research opportunity program project … genetics... · defined roles for pips and their regulatory...

14
RESEARCH OPPORTUNITY PROGRAM 299Y/399Y PROJECT DESCRIPTIONS 20182019 FALL/WINTER Name and Title: Julie Brill, Professor Department: Molecular Genetics TITLE OF RESEARCH PROJECT: Genetics of Phosphatidylinositol Phosphate (PIP) Signaling in Drosophila Number of 299Y Spots: 1 Number of 399Y Spots: 1 OBJECTIVES AND METHODOLOGY: Eukaryotes use a class of membrane lipids called phosphatidylinositol phosphates (PIPs) as crucial signaling molecules to promote cell morphogenesis. We have been studying the cellular and developmental roles of enzymes that regulate PIP levels using the fruit fly Drosophila melanogaster as a model system. In our experiments, we have defined roles for PIPs and their regulatory enzymes in cytokinesis, gametogenesis and organelle biogenesis. Our recent studies suggest that specific isoforms, as well as subcellular and tissuespecific distribution of these enzymes are important for normal development. With the advent of powerful genetic tools such as CRISPR/Cas9, we are now in a position to create sitespecific mutations and introduce fluorescent protein fusions and epitope tags into endogenous Drosophila genes. This project will employ CRISPR/Cas9 to mutate and tag PIP pathway enzymes to better assess their localization, function and regulation during fly development DESCRIPTION OF STUDENT PARTICIPATION: The student will be taught standard Drosophila molecular genetic techniques, including design and molecular cloning of guide RNAs, Drosophila genetics (stock maintenance, fly anatomy, scoring of visible markers, genetic crosses, etc.), preparation of Drosophila genomic DNA, PCR and sequence analysis. In addition, depending on the particular project, the student may be taught tissue dissections, immunostaining and fluorescence microscopy. The student will keep a detailed lab notebook of the experiments and organize the results for presentation. He or she will also be given detailed topics relevant to the project to research in the literature. MARKING SCHEME (assignments with weight and due date): 10% short written report on the project (Nov. 9) 10% presentation of the project to the lab (Nov. 30) 10% final presentation of the project and results to the lab (Apr. 11) 10% lab notebook evaluation (end of term) 30% lab performance (end of term) 30% final report (Apr. 18) Project Code: MGY 1

Upload: nguyenmien

Post on 06-Apr-2018

214 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

RESEARCH OPPORTUNITY PROGRAM 

299Y/399Y PROJECT DESCRIPTIONS 2018‐2019 

FALL/WINTER  

 

Name and Title:   Julie Brill, Professor    

Department:        Molecular Genetics  

TITLE OF RESEARCH PROJECT:   Genetics of Phosphatidylinositol Phosphate (PIP) Signaling in Drosophila  

Number of 299Y Spots:         1                          Number of 399Y Spots:         1             

OBJECTIVES AND METHODOLOGY:  

Eukaryotes use a class of membrane lipids called phosphatidylinositol phosphates (PIPs) as crucial signaling molecules 

to  promote  cell morphogenesis. We  have  been  studying  the  cellular  and  developmental  roles  of  enzymes  that 

regulate  PIP  levels  using  the  fruit  fly Drosophila melanogaster  as  a model  system.  In  our  experiments, we  have 

defined  roles  for  PIPs  and  their  regulatory  enzymes  in  cytokinesis,  gametogenesis  and  organelle  biogenesis. Our 

recent studies suggest that specific isoforms, as well as subcellular and tissue‐specific distribution of these enzymes 

are important for normal development. With the advent of powerful genetic tools such as CRISPR/Cas9, we are now 

in  a  position  to  create  site‐specific  mutations  and  introduce  fluorescent  protein  fusions  and  epitope  tags  into 

endogenous Drosophila  genes.  This project will  employ CRISPR/Cas9  to mutate  and  tag  PIP pathway  enzymes  to 

better assess their localization, function and regulation during fly development 

 

DESCRIPTION OF STUDENT PARTICIPATION: 

The student will be taught standard Drosophila molecular genetic techniques, including design and molecular cloning 

of guide RNAs, Drosophila genetics (stock maintenance, fly anatomy, scoring of visible markers, genetic crosses, etc.), 

preparation of Drosophila genomic DNA, PCR and sequence analysis. In addition, depending on the particular project, 

the student may be taught tissue dissections, immunostaining and fluorescence microscopy. The student will keep a 

detailed  lab notebook of  the experiments and organize  the  results  for presentation. He or  she will also be given 

detailed topics relevant to the project to research in the literature.  

