An mRNA region of the canine distemper virus fusion protein gene lacking AUG codons can promote protein expression.

Canine distemper virus (CDV) produces a glycosylated type I fusion protein (F) with an internal hydrophobic signal sequence beginning around 115 residues downstream of the first AUG used for translation initiation. Cleavage of the signal sequence yields the F0 molecule, which is cleaved into the F1 and F2 subunits. Surprisingly, when all in-frame AUGs located in the first third of the F gene were mutated a protein of the same molecular size as the F0 molecule was still expressed from both the Onderstepoort (OP) and A75/17-CDV F genes. We designated this protein, which is initiated from a non-AUG codon protein Fx. Site-directed mutagenesis allowed to identify codon 85, a GCC codon coding for alanine, as the most likely position from which translation initiation of Fx occurs in OP-CDV. Deletion analysis demonstrated that at least 60 nucleotides upstream of the GCC codon are required for efficient Fx translation. This sequence is GC-rich, suggesting extensive folding. Secondary structure may therefore be important for translation initiation at codon 85.

Identification of small RNAs in Pseudomonas species

Summary: Bacterial small RNAs (sRNAs) are transcripts most of which have regulatory functions. Sequence and secondary structure elements enable numerous sRNAs to interact with mRNAs or with regulatory proteins resulting in diverse regulatory effects on virulence, iron storage, organization of cell envelope proteins or stress response. sRNAs having high affinity for RsmA-like RNA-binding proteins are important for posttranscriptional regulation in various Gram-negative bacteria. In Pseudomonas spp., the GacS/GacA two component system positively controls the production of such sRNAs. They titrate RsmA-like proteins and thus overcome translational repression due to these proteins. As a consequence, secondary metabolites can be produced that are implicated in the biocontrol capacity of P. fluorescens or in the virulence of P. aeruginosa. A genome-wide search carried out in P. aeruginosa PAO1 and in closely related Pseudomonas spp. resulted in the identification of 15 genes coding for sRNAs. Eight of these are novel, the remaining seven have previously been observed. Among them, the 1698 sRNA gene was expressed under GacA control, whereas the transcription of 1887 sRNA gene was transcribed under the control of the anaerobic regulator Anr in an oxygen-limited environment. Overexpression of 1698 sRNA in P. fluorescens strain CHAO did not affect the expression of the GacA-regulated hcnA gene (first gene of the operon coding for HCN synthase), indicating that 1698 sRNA is probably not part of the secondary metabolite regulation pathway. The expression of 1698 sRNA was positively regulated by RpoS in both P. aeruginosa PAO 1 and P. ,fluorescens CHAO and appeared to be modulated temporarily by oxidative stress conditions. However, the effect of 1698 sRNA on oxidative stress survival has not yet been established. Hfq protein interacted with 1698 sRNA in vitro and improved 1698 sRNA expression in vivo in P. aeruginosa. In P. fluorescens, GacA and Hfq were both required for expression of rpoS and GacA showed a positively control on the hfq expression; therefore, at least in this organism, GacA control of 1698 sRNA expression may act indirectly via Hfq and RpoS. Different methods were employed to find abase-pairing target for 1698 sRNA. In a proteomic analysis carried out in P. aeruginosa, positive regulation by 1698 sRNA was observed for Soda, the iron-associated superoxide dismutase, an enzyme involved in oxidative stress resistance. A sequence complementary with 1698 sRNA was predicted to be located in the 5' leader of soda mRNA. However, base-pairing between soda mRNA and 1698 sRNA remains to be proven. In conclusion, this work has revealed eight novel sRNAs and novel functions of two sRNAs in Pseudomonas spp. Résumé Les petits ARNs non-codants (sRNAs) produits par les bactéries sont des transcrits ayant pour la plupart des activités régulatrices importantes. Leurs séquences nucléotidiques ainsi que leurs structures secondaires permettent aux sRNAs d'interagir soit avec des RNA messagers (mRNAs), de sorte à modifier l'expression des protéines pour lesquelles ils codent, soit avec des protéines régulatrices liant des rnRNAs, ce qui a pour effet de modifier l'expression de ces mRNAs. Des sRNAs sont impliqués dans diverses voies de régulation, telles que celles qui régissent la virulence, le stockage du fer, l'organisation des protéines de l'enveloppe bactérienne ou la réponse au stress. Chez les Pseudomonas spp., le système à deux composantes GacS/GacA contrôle la production de métabolites secondaires. Ceux-ci sont engagés dans l'établissement du biocontrôle, chez P. fluorescens, ou. de la virulence, chez P. aeruginosa. La régulation génique dirigée par le système GacS/GacA fait intervenir les sRNAs du type RsmZ, capables de contrecarrer l'action au niveau traductionnel exercée par les protéines régulatrices du type RsmA. Une recherche au niveau du génome a été menée chez P. aeruginosa PAO1 de même que chez des espèces qui lui sont étroitement apparentées, débouchant sur la mise en évidence de 15 gènes codant pour des sRNAs. Parmi ceux-ci, huit ont été découverts pour la première fois et sept confirment des travaux publiés. L'expression du gène du sRNAs 1698 s'avère être régulée par GacA, vraisemblablement de manière indirecte. La transcription du gène du sRNA 1887 montre une dépendance envers Anr, régulateur de l'anaérobiose, et envers une carence en oxygène. La surexpression du sRNA 1698 chez P. fluorescens CHAO n'affecte pas l'expression de hcnA, un gène du régulon GacA, laissant supposer que le sRNA n'intervient pas dans la régulation des métabolites secondaires. Chez P. aeruginosa PAOI et chez P. fluorescens CHAO, RpoS, le facteur sigma du stress, est nécessaire à l'expression du sRNA 1698, et la concentration de ce dernier est modulée par des conditions de stress oxydatif. Toutefois, un effet du sRNA 1698 quant à la survie suite au stress oxydatif n'a pas été établi. Par ailleurs, l'interaction entre le sRNA 1698 et Hfq, la protéine chaperone de RNAs, in vitro ainsi qu'un rôle positif de Hfq pour l'expression du sRNA 1698 in vivo ont été démontrés chez P. aeruginosa. L'induction de l'expression par GacA de rpoS et de hfq a été confirmée chez P. fluorescens CHAO, suggérant que la régulation par GacA du sRNA 1698 pourrait se faire par l'intermédiaire de RpoS et Hfq. Diverses méthodes ont été employées pour identifier un transcrit qui puisse être apparié par le sRNA 1698. Une analyse de protéome chez P. aeruginosa montre que l'expression de Soda, la superoxyde dismutase associée au fer, est positivement régulée par le sRNA 1698. Soda est une enzyme impliquée dans la résistance au stress oxydatif. Une séquence de complémentarité avec le sRNA 1698 a bien été prédite sur le leader 5' du mRNA de soda. Cependant, l'appariement entre le sRNA et son transcrit cible est encore à prouver. En conclusion, ce travail a dévoilé huit nouveaux sRNAs et de nouvelles fonctions pour deux sRNAs chez les Pseudomonas.

