Magister Scientiae - MSc / Sexual assault is a significant problem facing the South African society. In this context, efficient but also affordable genotyping systems are needed for positive identification of criminals in incidences of sexual violence. The aim of this study was therefore to develop non-commercial Y-STR genotyping systems suitable for sexual assault cases in South Africa. Y-chromosome STR loci constituting the minimal haplotype are still the most widely used loci in investigating sexual assault cases despite the fact that DYS391 and DYS392 have shown low levels of polymorphism in Xhosa populations in Cape Town. The minimal haplotype was, therefore, further investigated in the Cape Muslim population. The Cape Muslim population generally exhibited high GD values among all the South African populations. These values were higher than 0.5 for most loci, and ranged from 0.447 for DYS391 to 0.957 for DYS385. The highest number of alleles in most loci was also recorded in this population. The overall assessment of the minimal haplotype has shown that this system is still a useful in investigating sexual assault case in many South African subpopulations. Therefore the exercise of internal validation of the minimal haplotype system was successfully carried out in the laboratory. The properties of additional novel and widely used STRs were also investigated in this study. Loci were successfully sequenced and allele nomenclature was assigned to them according to the ISFG guidelines. / South Africa

Magister Scientiae - MSc / The aim of the present study was to evaluate the power of discrimination and genetic (diversity) parameters in the Y chromosome extended haploytpe markers in populations of Tanzania for forensic and populations studies. Eleven Y chromosome extended haplotype markers were selected for this study, these includes Minimal haplotypes markers i.e. DYS19, DYS390, DYS391, DYS392, DYS393, DYS385a/b, DYS389I/II and two additional markers DYS438 and DYS439. Six populations of Tanzania were investigated under this study. These populations were selected based on the language family categories; Niger Congo (Kuria and Sukuma), Nilo Saharan (Luo and Maasai) and Afro Asiatic (Iraqw and Alagwa). / South Africa

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Assortative Mating, the tendency for mate selection to occur on the basis of similar traits, plays an essential role in understanding the genetic variation on academic achievements and intelligence (IQ). It is an important mechanism explaining spousal concordance. We used principal component analysis (PCA) for spousal correlation. There is a significant positive correlation between spouses by the new variable PC1 (correlation coefficient=0.515, p<0.0001). We further research the genetic factor that affects IQ by using the same data. We performed a low density genome-wide association (GWA) analysis with a family-based association test to identify genetic variants that associated with intelligence as measured by WAIS full-score IQ (FSIQ). NTM at 11q25 (rs411280, p=0.000764) and NR3C2 at 4q31.23 (rs3846329, p=0.000675) were 2 novel genes that haven't been associated with IQ from other studies. This study may serve as a resource for replication in other populations and a foundation for future investigations.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / La maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative caractérisée par la détérioration progressive et irréversible de toutes les facultés intellectuelles. Les récents développements scientifiques, et en particulier les apports de la génétique moléculaire, ont permis des avancées considérables dans la compréhension de l'étiologie de cette maladie. En fait, il s'agit d'une maladie dont les causes, tant environnementales que génétiques, sont nombreuses. Malgré ces progrès remarquables, les causes précises de la majorité des cas de MA demeurent en cette année 1999, inconnues. Il faut en déduire que d'autres facteurs restent à être identifiés. Plusieurs indices biochimiques et génétiques suggèrent qu'une anomalie mitochondriale pourrait être impliquée dans le développement de la MA. Ainsi, on rapporte que l'activité de l'un des maillons de la chaîne respiratoire mitochondriale (complexe cytochrome oxydase) est diminuée en comparaison d'individus normaux du même âge. La littérature scientifique suggère très fréquemment que le génome mitochondrial pourrait être la cause de ce déficit enzymatique. Cependant, aucune publication n'a pu jusqu'à ce jour