Topological aspects of DNA function and protein folding.

The Topological Aspects of DNA Function and Protein Folding international meeting provided an interdisciplinary forum for biological scientists, physicists and mathematicians to discuss recent developments in the application of topology to the study of DNA and protein structure. It had 111 invited participants, 48 talks and 21 posters. The present article discusses the importance of topology and introduces the articles from the meeting's speakers.

Inhibition of the shade avoidance response by formation of non-DNA binding bHLH heterodimers.

In shade-intolerant plants such as Arabidopsis, a reduction in the red/far-red (R/FR) ratio, indicative of competition from other plants, triggers a suite of responses known as the shade avoidance syndrome (SAS). The phytochrome photoreceptors measure the R/FR ratio and control the SAS. The phytochrome-interacting factors 4 and 5 (PIF4 and PIF5) are stabilized in the shade and are required for a full SAS, whereas the related bHLH factor HFR1 (long hypocotyl in FR light) is transcriptionally induced by shade and inhibits this response. Here we show that HFR1 interacts with PIF4 and PIF5 and limits their capacity to induce the expression of shade marker genes and to promote elongation growth. HFR1 directly inhibits these PIFs by forming non-DNA-binding heterodimers with PIF4 and PIF5. Our data indicate that PIF4 and PIF5 promote SAS by directly binding to G-boxes present in the promoter of shade marker genes, but their action is limited later in the shade when HFR1 accumulates and forms non-DNA-binding heterodimers. This negative feedback loop is important to limit the response of plants to shade.

Phylogenetic analysis of plastid and nuclear DNA sequences reveals a rapid late Miocene radiation of the temperate bamboo tribe Arundinarieae (Poaceae, Bambusoideae)

Background: Arundinarieae are a large tribe of temperate woody bamboos for which phylogenetics are poorly understood because of limited taxon sampling and lack of informative characters. Aims: This study assessed phylogenetic relationships, origins and classification of Arundinarieae. Methods: DNA sequences (plastid trnL-F; nuclear ITS) were used for parsimony and Bayesian inference including 41 woody bamboo taxa. Divergence dates were estimated using a relaxed Bayesian clock. Results: Arundinarieae were monophyletic but their molecular divergence was low compared to the tropical Bambuseae. Ancestors of the Arundinarieae lineage were estimated to have diverged from the other bamboos 23 (15-30) million years ago (Mya). However, the Arundinarieae radiation occurred 10 (6-16) Mya compared to 18 (11-25) Mya for the tropical Bambuseae. Some groups could be defined within Arundinarieae, but they do not correspond to recognised subtribes such as Arundinariinae or Shibataeinae. Conclusions: Arundinarieae are a relatively ancient bambusoid lineage that underwent a rapid radiation in the late Miocene. The radiation coincides with the continental collision of the Indo-Australian and Eurasian Plates. Arundinarieae are distributed primarily in East Asia and the Himalayas to northern Southeast Asia. It is unknown whether they were present in Asia long before their radiation, but we believe recent dispersal is a more likely scenario. Keywords: Arundinarieae; Bambuseae; internal transcribed spacer (ITS); molecular clock; phylogenetics; radiation; temperate bamboos; Thamnocalaminae; trnL-F

The DNA damage response to adeno-associated virus : centrosome overduplication and induction of cell death independently of the spindle checkpoint

