L'ordre dels primats inclou l'home i els seus parents més propers. Actualment, més de la meitat dels primats no humans es troben en perill d'extinció, principalment com a conseqüència de l'activitat humana. Això doncs, l'estudi dels primats és de gran rellevància des de dos punts de vista ben diferents, tant a nivell de conservació de les espècies com en biomedicina, genòmica comparada i evolució. El treball de tesi doctoral presentat aquí s'emmarca dins d'aquest context bilateral i pretén ser una aportació tant pel que fa al desenvolupament i aplicació d'eines moleculars per a la conservació de les espècies de primat com per a l'estudi de l'evolució d'aquests éssers.Aquest estudi es divideix en cinc apartats principals. Comença amb una Introducció en què descriu la diversitat que amaga l'ordre dels primats, el gran ventall de possibilitats que obre la genètica de la conservació, la importància de les duplicacions en l'evolució de les espècies i la història del cromosoma Y. A continuació s'estableixen els Objectius fonamentals proposats en aquesta tesi. Les fites principals són: determinar l'aplicabilitat de la tècnica de l'MDA sobre mostres no invasives, contribuir a desenvolupar un microarray de miniseqüència per a l'estudi dels primats i desemmascarar la història evolutiva de la família gènica RPS4Y en primats.El cos principal de la tesi està format pels tres capítols que constitueixen l'apartat dels Resultats. En el primer treball, publicat a "Biotechnology Journal" amb el títol "Sequence quality is maintained after multiple displacement amplification of non-invasively obtained macaque semen DNA", s'analitza la possibilitat d'aplicar la tècnica d'amplificació de genomes complets Multiple Displacement Amplification (MDA) amb mostres recol·lectades de manera no invasiva. Amb aquest estudi s'ha pogut demostrar que els productes d'MDA obtinguts a partir de mostres no invasives de semen de macaco són adequades per a la realització d'estudis genètics. En el segon treball, titulat "A microarray system for Y-chromosomal and mitochondrial SNP analysis in chimpanzee populations" i enviat a Molecular Ecology, s'ha desenvolupat un "microarray" de miniseqüència per estudiar la variabilitat de les poblacions de ximpanzé, ja siguin captives com en estat salvatge. El "microarray" inclou SNPs tant de cromosoma Y i com de gens mitocondrials, de manera que permet analitzar simultàniament la línia paterna i la línia materna, informació que és de gran interès quan s'estudien espècies en què mascles i femelles presenten diferent patró de migració, com els ximpanzés. Finalment, en el tercer estudi es descriu la història evolutiva dels gens RPS4Y dins de la filogènia dels primats. S'ha pogut determinar en 35 milions d'anys el moment de la duplicació que originà el gen RPS4Y2 i s'ha proposat que el seu manteniment en el genoma es deu a l'adquisició d'una nova funció relacionada amb l'espermatogènesi, almenys en el llinatge humà. Aquests resultats es troben recollits a l'article titulat "Molecular evolution of primate RPS4Y gene family" enviat a la revista "Molecular Biology and Evolution".Finalment, els resultats obtinguts durant el desenvolupament d'aquesta tesi es discuteixen d'una manera general dins l'apartat del Resum global. La memòria acaba amb les Conclusions més rellevants a què s'ha pogut arribar, exposades de manera específica i resumida. / Primate order includes humankind and its closest relatives. Nowadays, more than half of nonhuman primates are in peril, mainly due to human activities. Therefore, primate studies are of great interest from two important points of view, both for species conservation purposes and also in biomedicine, comparative genomics, and evolution.The aim of this thesis is to contribute both to the conservation of primate species and to the study of their evolution.This thesis includes the results of three different studies, already published or in preparation. The first study analyses the Multiple Displacement Amplification (MDA) technique in order to test its applicability on non-invasively collected samples. We have demonstrated that MDA products obtained from non-invasively collected macaque semen are suitable to carry out genetic analyses. In the second study we have developed a minisecuencing microarray to study the genetic variability in chimpanzee populations, both captive and wild-living. The microarray includes SNPs from the Y chromosome and from mitochondrial genes, so that it allows to simultaneously analyse the paternal and maternal lineages. Finally, the third study aimed to describe the evolution of primate RPS4Y genes. We have dated in 35 million years the origin of RPS4Y2 and we proposed a neofunctionalization process as the reason of its maintenance in the genome.

