The V-ATPase proteolipid cylinder promotes the lipid-mixing stage of SNARE-dependent fusion of yeast vacuoles.

The V-ATPase V(0) sector associates with the peripheral V(1) sector to form a proton pump. V(0) alone has an additional function, facilitating membrane fusion in the endocytic and late exocytic pathways. V(0) contains a hexameric proteolipid cylinder, which might support fusion as proposed in proteinaceous pore models. To test this, we randomly mutagenized proteolipids. We recovered alleles that preserve proton translocation, normal SNARE activation and trans-SNARE pairing but that impair lipid and content mixing. Critical residues were found in all subunits of the proteolipid ring. They concentrate within the bilayer, close to the ring subunit interfaces. The fusion-impairing proteolipid substitutions stabilize the interaction of V(0) with V(1). Deletion of the vacuolar v-SNARE Nyv1 has the same effect, suggesting that both types of mutations similarly alter the conformation of V(0). Also covalent linkage of subunits in the proteolipid cylinder blocks vacuole fusion. We propose that a SNARE-dependent conformational change in V(0) proteolipids might stimulate fusion by creating a hydrophobic crevice that promotes lipid reorientation and formation of a lipidic fusion pore.

Actin cables and the exocyst form two independent morphogenesis pathways in the fission yeast.

Cell morphogenesis depends on polarized exocytosis. One widely held model posits that long-range transport and exocyst-dependent tethering of exocytic vesicles at the plasma membrane sequentially drive this process. Here, we describe that disruption of either actin-based long-range transport and microtubules or the exocyst did not abolish polarized growth in rod-shaped fission yeast cells. However, disruption of both actin cables and exocyst led to isotropic growth. Exocytic vesicles localized to cell tips in single mutants but were dispersed in double mutants. In contrast, a marker for active Cdc42, a major polarity landmark, localized to discreet cortical sites even in double mutants. Localization and photobleaching studies show that the exocyst subunits Sec6 and Sec8 localize to cell tips largely independently of the actin cytoskeleton, but in a cdc42 and phospholipid phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP₂)-dependent manner. Thus in fission yeast long-range cytoskeletal transport and PIP₂-dependent exocyst represent parallel morphogenetic modules downstream of Cdc42, raising the possibility of similar mechanisms in other cell types.

Spatial and temporal regulation of " cdc16p " in the fission yeast " Schizosaccharomyces pombe "