Summary: Adeno-associated virus type 2 (AAV2) is a small virus containing single-stranded DNA of approximately 4.7kb in size. Both ends of the viral genome are flanked with inverted terminal repeat sequences (ITRs), which serve as primers for viral replication. Previous work in our laboratory has shown that AAV2 DNA with ultraviolet radiation-generated crosslinks (UV-AAV2) provokes a DNA damage response in the host cell by mimicking a stalled replication fork. Infection of cells with UV-AAV2 leads to a p53-and Chk1-mediated cell cycle arrest at the G2/M border of the cell cycle. However, tumour cells lacking the tumour suppressor protein p53 cannot sustain this arrest and enter a prolonged impaired mitosis, the outcome of which is cell death. The aim of my thesis was to investigate how UV-inactivated AAV2 kilts p53-deficient cancer cells. I found that the UV-AAV2-induced DNA damage signalling induces centriole overduplication in infected cells. The virus is able to uncouple the centriole duplication cycle from the cell cycle, leading to amplified centrosome numbers. Chk1 colocalises with centrosomes in the infected cells and the centrosome overduplication is dependent on the presence of Chk1, as well as on the activities of ATR and Cdk kinases and on the G2 arrest. The UV-AAV2-induced DNA damage signalling inhibits the degradation of cyclin B 1 and securin by the anaphase promoting complex, suggesting that the spindle checkpoint is activated in these mitotic cells. Interference with the spindle checkpoint components Mad2 and BubR1 revealed that the UV-AAV2-provoked mitotic catastrophe occurs independently of spindle checkpoint function, This work shows that, in the p53 deficient cells, UV-AAV2 triggers mitotic catastrophe associated with a dramatic Chk1-dependent overduplication of centrioles and the consequent formation of multiple spindle poles in mitosis. Résumé Le virus associé à l'adénovirus type 2 (AAV2) est un petit virus contenant un simple brin d'ADN d'environ 4.7kb. Des expériences antérieures dans notre laboratoire ont montré que les liens intramoléculaires sur l'ADN de AAV2 provoqués paz l'irradiation aux ultraviolets (UV) ressemblent à une fourche de réplication bloquée, ce qui provoque une réponse aux dommages à l'ADN dans la cellule hôte. L'infection des cellules avec UV-AAV2 résulte en un arrêt du cycle cellulaire à la transition G2/M entraîné par les protéines ATR et Chk1. Cependant, les cellules tumorales auxquelles il manque le suppresseur de tumeur p53 ne peuvent pas tenir cet arrêt et entrent dans une mitose anormale et prolongée qui se terminera par la mort cellulaire. Le but de ma thèse était d'étudier comment l'AAV2 inactivé par l'irradiation UV tue les cellules cancéreuses n'ayant pas p53. Je montre ici que le signal de dommages à l'ADN induit par UV-AAV2 génère une surduplication des centrioles dans les cellules infectées. Le virus est capable de dissocier le cycle de duplication du centriole du cycle cellulaire ce qui crée un nombre amplifié de centrosomes. Chk1 est co-localisé avec le centrosome dans les cellules infectées et la swduplication du centrosome est dépendante de la présence de Chk1, de l'activité des kinases ATR et Cdk et de l'arrêt en G2 de la cellule. Le signal d'ADN endommagé induit par UV-AAV2 réprime la dégradation des protéines cycline B1 et securine par le complexe promoteur de l'anaphase (APC), ce qui suggère que le point de contrôle du fuseau mitotique est activé dans ces cellules en mitose. L'étude d'interférence avec des éléments du point de contrôle du fuseau mitotique, Mad2 et BubR1, a révélé que la catastrophe mitotique provoquée paz UV-AAV2 survient indépendamment du point de contrôle du fuseau mitotique. Ce travail montre que dans les cellules déficientes en p53, UV-AAV2 induit une catastrophe mitotique associée à une surduplication des centrioles dépendant de Chk1 et ayant pour conséquence dramatique la formation de multiples fuseaux mitotiques dans la cellule en mitose.

Qualitative structure-metabolism relationships in the hydrolysis of carbamates.

The aims of this review were 1) to compile a large number of reliable literature data on the metabolic hydrolysis of medicinal carbamates and 2) to extract from such data a qualitative relation between molecular structure and lability to metabolic hydrolysis. The compounds were classified according to the nature of their substituents (R³OCONR&supl;R²), and a metabolic lability score was calculated for each class. A trend emerged, such that the metabolic lability of carbamates decreased (i.e., their metabolic stability increased), in the following series: Aryl-OCO-NHAlkyl >> Alkyl-OCO-NHAlkyl ~ Alkyl-OCO-N(Alkyl)? ? Alkyl-OCO-N(endocyclic) ? Aryl-OCO-N(Alkyl)? ~ Aryl-OCO-N(endocyclic) ? Alkyl-OCO-NHAryl ~ Alkyl-OCO-NHAcyl?>> Alkyl-OCO-NH? > Cyclic carbamates. This trend should prove useful in the design of carbamates as drugs or prodrugs.

New diagnostic real-time PCR for specific detection of Parachlamydia acanthamoebae DNA in clinical samples

Given the low sensitivity of amoebal coculture, we developed a specific real-time PCR for the detection of Parachlamydia. The analytical sensitivity was high, and the inter- and intrarun variabilities were low. When the PCR was applied to nasopharyngeal aspirates, it was positive for six patients with bronchiolitis. Future studies should assess the role of Parachlamydia in bronchiolitis.