A repeated GGA motif is critical for the activity and stability of the riboregulator RsmY of Pseudomonas fluorescens.

The riboregulator RsmY of Pseudomonas fluorescens strain CHA0 is an example of small regulatory RNAs belonging to the global Rsm/Csr regulatory systems controlling diverse cellular processes such as glycogen accumulation, motility, or formation of extracellular products in various bacteria. By binding multiple molecules of the small regulatory protein RsmA, RsmY relieves the negative effect of RsmA on the translation of several target genes involved in the biocontrol properties of strain CHA0. RsmY and functionally related riboregulators have repeated GGA motifs predicted to be exposed in single-stranded regions, notably in the loops of hairpins. The secondary structure of RsmY was corroborated by in vivo cleavage with lead acetate. RsmY mutants lacking three or five (out of six) of the GGA motifs showed reduced ability to derepress the expression of target genes in vivo and failed to bind the RsmA protein efficiently in vitro. The absence of GGA motifs in RsmY mutants resulted in reduced abundance of these transcripts and in a shorter half-life (< or = 6 min as compared with 27 min for wild type RsmY). These results suggest that both the interaction of RsmY with RsmA and the stability of RsmY strongly depend on the GGA repeats and that the ability of RsmY to interact with small regulatory proteins such as RsmA may protect this RNA from degradation.

Regulatory roles of the GacS/GacA two-component system in plant-associated and other gram-negative bacteria.

The sensor kinase GacS and the response regulator GacA are members of a two-component system that is present in a wide variety of gram-negative bacteria and has been studied mainly in enteric bacteria and fluorescent pseudomonads. The GacS/GacA system controls the production of secondary metabolites and extracellular enzymes involved in pathogenicity to plants and animals, biocontrol of soilborne plant diseases, ecological fitness, or tolerance to stress. A current model proposes that GacS senses a still-unknown signal and activates, via a phosphorelay mechanism, the GacA transcription regulator, which in turn triggers the expression of target genes. The GacS protein belongs to the unorthodox sensor kinases, characterized by an autophosphorylation, a receiver, and an output domain. The periplasmic loop domain of GacS is poorly conserved in diverse bacteria. Thus, a common signal interacting with this domain would be unexpected. Based on a comparison with the transcriptional regulator NarL, a secondary structure can be predicted for the GacA sensor kinases. Certain genes whose expression is regulated by the GacS/GacA system are regulated in parallel by the small RNA binding protein RsmA (CsrA) at a posttranscriptional level. It is suggested that the GacS/GacA system operates a switch between primary and secondary metabolism, with a major involvement of posttranscriptional control mechanisms.

Contribution of electrostatic interactions, compactness and quaternary structure to protein thermostability: lessons from structural genomics of Thermotoga maritima.

Studies of the structural basis of protein thermostability have produced a confusing picture. Small sets of proteins have been analyzed from a variety of thermophilic species, suggesting different structural features as responsible for protein thermostability. Taking advantage of the recent advances in structural genomics, we have compiled a relatively large protein structure dataset, which was constructed very carefully and selectively; that is, the dataset contains only experimentally determined structures of proteins from one specific organism, the hyperthermophilic bacterium Thermotoga maritima, and those of close homologs from mesophilic bacteria. In contrast to the conclusions of previous studies, our analyses show that oligomerization order, hydrogen bonds, and secondary structure play minor roles in adaptation to hyperthermophily in bacteria. On the other hand, the data exhibit very significant increases in the density of salt-bridges and in compactness for proteins from T.maritima. The latter effect can be measured by contact order or solvent accessibility, and network analysis shows a specific increase in highly connected residues in this thermophile. These features account for changes in 96% of the protein pairs studied. Our results provide a clear picture of protein thermostability in one species, and a framework for future studies of thermal adaptation.