L'osteoporosi, una malaltia complexa determinada tant per factors genètics com ambientals, està caracteritzada per una reduïda densitat mineral òssia (DMO), un deteriorament de la microarquitectura òssia i un augment del risc de patir fractures osteoporòtiques. En el present treball ens vam plantejar estudiar les causes genètiques que determinen l'aparició de l'osteoporosi mitjançant la realització d'estudis d'associació i estudis funcionals. Els gens candidats clàssics per a l'osteoporosi que hem analitzat han estat el gen COL1A1, el gen ESR1, el gen VDR i el gen TGFB1. Els estudis d'associació s'han dut a terme en la cohort BARCOS formada per dones postmenopàusiques de l'àrea de Barcelona. Els resultats obtinguts en la cohort BARCOS han estat incorporats en el projecte GENOMOS (metaanàlisi prospectiva amb 20.000 mostres). En la cohort BARCOS vam observar que polimorfismes de canvi puntual de nucleòtid (SNP) del gen COL1A1 així com també determinats haplotips i la interacció entre ells o bé amb SNPs del gen VDR es trobaven associats a la DMO. Pel que fa al gen ESR1, vam trobar que l'haplotip LPX es trobava associat a la DMO femoral. Els resultats del projecte GENOMOS, van mostrar que només el polimorfisme Sp1 del gen COL1A1 es trobava associat a la DMO. En el projecte GENOMOS, els polimorfismes XbaI (ERSR1), Cdx2 (VDR) i Sp1 (COL1A1) es van trobar associats al risc de patir fractures.En la cohort BARCOS també vam analitzar l'efecte de SNPs situats en gens candidats no clàssics (RUNX2 i IL6R). Pel que fa a RUNX2 vam trobar que un SNP del promotor 2, però no un SNP del promotor 1 es trobava associat a la DMO femoral. Aquesta ha estat la primera vegada que SNPs del gen IL6R s'han analitzat en relació a fenotips osteoporòtics. Vam observar que SNPs i haplotips en aquest gen es trobaven associats a la DMO femoral i a l'índex de massa corporal (IMC). Com a segon objectiu ens vam plantejar completar l'estudi funcional dels SNPs del promotor del gen COL1A1 (-1997 G/T i -1663 indelT) en relació a les proteïnes CIZ/NMP4 i BMP2. Prèviament s'havia descrit que la proteïna CIZ/NMP4, un factor de transcripció arquitectònic que inhibeix la via osteoblastogènica de la BMP2, s'unia a la regió nucleotídica on es troba el SNP -1663 indelT. En les cèl·lules Saos-2 vam observar que el patró de transcripció de diferents construccions del promotor del gen COL1A1 fusionat al gen de la luciferasa era similar tant si aquestes eren tranfectades de manera estable o bé de forma transitòria. En estudiar l'efecte de la BMP2 sobre l'activitat transcripcional del gen COL1A1, vam observar que mentre el promotor basal disminuïa la seva activitat en presència de BMP2, les altres construccions analitzades l'augmentaven. Les construccions que eren estimulades en major grau presentaven la regió del promotor on es troben els polimorfismes. Tot i això, analitzant els diferents haplotips, vam observar que aquests no participaven en l'estimulació induïda per BMP2. In silico la regió estimulada per BMP2, presenta dues possibles caixes d'unió de factors de transcripció de la via de la BMP2. En mutagenitzar-les per separat, però, aquestes no van semblar participar en l'estimulació induïda per la BMP2. Seguidament vam analizar el patró d'expressió de CIZ/NMP4 en diversos teixits humans i vam observar que diverses isoformes s'expressaven simultàniament en tots ells i també en les cèl·lules d'osteosarcoma humanes Saos-2 i MG-63. Es van identificar les isoformes 11H, CIZ6.1, 21H i 21H-I1. Aquestes dues últimes van ser clonades i sobrexpressades de manera estable en les cèl·lules Saos-2, les quals es van transfectar transitòriament amb el promotor del gen COL1A1 i es van tractar amb BMP2. Els resultats van indicar que CIZ/NMP4 augmentava lleugerament la transcripció del gen COL1A1 en absència de BMP2. En presència de BMP2, i contràriament al què s'esperava, vam observar que la sobrexpressió de CIZ/NMP4 no tenia cap efecte. / "ASSOCIATION AND FUNCTIONAL STUDIES WITH CANDIDATE GENES FOR OSTEOPOROSIS" TEXT:Osteoporosis, a complex disease determined by genetic and environmental factors, is characterized by a reduced bone mineral density (BMD) and an increased risk of fracture. In this thesis we studied the genetic component of osteoporosis through association and functional studies. The classical candidate genes for osteoporosis we analyzed were COL1A1, ESR1, VDR and TGFB1. The association studies were performed with the BARCOS cohort, a group of postmenopausal women from Barcelona. The results obtained in this cohort were included in a prospective metaanalysis called GENOMOS (20,000 samples). In the BARCOS cohort we observed that SNPs in the COL1A1 gene, their haplotypes and interactions, and interactions with SNPs in the VDR gene were associated with BMD. The haplotype LPX (ESR1) was also associated with BMD. In GENOMOS, although several SNPs were found to be associated with fracture risk, the Sp1 polymorphism (COL1A1) was the only one associated with BMD. In the BARCOS cohort we also found that one SNP situated in promoter 2 of RUNX2 gene, but not one situated in promoter 1, was associated with BMD. Finally, this was the first time that SNPs in IL6R gene were analyzed in relation to osteoporosis and we found that they were associated with BMD and also with body mass index (BMI). The second aim of this thesis was the functional study of two SNPs situated in the promoter of COL1A1 gene in relation to CIZ/NMP4 and BMP2 proteins. It was known that CIZ/NMP4, an architectural transcription factor that inhibits the BMP2 osteoblastogenic pathway, binded to the COL1A1 promoter. We observed that the transcription pattern of differnt constructs of COL1A1 promoter was similar between transient and stable transfections. BMP2 stimulated all these constructs, except for the basal promoter. The constructs that were stimulated more, contained the region where the SNPs lie, but when the haplotypes were analyzed no differences were observed between them. In this region there are two putative transcription factor sites for the BMP2 pathway, but they seemed not to participate in the BMP2 stimulation. Several isoforms of CIZ/NMP4 were simultaneously expressed in different tissues. We identified 11H, CIZ6.1, 21H and 21H-I1 isoforms. These two last were stably overexpressed in Saos-2 cells, which were then transiently tranfected with COL1A1 promoter and treated with BMP2. In absence of BMP2, overexpression of CIZ/NMP4 isoforms slightly increased COL1A1 transcription.