 

MARKING SCHEME (assignments with weight and due date): 

10% ‐ short written report on the project (Nov. 9) 

10% ‐ presentation of the project to the lab (Nov. 30) 

10% ‐ final presentation of the project and results to the lab (Apr. 11) 

10% ‐ lab notebook evaluation (end of term) 

30% ‐ lab performance (end of term) 

30% ‐ final report (Apr. 18) 

Project Code: MGY 1 

RESEARCH OPPORTUNITY PROGRAM 

299Y/399Y PROJECT DESCRIPTIONS 2018‐2019 

FALL/WINTER 

 

Name and Title:    Amy A. Caudy, Associate Professor   

Department:     Molecular Genetics      

 

TITLE OF RESEARCH PROJECT: Discovery and Characterization of Novel Enzymes using Metabolomics and Genetics 

 

Number of 299Y Spots:         3                           Number of 399Y Spots:         3              

 

OBJECTIVES AND METHODOLOGY: 

Every  cell on  earth processes nutrients  to  release  energy  and  form  the  chemical  compounds  needed  for  cellular 

maintenance and growth. The study of metabolism, how cells transform nutrients and produce energy, reaches back 

hundreds of years but  is now undergoing a revolution due  to  the availability of new methods. Recent advances  in 

analytical  chemistry, particularly  in  small molecule mass  spectrometry and 2D NMR  (nuclear magnetic  resonance) 

have demonstrated a far more complex small‐molecule  landscape than can be accounted  for by current maps and 

models.  

 

Our  group  uses mass  spectrometry  to  identify  and  quantitate  the  chemicals.  Our  group  is  working  to  identify 

previously  unknown  metabolic  pathways  within  cells  by  using  mass  spectrometry  to  measure  the  changes  in 

intracellular metabolites that result from the deletion of previously uncharacterized enzymes.  

 

There are two tremendous gaps  in our understanding of metabolism. First, there are many chemical reactions that 

are known to occur as cells break down nutrients, yet we do not know the genes that enable these reactions. Second, 

recent  technological  advances  in mass  spectrometry  have  detected  hundreds  of  chemicals  in  cells  that  are  not 

predicted by the current knowledge of metabolism. My group has had success pursuing both types of questions (Cell. 

2011  Jun  10;145(6):969‐80.,  Anal  Chem.  2010  Apr  15;82(8):3212‐21.).   We  recently  used  these  full  scan  mass 

spectrometric approaches to discover a major route for the synthesis of ribose, a key building block for DNA and RNA 

and  are  currently  engaged  in  similar work  understanding  the  synthesis  of  the  redox  carrier  rhodoquinone..  This 

project combines cutting edge mass spectrometry approaches with the tools of genetics and biochemistry to discover 

the function of previously uncharacterized enzymes. We use budding yeast and the nematode worm C. elegans, for 

much of our work. Both are genetically tractable, fast growing organisms. The majority of metabolic reactions can be 

traced  to  the origins of  life billions of years ago, so we  then  test our observations  in yeast  in mammalian cells  to 

compare  the  roles  of  new  pathways.  An  area  of  particular  interest  is  the  intersection  of  these  uncharacterized 

metabolic pathways with the cell division cycle.  

DESCRIPTION OF STUDENT PARTICIPATION: 

The  students  will  construct  and  design  genetically  engineered  yeast  and mammalian  cell  strains  with  targeted 

changes  in candidate enzymes.   This will  involve PCR, DNA sequencing, and other molecular biology  techniques  to 

Project Code: MGY 2 

create  cells  with  desired  characteristics.  The  students  will  be  involved  in  the  preparation,  mass  spectrometric 

measurement, and mathematical analysis of the data. The data will be compared with existing models of metabolism 

to  identify  the  route of  synthesis and degradation of novel  compounds. For  those  students with  the  interest and 

aptitude, there are opportunities for design and fabrication of custom lab hardware and software to further extend 

our capabilities for high throughput metabolomics analysis.  