Novel FOXF1 Mutations in Sporadic and Familial Cases of Alveolar Capillary Dysplasia with Misaligned Pulmonary Veins Imply a Role for its DNA Binding Domain.

Alveolar capillary dysplasia with misalignment of pulmonary veins (ACD/MPV) is a rare and lethal developmental disorder of the lung defined by a constellation of characteristic histopathological features. Nonpulmonary anomalies involving organs of gastrointestinal, cardiovascular, and genitourinary systems have been identified in approximately 80% of patients with ACD/MPV. We have collected DNA and pathological samples from more than 90 infants with ACD/MPV and their family members. Since the publication of our initial report of four point mutations and 10 deletions, we have identified an additional 38 novel nonsynonymous mutations of FOXF1 (nine nonsense, seven frameshift, one inframe deletion, 20 missense, and one no stop). This report represents an up to date list of all known FOXF1 mutations to the best of our knowledge. Majority of the cases are sporadic. We report four familial cases of which three show maternal inheritance, consistent with paternal imprinting of the gene. Twenty five mutations (60%) are located within the putative DNA-binding domain, indicating its plausible role in FOXF1 function. Five mutations map to the second exon. We identified two additional genic and eight genomic deletions upstream to FOXF1. These results corroborate and extend our previous observations and further establish involvement of FOXF1 in ACD/MPV and lung organogenesis.

Plastid DNA variation in Prunus serotina var. serotina (Rosaceae), a North American tree invading Europe

Black cherry (Prunus serotina) is a tree from North America, where it is often used for economical purposes, whereas it is widespread and invasive in Europe. Plastid DNA variation was Wrst investigated in both its native and invasive ranges using microsatellite loci and sequences of three intergenic spacers (trnT-trnL, trnD-trnT and trnS-trnG). This analysis was focused on P. serotina var. serotina, with the inclusion of samples of closely related taxa. Length variation at a microsatellite locus (ccmp5) and a few sequence polymorphisms were identi- Wed among P. serotina samples. Four new primer pairs were then designed to speciWcally amplify variable regions and a combination of Wve markers was Wnally proposed for phylogeographic studies in P. serotina. These loci allow identiWcation of six chlorotypes in P. serotina var. serotina, which may be particularly useful to depict the maternal origins of European invasive populations

Complementary DNA cloning of complement C8 beta and its sequence homology to C9.

The complete amino acid sequence of mature C8 beta has been derived from the DNA sequence of a cDNA clone identified by expression screening of a human liver cDNA library. Comparison with the amino acid sequence of C9 shows an overall homology with few deletions and insertions. In particular, the cysteine-rich domains and membrane-inserting regions of C9 are well conserved. These findings are discussed in relation to a possible mechanism of membrane attack complex formation.

MRE11-RAD50-NBS1 is a critical regulator of FANCD2 stability and function during DNA double-strand break repair.

Monoubiquitination of the Fanconi anaemia protein FANCD2 is a key event leading to repair of interstrand cross-links. It was reported earlier that FANCD2 co-localizes with NBS1. However, the functional connection between FANCD2 and MRE11 is poorly understood. In this study, we show that inhibition of MRE11, NBS1 or RAD50 leads to a destabilization of FANCD2. FANCD2 accumulated from mid-S to G2 phase within sites containing single-stranded DNA (ssDNA) intermediates, or at sites of DNA damage, such as those created by restriction endonucleases and laser irradiation. Purified FANCD2, a ring-like particle by electron microscopy, preferentially bound ssDNA over various DNA substrates. Inhibition of MRE11 nuclease activity by Mirin decreased the number of FANCD2 foci formed in vivo. We propose that FANCD2 binds to ssDNA arising from MRE11-processed DNA double-strand breaks. Our data establish MRN as a crucial regulator of FANCD2 stability and function in the DNA damage response.