S’ha estudiat la formació de sulfur d’hidrogen (H2S) i altres compostos de sofre volàtils lleugers com els mercaptans i disulfurs per part dels llevats durant la fermentació vínica. Es proposen mètodes per mesurar i evitar el problema de l’olor desagradable del H2S i els seus derivats, des de la vinya, el most, els llevats i el vi, i respectar les aromes pròpies de cada varietat. S’han analitzat diferents factors de la producció dels compostos de sofre, la descripció dels defectes associats, la formació dels sulfurs: anàlisi, identificació i quantificació dels sulfurs en vins, s’han identificat compostos com l’etil mercaptà, sulfur de dimetil i en menor quantitat el sulfur de dietil i el sulfur de metil. S’ha estudiat el moment de la formació en mostos model, i s’ha vist una o dues fases durant la fermentació on la producció de sulfur és alta. S’han estudiat les aromes típiques de varietats locals mitjançant l’anàlisi sensorial descriptiva. En un estudi de soques de llevat, s’ha observat que la majoria (60%) produeixen alguna quantitat de sulfurs durant la fermentació i que l’elecció de la soca és un factor important. S’han provat tres tipus de reg en vinya i s’ha vist que influeix en els estils dels vins i en els compostos nitrogenats dels mostos resultants. En vinya per la prevenció de l’oïdi es van fer tractaments alternatius sense sofre, per tal d’evitar la formació de sulfurs. Per a identificar el component genètic de la producció de H2S s’han comparat els transcriptomes de dues soques amb propietats enològiquessimilars, però diferent producció de H2S: UCD 522 (alta producció) i P29 (baixa producció). Les mostres es van extreure durant fermentacions en el moment de màxima producció de H2S. Degut a què no eren soques de laboratori es van fer tres tipus d’estudi del perfil de transcripció de les dues soques de llevat: un array basat en el cADN, un array basat en oligonucleòtids i un anàlisi per qRTPCR d’una selecció de transcripts. Els resultats foren similars amb les tres tècniques. Més del 90% dels gens no van mostrar diferències entre les dues soques. En canvi, la majoria dels gens relacionats amb la biosíntesi de la tiamina van tenir una sobreexpressió a la soca amb alta producció de H2S. Per contra, gens relacionats amb el catabolisme dels aminoàcids, una possible font de H2S, no van mostrar diferències d’expressió entre les dues soques. Això suggereix que, en les condicions estudiades, el metabolisme secundari com la biosíntesi de la tiamina i altres compostos amb sofre pot ser clau per explicar la producció de H2S per algunes soques de llevat durant la fermentació. En vins amb defectes de compostos de sofre volàtil s’han tractat amb citrat de coure i s’ha vist que podia ser una alternativa al sulfat de coure que s’ha fet servir tradicionalment.