 

MARKING SCHEME (assignments with weight and due date): 

Oral examination on project background – scheduled within first 4 weeksh  ‐ 20% 

Participation in group meeting and presentations including ROP299 poster session in March 2019  

(2 times over term): 20%   

Lab work (accuracy of work, evaluations of lab notebook, performed biweekly): 30%  

Final project report: Due – last day of term: 30%  

 

RESEARCH OPPORTUNITY PROGRAM 

299Y/399Y PROJECT DESCRIPTIONS 2018‐2019 

FALL/WINTER 

 

Name and Title:     Dr. Alan Cochrane (Professor)   

Department:     Molecular Genetics      

 

TITLE OF RESEARCH PROJECT:  Regulation of HIV‐1/Adenovirus RNA Processing: Insights into novel therapeutics 

 

Number of 299Y Spots:          1                          Number of 399Y Spots:           1            

 

OBJECTIVES AND METHODOLOGY: 

Multiple  mammalian  viruses  (HIV‐1,  adenovirus,  influenza,  Herpes)  are  dependent  upon  the  host  cell  for  the 

processing and expression of their mRNAs. Work by my group has identified a number of host factors whose altered 

expression/function  result  in  dramatic  changes  in  viral  RNA  processing  and  inhibition  of  virus  replication.  To 

complement  these  findings, my group has also  identified multiple small molecules which a suppress  replication of 

multiple different  viruses by  inducing  changes  in host  factor  function. Greater understanding of how  these  small 

molecules act will provide important insights into the design of novel therapeutics for the treatment of multiple viral 

infections. 

 

DESCRIPTION OF STUDENT PARTICIPATION: 

The  students will be  involved  in  the  screening and analysis of  shRNAs  to host  factors or  small molecules  for  their 

effects on HIV‐1/adenovirus gene expression with particular focus on measuring the changes in viral RNA processing 

that underlay  the observed effects. Work will  involve  the use of mammalian cell  lines  to measure changes  in viral 

protein expression by western blot or ELISA followed by qRTPCR, RT‐PCR and  in situ hybridization to quantitate the 

accompanying  changes  in  viral RNA  levels  and  localization.  To  complement  these  findings, we  also  examine how 

changes  in activity of putative targets of the compounds  (by overexpression or depletion using shRNAs) mimic  the 

effects of the compounds on viral RNA processing. Together, the information will provide a detailed understanding of 

the cellular pathways involved in controlling virus replication as well as identify pathways common to multiple viruses 

that will help in the development of pan anti‐virals. 

 

MARKING SCHEME (assignments with weight and due date): 

Oral exam on project plan: scheduled one week before drop/add date: 20%

Participation in group meeting and presentations (2 times over term): 20%

Lab work (evaluations of lab notebook, performed biweekly): 30%

Final project report: Due – last day of term: 30%  

Project Code: MGY 3 

RESEARCH OPPORTUNITY PROGRAM 

299Y PROJECT DESCRIPTIONS 2018‐2019 

FALL/WINTER 

 

Name and Title:     Barbara Funnell, Professor   

Department:        Molecular Genetics 

 

TITLE OF RESEARCH PROJECT:  Mechanisms of Plasmid Maintenance in Bacteria 

 

Number of 299Y Spots:       1                    

 

OBJECTIVES AND METHODOLOGY: 

All  bacterial  species  carry  extrachromosomal  DNA  elements  called  plasmids,  which  exist  symbiotically  with  the 

bacterial host. Plasmids carry genes beneficial to the host, such as resistance to antibiotics or pathogenesis genes. In 

bacteria,  two  proteins,  usually  called  ParA  and  ParB,  act  to  promote  proper  segregation  or  “partition”  of  both 

plasmid  and  cellular  chromosomes.  Using  a  combination  of  molecular  biology,  genetics,  biochemistry,  single‐

molecule analyses, and cell biology, we are studying the activity of the plasmid‐encoded ParA and ParB proteins, how 

they dynamically  localize plasmid DNA  in  the bacterial cell, and how  they coordinate  these activities with  the cell 

cycle. Genes encoding ParA/ParB‐like partition systems have been identified in almost all naturally occurring bacterial 

plasmids and species examined. P1 plasmid maintenance in Escherichia coli serves as our simple and nonpathogenic 

model for the maintenance of many plasmids in pathogenic bacteria; transmission and maintenance of such plasmids 

in  bacterial  populations  contribute  significantly  to  the  rapid  spread  of  antibiotic  resistance  and  virulence  among 

pathogenic bacterial species. We generate and use a large number of mutant versions of the P1 proteins, which are 

blocked at different steps  in the partition reaction. The objective of the student project  is to create and/or analyze 

one or two specific plasmid mutations,  in order  to define novel steps  in the partition reaction as well as to better 

understand how to inhibit it. 

