Characterization of transcript isoform variations in human and chimpanzee

Transcript expression and pre-mRNA processing are emerging as important mechanisms that increase the complexity of eukaryotic transcriptomes. These processes allow a genomic locus to produce a number of mRNAs and proteins with distinct properties that affect function, stability, and sub-cellular localization by controlling the rate of transcript expression, by varying the initiation or termination of transcription and by modulating the inclusion of exons (alternative splicing) in mature mRNAs. Thus, it is crucial to determine the extent of these types of variations to better understand their importance in creating organism diversity. The studies described in this thesis provide the first genome-wide estimations of how single nucleotide polymorphisms (SNPs) affect the regulation of transcript expression and pre-mRNA processing in a human population as well as between humans and chimpanzees using a microarray-based approach. We first demonstrated that transcript expression changes at the isoform level are common between two unrelated individuals and that these changes are heritable and therefore have an underlying genetic component. We then investigated what proportion was under genetic control in a normal human population by conducting a genome-wide association analysis between single nucleotide polymorphisms and transcript isoform variants. We found that 50-55% of transcript expression variation is isoform based. We also extended our comparison of human transcript isoform variation to chimpanzee. We showed that genetic substitutions in regulatory sequences are responsible for some of the isoform variations observed between these two closely related species. We ascertained that in our study these isoform variations are responsible for certain phenotypic differences mostly related to immune responses. These results constitute an important change in the way genetic variations are viewed in humans and chimpaLe niveau d'expression d'un transcrit et les processus de maturation de celui-ci en ARN messager (ARNm) se révèlent être des mécanismes augmentant la complexité du transcriptome des eucaryotes. Ces processus permettent au même locus génomique de produire plusieurs ARNm et protéines ayant des propriétés distinctes qui affectent leurs fonctions, leur stabilité et leurs localisations intra cellulaire en contrôlant la vitesse de transcription, en variant le site d'initiation ou de terminaison de la transcription et en modulant l'inclusion d'exons (épissage) dans les ARNm matures. Il est donc primordial de déterminer l'ampleur de ces types de variations afin de mieux comprendre leur impact sur la diversite des oraganismes. Les études décrites dans cette thèse fournissent les premières estimations de la façon dont les variations de polymorphism nucléotidique simple (SNP) peuvent affecter la régulation de l'expression d'un transcrit et ses processus de maturation à l'échelle du génome entier. Ces processus sont examinés dans une population humaine et entre humain et chimpanzé en utilisant une méthode basée sur les puces à ADN. Nous démontrons d'abord l'existence d'un nombre important de variations d'isoformes d'ARNm entre deux individus non apparentés et nous démontrons que ces variations sont héritées ce qui leur révèle une composante génétique. Par la suite, nous avons déterminé quelle proportion et quel type de variation au niveau de l'isoform était sous contrôle génétique dans une population humaine. En réalisant une analyse d'association entre l'expression des transcrits du génome entier et les SNPs présents dans cette population, nous avons observé que 50-55% de la variation était à l'échelle de l'isoforme du transcrit. Nous avons aussi étendu cette comparaison au chimpanzé en utilisant les profils d'expression mesurés lors de l'analyse précédente.