lever le voile sur le rôle exact que joue ce génome dans la MA. Pour cette raison, nous avons amorcé un programme de recherche ayant pour but premier d'étudier la séquence de l'ADN mitochondrial (ADNmt) d'un nombre important de patients et de témoins provenant, pour la grande majorité, de la population fondatrice du Saguenay-Lac-St-Jean. Notre objectif était de déterminer si le déficit de l'activité cytochrome oxydase (CO) était associé à des variations de l'ADNmt situées dans les gènes pouvant affecter directement l'activité de cette enzyme (gènes COI, COII, COIII et les 22 ARN de transfert mitochondriaux). Avant de débuter l'analyse du génome mitochondrial, nous avons mesuré l'activité CO dans différentes régions du cortex cérébral de patients décèdes de la MA et comparé l'activité mesurée à celle d'individus normaux ou décèdes suite au développement d'une autre maladie neurodégénérative (démence à corps de Lewy, maladie de Parkinson ou démence cérébrovasculaire). Ainsi, nous avons démontré que l'activité CO était significativement diminuée dans le cortex frontal et pariétal des patients Alzheimer. Par contre, nous ignorons pourquoi certaines régions cérébrales, comme l'hippocampe qui est une structure très affectée par la MA, présentent une activité CO comparable à celle des témoins. D'autres part, nous avons observé que les patients Alzheimer de type sénile ayant une durée de maladie très courte ont une activité CO dans le cortex frontal et pariétal encore plus faible que ceux qui sun/ivent plus de dix ans à la maladie. Comme le niveau d'activité CO est un reflet de l'activité neuronale, on ne peut dire si cette diminution de fonction du complexe CO est réellement impliquée dans le développement de la MA ou si elle n'en est qu'une conséquence. Pour pouvoir incriminer ce déficit enzymatique, il faudrait pouvoir l'associer à une ou plusieurs anomalies génétiques, comme c'est le cas dans les cytopathies mitochondriales. Puisque le complexe CO est composé d'unités codées par le génome nucléaire et mitochondrial, la cause du déficit enzymatique pourrait se situer à l'intérieur de l'un de ces deux génomes. Pour notre étude, nous avons analysé toutes les régions du génome mitochondrial pouvant influencer le niveau d'activité de cette enzyme. C'est-à-dire les trois gènes indispensables à la formation du complexe CO (CO l, II et III) ainsi que les 22 ARN de transfert mitochondriaux (ARNt) qui servent à leur traduction. Au total, nous avons détecté la présence de 95 variations différentes à l'intérieur du génome mitochondrial de 69 patients Alzheimer et de 83 individus témoins. Ce qui ressort essentiellement de cette analyse génétique, c'est qu'il n'y a pas de différence majeure dans la séquence de l'ADNmt (gènes CO l, II, III et les 22 ARNt) entre les patients et les témoins. Nous pouvons donc affirmer que la baisse d'activité CO observée dans le cortex cérébral de la majorité des patients Alzheimer n'est pas causée directement par une anomalie de ces gènes mitochondriaux. En conséquence, l'hypothèse voulant que le génome mitochondrial soit la cause de ce déficit enzymatique et qu'il ait un rôle dans la MA est rejetée. Il existe seulement deux autres possibilités principales qui pourraient expliquer l'origine de ce déficit enzymatique. Soit que l'un des gènes nucléaires impliqués dans la formation ou le fonctionnement du complexe CO est défectueux ou finalement soit que cette diminution d'activité CO ne résulte que d'une adaptation de la chaîne respiratoire à une diminution importante de l'activité synaptique et du métabolisme cellulaire dans le cortex des patients Alzheimer. Néanmoins, nous ne pouvons pas totalement exclure la possibilité que l'ADNmt soit impliqué dans l'étiologie de la MA. En effet, nous avons observé qu'un nombre restreint de sujets sont porteurs de variations que l'on retrouve uniquement chez les individus qui ont développé la MA. Cependant, puisque ces variations sont relativement rares, elles ne sont certainement pas la cause du déficit CO présent chez la majorité des patients. Une de ces variations est un haplotype composé des polymorphismes situés aux positions 5633 (ARNtA'a), 7476 (ARNtSer) et 15812 (cytochrome b) que l'on a détecté chez 4,7% des patients mais chez aucun des 83 témoins. Étant donné que l'une de ces variations (15812) est déjà associée à une autre maladie neurodégénérative, que ces trois modifications sont modérément conservées et que leur fréquence dans différentes populations a été établie à environ 0,1%, nous pensons que la présence