Abstract: The fission yeast Schizosaccharomyces pombe has proven to be an excellent model system for the study of eukaryotic cell cycle control. S. pombe cells are rod-shaped and grow mainly by elongation at their tips. They divide by the means of a centrallyplaced division septum which provides two daughter cells of equal size. S. pombe cytokinesis begins at mitotic entry, when the division site is defined by formation of the contractile acto-myosin ring (CAR). Formation of the division septum is triggered at the end of mitosis by the spindle pole body (SPB) associated septation initiation network (SIN) proteins. SIN signalling requires activation of the GTPase spg1p, whose nucleotide status is regulated by the bipartite GAP byr4pcdc16p. Removal of cdc16p from the SPB during early mitosis is thought to allow priming of the SIN by association of cdc7p with both SPBs. During anaphase cdc7p is retained on the new SPB, which also recruits the kinase sid1 p and cdc14p, while the old SP8 reassembles the byr4-cdc16p GAP and is presumed not to signal; SPB asymmetry persists throughout anaphase. The trigger for inactivation of SIN signalling at the new SPB is unknown. This study has concentrated upon cdc16p. We have undertaken the analysis of the localisation of cdc16p using time-lapse microscopy. We have observed that the localisation of cdc16p is regulated at different transitions. We have shown that cdc16p is removed from the SPB prior to the onset of spindle formation and that it reappears asymmetrically at the beginning of anaphase B. We have also demonstrated that the resetting of the SIN at the new SPB is linked to completion of CAR contraction and septum formation. We propose the existence of a mechanism that monitors cytokinesis and that couples the activity of the SI N with the presence of the CAR. During the biochemical characterization of cdc16p, We have found that it is an unstable protein and that it is subjected to polyubiquitination by the SCF and proteasomal degradation. Together, these observations help to shed new light upon the mechanisms by which cytokinesis is regulated in S. pombe. Résumé: La levure Schizosaccharomyces pombe est un excellent organisme modèle pour l'étude du cycle cellulaire eucaryote. Les cellules S. pombe ont la forme de bâtonnets et croissent par l'allongement de leurs extrémités. Elles se divisent en formant, en leur milieu une paroi cellulaire, appelé septum, permettant ainsi l'obtention de deux cellules filles de même taille. Chez S. pombe, la cytokinèse commence en début de mitose lorsque le site de division est déterminé par la formation d'un anneau d'acto-myosine. Le septum, lui, est formé uniquement en fin de mitose par la contraction de l'anneau d'actomyosine. Cette contraction est sous le contrôle d'un réseau de signalisation cellulaire appelé le «réseau d'initiation de synthèse du septum » ou « septation initiation network » (SIN), qui se situe sur les pôles du fuseau mitotique. L'activation du SIN dépend d'une GTPase appelé spg1p dont le statut nucléotidique dépend des protéines cdclóp et byr4p qui forment un complexe qui favorise l'hydrolyse du GTP en GDP. En début de mitose, cdc16p ne se situe plus sur les poles du fuseau mitotique. La GTPase spg1p se retrouve donc principalement sous sa forme couplée au GTP, ce quí va permettre son interaction avec la kinase cdc7p. Cette protéine ainsi que deux autres kinases sid2p (avec mob1p) et sid1p (avec cdc14p) permettent la transmission du signal d'initiation de la contraction de l'anneau d'acto-myosine en fin d'anaphase. Pendant l'anaphase, cdc7p, sid1 p et cdc14p localisent sur un des deux pôles du fuseau mitotique. Il en est de même pour cdc1p et by14p et le pôle contenant cdc16p et byr4p est toujours différent de celui ou les régulateurs positifs du SIN se situent. En fin de cytokinèse, cdc16 et byr4p se retrouvent à nouveau sur chaque pôle des deux cellules filles. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur l'analyse de la localisation de cdc16p pendant la mitose en utilisant une technique de microscopie en temps réel. Nous avons été en mesure de déterminer que le départ de cdc16p du pole s'effectue juste avant la formation du fuseau mitotique. Nous avons aussi découvert que la localisation asymétrique des composants du SIN dépend fortement de l'entrée en anaphase B. Finalement, Nous avons montré que distribution asymétrique des composants du SIN sur les pôles du fuseau mitotique dépendait aussi fortement de !a présence de l'anneau d'acto-myosine. Ceci nous permet donc de proposer l'existence d'un mécanisme cellulaire qui permet de s'assurer que la cytokinèse est achevée avant de diminuer la signalisation du SIN. Par ailleurs, des études biochimiques nous ont permis de montrer que cdc16p est dégradé par le proteosome. Ces travaux ont permis la découverte de nouveaux modes de régulation du SIN.

The novel proteins Rng8 and Rng9 regulate the myosin-V Myo51 during fission yeast cytokinesis.

The myosin-V family of molecular motors is known to be under sophisticated regulation, but our knowledge of the roles and regulation of myosin-Vs in cytokinesis is limited. Here, we report that the myosin-V Myo51 affects contractile ring assembly and stability during fission yeast cytokinesis, and is regulated by two novel coiled-coil proteins, Rng8 and Rng9. Both rng8Δ and rng9Δ cells display similar defects as myo51Δ in cytokinesis. Rng8 and Rng9 are required for Myo51's localizations to cytoplasmic puncta, actin cables, and the contractile ring. Myo51 puncta contain multiple Myo51 molecules and walk continuously on actin filaments in rng8(+) cells, whereas Myo51 forms speckles containing only one dimer and does not move efficiently on actin tracks in rng8Δ. Consistently, Myo51 transports artificial cargos efficiently in vivo, and this activity is regulated by Rng8. Purified Rng8 and Rng9 form stable higher-order complexes. Collectively, we propose that Rng8 and Rng9 form oligomers and cluster multiple Myo51 dimers to regulate Myo51 localization and functions.

