The occurrence of terminal sequences confirms the terminal localization of in silico chromosome segments. Three scaffolds with an initially unknown position could thus be allocated to in silico chromosomes and to the northern or southern position on the chromosome. The strand orientation of 16 scaffolds has been determined based on the localization of terminal sequences in relation to the genetic marker considering the results of FISH on pachytene chromosomes. The distance between markers and terminal sequences has been determined for 14 scaffolds. The median is 196 kb. It is likely that further markers can be placed distally from all LG ends except for the north of LG 2 and LG 4. Satellite DNA is usually homogenous within one species; however, it can form chromosome-specific variants. Southern hybridization revealed that the BAC marker for Chr 2N contains the subtelomeric sequence family pAv34. The BAC has been subcloned and the pAv34 content of the subclones has been analysed by Southern hybridization. Positive clones have been sequenced. Thereby, four pAv34-2N monomeres have been detected. Compared to full-length pAv34 motives derived from the RefBeet 1.0 and from unassembled sequence data of the RefBeet 0.2 the pAv34-2N units form a subfamily together with pAv34 copies assigned to different in silico chromosomes and contigs. The subclone sequences have been assembled to two subclone contigs, which have been positioned within the in silico chromosome segment of Chr 2N (Bvchr2.un.sca001). Thereby, regions of unknown sequence have been decoded and probable misassemblies in repetitive regions within the RefBeet 1.0 have been disclosed. The results obtained in this work enable the identification of all sugar beet chromosomes independently from their stage of cell division and in accordance with genetic information. Cytogenetic data are integrated with molecular data and can be used for identifying the chromosome-specific distribution of repeats and chromosome-specific repeat variants. They enable determining physical distances between markers and investigating the terminal coverage of LGs. The results support the correct mapping of markers and unassigned contigs, uncover reasons for gaps within maps and sequence assemblies, and thus contribute to assembling data into a continuous high quality genome sequence of sugar beet. Moreover, the cytogenetic data represent the basis for future investigations of structural chromosomal changes that took place during evolution.

Microarray expression analysis was carried out to identify genes with a role in epithelial ovarian cancer (EOC). The U133A Affymetrix GeneChipRTM was used to determine the expression patterns of the 3p25.3-ptel genes represented on the microarray in 14 primary cultures of normal ovarian surface epithelial (NOSE) samples, 25 frozen malignant ovarian tumor samples and four EOC cell lines. Seven genes with differential expression patterns in the tumor samples compared to the NOSE samples were identified as candidates for further analysis, starting with ARPC4, SRGAP3 and ATP2B2. Although none of the candidates had been previously studied in ovarian cancer, several had either family or pathway members that had. Expression patterns seemed unaffected by either tumor histopathological subtype or the allelic imbalances observed with loss of heterozygosity (LOH) analysis. The absence of association with genomic context suggested that differential expression was the result of transcriptional regulation rather than direct targeting.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 4 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Umeå : Umeå universitet, 2010.

Thesis (doctoral)--Göteborg University, 2005. / Includes bibliographical references (p. 438-449) and index.

Diss. (sammanfattning) Umeå : Umeå universitet, 2010.