Population genetics of Capercaillie (Tetrao urogallus) in the Jura and the Pyrenees: a non-invasive approach to avian conservation genetics

RÉSUMÉ Le Grand tétras est un galliforme de montagne apparenté au faisan et au tétras lyre. Il est distribué de manière continue à travers la toundra et les montagnes de moyenne altitude en Europe de l'ouest. Toutefois, les populations d'Europe de l'ouest ont subi un déclin constant au cours des derniers siècles. Les causes de ce déclin sont probablement liées à l'activité humaine, telle .que l'élevage ou le tourisme, qui ont engendré une modification et une fragmentation de l'habitat de l'espèce. Malheureusement, les populations soumises à de forts déclins démographiques peuvent subir des effets génétiques (augmentation de la consanguinité et perte de diversité génétique) pouvant diminuer leur potentiel de reproduction et conduire irrémédiablement à l'extinction. Cette thèse présente les analyses conduites dans le but d'estimer l'impact du déclin démographique des populations de Grand tétras sur l'étendue et la distribution de leur variabilité génétique dans le Jura et dans les Pyrénées. Du fait de la législation locale protégeant les tétraonidés en général, mais également en raison de la biologie très cryptique du Grand tétras, l'ensemble des analyses de cette étude a été réalisé à partir de matériel génétique extrait des fientes (ou échantillonnage génétique non invasif). Dans la première partie de l'étude, je détaille les protocoles d'extraction. d'ADN et d'amplification par PCR modifiés à partir des protocoles classiques utilisant des échantillons conventionnels, riches en ADN. L'utilisation d'ADN fécal impose des contraintes dues à la mauvaise qualité et à la faible quantité du matériel génétique à disposition dans les fientes. Ces contraintes ont pu être partiellement contournées en réalisant des répétitions multiples du génotypage afin d'obtenir un degré de fiabilité suffisante. J'ai également analysé les causes de la dégradation de l'ADN dans les excréments. Parmi les causes les plus communes, telles que l'activité bactérienne, l'hydrolyse spontanée et la dégradation enzymatique par les DNases libres, c'est ce dernier facteur qui apparaît comme étant la cause majeure et la plus rapide responsable de la dégradation de la qualité des échantillons. La rapidité de l'action enzymatique suggère que les plans d'échantillonnages de excréments sur le terrain pourraient être optimisés en les réalisant dans des conditions climatiques froides et sèches, favorisant ainsi l'inhibition des DNases. La seconde partie de la thèse est une étude par simulation visant à déterminer la capacité du logiciel Structure à identifier les structures génétiques complexes et hiérarchiques fréquemment rencontrées dans les populations naturelles, et ce en utilisant différents types de marqueurs génétiques. Les troisième et quatrième parties de cette thèse décrivent le statut génétique des populations résiduelles du Jura et des Pyrénées à partir de l'analyse de 11 loci microsatellites. Nous n'avons pas pu mettre en évidence dans les deux populations des effets liés à la consanguinité ou à la réduction de la diversité génétique. De plus, la différenciation génétique entre les patches d'habitats favorables reste modérée et corrélée à la distance géographique, ce qui suggère que la dispersion d'individus entre les patches a été importante au moins pendant ces dernières générations. La comparaison des paramètres de la diversité génétique avec ceux d'autres populations de Grand tétras, ou d'autres espèces proches, indique que la population du Jura a retenu une proportion importante de sa diversité originelle. Ces résultats suggèrent que le déclin récent des populations a jusqu'ici eu un impact modéré sur les facteurs génétiques et que ces populations semblent avoir conservé le potentiel génétique nécessaire à leur survie à long terme. Finalement, en cinquième partie, l'analyse de l'apparentement entre les mâles qui participent à la parade sur les places de chant (leks) indique que ces derniers sont distribués en agrégats de manière non aléatoire, préférentiellement entre individus apparentés. De plus, la corrélation entre les distances génétique et géographique entre les leks est en accord avec les motifs d'isolement par la distance mis en évidence à d'autres niveaux hiérarchiques (entre patches d'habitat et populations), ainsi qu'avec les études menées sur d'autres espèces ayant choisi ce même système de reproduction. En conclusion, cette première étude basée uniquement sur de l'ADN nucléaire aviaire extrait à partir de fèces a fourni des informations nouvelles qui n'auraient pas