 

DESCRIPTION OF STUDENT PARTICIPATION: 

The student will analyze one or two specific P1 partition mutations. The project will involve general molecular biology 

and genetic techniques, such as mutagenesis, cloning, PCR, and DNA sequence analysis, and/or biochemical analyses 

such as protein purification and enzyme assays. For example, he/she will construct specific mutants by site‐directed 

mutagenesis,  perform  assays  to  test  effects  on  plasmid  stability  inside  cells  using  bacteriological  techniques,  or 

biochemical tests such as DNA binding and protein‐protein interaction assays. The exact approach will depend on the 

specific mutations  to be  examined, which will be determined  in  consultation with Dr.  Funnell  at  the  start of  the 

school year. 

 

MARKING SCHEME (assignments with weight and due date): 

10%  midterm report (due Nov 12, 2018) 

20%  lab presentations (#1 in late Nov  2018; #2 in mid March 2019) 

Project Code:  MGY 4 

30%  final written report  (due end of term 2019) 

10% evaluation of lab notebooks (written work) 

30% evaluation of lab work/participation (through weekly ~30 minute meetings with Dr. Funnell) 

 

Student will be given marks for midterm, first lab presentation, and an assessment of lab work and notebook to date 

before the drop date. 

 

RESEARCH OPPORTUNITY PROGRAM 

299Y/399Y PROJECT DESCRIPTIONS 2018‐2019 

FALL/WINTER 

 

Name and Title:     Dr. Thomas Hurd, Assistant Professor 

Department:        Molecular Genetics  

TITLE OF RESEARCH PROJECT:  Determining how Deleterious Mitochondrial DNA Mutations are Eliminated   

Number of 299Y Spots:       1           Number of 399Y Spots:   1  

OBJECTIVES AND METHODOLOGY: 

Background 

Unusual among organelles, mitochondria have their own genomes, which encode a small number of essential 

genes.  Unlikely  nuclear  genes,  we  inherit  these  mitochondrial  genes  only  from  our  mothers.  Given  the 

importance of these genes, mothers have evolved mechanisms to ensure they pass on good, mutant‐free copies 

to  their progeny. Without such mechanisms deleterious mutations would accumulate  from one generation  to 

the next ultimately  causing  the  collapse of  the  species. Exactly what  the molecular nature of  these  selection 

mechanisms is remains obscure, despite their fundamental importance. In this proposal we seek to understand 

how these selection mechanisms work on a molecular level.  

 

The medical importance of these mechanisms is demonstrated by the damage caused later in life by mutations 

in  the mitochondrial genome. While a mother may succeed  in ensuring we start  life with good mitochondrial 

genes, mutations nonetheless  inevitably arise  in  those genes as we age. This  causes disease  in people, most 

often neurological,  affecting on  the order of 1  in 4,300. By understanding how mothers prevent deleterious 

mitochondrial genes from being  inherited, we aim to develop strategies to eliminate these bad mutations and 

the diseases they cause as we age.  

Objectives 

The goal of this research project is to identify genes and pathways necessary for the elimination of deleterious 

mitochondrial DNA mutations.  

Methodology 

The  students will  assist  in  the development of  a  high‐throughput  quantitative  PCR  (qPCR)  assay  to measure 

wildtype and mutant mitochondrial DNA  in a Drosophila melanogaster model. The students will  then use  this 

assay  and  RNAi  to  knockdown  genes  one  by  one  to  determine which  are  necessary  for  the  elimination  of 

deleterious mitochondrial DNA mutations. Lastly,  if time‐permits, the students will validate the  ‘hits’ from the 

above RNAi screen by generating null mutations in candidate genes using CRISPR/Cas9. 

 

Project Code: MGY 5 

Suggested Reading 

1. Stewart,  J. B. & Larsson, N.‐G. Keeping mtDNA  in  shape between generations. PLoS Genet. 10, e1004670 

(2014). 

2. Hurd, T. R. et al. Long Oskar Controls Mitochondrial  Inheritance  in Drosophila melanogaster. Dev. Cell 39, 

560–571 (2016). 

