Searching for novel peptide hormones in the human genome
Recherche de nouvelles hormones peptidiques codées par le génome humain
Résumé
The goal of my thesis was to discover novel peptide hormones (PH) in the human genome. Peptide hormones (PH) are an important class of molecules that are involved in a broad range of normal and pathological physiological processes. PH are small secreted proteins that are processed from larger proteins, called precursors. In the first part of the thesis I introduce hidden Markov models (HMM)-based algorithms that allow for the modelling of those PH precursor sequences. This leads me to derive models of some of their well-known characteristic features, including signal peptides and prohormone convertase cleavage sites. Next, I make use of orthology information and modify the HMM algorithms so that the HMM can incorporate a conservation score that is calculated along protein sequence alignments. I show that this idea brings significant improvements in the quality of predictions and I conclude the chapter by drawing a list of potential candidate peptide hormones that was obtained by running the HMM algorithms on genome-wide protein sequence data. In the second and third part of the thesis I present data on the most interesting candidates that we named "spexin" and "augurin". I show in vitro subcellular localization, secretion and processing of those proteins after transfection of their coding DNA into endocrine cells. I then show mRNA and protein in vivo expression data in the mouse for those two proteins, and present functional data on spexin. I conclude both chapters by making some speculations on the functional significance of those two proteins. In the fourth part of the thesis I present data on the expression, secretion and processing of four extra candidate peptide hormones.
Cette thèse porte sur la découverte de gènes humains non caractérisés codant pour des précurseurs à hormones peptidiques. Les hormones peptidiques (PH) ont un rôle important dans la plupart des processus physiologiques du corps humain. Ce sont de petites protéines sécrétées générées après clivage de précurseurs plus larges codés par le génome. Dans la première partie de la thèse, l'on introduit des algorithmes, basés sur les chaînes de Markov cachées (HMM), qui vont nous permettent de modéliser les séquences protéiques des précurseurs à hormones peptidiques. On montre que l'on peut dégager des caractéristiques particulières au niveau de la séquence chez ce groupe de protéines et l'on s'attarde en particulier sur la modélisation de deux signaux toujours présents chez ces protéines, les peptides signaux et les sites de clivage par les prohormones convertases. On présente ensuite des algorithmes qui prennent en compte le degré de conservation des résidus le long d'alignements de protéines orthologues. On montre que ces nouveaux algorithmes améliorent de manière significative les résultats obtenus à l'aide des algorithmes classiques. Enfin, après lancement de l'algorithme sur des données de protéomes, l'on dégage une liste de candidats dont certains ont pu être étudiés au laboratoire. La deuxième et la troisième partie de la thèse présentent les conclusions que l'on peut tirer des données de Western blot relatives aux profils de sécrétion et de découpage (processing) de chacun des deux candidats les plus prometteurs, " spexine " et " augurine ". On présente des données d'expression sur la souris (hybridation in situ, immunohistochimie,...) que l'on a récemment obtenues sur ces nouvelles hormones peptidiques potentielles ainsi que des données fonctionnelles sur la " spexine ". En conclusion, l'on avance des hypothèses quant aux fonctions de ces deux protéines. Si les fonctions de ces nouveaux peptides nous sont encore inconnues, leur expression chez la souris, tant au niveau de l'ARN messager que de la protéine, révèle des pistes qui devraient soulever un intérêt certain chez les spécialistes du domaine des peptides. Enfin, dans la quatrième et dernière partie de la thèse, l'on présente pour quatre autres candidats (dont on n'a pu mener une étude approfondie) des données préliminaires d'expression de gène et de sécrétion in vitro après transfection de l'ADN codant pour ces protéines dans des cellules issues de lignées cellulaires pancréatiques.