pu être obtenues par une méthode d'observation sur le terrain ou d'échantillonnage génétique classique. Aucun oiseau n'a été dérangé ou capturé, et les résultats sont comparables à d'autres études concernant des espèces proches. Néanmoins, la taille de ces populations approche des niveaux au-dessous desquels la survie à long terme est fortement incertaine. La persistance de la diversité génétique pour les prochaines générations reste en conséquence liée à la survie des adultes et à une reprise du succès de la reproduction. ABSTRACT Capercaillie (Tetrao urogallus) is a large grouse that is continuously distributed across the tundra and the mid-high mountains of Western Europe. However, the populations in Western Europe have been showing a constant decline during the last decades. The causes for this decline are possibly related to human activities, such as cattle breeding and tourism that have both led to habitat modification and fragmentation. Unfortunately, populations that have undergone drastic demographic bottlenecks often go through genetic processes of inbreeding and loss of diversity that decrease their fitness and eventually lead to extinction. This thesis presents the investigations conducted to estimate the impact of the demographic decline of capercaillie populations on the extent and distribution of their genetic variability in the Jura and in the Pyrenees mountains. Because grouse are protected by wildlife legislation, and also because of the cryptic behaviour of capercaillie, all DNA material used in this study was extracted from faeces (non-invasive genetic sampling). In the first part of my thesis, I detail the protocols of DNA extraction and PCR amplification adapted from classical methods using conventional DNA-rich samples. The use of faecal DNA imposes specific constraints due to the low quantity and the highly degraded genetic material available. These constraints are partially overcome by performing multiple genotyping repetitions to obtain sufficient reliability. I also investigate the causes of DNA degradation in faeces. Among the main degraders, namely bacterial activity, spontaneous hydrolysis, and free-¬DNase activities, the latter was pointed out as the most important according to our experiments. These enzymes degrade DNA very rapidly, and, as a consequence, faeces sampling schemes must be planned preferably in cold and dry weather conditions, allowing for enzyme activity inhibition. The second part of the thesis is a simulation study aiming to assess the capacity of the software Structure to detect population structure in hierarchical models relevant to situations encountered in wild populations, using several genetic markers. The methods implemented in Structure appear efficient in detecting the highest hierarchical structure. The third and fourth parts of the thesis describe the population genetics status of the remaining Jura and Pyrenees populations using 11 microsatellite loci. In either of these populations, no inbreeding nor reduced genetic diversity was detected. Furthermore, the genetic differentiation between patches defined by habitat suitability remains moderate and correlated with geographical distance, suggesting that significant dispersion between patches was at work at least until the last generations. The comparison of diversity indicators with other species or other populations of capercaillie indicate that population in the Jura has retained a large part of its original genetic diversity. These results suggest that the recent decline has had so forth a moderate impact on• genetic factors and that these populations might have retained the potential for long term survival, if the decline is stopped. Finally, in the fifth part, the analysis of relatedness between males participating in the reproduction parade, or lek, indicate that capercaillie males, like has been shown for some other grouse species, gather on leks• among individuals that are more related than the average of the population. This pattern appears to be due to both population structure and kin-association. As a conclusion, this first study relying exclusively on nuclear DNA extracted from faeces has provided novel information that was not available through field observation or classical genetic sampling. No bird has been captured or disturbed, and the results are consistent with other studies of closely related species. However, the size of these populations is approaching thresholds below which long-term survival is unlikely. The persistence of genetic diversity for the forthcoming generations remains therefore bond to adult survival and to the increase of reproduction success.