de cet haptotype pourrait représenter un risque de développer la MA. Il est donc possible que cette anomalie de l'ADNmt explique un faible pourcentage des cas de MA. Cependant, cette affirmation n'est pour l'instant que spéculative et ne serrait vérifiée que lorsque d'autres groupes de recherche auront confirmé ou infirmé cette association. D'autres résultats ont également été obtenus concernant, entre autres, 2 modifications de l'ADNmt qui avaient déjà été associées à la MA dans des études antérieures. Nous avons détecté ces deux variations (4336/ARNtQ et 5460/ND2) aussi bien chez les patients que chez les témoins; elles ne sont donc pas associées à la MA, du moins pas dans notre population. Par ailleurs, le troisième article (Chagnon étal., 1999) de la section résultat de cette thèse, rapporte que nous avons observé une différence significative (p Dans la dernière portion de notre étude, nous avons mesuré le taux de mutations somatiques (mutations ponctuelles qui s'accumulent au cours de la vie d'un individu) de plusieurs sujets et démontré qu'il n'y a pas plus de mutagenèse dans le gène COIII de l'ADNmt chez les patients que chez les témoins. Ce mécanisme, souvent cité dans la littérature pour sa participation au phénomène du vieillissement cellulaire, ne serait pas la cause du déficit CO et ne jouerait aucun rôle dans l'étiologie de la MA. En conclusion, cette étude du génome mitochondrial a nécessité l'analyse de la séquence de près de 10 kb d'ADN chez plus de 150 individus (au total, plus de 1 million de nucléotides analysés). Malgré l'ampleur de cette tâche, nous savions dès le départ que cette étude complète des trois gènes CO et des 22 ARNt mitochondriaux était, en quelque sorte, préliminaire. En effet, comme la MA est une maladie complexe et que les gènes connus faisant partie de son étiologie n'expliquent qu'un faible pourcentage de cas Alzheimer, il était peu probable de trouver un gène muté pouvant expliquer une majorité de cas. Le mieux que nous pouvions espérer était d'identifier des variations présentes chez certains patients mais pas chez les témoins. Le problème avec ce type de résultats, c'est qu'il est pratiquement impossible d'arriver à des conclusions fermes. Ainsi, pour l'haplotype que nous avons détecté chez un certain nombre de patients, il faudra attendre la confirmation de d'autres études ultérieures pour conclure définitivement de son implication dans la MA. -2- Quoi qu'il en soit, cette étude a déjà atteint un objectif très important puisque nous savons maintenant que les trois gènes CO et les 22 ARNt mitochondriaux, qui étaient des gènes candidats importants, ne sont pas la cause du déficit CO qui est observé chez la majorité des patients Alzheimer.

Die räumliche Organisation des Chromatins im Zellkern ist für die Regulierung der Genexpression von großer Bedeutung. Genomische Varianten können die räumliche Organisation jedoch stören und Fehlbildungen und Krankheiten verursachen. In diploiden Genomen sind die meisten genomischen Varianten heterozygot und beeinflussen hauptsächlich das homologe Chromosom, auf dem sie sich befinden. Daher ist eine allelspezifische Analyse wichtig, erweist sich aber mit aktuellen Methoden zur Erfassung der Chromatinkonformation als äußerst schwierig. Erstens ist der Haplotyp, der die Verteilung unterschiedlicher Allele über die homologen Chromosomen beschreibt, oft unbekannt. Zweitens ist, insbesondere in Genomen mit geringer Variantendichte, wie dem menschlichen Genom, eine eindeutige Zuordnung der sequenzierten Genomabschnitte (Reads) zu ihrem Ursprungschromosom häufig nicht möglich, was die Erstellung haplotypspezifischer Chromatinkontaktmatrizen von guter Qualität verhindert. Genome Architecture Mapping (GAM) ist eine vielversprechende neue Methode mit dem Potential zur haplotypspezifischen Analyse der Chromatinkonformation. In dieser Dissertation zeige ich zunächst, dass GAM-Daten wertvolle Haplotypinformationen enthalten. Dann stelle ich GAMIBHEAR vor, einen graphenbasierten Ansatz, der die von GAM-Daten abgeleiteten Phaseninformationen nutzt, um genaue und vollständige Haplotypen zu rekonstruieren. Schließlich stelle ich Co-Phasing vor, eine neue Read-Phasing-Strategie, die erstmalig die eindeutige Zuordnung von variantenfreien Reads zu ihrem homologen Ursprungschromosom ermöglicht und somit auch die Erstellung detaillierter haplotypspezifischer Chromatinkontaktmatrizen in Maus und Mensch. Im Gegensatz zu früheren Erkenntnissen belegen meine Ergebnisse große Unterschiede in der räumlichen Organisation