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No. of bitstreams: 1 gimenez_omp_dr_rcla.pdf: 25788766 bytes, checksum: da0e0599de64bcf81bfb8ddceda0c8e7 (MD5) Previous issue date: 2017-12-12 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Os cromossomos sexuais se originam independentemente de um par de homólogos autossômicos e em várias linhagens apresentam características comuns, tais como acúmulo de vários tipos de DNA repetitivo, restrição da recombinação e perda ou ganho de genes devido á diferenciação morfológica e genética entre os cromossomos sexuais X e Y ou Z e W. Estas características representam um exemplo fascinante de convergência evolutiva. Em Orthoptera, o sistema cromossômico sexual comumente encontrado na maioria das espécies estudadas é do tipo X0♂/XX♀. Entretanto, sistemas cromossômicos sexuais derivados dos tipos neo-XY♂/XX♀ e neo- X1X2Y♂/X1X1X2X2♀ são também observados, surgindo repetidamente por fusões cêntricas e em tandem, inversões e dissociações envolvendo cromossomos sexuais ancestrais e autossomos. O presente trabalho teve três objetivos. Primeiro, entender o possível papel dos DNAs repetitivos na estrutura/diversificação dos cromossomos sexuais simples e derivados, a partir do isolamento e mapeamento físico de sequências, tais como, famílias multigênicas, DNA satélite (DNAsat) e microssatélites, nas espécies Gryllus assimilis, Cycloptiloides americanus e Eneoptera surinamensis. Segundo, testar e comparar transcrição diferencial de DNAsat entre diferentes tecidos, sexos e espécies a partir de transcriptomas de Gryllus assimilis, G. bimaculatus, G. firmus e G. rubens, com o objetivo de entender os possíveis papéis funcionais destas sequências na regulação gênica, modulação da cromatina e como componentes funcionais de importantes estruturas como telômeros, centrômeros e cromossomos sexuais. Terceiro, a partir de transcriptomas de espécies de grilos (Gryllus assimilis, G. bimaculatus e G. firmus) prospectar genes codificadores de proteínas relacionados com a determinação sexual, envolvidos com o fitness reprodutivo e genes enviesados do sexo, responsáveis pelas diferenças fenotípicas entre machos e fêmeas, e tentar elucidar de uma maneira comparativa os fatores evolutivos atuando nestes loci. Origem de novo de cromossomos sexuais mediante rearranjos cromossômicos, assim como acúmulo de DNA repetitivo que levaram a diferenciação entre cromossomos sexuais são relatados em C. americanus (X1X20) e E. surianmensis (neo-X1X2Y). Estas características observadas em grilos representam outro caso notável de convergência evolutiva devido os cromossomos sexuais não relacionados compartilharem muitas propriedades entre táxons distantes. Acúmulo surpreendente de loci de DNAsat foi encontrado no neo-Y altamente diferenciado de E. surinamensis, incluindo 39 DNAsat representados em excesso neste cromossomo, que é a maior diversidade de DNAsat até agora relatada para cromossomos sexuais. Foi documentado que, particularmente os DNAsat, contribuíram grandemente para o aumento de tamanho genômico entre G. assimilis e E. surinamensis. Um achado interessante foi a identificação de DNAsat conservados entre espécies de grilos (Gryllus assimilis, G. bimaculatus e G. firmus), mas transcritos diferencialmente. Os dados relativos à presença de DNAsat no genoma de G. assimilis foram discutidos em um contexto evolutivo, com dados transcricionais permitindo comparações entre os sexos e entre os tecidos quando possível. Foram discutidas hipóteses para a conservação e transcrição de DNAsat em Gryllus, que podem resultar do seu papel na diferenciação sexual no nível da cromatina, na formação da heterocromatina e na função centromérica. Outra descoberta foi a identificação de genes determinantes do sexo e outros genes relacionados ao fitness reprodutivo, como a biossíntese de hormônios de insetos e ritmo circadiano entre espécies de Gryllus. Os efetores e os alvos downstream das vias de determinação do sexo foram previamente identificados em outros insetos, mas nunca em Orthoptera. Usando G. assimilis como modelo para estudar genes enviesados do sexo foi possível identificar um conjunto de genes altamente expressos que podem explicar diferenças fenotípicas entre os sexos. Estimou-se que os genes codificadores de proteínas relacionadas com a diferenciação sexual e com o fitness reprodutivo evoluem mais rapidamente do que os genes não reprodutivos (genes housekeeping) como resultado de uma forte seleção positiva nos primeiros. Além disso, foi encontrado que as espécies estudadas apresentam níveis excepcionalmente elevados de duplicações gênicas. As descobertas sugerem que as duplicações gênicas podem desempenhar um papel na expressão de genes enviesados do sexo no grilo de campo G. assimilis, uma espécie que no futuro provavelmente irá fornecer informações sobre genômica funcional e epigenética da determinação do sexo. / Sex chromosomes have arisen independently from an ordinary autosomal pair and in several lineages they present common characteristics, such as accumulation of distinct classes of repetitive DNAs, restriction of the recombination and loss or gain of genes due to the morphological and genetic differentiation between the sexual chromosomes X and Y or Z and W. These