A research report submitted to the faculty of health sciences, University of the Witwatersrand, Johannesburg, in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Density Johannesburg, 2017 / MT2017

Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1949. / Typescript. Vita. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references (leaves 116-118).

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

Le xeroderma pigmentosum (XP) est une affection autosomique récessive avec déficience dans un système de réparation de l'ADN appelé réparation de l'excision des nucléotides (NER). Le XP comprend 7 groupes de complémentation, de XPA à XPG. Le xeroderma pigmentosum type C (XPC) est l'une des formes les plus courantes en Europe, aux Etats-Unis et au Japon. Les hétérozygotes ne sont pas affectés, alors que les homozygotes ont une sensibilité au soleil précoce et sévère qui endommage la peau et les yeux. La maladie commence au début de la vie avec la première exposition à la lumière du soleil. L'âge médian d'apparition est de 1 à 2 ans, la peau présentant rapidement les signes associés habituellement à des années d'exposition au soleil. Le terme XP fait référence au phénotype qui inclut la xérose et l'hyperpigmentation. Cependant, l'altération du phénotype pigmentaire de la peau associée aux effets du rayonnement UV, qui est parmi les premières manifestations cliniques dans la plupart des troubles NER, a été relativement négligée jusqu'à présent, sans étude systématique. En conséquence, l'objectif principal de cette thèse est d'étudier le mécanisme par lequel la déficience en protéine XPC affecte la pigmentation. Nos données cliniques ont révélé que les manifestations pigmentaires chez les patients XP-C apparaissent progressivement pour être manifestes vers l'âge de deux ans sous forme, dans les zones exposées au soleil, de nombreuses taches hypo- et hyper-pigmentées. De plus, le phénotype pigmentaire (c'est-à-dire la distribution des taches hypo- et hyper-pigmentées) des patients XP-C examiné sur une longue période de temps a révélé un profil relativement stable dans l'espace. L'analyse des zones hypo- et hyper-pigmentées de la peau chez les patients XP-C a montré que le nombre de mélanocytes et la quantité de mélanine sont significativement diminués dans la zone hypo pigmentée. L'analyse protéomique sur les taches hypo- et hyper-pigmentées a été réalisée et a permis d’identifier des voies de signalsation d’intérêt. Pour étudier en détail le mécanisme moléculaire soustendant l'effet de la déficience en XPC sur la pigmentation, nous avons utilisé la peau reconstruite humaine, qui reproduit de nombreuses caractéristiques morphologiques et moléculaires de la peau humaine. Les résultats montrent que l'extinction du gène XPC dans les mélanocytes en utilisant la technologie CRISPR/ Cas9 pourrait être utilisé comme un modèle pour reproduire la maladie en raison de la rareté des patients. / Xeroderma pigmentosum (XP) is an autosomal recessive disorder with deficiency in aDNA repair system called nucleotide excision repair (NER). XP comes into 7 complementationgroups, XPA-XPG. Xeroderma pigmentosum type C (XPC) is one of the morecommon forms in Europe, USA and Japan. Heterozygotes are unaffected, while homozygoteshave an early and severe sun sensitivity which damages the skin and eyes.The disease begins in early life with the first exposure to sunlight. The median age ofonset is 1–2 years of age, with skin rapidly exhibiting the signs associated with years ofsun exposure. The term XP refers to the phenotype that includes xerosis and hyperpigmentation.However, alteration in the skin pigmentary phenotype associated with theeffects of UV radiation which is among the first clinical manifestations in most of theNER disorders, has been neglected up to now and it has not studied in detail. Accordingly,the main objective of this thesis is to investigate the mechanism by which XPC deficiencyaffects pigmentation.Our clinical data revealed that pigmentary manifestations in XP-C patients often appearprogressively and are characteristic by two years of age as an abnormal increasednumber of lentigines in sun-exposed areas with the typical appearance of hypo- andhyperpigmentation spots. Moreover, pigmentary phenotype (i.e. distribution of hypoandhyper-pigmented spots) of XP-C patients examined over a long period of time revealeda relatively spatially stable profile. Analysis of the hypo- and hyper-pigmentedareas of the skin isolated from XP-C patients showed that the number of melanocytesand melanin quantity are significantly decreased in the hypo-pigmented area. Proteomicanalysis on hypo- and hyper-pigmented spots identified some molecular targets thatwere expressed differently in these spots. To investigate in detail the molecular mechanismunderlying the effect of XPC deficiency on pigmentation, human reconstructedskin, which mimics many morphological and molecular characteristics of normal humanskin was used for modeling XPC. Our results showed that silencing of XPC inmelanocyte using CRISPR/ Cas9 technology could be used as a useful model to counteractthe scarcity of patient samples.