homologer Chromosomenkopien und ermöglichen erstmals einen sehr detaillierten Einblick in die haplotypspezifische Chromatinkonformation des menschlichen Genoms. / The spatial organization of chromatin in the nucleus plays an essential role in precise gene expression. Genomic variants can disrupt this spatial organization, potentially causing malformations and diseases. In diploid genomes, most genomic variants are heterozygous and mainly influence the homologous chromosome they reside on. Studying the effects of these variants in an allele-specific manner is crucial but has proven challenging using current state-of-the-art techniques. First, the haplotype describing the distribution of variant alleles over the homologous chromosomes is often unknown. Second, especially in genomes with a low variant density, such as the human genome, most sequencing reads map to genomic regions that are identical between homologous chromosomes, making it difficult to determine their origin. Thus, the read-phasing efficiency is insufficient to generate haplotype-specific chromatin contact matrices of good quality. Genome Architecture Mapping (GAM) is a promising new method for haplotype-specific analysis of chromatin conformation. In this thesis, I first demonstrate the ability of GAM data to provide valuable haplotype information. Then, I introduce GAMIBHEAR, a graph-based approach that leverages the GAM-derived phase information to infer accurate and complete haplotypes. Finally, building on GAMIBHEAR, I present Co-Phasing, a novel read-phasing strategy that allows for the unique assignment of variant-free reads to their homologous chromosome of origin and thus enables the creation of detailed haplotype-specific chromatin contact matrices in mouse and human. In contrast to previous findings, my results show significant differences in the spatial organization of homologous chromosomes and provide the first detailed view of haplotype-specific chromatin conformation in the human genome.

Erythrocytes infected by mature forms of the Plasmodium falciparum parasite adhere to other components of the vascular space, a behavior considered critical to the pathogenesis of severe malaria. Adhesion is mediated by the P. falciparum erythrocyte membrane protein 1 (PfEMP1), a highly variant antigen expressed by the parasite and subject to switching during the course of an infection. The host ligands of PfEMP1 include CD36, ICAM-1 and the ABO antigens. By employing a series of population- and family-based association studies from multiple African populations, we examined whether variation in the genes underlying these molecules affects susceptibility to severe malaria. Our results suggest that a common frameshift mutation in the ABO glycosyltransferase, responsible for blood group O, is associated with protection from severe malarial phenotypes (P=2x10⁻⁷), particularly severe malarial anaemia. However, we found no significant disease associations with variation in either the ICAM1 or CD36 genes. We focused on two particular functional polymorphisms, the missense ICAM-1Kilifi and the CD36 nonsense mutation T1264G. We genotyped both markers in around 10,000 individuals, but neither demonstrated an association with severe malarial phenotypes. Malaria has been a profound selection pressure shaping human genetic diversity. The last decade has seen the development of several haplotype-based methods to detect signatures of recent positive evolutionary selection. These techniques are potentially invaluable tools in our hunt for genetic variants that protect from life threatening malaria. We used simulations and empirical data from the International HapMap Project to demonstrate the validity of searching for long regions of haplotype homozygosity, as an approach to finding alleles undergoing selective sweeps. We analysed genetic data from a range of populations, particularly those utilized by HapMap, to investigate whether our candidate genes were associated with signals of recent positive selection. We characterized the distribution of a selection event associated with the CD36 1264G allele, focused in Central-West Africa, and demonstrated a novel signal of low population differentiation at the ABO gene, suggestive of longstanding balancing selection. Our work confirms that variation in the host ligands of PfEMP1 modulates severe malaria susceptibility, and highlights the value of using signals of selection, along with functional experiments and genetic association studies, to dissect the biology of severe malaria.