Pluripotent cells are unique due to their developmental potential and the possibility to study them is the key step to understand human development. These cells are characterized by their ability to originate all the cellular lineages within an adult organism. Within embryonic milieu, pluripotent cells represent a dynamic fraction of the total cell number. Moreover, their physiological existence is constrained to early stages of embryonic development. In vitro culture of the different types of mammalian pluripotent cells, and singularly embryonic stem cells (ESC), enables the characterization of the pluripotent state. In the four articles included in this thesis we have addressed two different aspects of the molecular characterization of mammalian pluripotent cells. First, we investigated the establishment of the trophectoderm and the inner cell mass in the embryo measuring transcript abundance and protein presence of the transcription factors known to play a role in the earliest cellular differentiation process. In addition we have evaluated of genomic stability of human ESC lines during long-term culture, observing the accumulation of sukaryotypic aberrations such as loss of heterozygosity that affect loci comprising genes involved in genomic stability maintenance. We also checked the genomic status of two human ESC lines derived from embryos that had been diagnosed as abnormal after genetic preimplantation diagnosis (PGD). The molecular analysis of these cells ruled out the hypothesized self-correction of the aneuploidies between the PGD and the establishment of the cell lines. / Les cèl·lules pluripotents són úniques atesa la seva plasticitat durant el desenvolupament i la possibilitat d'estudiar-les és un pas essencial per poder comprendre el desenvolupament embrionari. Aquestes cèl·lules es caracteritzen per la seva habilitat per donar lloc a tots els llinatges cel·lulars de l'organisme. Dins de l'embrió, les cèl·lules pluripotents representen una fracció dinàmica del nombre total de cèl·lules i la seva existència fisiològica està constreta a els estadis més primerencs del desenvolupament embrionari. El cultiu in vitro dels diferents tipus de cèl·lules pluripotents en mamífers, i en especial les cèl·lules mare embrionàries, permet la caracterització d'aquest estat cel·lular. En els quatre capítols inclosos en aquesta tesi, hem tractat dos aspectes diferents de la caracterització molecular de les cèl·lules pluripotents. Primer, hem investigat l'establiment del trofectoderm i de la massa cel·lular interna en l'embrió mesurant l'abundància dels trànscrits i la presència de proteina dels factors de transcripció implicats en el primer process de diferenciació cel·lular conegut. A més, hem avaluat l'estabilitat genòmica de dues línies de cèl·lules mare en cultiu durant més de 40 passis. Com a resultat, hem observat l'acumulació de aberracions genòmiques a nivell subcariotípic, en especial pèrdua d'heterozigositat que afecta a locus que contenen gens implicats en el manteniment de l'estabilitat genòmica. També hem comprovat l'estatus genòmic de dos linies de cèl·lules mare embrionàries humanes derivades a partir d'embrions trobats aneuploids per un diagnòstic genètic preimplantacional. L'anàlisi molecular d'aquestes cèl·lules va descartar la hipòtesi d'una autocorrecció de les aneuploidies detectades entre el diagnòstic preimplantacional i la derivació de les línies a partir d'aquests embrions.

L’splicing és el mecanisme pel qual els introns són eliminats del pre-mRNA per generar un trànscrit madur. Aquest procés és dut a terme per un complex macromolecular anomenat spliceosoma i requereix el reconeixement dels senyals d’splicing al pre-mRNA. Aquests senyals no són sempre identificats correctament, el que permet la producció de trànscrits diferents a partir d’un únic pre-mRNA mitjançant un procés anomenat splicing alternatiu. Aquest procés pot ser regulat mitjançant factors proteics específics o per altres mecanismes que alteren el reconeixement dels senyals d’splicing com l’estructura secundària adoptada pels pre-mRNAs. En aquesta tesi hem investigat els mecanismes de regulació de l’splicing en eucariotes mitjançant tècniques computacionals. També hem estudiat la relació existent entre les proteïnes que intervenen en la regulació de l’splicing i els senyals d’splicing, i com han coevolucionat en diferents espècies. Finalment, i tenint en compte les possibilitats que l’splicing alternatiu ofereix des del punt de vista evolutiu, també hem analitzat l’impacte de l’splicing alternatiu en l’evolució gènica. / Splicing is the mechanism by which introns are removed from the pre-mRNA to create a mature transcript. This process is performed by a macromolecular complex, the spliceosome, and involves the recognition of the splicing signals in the premRNA. These signals are not always perfectly recognized, which allows the production of different mature transcripts from a single pre-mRNA through a process called alternative splicing. This process can be regulated by specific protein factors or by other mechanisms that affect the recognition of the splicing signals, such as the secondary structure adopted by the pre-mRNA. In this thesis we have investigated the mechanisms of splicing regulation in eukaryotes using computational approaches. Moreover, we have also studied the relationship that exists between protein factors involved in splicing regulation and splicing signals, and how they have co-evolved across species. Finally, and considering the possibilities that alternative splicing can offer from the evolutionary point of view, he have also analyzed the impact of alternative splicing in gene evolution.