characteristics represent a fascinating example of evolutionary convergence. In Orthoptera, the X0♂/XX♀ sex-determining system is considered modal but eventually, diverse sex chromosome systems evolved several times, such as neo-XY♂/XX♀, X1X20♂/X1X1X2X2♀ and even neo- X1X2Y♂/X1X1X2X2♀. It was found that particularly centric fusions (i.e., Robertsonian translocations) and tandem fusions with autosomes, dissociations and inversions contributed to the formation of neo-sex chromosomes in Orthoptera. The present work had three objectives. First, get insights of the role of repetitive DNAs in the structure/diversification of simple and derivative sex-chromosomes by isolation and physical mapping of repetitive DNA sequences, such as multigene families, satellite DNA (satDNA) and microsatellites using Gryllus assimilis, Cycloptiloides americanus e Eneoptera surinamensis, as models. Second, looking at differential satDNA transcription between different tissues, sexes, and species from transcriptomes of Gryllus assimilis, G. bimaculatus, G. firmus and G. rubens, I tried to understand the possible functional roles of these sequences in gene regulation, chromatin modulation and as functional components of important structures such as telomeres, centromeres and sex chromosomes. Third, using transcriptomes from cricket species (Gryllus assimilis, G. bimaculatus and G. firmus), I searched for genes encoding proteins related to sexual determination, reproductive fitness and sex-biased genes which are responsible for the phenotypic differences between males and females. I also tried to elucidate in a comparative way the evolutionary factors acting at these loci. De novo origin of sex chromosomes by chromosomal rearrangements, as well as repetitive DNA accumulation that led to the differentiation between sex chromosomes are reported for C. americanus (X1X20) e E. surianmensis (neo-X1X2Y). These features observed in crickets represent another remarkable case of evolutionary convergence because unrelated sex chromosomes share many common properties among distant taxa. Especially astonishing accumulation of satDNAs loci was found in the highly differentiated neo-Y, including 39 satDNAs over-represented in this chromosome, which is the greatest satDNAs diversity yet reported for sex chromosomes. It has been documented that, particularly the satDNA, contributed greatly to the increase in genomic size between G. assimilis and E. surinamensis. An interesting finding was the identification of satDNA conserved among species of crickets (Gryllus assimilis, G. bimaculatus and G. firmus), but differentially transcribed. The data regarding satDNA presence in G. assimilis genome was discussed in an evolutionary context, with transcriptional data enabling comparisons between sexes and across tissues when possible. I discussed hypotheses for the conservation and transcription of satDNAs in Gryllus, which might result from their role in sexual differentiation at the chromatin level, heterochromatin formation, and centromeric function. Another finding was the identification of sex-determining genes and other genes related to reproductive fitness, such as biosynthesis of insect hormones and circadian rhythm among Gryllus species. The effectors as well as downstream targets of sex-determination pathways have been previously identified in other insects but never in Orthoptera. Using G. assimilis to study sex-biased genes I identified a set of highly expressed genes that might account for phenotypic differences between sexes. Furthermore, I estimated that proteinencoding reproductive genes evolve faster than non-reproductive genes as result of strong positive selection at those loci. It was documented that the species studied harbor exceptionally high levels of gene duplications. The findings suggest that gene duplications may play a role in sex-biased genes expression in the field cricket G. assimilis, a species likely to yield insights into the functional genomics and epigenetics of sex determination. / FAPESP: 2014/02038-8

Chez les Mammifères, le succès de la fécondation et d’un développement embryonnaire viable résident principalement dans la qualité des cellules reproductrices : les gamètes mâles (spermatozoïdes) et femelles (ovocytes) apportant chacun la moitié du patrimoine génétique du futur individu. Dès lors que ce patrimoine génétique est endommagé par différents processus tels que les attaques radicalaires communément appelées stress oxydant, cela peut compromettre la qualité des gamètes et par conséquent le succès de la reproduction. En effet, les dommages oxydants à l’ADN spermatique sont une des causes d’infertilité masculine fréquemment associés aux échecs reproductifs dans le cadre de conception naturelle ou artificielle chez l’homme. Afin de mieux appréhender l’impact des dommages oxydants sur la qualité des spermatozoïdes, notre équipe a généré des modèles murins présentant des atteintes oxydantes de l’ADN associées à des échecs reproductifs. Dans un de ces modèles nous avons pu montrer que tout le noyau spermatique n’était pas concerné de la même façon par les altérations oxydantes. De même, à l’échelle des chromosomes murins les investigations de l’équipe suggéraient que tous n’étaient concernés de la même