Leishmania major metacaspase can replace yeast metacaspase in programmed cell death and has arginine-specific cysteine peptidase activity.

The human protozoan parasite Leishmania major has been shown to exhibit several morphological and biochemical features characteristic of a cell death program when differentiating into infectious stages and under a variety of stress conditions. Although some caspase-like peptidase activity has been reported in dying parasites, no caspase gene is present in the genome. However, a single metacaspase gene is present in L. major whose encoded protein harbors the predicted secondary structure and the catalytic dyad histidine/cysteine described for caspases and other metacaspases identified in plants and yeast. The Saccharomyces cerevisiae metacaspase YCA1 has been implicated in the death of aging cells, cells defective in some biological functions, and cells exposed to different environmental stresses. In this study, we describe the functional heterologous complementation of a S. cerevisiae yca1 null mutant with the L. major metacaspase (LmjMCA) in cell death induced by oxidative stress. We show that LmjMCA is involved in yeast cell death, similar to YCA1, and that this function depends on its catalytic activity. LmjMCA was found to be auto-processed as occurs for caspases, however LmjMCA did not exhibit any activity with caspase substrates. In contrast and similarly to Arabidopsis thaliana metacaspases, LmjMCA was active towards substrates with arginine in the P1 position, with the activity being abolished following H147A and C202A catalytic site mutations. These results suggest that metacaspases are members of a family of peptidases with a role in cell death conserved in evolution notwithstanding possible differences in their catalytic activity.

X-ray structures of Sap1 and Sap5: structural comparison of the secreted aspartic proteinases from Candida albicans.

Proteolytic activity is an important virulence factor for Candida albicans (C. albicans). It is attributed to the family of the secreted aspartic proteinases (Saps) from C. albicans with a minimum of 10 members. Saps show controlled expression and regulation for the individual stages of the infection process. Distinct isoenzymes can be responsible for adherence and tissue damage of local infections, while others cause systemic diseases. Earlier, only the structures of Sap2 and Sap3 were known. In our research, we have now succeeded in solving the X-ray crystal structures of the apoenzyme of Sap1 and Sap5 in complex with pepstatin A at 2.05 and 2.5 A resolution, respectively. With the structure of Sap1, we have completed the set of structures of isoenzyme subgroup Sap1-3. Of subgroup Sap4-6, the structure of the enzyme Sap5 is the first structure that has been described up to now. This facilitates comparison of structural details as well as inhibitor binding modes among the different subgroup members. Structural analysis reveals a highly conserved overall secondary structure of Sap1-3 and Sap5. However, Sap5 clearly differs from Sap1-3 by its electrostatic overall charge as well as through structural conformation of its entrance to the active site cleft. Design of inhibitors specific for Sap5 should concentrate on the S4 and S3 pockets, which significantly differ from Sap1-3 in size and electrostatic charge. Both Sap1 and Sap5 seem to play a major part in superficial Candida infections. Determination of the isoenzymes' structures can contribute to the development of new Sap-specific inhibitors for the treatment of superficial infections with a structure-based drug design program.