Mon étude vise à évaluer la propagation d’une zoonose en émergence au Québec, la maladie de Lyme, en conséquence du réchauffement climatique. Le pathogène responsable de cette infection, Borrelia burgdorferi, est transmis par l’intermédiaire d’une tique parasite, Ixodes scapularis, de plus en plus commune au Québec en raison de l’augmentation de la température moyenne du climat depuis les dernières décennies. Puisque la tique a une capacité de déplacement très restreinte, on s'attend à ce que sa dispersion soit liée à celle de son hôte primaire, soit la souris à pattes blanches (Peromyscus leucopus). Je décrirai donc d’abord les espèces impliquées, leur écologie et leur rôle dans ce système à trois niveaux (hôte/pathogène/vecteur). Puis, à l’aide de séquences d’ADN mitochondrial, je comparerai la phylogéographie des deux principales espèces de souris au Québec, la souris à pattes blanches et la souris sylvestre (P. maniculatus). Des analyses d’arbres et de réseaux d’haplotypes ont révélé des différences significatives dans la structure génétique et ainsi montré que les populations de P. leucopus seraient en expansion dans le sud du Québec. Cette étude nous a finalement permis d’émettre des hypothèses sur le patron d’établissement de la maladie de Lyme au Québec. / My study aims to assess the spread of an emerging zoonosis in Québec, Lyme disease, as a consequence of global warming. The pathogen responsible for this infection, Borrelia burgdorferi, is transmitted through a tick parasite, Ixodes scapularis, increasingly common in Québec due to the elevation of the average temperature of the atmosphere over the past decades. Since the tick has a very limited dispersal capacity, it is expected that its dispersion is linked to that of its primary host, the white-footed mouse (Peromyscus leucopus). I first described the species involved, their ecology and role in this three-level system (host / pathogen / vector). Then, using mitochondrial DNA sequences, I compared the phylogeography of the two main mouse species in Québec, the white-footed mouse and the deer mouse (P. maniculatus). Analyses of trees and haplotype networks revealed significant differences in the genetic structure, and thus showed that populations of P. leucopus are expanding in southern Québec. This study finally allowed making assumptions on the pattern of establishment of Lyme disease in Québec.

Background: We aimed to increase the knowledge regarding the familial arrhythmogenic disorder Long QT Syndrome (LQTS) and its recessive variant Jervell and Lange-Nielsen Syndrome (JLNS) in Sweden, including prevalences and clinical phenotypes. A specific focus was directed towards two KCNQ1 mutations –p.Y111C and p.R518X- commonly identified in Swedish LQTS index cases. Methods: Cases and families with LQTS (p.Y111C or p.R518X) and JLNS were recruited via regional clinical practices, national referrals to the Clinical Genetics laboratory, Umeå University Hospital, and a national inventory. Molecular genetics methods were used for case ascertainment. Clinical data was obtained via medical records, a questionnaire, and/or an interview. Electrocardiograms were manually assessed. In p.R518X heterozygotes intra-familial phenotypic variability (QTc and cardiac events) was assessed by analysis of sequence variants (modifier genes). The origins of the mutations p.Y111C and p.R518X were investigated using genealogical and haplotype analysis (microsatellite markers). In families sharing a common haplotype mutation age and associated prevalence was analyzed using ESTIAGE and DMLE computer software. Results: We identified p.Y111C (170 mutation-carriers) and p.R518X (101 mutation-carriers) as two major causes of LQTS/JLNS in Sweden. LQTS phenotype was revealed to be relatively benign in p.Y111C and p.R518X (annual incidence of life-threatening cardiac events, before therapy 0.05% and 0.04%, respectively). Gender-specific effects of genetic modifiers on phenotypic expression were seen. A founder origin, approximately 600-700 years ago in two northern river valleys was established for p.Y111C and p.R518X, and a high prevalence of LQTS founder descendants suggested. A minimum JLNS prevalence of 1:200 000 in preadolescent Swedish children was revealed. JLNS phenotype was mainly severe, with a cumulative incidence of life-threatening cardiac events of 53% (annual incidence rate before therapy 5%) and four sudden deaths. Possible founder effects regarding four KCNQ1 mutations; p.Y111C (8%), p.R518X (50%), c.572_576del (17%) and p.Q530X (8%) together explained 83% of the JLNS mutation-spectrum in Sweden, consisting of 8 KCNQ1 mutations. Conclusion: The high prevalence of p.Y111C- and p.R518X-related LQTS as well as JLNS revealed in Sweden could be explained by the combination of mild clinical phenotypes in heterozygotes and strong founder effects present during the population development of northern Sweden. Increased knowledge regarding the occurrence of LQTS and JLNS as well as mutation- and/or genotype-specific data constitute prerequisites for possible improvement of patient management.

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