façon. Dans ce travail de thèse, j’ai développé et mis en œuvre des protocoles d’hybridation in situ en fluorescence (FISH) permettant de montrer que la susceptibilité des chromosomes à l’oxydation est déterminée par la position des chromosomes dans le noyau spermatique murin. En parallèle de cette étude, je me suis intéressé à l’épigénome spermatique et plus particulièrement à la méthylation de l’ADN en conditions de stress oxydant. Les résultats préliminaires montrent qu’un environnement post-testiculaire pro-oxydant peut altérer le profil épigénétique spermatique. Dans un développement pré-clinique du sujet, j’ai contribué à montrer qu’une supplémentation orale antioxydante permettait de corriger les dommages oxydants à l’ADN, en modifiant la réponse antioxydante globale du tissu épididymaire des animaux. / In Mammals, the success of fertilization and embryonic development, are associated to the quality of the reproductive cells: male gametes (spermatozoa) and female gametes (oocytes); each bringing half of the genetic heritage of the future individual. This genetic heritage may be compromised by various processes a very common one being radical attacks in cases of oxidative stress, it could diminish the quality of gametes and therefore the success of reproduction. It is well described that sperm DNA oxidative damage (SDOD) is one of the causes of male infertility frequently associated with reproductive failures in the context of natural or artificial conception in humans. To better understand the impact of oxidative damage on the quality of sperm, our team generated mouse models with SDOD. Characterization of these transgenic mice has shown that SDOD alone was associated with increased embryo defects, miscarriages and perinatal mortality. The team also brought forward that SDOD concerns preferentially specific regions of the sperm nucleus. In addition, the team suggested that sperm chromosomes were not identically susceptible to oxidative damage.In this thesis work, I developed and implemented fluorescence in situ hybridization (FISH) protocols to study chromosome positioning in the mouse sperm. I confirmed that susceptibility of chromosomes to oxidation is determined by their position in the murine sperm nucleus. In parallel, I addressed the question whether the sperm epigenome (particularly DNA methylation) was modified in a situation of post-testicular oxidative stress. Preliminary results seem to show that SDOD disturbs the sperm epigenetic profile.In parallel, in a pre-clinical approach, I contributed to show that an oral antioxidant supplementation can correct SDOD by modifying the antioxidant response of the epididymal tissue of the treated animals.

Les téléostes, le clade possédant le plus d’espèces parmi les vertébrés, emploient une saisissante diversité de mécanismes de détermination du sexe, incluant des mécanismes génétiques et environnementaux. Des études récentes ont identifié de nombreux nouveaux régulateurs génétiquesdu développement sexual des poissons et ont introduit la notion de “terrain de jeux évolutif”. Le but de ce projet de thèse est de donner une vue complète des dynamiques évolutives des déterminants du sexe dans un ordre de téléostes, les Esociformes. Dans notre espèce focale, Esox lucius, nous avons identifié une duplication d’un membre de la famille des TgfB – une famille qui a émergé en tant que fondamentale dans la régulation du sexe chez les téléostes – comme MSD (gène controlant la détermination du sexe). Nous avons obtenu des preuves fonctionnelles du rôle de ce gène en tant que MSD, de son interaction avec des facteurs environnementaux, ainsi que des nouvelles informations sur les processus évolutifsCe gène est perdu dans une population de la même espèce en Amérique du Nord, mais il est conservé parmi les autres Esociformes. En parallèle, d’autres systèmes de détermination du sexe ont été identifiés dans des espèces proches. De plus, dans des clades plus distants comme Umbra et Dallia, le MSD d’Esox n’est pas présent, et d’autres mécanismes implicants de nouveaux MSD ont été identifiés, complefixiant l’histoire évolutive des MSD dans ce groupe, qui reflète la plasticité génétique observée dans les téléostes en général. / Teleost fishes, the most species-rich clade among vertebrates, employs an astonishing diversity of sex-determining (SD) mechanisms, including environmental and genetic systems. Recent studies identified many new genetic regulators in fish sexual development that lead to the notion of an 'evolutionary playground'.This thesis project aims to provide a complete picture of the evolutionary dynamic of SD systems within a small order of teleost, Esociformes. In our focal species Esox lucius, we idenWhile the gene is lost in another population of the same species rapidly possibly during post-glacial recolonization process, it is well conserved among different species. Meanwhile, additional transition of SD system have also been identified in a sister Esox species. Moreover, in the most distant genera Dallia and Umbra, the Esox master SD gene is not present and we found different SD mechanisms with novel SD genes that adds additional layers of complexity to this group, which mirrors the observed high genetic plasticity in teleost SD