Highly conserved elements discovered in vertebrates are present in non-syntenic loci of tunicates, act as enhancers and can be transcribed during development

Co-option of cis-regulatory modules has been suggested as a mechanism for the evolution of expression sites during development. However, the extent and mechanisms involved in mobilization of cisregulatory modules remains elusive. To trace the history of non-coding elements, which may represent candidate ancestral cis-regulatory modules affirmed during chordate evolution, we have searched for conserved elements in tunicate and vertebrate (Olfactores) genomes. We identified, for the first time, 183 non-coding sequences that are highly conserved between the two groups. Our results show that all but one element are conserved in non-syntenic regions between vertebrate and tunicate genomes, while being syntenic among vertebrates. Nevertheless, in all the groups, they are significantly associated with transcription factors showing specific functions fundamental to animal development, such as multicellular organism development and sequence-specific DNA binding. The majority of these regions map onto ultraconserved elements and we demonstrate that they can act as functional enhancers within the organism of origin, as well as in cross-transgenesis experiments, and that they are transcribed in extant species of Olfactores. We refer to the elements as 'Olfactores conserved non-coding elements'. \uc2\ua9 The Author(s) 2013. Published by Oxford University Press

Sequence determinants of enhancer activity during Ciona intestinalis development

Les enhancers sont des régulateurs cruciaux de l’expression des gènes pendant le développement embryonnaire. L’ascidie Ciona intestinalis est un organisme-modèle qui se prête à l’étude de ces séquences cis-régulatrices car ses enhancers sont généralement petits et compacts, et le lignage invariant des cellules chez l’embryon permet de visualiser leur activité avec une résolution cellulaire. Deux signatures indépendantes associées à l’activité d’un enhancer avaient été identifiées : la présence de sites de fixation pour des facteurs de transcription spécifiques, et une signature dinucléotidique globale à l’échelle des enhancers. (Khoueiry 2010). Cependant, si ces signatures corrèlent avec l’activité des enhancers, elles ne permettent pas d’identifier de nouveaux enhancers grâce à leur séquence. Pendant ma thèse, j’ai utilisé un enhancer neural précoce de Ciona, le très bien caractérisé élément-a du gène Otx, comme enhancer-modèle. Ce petit enhancer (55pb), est lié par les facteurs de transcription GATA-a et ETS1/2 et activé par la voie de signalisation FGF. Afin de mieux comprendre les déterminants de l’activité neurale précoce d’un enhancer, j’ai testé l’impact de mutations ponctuelles affectant l’affinité de sites de fixation de l’élément-a pour les facteurs de transcription. J’ai également randomisé les séquences intercalantes, situées entre les sites de fixation pour ETS et GATA dans quatre clusters de ces sites.Nos résultats suggèrent au moins deux niveaux de contrôle de la régulation en cis : i) la spécificité spatiotemporelle de l’activité d’un enhancer est définie par l’identité des sites de fixation des facteurs de transcription, et ii) son niveau d’activité dépend à la fois de l’affinité des facteurs de transcription pour leurs sites de fixation et la composition des séquences intercalantes. La majorité des variants randomisés de l’élément-a sont actifs dans les mêmes lignées cellulaires que le sauvage et leurs niveaux d’activité sont très divers. Le même résultat est obtenu en randomisant les séquences intercalantes d’un autre cluster ETS/GATA actif. La randomisation de ces séquences a même conféré de l’activité enhancer à de nombreux variants de clusters inactifs. En accord avec leur activité neurale précoce et la présence de sites de fixations pour ETS et GATA, ces variants, comme l’élément-a, répondent à l’induction neurale de FGF. Nous n’avons pas réussi à expliquer l’action des séquences intercalantes sur l’activité des enhancers par des caractéristiques simples de leurs séquences (nucléotidique ou dinucléotidique), et l’on ne comprend pas pourquoi il est si simple de créer un enhancer synthétique quand la majorité des clusters génomiques de sites de fixations putatifs pour ETS et GATA sont inactifs. En utilisant une approche de fixation in vitro des facteurs de transcription, nous avons montré que la randomisation des séquences intercalantes peut affecter la fixation d’un facteur de transcription sur l’élément a, sans changer la séquence primaire du site de fixation, mais que la fixation sur l'élément entier ne peut pas toujours être expliquée par la fixation sur les sites isolées. Ces résultats suggèrent que la structure physique de l’hélice d’ADN autour des sites de fixation peut jouer un rôle important dans le contrôle de l’activité d’un gène.Enhancers are crucial elements for the control of gene expression during embryonic development. The ascidian Ciona intestinalis offers unique experimental features to study these cis-regulatory sequences: enhancers are generally small and compact and their activity can be tracked at the single cell level thanks to the invariant cell lineage of ascidian embryos.Previous work identified two independent signatures associated with enhancer activity: the presence of specific transcription factors binding sites (TFBS) and a global dinucleotide signature along enhancers (Khoueiry, 2010). Although they correlate with enhancer activity, these signatures are insufficient to identify enhancer sequences from their sole sequence. During my thesis, I used a well-characterized early neural Ciona enhancer, the a-element of the Otx gene, as a model enhancer. This small (55pb) enhancer, is bound by GATA-a and ETS1/2 and is activated by the FGF pathway. To better understand the determinants of early neural enhancer activity, I tested the impact of point mutations affecting the affinity of the a-element TFBS for their binding TF and of the randomization of the spacer sequences that separate the TFBS in four ETS and GATA binding site clusters.Our results suggest at least two levels of cis-regulatory control: spatiotemporal specificity of enhancer activity is encoded in the identity of TF-binding sites, while the level of enhancer activity is set both by the affinity of TFs for their binding sites and by the composition of the spacer sequences. A surprisingly high number of variants of the a-element with randomized spacers are active, always in the same cell lineages as the WT. These variants, however, display a wide range of activity levels. This effect is also observed when the spacers in another active ETS/GATA cluster are randomized. Randomization of the spacers can even confer enhancer activity to a large fraction of inactive cluster variants. Consistent with their early neural activity and with the presence of ETS- and GATA-binding sites, these variants are, like the a-element, responsive to the FGF neural inducer.We could not link the action of the spacers on enhancer activity to any simple nucleotide or dinucleotide sequence features and it currently remains unclear why it is so easy to create a synthetic enhancer while most putative genomic ETS/GATA clusters are inactive. Using in vitro transcription factor binding assays, we showed that randomization of spacer sequences can affect TF binding to the a-element without changing the primary sequence of the binding site, and that extended minimal TFBS do not always recapitulate binding to the whole element. These results suggest that the physical structure of the DNA helix around the binding sites may play an important role in the control of enhancer activity