" Leishmania major " metacaspase in programmed cell death

Abstract: The human protozoan parasite Leishmania major has been shown to exhibit several morphological and biochemical features characteristic of a programmed cell death (PCD) when differentiating into infectious stages and under a variety of stress conditions. In mammalian cells, the principal effector molecules of PCD or apoptosis are caspases. Although some caspase-like peptidase activity has been reported in dying parasites, no caspase gene is present in the L. major genome. However, a single metacaspase gene is present in L. major whose encoded protein harbors the predicted secondary structure and the catalytic dyad histidine/cysteine described for caspases and other metacaspases identified in plants and yeast. Metacaspases are also present in other protozoan parasites such as Trypanosoma and Plasmodium species and are not present in mammalian cells, which make them a possible drug target for the treatment of the parasitic diseases they cause. The Saccharomyces cerevisiae metacaspase YCA1 has been implicated in the death of aging cells, cells defective in some biological functions, and cells exposed to different environmental stresses. In this study, we evaluated the functional heterologous complementation of a S. cerevisiae ycal null mutant with the L. major metacaspase (LmjMCA} in cell death induced by oxidative stress. We show that LmjMCA is involved in yeast cell death, similar to YCA1, and that this function depends on its catalytic activity. LmjMCA was found to be auto-processed as occurs for caspases, however, LmjMCA did not exhibit any activity with caspase substrates. In contrast, LmjMCA was active towards substrates with arginine in the P1 position, with the activity being abolished following H147A and C202A catalytic site mutations and addition of the arginal inhibitor leupeptin. In order to identify the L. major proteins that may function as substrates, inhibitors, or may bind and recruit LmjMCA, a yeast two-hybrid screening with cDNA libraries from different life cycle stages of the parasite was conducted. Proteins putatively involved in PCD were identified as interacting with LmjMCA, however, the interaction of LmjMCA with proteins involved in other physiological processes such as vesicle transport, suggests that LmjMCA could have additional roles in the different life cycle stages of the parasite. Résumé: Plusieurs caractéristiques morphologiques et biochimiques rappelant la mort cellulaire programmée ont été identifiées dans les stades infectieux et sous des conditions de stress, chez le parasite protozoaire humain, Leishmania major. Dans les cellules de mammifères, les caspases sont les molécules effectrices principales impliquées dans la mort cellulaire programmée et l'apoptose. Bien qu'une activité caspase ait été retrouvée dans des parasites en mon` cellulaire, le génome de Leishmania ne contient aucun gène qui pourrait coder pour une caspase. À la place, on retrouve un gène unique codant pour une métacaspase. Une prédiction de la structure secondaire de la métacaspase montre que cette métacaspase a un domaine catalytique contenant la dyade histidine/cystéine présente dans les caspases et les autres métacaspases décrites chez les plantes et la levure. Les métacaspases sont aussi présentes dans d'autres parasites protozoaires tels que Trypanosome et Plasmodium, mais ne sont pas présentes dans les cellules de mammifères, ce qui en fait des cibles intéressantes pour le développement de drogue. Dans la levure, Saccharomyces cerevisiae, la métacaspase YCA1 est impliquée dans la mort des cellules âgées, la mort des cellules défectueuses dans certaines fonctions biologiques et dans les cellules exposées à différents stress environnementaux. Dans cette étude, une complémentation hétérologue fonctionnelle d'un mutant de la levure déficient en YCA1 par le gène LmjMCA de L. major lors de l'induction de ta mort par stress oxydatif a été évaluée. Nos résultats montrent que LmjMCA peut remplacer YGA1 dans le programme de mort cellulaire chez la levure et que celte fonction dépend de son activité catalytique. De plus, LmjMCA subit une auto clivage comme les caspases mais n'exhibe aucune spécificité pour les substrats des caspases. Au contraire, LmjMCA est active envers des substrats ayant une arginine en position P1, son activité étant détruite suite à des changements de son domaine catalytique par les mutations H147A et C202A ou suite à une inhibition para la leupeptine. Afin d'identifier quels pourraient être les substrats, les inhibiteurs ou les molécules interagissant avec LmjMCA, nous avons entrepris un criblage double-hybride en utilisant des librairies de d'ADNc provenant de différents stades du cycle parasitaire. Plusieurs protéines potentiellement impliquées dans un programme de mort cellulaire ont été identifiées comme interagissant avec LmjMCA. Cependant, l'identification de protéines impliquées dans le transport vésiculaire suggère aussi que LmjMCA pourrait avoir un rôle additionnel dans les différents stades du cycle parasitaire. Résumé destiné à un large public: De nos jours, la leishmaniose est la deuxième plus importante maladie parasitaire après la malaria. Malgré les avancées accomplies dans les stratégies de contrôle, près de deux millions de nouveaux cas apparaissent chaque année. Actuellement, la principale stratégie pour faire face à ce problème épidémiologique consiste en un traitement pharmacologique des personnes infectées. Pourtant, seule une dizaine de médicaments, dont la plupart sont toxiques, est disponible pour traiter la leishmaniose et des cas de résistance émergent dans certains pays endémiques. Il devient donc urgent de mettre au