In the last decade, molecular biology has expanded from a reductionist view to a systems-wide view that tries to unravel the complex interactions of cellular components. Owing to the emergence of high-throughput technology it is now possible to interrogate entire genomes at an unprecedented resolution. The dimension and unstructured nature of these data made it evident that new methodologies and tools are needed to turn data into biological knowledge. To contribute to this challenge we exploited the wealth of publicly available high-throughput genomics data and developed bioinformatics methodologies focused on extracting information at the pathway rather than the single gene level. First, we developed Gene Set Variation Analysis (GSVA), a method that facilitates the organization and condensation of gene expression profiles into gene sets. GSVA enables pathway-centric downstream analyses of microarray and RNA-seq gene expression data. The method estimates sample-wise pathway variation over a population and allows for the integration of heterogeneous biological data sources with pathway-level expression measurements. To illustrate the features of GSVA, we applied it to several use-cases employing different data types and addressing biological questions. GSVA is made available as an R package within the Bioconductor project. Secondly, we developed a pathway-centric genome-based strategy to reposition drugs in type 2 diabetes (T2D). This strategy consists of two steps, first a regulatory network is constructed that is used to identify disease driving modules and then these modules are searched for compounds that might target them. Our strategy is motivated by the observation that disease genes tend to group together in the same neighborhood forming disease modules and that multiple genes might have to be targeted simultaneously to attain an effect on the pathophenotype. To find potential compounds, we used compound exposed genomics data deposited in public databases. We collected about 20,000 samples that have been exposed to about 1,800 compounds. Gene expression can be seen as an intermediate phenotype reflecting underlying dysregulatory pathways in a disease. Hence, genes contained in the disease modules that elicit similar transcriptional responses upon compound exposure are assumed to have a potential therapeutic effect. We applied the strategy to gene expression data of human islets from diabetic and healthy individuals and identified four potential compounds, methimazole, pantoprazole, bitter orange extract and torcetrapib that might have a positive effect on insulin secretion. This is the first time a regulatory network of human islets has been used to reposition compounds for T2D. In conclusion, this thesis contributes with two pathway-centric approaches to important bioinformatic problems, such as the assessment of biological function and in silico drug repositioning. These contributions demonstrate the central role of pathway-based analyses in interpreting high-throughput genomics data. / En l'última dècada, la biologia molecular ha evolucionat des d'una perspectiva reduccionista cap a una perspectiva a nivell de sistemes que intenta desxifrar les complexes interaccions entre els components cel•lulars. Amb l'aparició de les tecnologies d'alt rendiment actualment és possible interrogar genomes sencers amb una resolució sense precedents. La dimensió i la naturalesa desestructurada d'aquestes dades ha posat de manifest la necessitat de desenvolupar noves eines i metodologies per a convertir aquestes dades en coneixement biològic. Per contribuir a aquest repte hem explotat l'abundància de dades genòmiques procedents d'instruments d'alt rendiment i disponibles públicament, i hem desenvolupat mètodes bioinformàtics focalitzats en l'extracció d'informació a nivell de via molecular en comptes de fer-ho al nivell individual de cada gen. En primer lloc, hem desenvolupat GSVA (Gene Set Variation Analysis), un mètode que facilita l'organització i la condensació de perfils d'expressió dels gens en conjunts. GSVA possibilita anàlisis posteriors en termes de vies moleculars amb dades d'expressió gènica provinents de microarrays i RNA-seq. Aquest mètode estima la variació de les vies moleculars a través d'una població de mostres i permet la integració de fonts heterogènies de dades biològiques amb mesures d'expressió a nivell de via molecular. Per il•lustrar les característiques de GSVA, l'hem aplicat a diversos casos usant diferents tipus de dades i adreçant qüestions biològiques. GSVA està disponible com a paquet de programari lliure per R dins el projecte Bioconductor. En segon lloc, hem desenvolupat una estratègia centrada en vies moleculars basada en el genoma per reposicionar fàrmacs per la diabetis tipus 2 (T2D). Aquesta estratègia consisteix en dues fases: primer es construeix una xarxa reguladora que s'utilitza per identificar mòduls de regulació gènica que condueixen a la malaltia; després, a partir d'aquests mòduls es busquen compostos que els podrien afectar. La nostra estratègia ve motivada per l'observació que els gens que provoquen una malaltia tendeixen a agrupar-se, formant mòduls patogènics, i pel fet que podria caldre una actuació simultània sobre múltiples gens per assolir un efecte en el fenotipus de la malaltia. Per trobar compostos potencials, hem usat dades genòmiques exposades a compostos dipositades en bases de dades públiques. Hem recollit unes 20.000 mostres que han estat exposades a uns 1.800 compostos. L'expressió gènica es pot interpretar com un fenotip intermedi que reflecteix les vies moleculars desregulades subjacents a una malaltia. Per tant, considerem que els gens d'un mòdul patològic que responen, a nivell transcripcional, d'una manera similar a l'exposició del medicament tenen potencialment un efecte terapèutic. Hem aplicat aquesta estratègia a dades d'expressió gènica en illots pancreàtics humans corresponents a individus sans i diabètics, i hem identificat quatre compostos potencials (methimazole, pantoprazole, extracte de taronja amarga i torcetrapib) que podrien tenir un efecte positiu sobre la secreció de la insulina. Aquest és el primer cop que una xarxa reguladora d'illots pancreàtics humans s'ha utilitzat per reposicionar compostos per a T2D. En conclusió, aquesta tesi aporta dos enfocaments diferents en termes de vies moleculars a problemes bioinformàtics importants, com ho son el contrast de la funció biològica i el reposicionament de fàrmacs "in silico". Aquestes contribucions demostren el paper central de les anàlisis basades en vies moleculars a l'hora d'interpretar dades genòmiques procedents d'instruments d'alt rendiment.