Study of biomacromolecule conformational changes by Scanning Force Microscopy

L?objectif de ce travail de thèse est l?étude des changements conformationels des biomacromolecules à l?échelle d?une molécule unique. Pour cela on a utilisé la Microscopie à Force Atomique (AFM) appliqué à l?étude des protéines et des acides nucléiques déposés sur une surface. Dans ce type de microscopie, une pointe très fine attachée à l?extrémité d?un levier est balayée au dessus d?une surface. L?interaction de la pointe avec la surface de l?échantillon induit la déflection du levier et ce phénomène permet de reconstruire la topographie de l?échantillon. Très importante dans cette technique est la possibilité de travailler en liquide. Cela permet de étudier les biomolécules en conditions quasi-physiologiques sans qu?elles perdent leur activité. On a étudié GroEL, la chaperonin de E.coli, qui est un homo oligomère avec une structure à double anneau qui joue un rôle très important dans le repliement des protéines dénaturées et celles qui viennent d?être synthétisées. En particulier on a focalisé notre attention sur la stabilité mécanique et sur les changements conformationels qui ont lieu pendant l?activité de GroEL. Une analyse détaillée des changements dans la stabilité mécanique et des effets produits par la liaison et l?hydrolyse de l?ATP est présentée dans ce travail. On a montré que le point le plus faible dans la structure de GroEL est l?interface entre les deux anneaux et que l?étape critique dans l?affaiblissement de la structure est l?hydrolyse de l?ATP. En ce qui concerne le changement conformationel, le passage d?une surface hydrophobe à hydrophile, induit par l?hydrolyse de l?ATP, a été montré. Ensuite on a étudié le changement dans la conformation et dans la topologie de l?ADN résultant de l?interaction avec des molécules spécifiques et en réponse à l?exposition des cellules de E.coli à des conditions de stress. Le niveau de surenroulement est un paramètre très sensible, de façon variée, à tous ces facteurs. Les cellules qui ont crus à de températures plus élevées que leur température optimale ont la tendance à diminuer le nombre de surenroulements négatif pour augmenter la stabilité thermique de leur plasmides. L?interaction avec des agents intercalant induit une transition d?un surenroulement négatif à un surenroulement positif d?une façon dépendante de la température. Finalement, l?effet de l?interaction de l?ADN avec des surfaces différentes a été étudié et une application pratique sur les noeuds d?ADN est présentée.<br/><br/>The aim of the present thesis work is to study the conformational changes of biomacromolecules at the single molecule level. To that end, Atomic Force Microcopy (AFM) imaging was performed on proteins and nucleic acids adsorbed onto a surface. In this microcopy technique a very sharp tip attached at the end of a soft cantilever is scanned over a surface, the interaction of the tip with the sample?s surface will induce the deflection of the cantilever and thus it will make possible to reconstruct the topography. A very important feature of AFM is the possibility to operate in liquid, it means with the sample immersed in a buffer solution. This allows one to study biomolecules in quasi-physiological conditions without loosing their activity. We have studied GroEL, the chaperonin of E.coli, which is a double-ring homooligomer which pays a very important role in the refolding of unfolded and newly synthetized polypeptides. In particular we focus our attention on its mechanical stability and on the conformational change that it undergoes during its activity cycle. A detailed analysis of the change in mechanical stability and how it is affected by the binding and hydrolysis of nucleotides is presented. It has been shown that the weak point of the chaperonin complex is the interface between the two rings and that the critical step to weaken the structure is the hydrolysis of ATP. Concerning the conformational change we have directly measured, with a nanometer scale resolution, the switching from a hydrophobic surface to a hydrophilic one taking place inside its cavity induced by the ATP hydrolysis. We have further studied the change in the DNA conformation and topology as a consequence of the interaction with specific DNA-binding molecules and the exposition of the E.coli cells to stress conditions. The level of supercoiling has been shown to be a very sensitive parameter, even if at different extents, to all these factors. Cells grown at temperatures higher than their optimum one tend to decrease the number of the negative superhelical turns in their plasmids in order to increase their thermal stability. The interaction with intercalating molecules induced a transition from positive to negative supercoiling in a temperature dependent way. The effect of the interaction of the DNA with different surfaces has been investigated and a practical application to DNA complex knots is reported.<br/><br/>Observer les objets biologiques en le touchant Schématiquement le Microscope a Force Atomique (AFM) consiste en une pointe très fine fixée a l?extrémité d?un levier Lors de l?imagerie, la pointe de l?AFM gratte la surface de l?échantillon, la topographie de celui-ci induit des déflections du levier qui sont enregistrées au moyen d?un rayon laser réfléchi par le levier. Ces donnés sont ensuit utilisés par un ordinateur pour reconstituer en 3D la surface de l?échantillon. La résolution de l?instrument est fonction entre autre de la dureté, de la rugosité de l?échantillon et de la forme de la pointe. Selon l?échantillon et la pointe utilisée la résolution de l?AFM peut aller de 0.1 A (sur des cristaux) a quelque dizaine de nanomètres (sur des cellules). Cet instrument est particulierment intéressant en biologie en raison de sa capacité à imager des échantillons immergés dans un liquide, c?est à dire dans des conditions quasiphysiologiques. Dans le cadre de ce travail nous avons étudié les changements conformationels de molécules biologiques soumises à des stimulations externes. Nous avons essentielment concentré notre attention sur des complexes protéiques nommé Chaperons Moléculaires et sur des molécules d?ADN circulaire (plasmides). Les Chaperons sont impliqués entre autre dans la résistance des organismes vivants aux stress thermiques et osmotiques. Leur activité consiste essentielment à aider les autres protéines à être bien pliés dans leur conformation finale et, en conséquence, à eviter que ils soient dénaturées et que ils puissent s?agréger. L?ADN, quant à lui est la molécule qui conserve, dans sa séquence, l?information génétique de tous les organismes vivants. Ce travail a spécifiquement concerné l?étude des changements conformationels des chaperonins suit a leur activation par l?ATP. Ces travaux ont montrés a l?échelle de molécule unique la capacité de ces protéines de changer leur surface de hydrophobique a hydrophilique. Nous avons également utilisé l?AFM pour étudier le changement du nombre des surenroulements des molécules d?ADN circulaire lors d?une exposition à un changement de température et de force ionique. Ces travaux ont permis de montrer comment la cellule regle le nombre de surenroulements dans ces molécules pour répondre et contrôler l?expression génétique même dans de conditions extrêmes. Pour les deux molécules en général, c?était très important d?avoir la possibilité de observer leur transitions d?une conformation a l?autre directement a l?échelle d?une seul molécule et, surtout, avec une résolution largement au dessous des la longueur d?onde de la lumière visible que représente le limite pour l?imagerie optique.