La génération de la diversité morphologique n’implique pas seulement l’émergence de nouveaux caractères morphologiques, mais aussi la modification de caractères pre-existants. Des changements dans l'expression génique sous-tendent l’apparition et la divergence de morphologies au cours de l'évolution. Les variations de l'expression d'un gène peuvent résulter des modifications dans la séquence nucléotidique de ses éléments cis-régulateurs (ECRs) et/ou dans la séquence codante des facteurs de transcription (FTs) qui le régulent. En conséquence, la compréhension de l'évolution d'un nouveau trait exige l'élucidation des modifications en cis et en trans expliquant les différences d'expression des gènes. Les études sur la pigmentation des drosophiles ont considérablement contribué à notre compréhension du rôle joué par la modification des ECRs dans la diversification morphologique. Pour comprendre les mécanismes génétiques et moléculaires qui sous-tendent l’émergence et la diversification des traits morphologiques, nous avons décidé d’étudier l'évolution des motifs de pigmentation de l’aile chez les mouches du groupe d'espèces Drosophila melanogaster. Nous constatons que la diversification des modes de pigmentation de l’aile dans ce groupe est en corrélation avec la divergence d'expression d'un gène de pigmentation, yellow. Nous avons choisi de disséquer la régulation transcriptionnelle de yellow dans l’une des espèces tachetées, Drosophila biarmipes, avec pour objectif d'élucider les mécanismes responsables de la diversification de l'expression de yellow.Drosophila biarmipes, une espèce proche de Drosophila melanogaster, a développé une nouvelle tache de pigmentation sur aile qui est absente chez D. melanogaster. L'évolution de ce caractère est corrélée au changement d’expression de yellow. Une précédente étude a identifié, dans la région 5' du promoteur de yellow de D. biarmipes, un ECR qui suffit à reproduire une partie de l'expression de yellow lorsqu’il est transformé chez D. melanogaster. Avec un crible RNAi, j’ai identifié cinq FTs qui peuvent réguler l’ECR de yellow. Un de ces candidats, Distal-less, est exprimé d’une façon qui correspond à celle de l'expression de yellow et au profil de la pigmentation de l’aile chez D. biarmipes. Une analyse comparative de Distal-less et yellow a mis en évidence que les profils d'expression de ces gènes sont également corrélés avec les différents patrons de pigmentation dans les ailes d’autres espèces de drosophiles. J’ai aussi pu montrer que la surexpression de Distal-less dans l’aile de D. biarmipes est suffisante pour induire de la pigmentation ectopique. Ceci suggère que Distal-less ne régule pas seulement yellow, mais l’ensemble des gènes de pigmentation nécessaires à l’apparition de tache chez D. biarmipes. Mon travail montre que l'évolution de nouveaux motifs de pigmentation a commencé par le recrutement de Distal-less sur une batterie de gènes pigmentation. A partir de ces constatations, nous proposons un modèle expliquant les mécanismes de régulation conduisant à l'émergence et la diversification des motifs de pigmentation de l'aile au sein du groupe d'espèces melanogaster. Nous suggérons que dans un ancêtre commun de ce groupe, Distal-less a été recruté par une batterie des gènes de pigmentation, qui conduisent à l'émergence d'un motif de pigmentation. Par ailleurs, nous faisons l’hypothèse qu’une fois un lien régulatoire a été formé entre Distal-less et les gènes de pigmentation, alors la divergence d'expression de Distal-less pourrait entraîner des changements dans la régulation spatiale de tous les gènes de pigmentation donnant lieu à la diversification des motifs de pigmentation. / The generation of morphological diversity involves not only the emergence of novel morphological traits but also the modification of pre-existing ones. To understand the genetic and molecular mechanisms underlying the gain and diversification of morphological traits, we chose to study the evolution of wing pigmentation patterns in a group of flies in the melanogaster species group. We find that the diversification of wing pigmentation patterns in this group is mirrored by the divergence of expression of a pigmentation gene, yellow. To decipher the regulatory mechanisms underlying the diversification of yellow expression, we chose to dissect the transcriptional regulation of yellow in one spotted species, D. biarmipes. A functional dissection of the yellow spot enhancer, situated at the 5’ of the D. biarmipes yellow promoter, shows that a homeobox transcription factor, Distal-less (Dll), is a direct activator of yellow. Moreover, we show that ectopic expression of Dll is sufficient to induce ectopic pigmentation in D. biarmipes, which suggests that Dll is regulating yellow and other pigmentation genes. Furthermore, we find that the divergence of Yellow expression pattern in the melanogaster species group is correlated with the divergence in expression of Dll. Based on our findings we propose a model to explain the regulatory mechanisms that lead to the emergence and diversification of wing pigmentation patterns within the melanogaster species group. We suggest that in a common ancestor of all spotted species within the Oriental lineage, there was a gain of regulatory links between Dll and terminal pigmentation genes, such as yellow, which lead to the emergence of an ancestral pigmentation pattern. We further propose that once a regulatory link was formed between Dll and terminal pigmentation genes, divergence of Dll expression could lead to changes in the spatial regulation of all downstream target genes, which would give rise to the diversification of pigmentation patterns. Our study illustrates how key regulators of terminal genes could be targets for mutations that are more likely to lead to morphological diversification.