In this thesis we have studied genetic elements potentially contributing to the pathophysiology of psychiatric disorders, focusing on different sources of human genome variability, including SNPs and CNVs, which can affect not only coding genes but also RNA regulatory elements, such as miRNAs. First, we have interrogated different candidate genes for psychiatric disorders overlapping with known CNVs, finding 14 different genes variable in copy number in psychiatric disorders but not in control individuals. Then, narrowing the analysis on mood disorders, we explored GSK3β gene considering both SNPs and a partially overlapping CNV. The GSK3β promoter and intron 1 region was found significantly associated with an earlier onset of the major depressive disorder. Finally, we have found evidence possibly pointing to a precise post-transcriptional regulation of circadian rhythms by miRNAs in mood disorder patients. Concretely, a variant in the precursor form of miR-182 could play an important role in fine-tuning its target sites involved in the control of sleep/wake cycles. Overall, we have provided evidence of different types of genome variation on neuronal genes or miRNA regulatory regions that can potentially contribute to the development of psychiatric disorders. / En aquesta tesi hem estudiat elements genètics que podrien contribuir potencialment en la fisiopatologia dels trastorns psiquiàtrics, centrant-nos en diferents fonts de variabilitat genòmica humana, incloent els SNPs i els CNVs, els quals poden afectar no només a gens codificants sinó també a elements reguladors, com els miRNAs. Primer, vam interrogar diferents gens candidats per trastorns psiquiàtrics solapats amb CNVs coneguts, trobant que 14 gens eren variables en el número de còpia en pacients però no en individus controls. Després, restringint l'anàlisi a trastorns afectius, vam explorar el gen GSK3β considerant SNPs així com també un CNV que se solapa parcialment amb el gen. Vam trobar la regió del promotor i de l'intró 1 del gen GSK3β associada de manera significativa amb una inferior edat d'inici del trastorn de depressió major. Finalment, hem trobat evidències que possiblement indiquen una precisa regulació post-transcriptional dels ritmes circadians per miRNAs en pacients amb trastorns afectius. Concretament, una variant en la forma precursora del miR-182 podria jugar un paper important en la fina regulació dels seus gens diana implicats en el control dels cicles de son i vigília. En general, hem aportat evidències de què diferents tipus de variació genòmica en gens neuronals o regions reguladores com els miRNAs podrien contribuir potencialment en el desenvolupament de trastorns psiquiàtrics.

L'incessant augment del nombre de seqüències genòmiques, juntament amb l'increment del nombre de tècniques experimentals de les que es disposa, permetrà obtenir el catàleg complet de les funcions cel.lulars de diferents organismes, incloent-hi la nostra espècie. Aquest catàleg definirà els fonaments sobre els que es podrà entendre millor com els organismes funcionen a nivell molecular. Al mateix temps es tindran més pistes sobre els canvis que estan associats amb les malalties. Per tant, la seqüència en brut, tal i com s'obté dels projectes de seqüenciació de genomes, no té cap valor sense les anàlisis i la subsegüent anotació de les característiques que defineixen aquestes funcions. Aquesta tesi presenta la nostra contribució en tres aspectes relacionats de l'anotació dels gens en genomes eucariotes. Primer, la comparació a nivell de seqüència entre els genomes humà i de ratolí es va dur a terme mitjançant un protocol semi-automàtic. El programa de predicció de gens SGP2 es va desenvolupar a partir d'elements d'aquest protocol. El concepte al darrera de l'SGP2 és que les regions de similaritat obtingudes amb el programa TBLASTX, es fan servir per augmentar la puntuació dels exons predits pel programa geneid, amb el que s obtenen conjunts d'anotacions més acurats d'estructures gèniques. SGP2 té una especificitat que és prou gran com per que es puguin validar experimentalment via RT-PCR. La validació de llocs d'splicing emprant la tècnica de la RT-PCR és un bon exemple de com la combinació d'aproximacions computacionals i experimentals produeix millors resultats que per separat. S'ha dut a terme l'anàlisi descriptiva a nivell de seqüència dels llocs d'splicing obtinguts sobre un conjunt fiable de gens ortòlegs per humà, ratolí, rata i pollastre. S'han explorat les diferències a nivell de nucleòtid entre llocs U2 i U12, pel conjunt d'introns ortòlegs que se'n deriva d'aquests gens. S'ha trobat que els senyals d'splicing ortòlegs entre humà i rossegadors, així com entre rossegadors, estan més conservats que els llocs no relacionats. Aquesta conservació addicional pot ser explicada però a nivell de conservació basal dels introns. D'altra banda, s'ha detectat més conservació de l'esperada entre llocs d'splicing ortòlegs entre mamífers i pollastre. Els resultats obtinguts també indiquen que les classes intròniques U2 i U12 han evolucionat independentment des de l'ancestre comú dels mamífers i les aus. Tampoc s'ha trobat cap cas convincent d'interconversió entre aquestes dues classes en el conjunt d'introns ortòlegs generat, ni cap cas de substitució entre els subtipus AT-AC i GT-AG d'introns U12. Al contrari, el pas de GT-AG a GC-AG, i viceversa, en introns U2 no sembla ser inusual. Finalment, s'han