DESCRIPTION OF STUDENT PARTICIPATION: 

This  project  is  ideally  suited  to motivated  students  interested  in  gaining  research  experience  for  graduate 

school. The students will work under the direct supervision of Dr. Hurd and a graduate student  in the  lab. The 

students will be expected  to participate  in all aspects of  the  research process  including:  reading appropriate 

background literature; helping to design and plan experiments; conducting experiments on a semi‐independent 

basis, with the expectation of increased independence as the project progresses; keeping accurate and thorough 

records of their experimental work; and participating in regular (bi‐weekly) lab meetings.  

 

The students will be exposed to a variety of genetic, biochemical and molecular biology methods that are widely 

applicable to a range of experimental disciplines. These include: 

1. Quantitative PCR 

2. Gene knockdown using RNAi 

3. Molecular cloning 

4. Drosophila genetics/husbandry 

5. CRISPR/Cas9 

 

Additionally,  students  should expect  to  learn how  to present  their data as publication‐quality  figures, and  to 

improve their ability to communicate their research clearly and concisely, both orally and in writing. 

 

MARKING SCHEME (% of grade; due date): 

1. Research  Proposal  (10%;  due  2  weeks  after  project  start):  Students  will  prepare  a  2‐4  page  written 

summary of  their  research project, which will  include background, hypothesis,  aims, methods, predicted 

outcomes and significance.   

2. Attendance, work ethic and participation in the lab and in meetings (20%; throughout) 

3. Experimental  lab  work  (20%;  throughout):  Students  will  be  evaluated  on  their  ability  to  conduct 

experiments, and to analyze and interpret the data generated. 

4. Lab notes and organization (20%; throughout): Students will be evaluated on their ability to keep organized 

and detailed experimental records, which will include aims, methods, results and interpretation.  

5. Final  Project  Presentation  (15%;  due  mid‐July  or  mid‐October):  Students  will  present  their  research 

objectives, results and future directions to the lab (20 minutes), followed by a questions discussion period. 

Students will  be  evaluated  on  their  presentation  skills  and  ability  to  answer  questions  related  to  their 

research project.  

6. Final Research Report (15%; due at noon on the last day of term): Students will provide a 5‐10 page written 

report describing the background and rationale for the research project, experimental methods, results and 

interpretation, conclusions and future directions.   

 

RESEARCH OPPORTUNITY PROGRAM 

299Y/399Y PROJECT DESCRIPTIONS 2018‐2019 

FALL/WINTER 

 

Name and Title:   Marc Meneghini, Associate Professor   

Department:    Molecular Genetics    

TITLE OF RESEARCH PROJECT:  Identification of New Substrates for the Set1/MLL Histone Methyltransferase.  

Number of 299Y Spots:        1                            Number of 399Y Spots:   1                     

OBJECTIVES AND METHODOLOGY:  

Methylation  of  histone  H3  on  lysine‐4  (H3K4me)  is  conserved  from  yeast  to  human,  and  is  one  of  the  most 

prominently  studied  chromatin modifications  impacting  transcriptional  control  and  epigenetic  inheritance.  In  the 

budding  yeast  Saccharomyces  cerevisiae,  Set1  is  the  sole H3K4 methyltransferase.  In  humans, mutations  in  Set1 

orthologs belonging  to  the MLL  family  cause devastating  forms  of  leukemia  and  are  associated with many other 

cancers.  Substrates  for  the  Set1/MLL  family  outside  of  H3K4  are  unknown  however,  and  given  the  ancient 

evolutionary origin of  this protein  family  it  seems  likely  that others exist. We have  completed a  synthetic dosage 

lethality  screen  (SDL)  screen  to  find  new  candidate  substrates  of  Set1.  SDL  screens  identify  overexpressed  yeast 

proteins that cause reduced cell fitness specifically in a strain that has a gene of interest deleted. When the deleted 

gene encodes a protein controlling a post‐translational modification, frequent screen hits have proven to be direct 

targets of the modification controlled by the deleted gene. We have identified dozens of proteins that cause reduced 

growth on  strains  lacking SET1  (set1∆). Each of  these  represents a candidate new  target of Set1 methylation. The 

objective will be  to  systematically  confirm  the  screen hits with  independent experiments assessing  the growth of 

wild‐type  (WT)  and  set1∆  strains  overexpressing  different  proteins  using  plasmid‐based  inducible  expression. 