Implication of DNA methylation, CTCF and BORIS factors in the transcriptional regulation of the human telomerase catalytic subunit hTERT

RESUME La télomérase confère une durée de vie illimitée et est réactivée dans la plupart des cellules tumorales. Sa sous-unité catalytique hTERT est définie comme le facteur limitant pour son activation. De l'identification de facteurs liant la région régulatrice d'hTERT, au rôle de la méthylation de l'ADN et de la modification des histones, de nombreux modèles de régulation ont été suggérés. Cependant, aucun de ces modèles n'a pu expliquer l'inactivation de la télomérase dans la plupart des cellules somatiques et sa réactivation dans la majorité des cellules tumorales. De plus, les observations contradictoires entre le faible niveau d'expression d'ARN messager d'hTERT dans les cellules télomérase-positives et la très forte activité transcriptionnelle du promoteur d'hTERT en transfection restent incomprises. Dans cette étude, nous avons montré que la région proximale du gène hTERT (exon 1 et 2) était impliquée dans la répression de l'activité de son promoteur. Nous avons identifié le facteur CTCF comme étant un inhibiteur du promoteur d'hTERT, en se liant au niveau de son premier exon. La méthylation de l'exon 1 du gène hTERT, couramment observée dans les tumeurs mais pas dans les cellules normales, empêcherait la liaison de CTCF. L'étude du profil de méthylation du promoteur d'hTERT indique qu'une partie du promoteur reste déméthylée et qu'elle semble suffisante pour permettre une faible activité transcriptionnelle du gène hTERT. Ainsi, la méthylation particulière des régions régulatrices d'hTERT inhibe la liaison de CTCF tout en permettant une faible transcription du gène. Cependant, dans certaines cellules tumorales, le promoteur et la région proximale du gène hTERT ne sont pas méthylés. Dans les lignées cellulaires tumorales de tesitcules et d'ovaires, l'inhibition de CTCF est contrée par son paralogue BORIS, qui se lie aussi au niveau de l'exon 1 d'hTERT, mais permet ainsi l'activation du promoteur. L'étude de l'expression du gène BORIS montre qu'il est exclusivement exprimé dans les tissus normaux de testicules et d'ovaires jeunes, ainsi qu'à différents niveaux dans la plupart des tumeurs. Sa transcription est sous le contrôle de deux promoteurs. Le promoteur proximal est régulé par méthylation et un transcrit alternatif majoritaire, délété de l'exon 6, est trouvé lorsque ce promoteur est actif. Tous ces résultats conduisent à un modèle de régulation du gène hTERT qui tient compte du profil épigénétique du gène et qui permet d'expliquer le faible taux de transcription observé in vivo. De plus, l'expression de BORIS dans les cancers et son implication dans l'activation du gène hTERT pourrait permettre de comprendre les phénomènes de dérégulation épigénétique et d'immortalisation qui ont lieu durant la tumorigenèse. SUMMARY Telomerase confers an unlimited lifespan, and is reactivated in most tumor cells. The catalytic subunit of telomerase, hTERT, is defined as the limiting factor for telomerase activity. Between activators and repressors that bind to the hTERT 5' regulatory region, and the role of CpG methylation and histone acetylation, an abundance of regulatory models have been suggested. None of these models can explain the silence of telomerase in most somatic cells and its reactivation in tumor cells. Moreover, the contradictory observations of the low level of hTERT mRNA in telomerase-positive cells and the high transcriptional activity of the hTERT promoter in transfection experiments remain unresolved. In this study, we demonstrated that the proximal exonic region of the hTERT gene (exon 1 and 2) is involved in the inhibition of its promoter. We identified the protein CTCF as the inhibitor of the hTERT promoter, through its binding to the first exon. The methylation of the first exon region, which is often observed in cancer cells but not in noimal cells, represses CTCF binding. Study of hTERT promoter methylation shows a partial demethylation sufficient to activate the transcription of the hTERT gene. Therefore, we demonstrated that the particular methylation profile of the hTERT regulatory sequences inhibits the binding of CTCF, while it allows a low transcription of the gene. Nevertheless, in some tumor cells, the promoter and the proximal exonic region of hTERT are unmethylated. In testicular and ovarian cancer cell lines, CTCF inhibition is counteracted by its BORIS paralogue that also binds the hTERT first exon but allows the promoter activation. The study of BORIS gene regulation showed that this factor is exclusively expressed in normal tissue of testis and ovary of young woman, as well as in almost all tumors with different levels. Two promoters were found to induce its transcription. The proximal promoter was regulated by methylation. Moreover, a major alternative transcript, deleted of the exon 6, is detected when this promoter is active. All these results lead to a model for hTERT regulation that takes into account the epigenetic profile of the gene and provides an explanation for the low transcriptional level observed in vivo. BORIS expression in cancers and its implication in hTERT activation might also permit the understanding of epigenetic deregulation and immortalization phenomena that occur during tumorigenesis.