point de nouveaux traitements anti-leishmaniens capables d'éliminer le parasite sans effets indésirables sur le patient. Récemment, des caractéristiques morphologiques et biochimiques de la mort cellulaire programmée (MCP) semblables au processus de l'apoptose chez les mammifères ont été décrites dans Leishmania. Cependant, des gènes codant pour des protéines similaires à celles qui sont impliquées dans l'apoptose, comme les caspases, ne se retrouvent pas dans le génome de Leishmanía major. Néanmoins, les espèces de Leishmanía, aussi bien que d'autres parasites protozoaires responsables des trypanosomiases et de la malaria, possèdent des métacaspases qui sont des protéines homologues aux caspases mais qui ne sont pas présentes chez les mammifères. C'est pourquoi, la caractérisation de la métacaspase de Leishmania (LmjMCA) ainsi que ses mécanismes d'activation pourrait être une piste d'investigation intéressante dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans les voies de signalisation de la MCP des parasites protozoaires. Dans la levure, Saccharomyces cerevisiae, la métacaspase YCA1 est impliquée dans la mort des cellules âgées, la mort des cellules défectueuses dans certaines fonctions biologiques et dans les cellules exposées à différents stress environnementaux. Dans cette étude, une complémentation hétérologue fonctionnelle d'un mutant de la levure déficient en YCA1 par le gène LmjMCA de L major lors de l'induction de la mort par stress oxydatif a été évaluée. Nos résultats montrent que LmjMCA peut remplacer YCA1 dans le programme de mort cellulaire chez la levure et que cette fonction dépend de son activité catalytique. De plus, LmjMCA subit une auto clivage comme les caspases mais n'exhibe aucune spécificité pour les substrats des caspases. Au contraire, LmjMCA est active envers des substrats ayant une arginine en position P1, son activité étant détruite suite à des changements de son domaine catalytique par les mutations H147A et C202A ou suite à une inhibition para la leupeptine. Afin d'identifier quels pourraient être les substrats, les inhibiteurs ou les molécules interagissant avec LmjMCA, nous avons entrepris un criblage double-hybride en utilisant des librairies de d'ADNe provenant de différents stades du cycle parasitaire. Plusieurs protéines potentiellement impliquées dans un programme de mort cellulaire ont été identifiées comme interagissant avec LmjMCA. Cependant, l'identification de protéines impliquées dans le transport vésiculaire suggère aussi que LmjMCA pourrait avoir un rôle additionnel dans les différents stades du cycle parasitaire. Resumen destinado al público en general: La leishmaniasis es la segunda enfermedad parasitaria más importante en el mundo actual. Aproximadamente 2 millones de nuevos casos ocurren cada año a pesar de los avances logrados en el desarrollo de nuevos métodos de control. El tratamiento farmacológico de las personas infectadas es actualmente la principal estrategia de control, sin embargo, menos de una decena de medicamentos se encuentran disponibles en el mercado, la mayoría de ellos son tóxicos, y ya empiezan a encontrarse parásitos resistentes en algunos países endémicos para la leishmaniasis. El desarrollo de nuevos medicamentos capaces de eliminar los parásitos sin producir efectos indeseables en los humanos, es una necesidad inminente. Recientemente, algunas de las características morfológicas y bioquímicas de la muerte celular programada (MCP) similares al proceso de la apoptosis en mamíferos, han sido descritas en parasitos de Leishmania. Sin embargo, genes que codifiquen proteínas similares a aquellas involucradas en la apoptosis, como las caspasas, no se encuentran en el genoma de Leishmania major. AI contrario, las especies de Leishmania, así como de los otros parásitos responsables de la tripanosomiasis y de la malaria, poseen metacaspases, proteínas homologas a las caspases pero que no están presentes en las células de mamíferos. La caracterización de la metacaspasa de L. major y de sus mecanismos de activación constituye, por lo tanto, un área de investigación interesante para la identificación de nuevos blancos terapéuticos en el proceso de MCP de los parásitos protozoarios. En la levadura Saccharomyces cerevisiae, la metacaspasa YCA1 ha sido descrita como implicada en la muerte de células envejecidas, células defectuosas en algunas funciones biológicas, y en células expuestas a diferentes tipos de estrés ambiental. En el presente estudio se evaluó la complementación heteróloga funcional de una levadura mutante deficiente en YCA1 con el gen de metacaspase de L. major (LmjMCA) en la MCP inducida por estrés oxidativo. Nuestros resultados muestran que la LmjMCA puede reemplazarla YCA1 en la MCP de la levadura dependiente de su actividad catalítica y que la LmjMCA se auto-procesa similar a las caspasas. Sin embargo, LmjMCA no reconoce los substratos de caspasas sino substratos con una arginina en ta posición P1. Dicha actividad enzimática fue abolida con la inducción de las mutaciones puntuales H147A y C202A en la díada catalítica de LmjMCA y con la adición de leupeptina, un inhibidor con arginina. Con el fin de identificar proteínas que pudieran funcionar como substratos, inhibidores o moléculas modificadoras de LmjMCA, se aplicó el método de doble-híbrido en levadura con bibliotecas de ADNc provenientes de diferentes estadios del ciclo de vida del parásito. Algunas proteínas potencialmente implicadas. en la MCP del parásito fueron identiñcadas interactuando con LmjMCA. La identificación de otras proteínas involucradas en transporte vesicular sugiere que la LmjMCA podría tener una función biológica adicional en los diferentes estadios del ciclo de vida dei parásito.