implementat una sèrie d'eines de visualització per integrar anotacions obtingudes pels programes de predicció de gens i per les anàlisis comparatives sobre genomes. Una d'aquestes eines, el gff2ps, s'ha emprat en la cartografia dels genomes humà, de la mosca del vinagre i del mosquit de la malària, entre d'altres. El programa gff2aplot i els filtres associats, han facilitat la tasca d'integrar anotacions de seqüència amb els resultats d'eines per la cerca d'homologia, com ara el BLAST. S'ha adaptat també el concepte de pictograma a l'anàlisi comparativa de llocs d splicing ortòlegs, amb el desenvolupament del programa compi. / El aumento incesante del número de secuencias genómicas, junto con el incremento del número de técnicas experimentales de las que se dispone, permitirá la obtención del catálogo completo de las funciones celulares de los diferentes organismos, incluida nuestra especie. Este catálogo definirá las bases sobre las que se pueda entender mejor el funcionamiento de los organismos a nivel molecular. Al mismo tiempo, se obtendrán más pistas sobre los cambios asociados a enfermedades. Por tanto, la secuencia en bruto, tal y como se obtiene en los proyectos de secuenciación masiva, no tiene ningún valor sin los análisis y la posterior anotación de las características que definen estas funciones. Esta tesis presenta nuestra contribución a tres aspectos relacionados de la anotación de los genes en genomas eucariotas. Primero, la comparación a nivel de secuencia entre el genoma humano y el de ratón se llevó a cabo mediante un protocolo semi-automático. El programa de predicción de genes SGP2 se desarrolló a partir de elementos de dicho protocolo. El concepto sobre el que se fundamenta el SGP2 es que las regiones de similaridad obtenidas con el programa TBLASTX, se utilizan para aumentar la puntuación de los exones predichos por el programa geneid, con lo que se obtienen conjuntos más precisos de anotaciones de estructuras génicas. SGP2 tiene una especificidad suficiente como para validar esas anotaciones experimentalmente vía RT-PCR. La validación de los sitios de splicing mediante el uso de la técnica de la RT-PCR es un buen ejemplo de cómo la combinación de aproximaciones computacionales y experimentales produce mejores resultados que por separado. Se ha llevado a cabo el análisis descriptivo a nivel de secuencia de los sitios de splicing obtenidos sobre un conjunto fiable de genes ortólogos para humano, ratón, rata y pollo. Se han explorado las diferencias a nivel de nucleótido entre sitios U2 y U12 para el conjunto de intrones ortólogos derivado de esos genes. Se ha visto que las señales de splicing ortólogas entre humanos y roedores, así como entre roedores, están más conservadas que las no ortólogas. Esta conservación puede ser explicada en parte a nivel de conservación basal de los intrones. Por otro lado, se ha detectado mayor conservación de la esperada entre sitios de splicing ortólogos entre mamíferos y pollo. Los resultados obtenidos indican también que las clases intrónicas U2 y U12 han evolucionado independientemente desde el ancestro común de mamíferos y aves. Tampoco se ha hallado ningún caso convincente de interconversión entre estas dos clases en el conjunto de intrones ortólogos generado, ni ningún caso de substitución entre los subtipos AT-AC y GT-AG en intrones U12. Por el contrario, el paso de GT-AG a GC-AG, y viceversa, en intrones U2 no parece ser inusual. Finalmente, se han implementado una serie de herramientas de visualización para integrar anotaciones obtenidas por los programas de predicción de genes y por los análisis comparativos sobre genomas. Una de estas herramientas, gff2ps, se ha utilizado para cartografiar los genomas humano, de la mosca del vinagre y del mosquito de la malaria. El programa gff2aplot y los filtros asociados, han facilitado la tarea de integrar anotaciones a nivel de secuencia con los resultados obtenidos por herramientas de búsqueda de homología, como BLAST. Se ha adaptado también el concepto de pictograma al análisis comparativo de los sitios de splicing ortólogos, con el desarrollo del programa compi. / The constantly increasing amount of available genome sequences, along with an increasing number of experimental techniques, will help to produce the complete catalog of cellular functions for different organisms, including humans. Such a catalog will define the base from which we will better understand how organisms work at the molecular level. At the same time it will shed light on which changes are associated with disease. Therefore, the raw sequence from genome sequencing projects is worthless without the complete analysis and further annotation of the genomic features that define those functions. This dissertation presents our contribution to three related aspects of gene annotation on eukaryotic genomes. First, a comparison at sequence level of human and mouse genomes was performed by developing a semi-automatic analysis pipeline. The SGP2 gene-finding tool was developed from procedures used in this pipeline. The concept behind SGP2 is that similarity regions obtained by TBLASTX are used to increase the score of exons predicted by geneid, in order to produce a more accurate set of gene structures. SGP2 provides a specificity that is high enough for its predictions to be experimentally verified by RT-PCR. The RT-PCR validation of predicted splice junctions