no / The present invention relates to compositions and methods useful in studying or modulating melanin pigmentation in the skin. Particularly, the invention relates to compositions comprising a substance capable of modulating the activity or expression of ALK6 (SEQ ID 2) or Cdc42 which in turn are capable of modulation of the transfer of melanin from melanocytes to keratinocytes and potentially from keratinocytes to keratinocytes. The invention also relates to assays for identifying such compositions, and methods of modulating skin pigmentation.

The genus Antirrhinum (commonly known as snapdragons) contains more than twentyfive recognised species. The genus has been divided into three morphological subsections: Antirrhinum, Streptosepalum and Kickxiella (Rothmaler, 1956). One of the major characteristics distinguishing the three subsections is flower colour. Most species in subsection Antirrhinum have dark pink or yellow flowers, Kickxiella species are white or pale pink and Streptosepalum species have yellow or pale pink flowers. All Antirrhinum species can be crossed to produce fertile hybrids which allow the genes that underlie their differences to be identified. I used quantitative trait locus (QTL) analysis on hybrids of A. majus (dark magenta flowers) and A. charidemi (pale-pink flowers) to map genomic regions underlying differences in flower colour. This identified two major-effect loci, in Linkage Group 3 (LG3) and LG7, that explained most of the differences between these species. I used near-isogenic lines (NILs) to further test involvement of two candidate genes - Rosea (Ros) in LG3, which encodes a regulator of the anthocyanin biosynthesis pathway (ABP) and Incolorata (Inc) in LG7 which encodes a rate-limiting enzyme of the ABP. In both cases, the A. majus allele increased pigmentation. Sequence differences between Ros alleles of A. majus, A. charidemi and A. molle (a Kickxiella species with white flowers) suggest that A. molle carries a ros loss-of-function mutation and that a transposon insertion in the ROS promoter might contribute to differences in expression between A. majus and A. charidemi. Ros genotypes were found to be strongly correlated with pigmentation in the corolla tube in A. majus x A. charidemi hybrids, and to a lesser extent with corolla lobe pigmentation, although NILs suggested that ROS did not correspond to the major-effect QTL indentified in LG3. I also mapped a minor-effect QTL for tube pigmentation to a region of LG4 containing the ABP structural gene Candica. Analysis of NILs revealed that Inc was not the second major-effect QTL mapped to LG7, although sequence differences were detected between Inc alleles of A. majus and A. charidemi. I was further able to narrow down the region containing the second LG7 major-effect QTL to an interval of 11 cM, between two molecular markers, which could be used to determine the likely QTL genotypes of segregating NILs. Surprisingly, several ABP genes, particularly Nivea, Inc and Pallida, were expressed at higher levels in pale flowers that were homozygous for the A. chardemi QTL allele than in their dark flowered siblings that carried an A. majus allele. This suggests that ABP genes might be up-regulated in pale flowers as part of a negative feedback mechanism. Two potential roles of the LG7 QTL are considered 1) its requirement for anthocyanin modification or transport to the vacuole, so that a build-up of cytosolic anthocyanins or their break-down products in pale flowers increases structural gene expression but cannot compensate for the overall reduction in anthocyanin, or 2) a role in promoting production of flavonols at the expense of anthocyanins.