Local alignment refinement using structural assessment.

Homology modeling is the most commonly used technique to build a three-dimensional model for a protein sequence. It heavily relies on the quality of the sequence alignment between the protein to model and related proteins with a known three dimensional structure. Alignment quality can be assessed according to the physico-chemical properties of the three dimensional models it produces.In this work, we introduce fifteen predictors designed to evaluate the properties of the models obtained for various alignments. They consist of an energy value obtained from different force fields (CHARMM, ProsaII or ANOLEA) computed on residue selected around misaligned regions. These predictors were evaluated on ten challenging test cases. For each target, all possible ungapped alignments are generated and their corresponding models are computed and evaluated.The best predictor, retrieving the structural alignment for 9 out of 10 test cases, is based on the ANOLEA atomistic mean force potential and takes into account residues around misaligned secondary structure elements. The performance of the other predictors is significantly lower. This work shows that substantial improvement in local alignments can be obtained by careful assessment of the local structure of the resulting models.

Cryo-negative staining: advantages and applications for three-dimensional electron microscopy of biological macromolecules

Les échantillons biologiques ne s?arrangent pas toujours en objets ordonnés (cristaux 2D ou hélices) nécessaires pour la microscopie électronique ni en cristaux 3D parfaitement ordonnés pour la cristallographie rayons X alors que de nombreux spécimens sont tout simplement trop << gros D pour la spectroscopie NMR. C?est pour ces raisons que l?analyse de particules isolées par la cryo-microscopie électronique est devenue une technique de plus en plus importante pour déterminer la structure de macromolécules. Néanmoins, le faible rapport signal-sur-bruit ainsi que la forte sensibilité des échantillons biologiques natifs face au faisceau électronique restent deux parmi les facteurs limitant la résolution. La cryo-coloration négative est une technique récemment développée permettant l?observation des échantillons biologiques avec le microscope électronique. Ils sont observés à l?état vitrifié et à basse température, en présence d?un colorant (molybdate d?ammonium). Les avantages de la cryo-coloration négative sont étudiés dans ce travail. Les résultats obtenus révèlent que les problèmes majeurs peuvent êtres évités par l?utilisation de cette nouvelle technique. Les échantillons sont représentés fidèlement avec un SNR 10 fois plus important que dans le cas des échantillons dans l?eau. De plus, la comparaison de données obtenues après de multiples expositions montre que les dégâts liés au faisceau électronique sont réduits considérablement. D?autre part, les résultats exposés mettent en évidence que la technique est idéale pour l?analyse à haute résolution de macromolécules biologiques. La solution vitrifiée de molybdate d?ammonium entourant l?échantillon n?empêche pas l?accès à la structure interne de la protéine. Finalement, plusieurs exemples d?application démontrent les avantages de cette technique nouvellement développée.<br/><br/>Many biological specimens do not arrange themselves in ordered assemblies (tubular or flat 2D crystals) suitable for electron crystallography, nor in perfectly ordered 3D crystals for X-ray diffraction; many other are simply too large to be approached by NMR spectroscopy. Therefore, single-particles analysis has become a progressively more important technique for structural determination of large isolated macromolecules by cryo-electron microscopy. Nevertheless, the low signal-to-noise ratio and the high electron-beam sensitivity of biological samples remain two main resolution-limiting factors, when the specimens are observed in their native state. Cryo-negative staining is a recently developed technique that allows the study of biological samples with the electron microscope. The samples are observed at low temperature, in the vitrified state, but in presence of a stain (ammonium molybdate). In the present work, the advantages of this novel technique are investigated: it is shown that cryo-negative staining can generally overcome most of the problems encountered with cryo-electron microscopy of vitrified native suspension of biological particles. The specimens are faithfully represented with a 10-times higher SNR than in the case of unstained samples. Beam-damage is found to be considerably reduced by comparison of multiple-exposure series of both stained and unstained samples. The present report also demonstrates that cryo-negative staining is capable of high- resolution analysis of biological macromolecules. The vitrified stain solution surrounding the sample does not forbid the access to the interna1 features (ie. the secondary structure) of a protein. This finding is of direct interest for the structural biologist trying to combine electron microscopy and X-ray data. developed electron microscopy technique. Finally, several application examples demonstrate the advantages of this newly

Regulation of recombination at yeast nuclear pores controls repair and triplet repeat stability.

Secondary structure-forming DNA sequences such as CAG repeats interfere with replication and repair, provoking fork stalling, chromosome fragility, and recombination. In budding yeast, we found that expanded CAG repeats are more likely than unexpanded repeats to localize to the nuclear periphery. This positioning is transient, occurs in late S phase, requires replication, and is associated with decreased subnuclear mobility of the locus. In contrast to persistent double-stranded breaks, expanded CAG repeats at the nuclear envelope associate with pores but not with the inner nuclear membrane protein Mps3. Relocation requires Nup84 and the Slx5/8 SUMO-dependent ubiquitin ligase but not Rad51, Mec1, or Tel1. Importantly, the presence of the Nup84 pore subcomplex and Slx5/8 suppresses CAG repeat fragility and instability. Repeat instability in nup84, slx5, or slx8 mutant cells arises through aberrant homologous recombination and is distinct from instability arising from the loss of ligase 4-dependent end-joining. Genetic and physical analysis of Rad52 sumoylation and binding at the CAG tract suggests that Slx5/8 targets sumoylated Rad52 for degradation at the pore to facilitate recovery from acute replication stress by promoting replication fork restart. We thereby confirmed that the relocation of damage to nuclear pores plays an important role in a naturally occurring repair process.

Functional analysis of the post-transcriptional regulator RsmA reveals a novel RNA-binding site.

The RsmA family of RNA-binding proteins are global post-transcriptional regulators that mediate extensive changes in gene expression in bacteria. They bind to, and affect the translation rate of target mRNAs, a function that is further modulated by one or more, small, untranslated competitive regulatory RNAs. To gain new insights into the nature of this protein/RNA interaction, we used X-ray crystallography to solve the structure of the Yersinia enterocolitica RsmA homologue. RsmA consists of a dimeric beta barrel from which two alpha helices are projected. From structure-based alignments of the RsmA protein family from diverse bacteria, we identified key amino acid residues likely to be involved in RNA-binding. Site-specific mutagenesis revealed that arginine at position 44, located at the N terminus of the alpha helix is essential for biological activity in vivo and RNA-binding in vitro. Mutation of this site affects swarming motility, exoenzyme and secondary metabolite production in the human pathogen Pseudomonas aeruginosa, carbon metabolism in Escherichia coli, and hydrogen cyanide production in the plant beneficial strain Pseudomonas fluorescens CHA0. R44A mutants are also unable to interact with the small untranslated RNA, RsmZ. Thus, although possessing a motif similar to the KH domain of some eukaryotic RNA-binding proteins, RsmA differs substantially and incorporates a novel class of RNA-binding site.