Signatures nucléotidiques de l'activité des enhancers développementaux chez l'ascidie Ciona intestinalis

Enhancers are crucial elements for the control of gene expression during embryonic development. The ascidian Ciona intestinalis offers unique experimental features to study these cis-regulatory sequences: enhancers are generally small and compact and their activity can be tracked at the single cell level thanks to the invariant cell lineage of ascidian embryos.Previous work identified two independent signatures associated with enhancer activity: the presence of specific transcription factors binding sites (TFBS) and a global dinucleotide signature along enhancers (Khoueiry, 2010). Although they correlate with enhancer activity, these signatures are insufficient to identify enhancer sequences from their sole sequence. During my thesis, I used a well-characterized early neural Ciona enhancer, the a-element of the Otx gene, as a model enhancer. This small (55pb) enhancer, is bound by GATA-a and ETS1/2 and is activated by the FGF pathway. To better understand the determinants of early neural enhancer activity, I tested the impact of point mutations affecting the affinity of the a-element TFBS for their binding TF and of the randomization of the spacer sequences that separate the TFBS in four ETS and GATA binding site clusters.Our results suggest at least two levels of cis-regulatory control: spatiotemporal specificity of enhancer activity is encoded in the identity of TF-binding sites, while the level of enhancer activity is set both by the affinity of TFs for their binding sites and by the composition of the spacer sequences. A surprisingly high number of variants of the a-element with randomized spacers are active, always in the same cell lineages as the WT. These variants, however, display a wide range of activity levels. This effect is also observed when the spacers in another active ETS/GATA cluster are randomized. Randomization of the spacers can even confer enhancer activity to a large fraction of inactive cluster variants. Consistent with their early neural activity and with the presence of ETS- and GATA-binding sites, these variants are, like the a-element, responsive to the FGF neural inducer.We could not link the action of the spacers on enhancer activity to any simple nucleotide or dinucleotide sequence features and it currently remains unclear why it is so easy to create a synthetic enhancer while most putative genomic ETS/GATA clusters are inactive. Using in vitro transcription factor binding assays, we showed that randomization of spacer sequences can affect TF binding to the a-element without changing the primary sequence of the binding site, and that extended minimal TFBS do not always recapitulate binding to the whole element. These results suggest that the physical structure of the DNA helix around the binding sites may play an important role in the control of enhancer activity.Les enhancers sont des régulateurs cruciaux de l’expression des gènes pendant le développement embryonnaire. L’ascidie Ciona intestinalis est un organisme-modèle qui se prête à l’étude de ces séquences cis-régulatrices car ses enhancers sont généralement petits et compacts, et le lignage invariant des cellules chez l’embryon permet de visualiser leur activité avec une résolution cellulaire. Deux signatures indépendantes associées à l’activité d’un enhancer avaient été identifiées : la présence de sites de fixation pour des facteurs de transcription spécifiques, et une signature dinucléotidique globale à l’échelle des enhancers. (Khoueiry 2010). Cependant, si ces signatures corrèlent avec l’activité des enhancers, elles ne permettent pas d’identifier de nouveaux enhancers grâce à leur séquence. Pendant ma thèse, j’ai utilisé un enhancer neural précoce de Ciona, le très bien caractérisé élément-a du gène Otx, comme enhancer-modèle. Ce petit enhancer (55pb), est lié par les facteurs de transcription GATA-a et ETS1/2 et activé par la voie de signalisation FGF. Afin de mieux comprendre