Casein Kinase 1γ Ensures Monopolar Growth Polarity under Incomplete DNA Replication Downstream of Cds1 and Calcineurin in Fission Yeast.

Cell polarity is essential for various cellular functions during both proliferative and developmental stages, and it displays dynamic alterations in response to intracellular and extracellular cues. However, the molecular mechanisms underlying spatiotemporal control of polarity transition are poorly understood. Here, we show that fission yeast Cki3 (a casein kinase 1γ homolog) is a critical regulator to ensure persistent monopolar growth during S phase. Unlike the wild type, cki3 mutant cells undergo bipolar growth when S phase is blocked, a condition known to delay transition from monopolar to bipolar growth (termed NETO [new end takeoff]). Consistent with this role, Cki3 kinase activity is substantially increased, and cells lose their viability in the absence of Cki3 upon an S-phase block. Cki3 acts downstream of the checkpoint kinase Cds1/Chk2 and calcineurin, and the latter physically interacts with Cki3. Autophosphorylation in the C terminus is inhibitory toward Cki3 kinase activity, and calcineurin is responsible for its dephosphorylation. Cki3 localizes to the plasma membrane, and this localization requires the palmitoyltransferase complex Erf2-Erf4. Membrane localization is needed not only for proper NETO timing but also for Cki3 kinase activity. We propose that Cki3 acts as a critical inhibitor of cell polarity transition under S-phase arrest.

Chromosome 7 gain and DNA hypermethylation at the HOXA10 locus are associated with expression of a stem cell related HOX-signature in glioblastoma.

BACKGROUND: HOX genes are a family of developmental genes that are expressed neither in the developing forebrain nor in the normal brain. Aberrant expression of a HOX-gene dominated stem-cell signature in glioblastoma has been linked with increased resistance to chemo-radiotherapy and sustained proliferation of glioma initiating cells. Here we describe the epigenetic and genetic alterations and their interactions associated with the expression of this signature in glioblastoma. RESULTS: We observe prominent hypermethylation of the HOXA locus 7p15.2 in glioblastoma in contrast to non-tumoral brain. Hypermethylation is associated with a gain of chromosome 7, a hallmark of glioblastoma, and may compensate for tumor-driven enhanced gene dosage as a rescue mechanism by preventing undue gene expression. We identify the CpG island of the HOXA10 alternative promoter that appears to escape hypermethylation in the HOX-high glioblastoma. An additive effect of gene copy gain at 7p15.2 and DNA methylation at key regulatory CpGs in HOXA10 is significantly associated with HOX-signature expression. Additionally, we show concordance between methylation status and presence of active or inactive chromatin marks in glioblastoma-derived spheres that are HOX-high or HOX-low, respectively. CONCLUSIONS: Based on these findings, we propose co-evolution and interaction between gene copy gain, associated with a gain of chromosome 7, and additional epigenetic alterations as key mechanisms triggering a coordinated, but inappropriate, HOX transcriptional program in glioblastoma.