CHARACTERIZATION OF NrsZ, A NOVEL SMALL REGULATORY NON-CODING RNA INVOLVED IN THE ADAPTATION OF PSEUDOMONAS AERUGINOSA PAO1

The opportunistic ubiquitous pathogen Pseudomonas aeruginosa strain PAOl is a versatile Gram-negative bacterium that has the extraordinary capacity to colonize a wide diversity of ecological niches and to cause severe and persistent infections in humans. To ensure an optimal coordination of the genes involved in nutrient utilization, this bacterium uses the NtrB/C and/or the CbrA/B two-component systems, to sense nutrients availability and to regulate in consequence the expression of genes involved in their uptake and catabolism. NtrB/C is specialized in nitrogen utilization, while the CbrA/B system is involved in both carbon and nitrogen utilization and both systems activate their target genes expression in concert with the alternative sigma factor RpoN. Moreover, the NtrB/C and CbrA/B two- component systems regulate the secondary metabolism of the bacterium, such as the production of virulence factors. In addition to the fine-tuning transcriptional regulation, P. aeruginosa can rapidly modulate its metabolism using small non-coding regulatory RNAs (sRNAs), which regulate gene expression at the post-transcriptional level by diverse and sophisticated mechanisms and contribute to the fast physiological adaptability of this bacterium. In our search for novel RpoN-dependent sRNAs modulating the nutritional adaptation of P. aeruginosa PAOl, we discovered NrsZ (Nitrogen regulated sRNA), a novel RpoN-dependent sRNA that is induced under nitrogen starvation by the NtrB/C two-component system. NrsZ has a unique architecture, formed of three similar stem-loop structures (SL I, II and II) separated by variant spacer sequences. Moreover, this sRNA is processed in short individual stem-loop molecules, by internal cleavage involving the endoribonuclease RNAse E. Concerning NrsZ functions in P. aeruginosa PAOl, this sRNA was shown to trigger the swarming motility and the rhamnolipid biosurfactants production. This regulation is due to the NrsZ-mediated activation of rhlA expression, a gene encoding for an enzyme essential for swarming motility and rhamnolipids production. Interestingly, the SL I structure of NrsZ ensures its regulatory function on rhlA expression, suggesting that the similar SLs are the functional units of this modular sRNA. However, the regulatory mechanism of action of NrsZ on rhlA expression activation remains unclear and is currently being investigated. Additionally, the NrsZ regulatory network was investigated by a transcriptome analysis, suggesting that numerous genes involved in both primary and secondary metabolism are regulated by this sRNA. To emphasize the importance of NrsZ, we investigated its conservation in other Pseudomonas species and demonstrated that NrsZ is conserved and expressed under nitrogen limitation in Pseudomonas protegens Pf-5, Pseudomonas putida KT2442, Pseudomonas entomophila L48 and Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000, strains having different ecological features, suggesting an important role of NrsZ in the adaptation of Pseudomonads to nitrogen starvation. Interestingly the architecture of the different NrsZ homologs is similarly composed by SL structures and variant spacer sequences. However, the number of SL repetitions is not identical, and one to six SLs were predicted on the different NrsZ homologs. Moreover, NrsZ is processed in short molecules in all the strains, similarly to what was previously observed in P. aeruginosa PAOl, and the heterologous expression of the NrsZ homologs restored rhlA expression, swarming motility and rhamnolipids production in the P. aeruginosa NrsZ mutant. In many aspects, NrsZ is an atypical sRNA in the bacterial panorama. To our knowledge, NrsZ is the first described sRNA induced by the NtrB/C. Moreover, its unique modular architecture and its processing in similar short SL molecules suggest that NrsZ belongs to a novel family of bacterial sRNAs. -- L'agent pathogène opportuniste et ubiquitaire Pseudomonas aeruginosa souche PAOl est une bactérie Gram négative versatile ayant l'extraordinaire capacité de coloniser différentes niches écologiques et de causer des infections sévères et persistantes chez l'être humain. Afin d'assurer une coordination optimale des gènes impliqués dans l'utilisation de différents nutriments, cette bactérie se sert de systèmes à deux composants tel que NtrB/C et CbrA/B afin de détecter la disponibilité des ressources nutritives, puis de réguler en conséquence l'expression des gènes impliqués dans leur importation et leur catabolisme. Le système NtrB/C régule l'utilisation des sources d'azote alors que le système CbrA/B est impliqué à la fois dans l'utilisation des sources de carbone et d'azote. Ces deux systèmes activent l'expression de leurs gènes-cibles de concert avec le facteur sigma alternatif RpoN. En outre, NtrB/C et CbrA/B régulent aussi le métabolisme secondaire, contrôlant notamment la production d'importants facteurs de virulence. En plus de toutes ces régulations génétiques fines ayant lieu au niveau transcriptionnel, P. aeruginosa est aussi capable de moduler son métabolisme en se servant de petits ARNs régulateurs non-codants (ARNncs), qui régulent l'expression génétique à un niveau post- transcriptionnel par divers mécanismes sophistiqués et contribuent à rendre particulièrement rapide l'adaptation physiologique de cette bactérie. Au cours de nos recherches sur de nouveaux ARNncs dépendant du facteur sigma RpoN et impliqués dans l'adaptation nutritionnelle de P. aeruginosa PAOl, nous avons découvert NrsZ (Nitrogen regulated sRNA), un ARNnc induit par la cascade NtrB/C-RpoN en condition de carence en azote. NrsZ a une architecture unique, composée de trois structures en tige- boucle (TB I, II et III) hautement similaires et séparées par des « espaceurs » ayant des séquences variables. De plus, cet ARNnc est clivé en petits fragments correspondant au trois molécules en tige-boucle, par un processus de clivage interne impliquant l'endoribonucléase RNase E. Concernant les fonctions de NrsZ chez P. aeruginosa PAOl, cet ARNnc est capable d'induire la motilité de type « swarming » et la production de biosurfactants, nommés rhamnolipides. Cette régulation est due à l'activation par NrsZ de l'expression de rhlA, un gène essentiel pour la motilité de type swarming et pour la production de rhamnolipides. Étonnamment, la structure TB I est capable d'assurer à elle seule la fonction régulatrice de NrsZ sur l'expression de rhlA, suggérant que ces molécules TBs sont les unités fonctionnelles de cet ARNnc modulaire. Cependant, le mécanisme moléculaire par lequel NrsZ active l'expression de rhlA demeure à ce jour incertain et est actuellement à l'étude. En plus, le réseau de régulations médiées par NrsZ a été étudié par une analyse de transcriptome qui a indiqué que de nombreux gènes impliqués dans le métabolisme primaire ou secondaire seraient régulés par NrsZ. Pour accentuer l'importance de NrsZ, nous avons étudié sa conservation dans d'autres espèces de Pseudomonas. Ainsi, nous avons démontré que NrsZ est conservé et exprimé en situation de carence d'azote par les souches Pseudomonas protegens Pf-5, Pseudomonas putida KT2442, Pseudomonas entomophila L48, Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000, quatre espèces ayant des caractéristiques écologiques très différentes, suggérant que NrsZ joue un rôle important dans l'adaptation du genre Pseudomonas envers la carence en azote. Chez toutes les souches étudiées, les différents homologues de NrsZ présentent une architecture similaire faite de TBs conservées et d'espaceurs. Cependant, le nombre de TBs n'est pas identique et peut varier de une à six copies selon la souche. Les différentes versions de NrsZ sont clivées en petites molécules dans ces quatre souches, comme il a été observé chez P. aeruginosa PAOl. De plus, l'expression hétérologue des différentes variantes de NrsZ est capable de restaurer l'expression de rhlA, la motilité swarming et la production de rhamnolipides dans une souche de P. aeruginosa dont nrsZ a été inactivé. Par bien des aspects, NrsZ est un ARNnc atypique dans le monde bactérien. À notre connaissance, NrsZ est le premier ARNnc décrit comme étant régulé par le système NtrB/C. De plus, son unique architecture modulaire et son clivage en petites molécules similaires suggèrent que NrsZ appartient à une nouvelle famille d'ARNncs bactériens.