les déterminants de l’activité neurale précoce d’un enhancer, j’ai testé l’impact de mutations ponctuelles affectant l’affinité de sites de fixation de l’élément-a pour les facteurs de transcription. J’ai également randomisé les séquences intercalantes, situées entre les sites de fixation pour ETS et GATA dans quatre clusters de ces sites.Nos résultats suggèrent au moins deux niveaux de contrôle de la régulation en cis : i) la spécificité spatiotemporelle de l’activité d’un enhancer est définie par l’identité des sites de fixation des facteurs de transcription, et ii) son niveau d’activité dépend à la fois de l’affinité des facteurs de transcription pour leurs sites de fixation et la composition des séquences intercalantes. La majorité des variants randomisés de l’élément-a sont actifs dans les mêmes lignées cellulaires que le sauvage et leurs niveaux d’activité sont très divers. Le même résultat est obtenu en randomisant les séquences intercalantes d’un autre cluster ETS/GATA actif. La randomisation de ces séquences a même conféré de l’activité enhancer à de nombreux variants de clusters inactifs. En accord avec leur activité neurale précoce et la présence de sites de fixations pour ETS et GATA, ces variants, comme l’élément-a, répondent à l’induction neurale de FGF. Nous n’avons pas réussi à expliquer l’action des séquences intercalantes sur l’activité des enhancers par des caractéristiques simples de leurs séquences (nucléotidique ou dinucléotidique), et l’on ne comprend pas pourquoi il est si simple de créer un enhancer synthétique quand la majorité des clusters génomiques de sites de fixations putatifs pour ETS et GATA sont inactifs. En utilisant une approche de fixation in vitro des facteurs de transcription, nous avons montré que la randomisation des séquences intercalantes peut affecter la fixation d’un facteur de transcription sur l’élément a, sans changer la séquence primaire du site de fixation, mais que la fixation sur l'élément entier ne peut pas toujours être expliquée par la fixation sur les sites isolées. Ces résultats suggèrent que la structure physique de l’hélice d’ADN autour des sites de fixation peut jouer un rôle important dans le contrôle de l’activité d’un gène

SEXYTROUT - Caractérisation du phénotype gonadique d'une population de truite arc-en-ciel porteuse d'une mutation masculinisante (mutation "mal". (2009-2012)

absen

ANISEED 2019: 4D exploration of genetic data for an extended range of tunicates

International audienceANISEED (https://www.aniseed.cnrs.fr) is the main model organism database for the worldwide community of scientists working on tunicates, the vertebrate sister-group. Information provided for each species includes functionally-annotated gene and transcript models with orthology relationships within tunicates, and with echinoderms, cephalochordates and vertebrates. Beyond genes the system describes other genetic elements, including repeated elements and cis-regulatory modules. Gene expression profiles for several thousand genes are formalized in both wild-type and experimentally-manipulated conditions , using formal anatomical ontologies. These data can be explored through three complementary types of browsers, each offering a different viewpoint. A developmental browser summarizes the information in a gene-or territory-centric manner. Advanced genomic browsers integrate the genetic features surrounding genes or gene sets within a species. A Genomicus synteny browser explores the conservation of local gene order across deuteros-tome. This new release covers an extended taxo-nomic range of 14 species, including for the first time a non-ascidian species, the appendicularian Oiko-pleura dioica. Functional annotations, provided for each species, were enhanced through a combination of manual curation of gene models and the development of an improved orthology detection pipeline. Finally , gene expression profiles and anatomical territories can be explored in 4D online through the newly developed Morphonet morphogenetic browser