Confirmed  screen hits will be  focused on  for more detailed  follow up  studies, eventually  leading  to  LC‐MS/MS  to 

identify methylated lysine residues on the top candidates.  

 

DESCRIPTION OF STUDENT PARTICIPATION: 

The student will be responsible for preparing plasmids and transforming them into a battery of strains including WT, 

set1∆, and strains with other mutations in SET1 and/or H3K4. These strains will then be used in “spotting assays” to 

evaluate  the  growth  characteristics  under  conditions  that  induce  over‐expression  from  the  selected  plasmids. 

Following collection of this data, selected proteins will be chosen for follow‐up molecular and genetic analysis.   

 

MARKING SCHEME (assignments with weight and due date): 

25%: Weekly reading assignments and group meetings. 

This  component will  include, but not be  restricted  to, participation  in weekly group meetings and  journal 

clubs.  

50%: Weekly progress evaluations. 

Project Code:  MGY 6 

The  student will be expected  to keep a notebook and discuss progress and anticipated experiments on a 

weekly basis. Meetings with the supervisor will be arranged to go over the progress. 

25%: Final written report / poster presentation. 

  The  student will provide a  final 2‐page written  report and participate  in a poster  session  to present  their 

results (either in the MolGen summer program poster session or in the undergraduate research forum). 

 

   

RESEARCH OPPORTUNITY PROGRAM 

299Y/399Y PROJECT DESCRIPTIONS 2018‐2019 

FALL/WINTER 

           

Name and Title:     William Navarre, Ph.D., Associate Professor 

Department:        Molecular Genetics 

 

TITLE OF RESEARCH PROJECT:  Analysis of Microbes Isolated from Laboratory Mice 

 

Number of 299Y Spots: 3               Number of 399Y Spots: 1 

 

OBJECTIVES AND METHODOLOGY:   

The  bacteria  associated  with  animals  (microbiota)  remain  largely  uncharacterized.    There  are  100s  of  bacterial 

species in the microbiota of any animal, each with its own growth requirements and its own effect on its animal host 

and the other microbes it interacts with.  Our lab has isolated dozens of novel bacterial species from laboratory mice 

and  are  characterizing  these microbes  for  their metabolic  capacity  and  their  ability  to  either  compete  with  or 

collaborate with other microbes we have isolated.   

 

DESCRIPTION OF STUDENT PARTICIPATION:    

Students will learn basic microbial cultivation techniques, DNA purification, and each will be given a set of microbes 

to characterize through standard metabolic assays.   Students will assess their microbes for their ability to  inhibit or 

enhance the growth of other microbes in co‐culturing experiments.  CRISPR systems of the bacteria will be examined 

by genome sequencing and their ability to resist bacterial viruses (bacteriophages) will be assessed.  One project will 

involve genome sequencing and bioinformatics. 

 

MARKING SCHEME (assignments with weight and due date): 

Mid‐term report:  20% of final grade – due at end of term – last day before break for exams (early December) 

Notebook:  15%  of  final  grade  ‐  Notebook  and  progress will  be  assessed monthly  by  the  professor  and  student 

advisor.  Final mark given at end of second semester. 

3 activity exercises in second term: 

  10%: detailed career goal statement – due end of third week of winter term. 

  10%: detailed write up of a lab protocol including references – due end of week after reading week 

  15%:  sample grant writing exercise (1000 words) – due Friday, eighth week of winter term. 

 

Final  report:  30%  of  final  grade  –  due  during  exam  period  and  based  on  revision  of  sample  grant  proposal  and 

summary of results. 

 

Project Code:  MGY 7 

RESEARCH OPPORTUNITY PROGRAM 

299Y/399Y PROJECT DESCRIPTIONS 2018‐2019 

FALL/WINTER 

 

Name and Title:     Aaron Reinke, Assistant Professor     

Department:        Molecular Genetics 

 

TITLE OF RESEARCH PROJECT:  Identification and Characterization of C. elegans Mutants that Provide Resistance to 

Microsporidia Infection. 

 

Number of 299Y Spots:         1                           Number of 399Y Spots:          1             

 

OBJECTIVES AND METHODOLOGY: 

Pathogenic microbes are extremely widespread and cause much death and disease. Obligate intracellular pathogens 

propagate exclusively  inside host  cells and  include  the  causative agents of  influenza,  chlamydia, and malaria. Our 

group  is  interested  in understanding how  intracellular pathogens can exploit hosts  for  their own benefit and how 

hosts are able to defend against these types of pathogens. To tackle this problem, we have been studying a naturally 

coevolved  system  of  tractable  Caenorhabditis  nematodes  hosts  and  Nematocida  microsporidian  pathogens. 