Small RNA-dependent expression of secondary metabolism is controlled by Krebs cycle function in Pseudomonas fluorescens.

Pseudomonas fluorescens CHA0, an antagonist of phytopathogenic fungi in the rhizosphere of crop plants, elaborates and excretes several secondary metabolites with antibiotic properties. Their synthesis depends on three small RNAs (RsmX, RsmY, and RsmZ), whose expression is positively controlled by the GacS-GacA two-component system at high cell population densities. To find regulatory links between primary and secondary metabolism in P. fluorescens and in the related species Pseudomonas aeruginosa, we searched for null mutations that affected central carbon metabolism as well as the expression of rsmY-gfp and rsmZ-gfp reporter constructs but without slowing down the growth rate in rich media. Mutation in the pycAB genes (for pyruvate carboxylase) led to down-regulation of rsmXYZ and secondary metabolism, whereas mutation in fumA (for a fumarase isoenzyme) resulted in up-regulation of the three small RNAs and secondary metabolism in the absence of detectable nutrient limitation. These effects required the GacS sensor kinase but not the accessory sensors RetS and LadS. An analysis of intracellular metabolites in P. fluorescens revealed a strong positive correlation between small RNA expression and the pools of 2-oxoglutarate, succinate, and fumarate. We conclude that Krebs cycle intermediates (already known to control GacA-dependent virulence factors in P. aeruginosa) exert a critical trigger function in secondary metabolism via the expression of GacA-dependent small RNAs.

Structure-function analysis of the human TFIIB-related factor II protein reveals an essential role for the C-terminal domain in RNA polymerase III transcription.

The transcription factors TFIIB, Brf1, and Brf2 share related N-terminal zinc ribbon and core domains. TFIIB bridges RNA polymerase II (Pol II) with the promoter-bound preinitiation complex, whereas Brf1 and Brf2 are involved, as part of activities also containing TBP and Bdp1 and referred to here as Brf1-TFIIIB and Brf2-TFIIIB, in the recruitment of Pol III. Brf1-TFIIIB recruits Pol III to type 1 and 2 promoters and Brf2-TFIIIB to type 3 promoters such as the human U6 promoter. Brf1 and Brf2 both have a C-terminal extension absent in TFIIB, but their C-terminal extensions are unrelated. In yeast Brf1, the C-terminal extension interacts with the TBP/TATA box complex and contributes to the recruitment of Bdp1. Here we have tested truncated Brf2, as well as Brf2/TFIIB chimeric proteins for U6 transcription and for assembly of U6 preinitiation complexes. Our results characterize functions of various human Brf2 domains and reveal that the C-terminal domain is required for efficient association of the protein with U6 promoter-bound TBP and SNAP(c), a type 3 promoter-specific transcription factor, and for efficient recruitment of Bdp1. This in turn suggests that the C-terminal extensions in Brf1 and Brf2 are crucial to specific recruitment of Pol III over Pol II.