also serves as example of how combined computational and experimental approaches will yield the best results. Then, we performed a descriptive analysis at sequence level of the splice site signals from a reliable set of orthologous genes for human, mouse, rat and chicken. We have explored the differences at nucleotide sequence level between U2 and U12 for the set of orthologous introns derived from those genes. We found that orthologous splice signals between human and rodents and within rodents are more conserved than unrelated splice sites. However, additional conservation can be explained mostly by background intron conservation. Additional conservation over background is detectable in orthologous mammalian and chicken splice sites. Our results also indicate that the U2 and U12 intron classes have evolved independently since the split of mammals and birds. We found neither convincing case of interconversion between these two classes in our sets of orthologous introns, nor any single case of switching between AT-AC and GT-AG subtypes within U12 introns. In contrast, switching between GT-AG and GC-AG U2 subtypes does not appear to be unusual. Finally, we implemented visualization tools to integrate annotation features for gene- finding and comparative analyses. One of those tools, gff2ps, was used to draw the whole genome maps for human, fruitfly and mosquito. gff2aplot and the accompanying parsers facilitate the task of integrating sequence annotations with the output of homologybased tools, like BLAST.We have also adapted the concept of pictograms to the comparative analysis of orthologous splice sites, by developing compi.

El treball presentat en aquesta tesi és un estudi de la diversitat genètica en un conjunt de gens implicats en funcions neurològiques ("Gens cerebrals"). Hom ha examinat vint-i-dos gens implicats en els sistemes de neurotransmissió dopaminèrgic, serotoninèrgic i glutamatèrgic. L'objectiu de l'estudi té dos vessants: per una banda l'anàlisi de la diversitat genètica en un conjunt de gens implicats en malaltia humana, en aquest cas en malaltia psiquiàtrica, en poblacions humanes mundials, amb la intenció d'assentar les bases per propers esforços de mapatge genètic; i per altra banda analitzar la diversitat genètica en aquest conjunt de gens per tal de descobrir evidències d'esdeveniments històrics, incloent possibles evidències de selecció. / The work presented in this thesis is a study of the genetic variation in a set of genes related to neurological function ('Brain genes'). Twenty two genes are examined, all of which are involved in either the Dopaminergic, Serotonergic or the Glutamatergic systems of neurotransmission.The objective of the study has two aspects: on the one hand the analysis of genetic variation in a set of genes which are implicated in human disease, in this case psychiatric disease, across global human populations, towards the end of providing some new insight for gene mapping efforts, and on the other hand the study of genetic variation in this set of genes may reveal traces of the population history events undergone, including possible evidence for selection.

We have investigated genetic variation in microRNA-mediated regulation as a susceptibility factor for anxiety disorders following two different approaches. We first studied two isoforms of the candidate gene NTRK3 by re-sequencing its different 3'UTRs in patients with Panic (PD) and Obsessive Compulsive disorders (OCD) as well as controls. Two rare variants that altered microRNA-mediated regulation were identified in PD. Conversely, association of a common SNP with OCD hoarding subtype was found. Moreover, we have also studied a possible involvement of microRNAs in anxiety disorders. Consequently, we have analysed the genomic organisation and genetic variation of miRNA-containing regions to construct a panel of SNPs for association analysis. Case-control studies revealed several associations. However, it is worth remarking the associations of miR-22 and miR-488 with PD; two microRNAs for which functional assays and transcriptome analysis after microRNA overexpression showed significant repression of a subset of genes involved in physiological pathways linked to PD development. / Hem investigat la variació genètica a la regulació mediada per microRNAs com a factors de susceptibilitat pels trastorns d'ansietat seguint dues aproximacions diferents. Primer vam estudiar dues isoformes del gen candidat NTRK3 mitjançant la reseqüenciació dels seus diferents 3'UTRs a pacients de pànic (TP), a pacients amb trastorn obsessiu compulsiu (TOC) i a controls. Dues variants rares que alteren la regulació mediada per microRNAs foren identificades per TP. D'altra banda, es trobà associació d'un SNP comú amb el subtipus acumulador de TOC. A més, també hem estudiat la possible implicació dels microRNAs als trastorns d'ansietat. Conseqüentment, hem analitzat l'organització genòmica i la variació genètica a regions que contenen microRNAs per construir un panell d'SNPs per fer anàlisis d'associació. Els estudis cas-control van revelar algunes associacions. Tanmateix, val la pena destacar les associacions del miR-22 i el miR-488 amb TP; dos microRNAs pels quals assajos funcionals i anàlisis de transcriptoma després de la seva sobreexpressió han mostrat una repressió significativa d'un grup de gens implicats en vies fisiològiques lligades al desenvolupament del TP.