Microsporidia are a phylum of obligate intracellular eukaryotic pathogens that can specifically infect a diverse range 

of different hosts, including a number of species that cause death and disease in humans and agriculturally important 

animal  species.  Using  this  system,  we  will  identify  mutations  in  C.  elegans  that  provide  resistance  against 

microsporidia  infection. Though the characterization of these resistant mutants and the  identification of the genes 

responsible  for  the  resistance, we will uncover  the molecular mechanisms of how hosts  can become  resistant  to 

intracellular pathogen infection. 

 

DESCRIPTION OF STUDENT PARTICIPATION: 

Students will carry out experiments under the supervision of Dr. Reinke and experienced lab members, learning how 

to manipulate and perform assays with C. elegans. Students will  learn additional skills during this project  including 

forward and reverse genetic techniques, PCR and microscopy.  

 

MARKING SCHEME (assignments with weight and due date): 

Laboratory work and notebook‐assessed throughout the project (30%). 

Presentation of project goals and results at lab meeting once during fall and once during winter term (40%). 

Final written research report due April 12th 2019 (30%). 

 

 

Project Code: MGY 8 

RESEARCH OPPORTUNITY PROGRAM 

299Y PROJECT DESCRIPTIONS 2018‐2019 

FALL/WINTER 

 

Name and Title:     Mei Zhen   

Department:        Molecular Genetics  

TITLE OF  RESEARCH  PROJECT: Using  the  Caenorhabditis  elegans Nervous  System  to  Investigate Neuronal  Circuit 

Development and Function  

Number of 299Y Spots:    2         

OBJECTIVES AND METHODOLOGY: How do neuronal circuits develop and remodel as animals progress from birth to 

adulthood? How do  they  function  robustly  to  help  an  animal  respond  appropriately  to  complex  cues?  These  are 

challenging  questions  to  answer  in  humans,  with  80‐100  billion  neurons  in  the  adult  brain.  In  order  to  fully 

understand how neuronal circuits work  to  regulate behaviours we  need  to  know how  the  circuits  are wired,  and 

how  circuit  activity  is modulated. The  fundamental processes and the rules that govern neuronal circuit formation 

and  function  are  well  conserved  between  humans  and  the  small  nematode  worm,  Caenorhabditis  elegans.  C. 

elegans  larvae are born with 220 neurons, increasing to 302 neurons by the time the worm reaches adulthood. We 

have  been  using  serial‐section  electron  microscopy  (EM)  and  computational  approaches  to  map  the  entire 

nervous  system  of young  larval animals at  synaptic  resolution. This work will  result  in  an unprecedented dataset 

consisting of  full reconstruction of the nervous systems of multiple animals, at multiple developmental stages. This 

connectome  reconstruction  is  being  complemented  by  behavioural,  genetic,  calcium  imaging  and  optogenetic 

approaches  to  investigate  the  function  of  neuronal  circuits  in  live  animals.  The  insights  from  this  project  are 

being used to further our understanding of how a nervous system forms and remodels across development, and how 

neuronal circuits work together to mediate complex behaviours. 

 

DESCRIPTION OF STUDENT PARTICIPATION: 

The successful students will have the opportunity to: 

1.    Assist tracing neurons and identifying, and processing electron microscopy data 

2.    Assist with using the electron microscope to take high resolution images of the nervous system 

3.   Use molecular biology/ behavioural/ calcium imaging/ optogenetic techniques to investigate the function 

and development of the nervous system. 

 

MARKING SCHEME (assignments with weight and due date): 

10% ‐ 2‐4 page report due 12 Nov 2018 (double spaced, including review of relevant literature, rationale of 

project, hypothesis, methods, references in standard journal format) 

40% ‐ final report due April 2019 (5‐10 pages, double spaced). Introduction, aim/hypothesis, methods, 

o results, discussion, references (standard journal format). 

10% participation in weekly lab meetings (duration of project) 

Project Code:  MGY 9 

10% Oral presentation at lab meeting before April 2017 

20% lab competency 

10% good recording of data