Characterization of polyphosphate synthesis by isolated yeast vacuoles

Polyphosphate (iPOP) is a linear polymer of orthophosphate units linked together by high energy phosphoanhydride bonds. It is found in all organisms, localized in organelles called acidocalcisomes and ranges from a few to few hundred monomers in length. iPOP has been found to play a vast array of roles in all organisms, including phosphate and energy metabolism, regulation of enzymes, virulence, pathogenicity, bone remodelling and blood clotting, among many others. Recently it was found that iPOP levels were increased in myeloma cells. The growing interest in iPOP in human cell lines makes it an interesting molecule to study. However, not much is known about its metabolism in eukaryotes. Acidocalcisomes are electron dense, acidic organelles that belong to the group of Lysosome Related Organelles (LROs). The conservation of acidocalcisomes among all kingdoms of life is suggestive of their important roles for the organisms. However, they are difficult to analyse because of limited biochemical tools for investigation. Yeast vacuoles present remarkable similarities to acidocalcisomes in terms of their physiological and structural features, including synthesis and storage of iPOP, which make them an ideal candidate to study biological processes which are shared between vacuoles and acidocalcisomes. The availability of tools for genetic manipulation and isolation of vacuoles makes yeast a candidate of choice for the characterization of iPOP synthesis in eukaryotes. Our group has identified the Vacuolar Transporter Chaperone (VTC) complex as iPOP polymerase and identified the catalytic subunit (Vtc4). The goal of my study was to characterize the process of iPOP synthesis by isolated vacuoles and to reconstitute iPOP synthesis in liposomes. The first step was to develop a method for monitoring iPOP by isolated vacuoles over time and comparing it with previously known methods. Next, a detailed characterization was performed to determine the modulators of the process, both for intact as well as solubilized vacuoles. Finally, attempts were made to purify the VTC complex and reconstitute it in liposomes. A parallel line of study was the translocation and storage of synthesized iPOP in the lumen of the vacuoles. As a result of this study, it is possible to determine distinct pools of iPOP- inside and outside the vacuolar lumen. Additionally, I establish that the vacuolar lysate withstands harsh steps during reconstitution on liposomes and retains iPOP synthesizing activity. The next steps will be purification of the intact VTC complex and its structure determination by cryo-electron microscopy. - Les organismes vivants sont composés d'une ou plusieurs cellules responsables des processus biologiques élémentaires tels que la digestion, la respiration, la synthèse et la reproduction. Leur environnement interne est en équilibre et ils réalisent un très grand nombre de réactions chimiques et biochimiques pour maintenir cet équilibre. A différents compartiments cellulaires, ou organelles, sont attribuées des tâches spécifiques pour maintenir les cellules en vie. L'étude de ces fonctions permet une meilleure compréhension de la vie et des organismes vivants. De nombreux processus sont bien connus et caractérisés mais d'autres nécessitent encore des investigations détaillées. L'un de ces processus est le métabolisme des polyphosphates. Ces molécules sont des polymères linéaires de phosphate inorganique dont la taille peut varier de quelques dizaines à quelques centaines d'unités élémentaires. Ils sont présents dans tous les organismes, des bactéries à l'homme. Ils sont localisés principalement dans des compartiments cellulaires appelés acidocalcisomes, des organelles acides observés en microscopie électronique comme des structures denses aux électrons. Les polyphosphates jouent un rôle important dans le stockage et le métabolisme de l'énergie, la réponse au stress, la virulence, la pathogénicité et la résistance aux drogues. Chez l'homme, ils sont impliqués dans la coagulation du sang et le remodelage osseux. De nouvelles fonctions biologiques des polyphosphates sont encore découvertes, ce qui accroît l'intérêt des chercheurs pour ces molécules. Bien que des progrès considérables ont été réalisés afin de comprendre la fonction des polyphosphates chez les bactéries, ce qui concerne la synthèse, le stockage et la dégradation des polyphosphates chez les eucaryotes est mal connu. Les vacuoles de la levure Saccharomyces cerevisiae sont similaires aux acidocalcisomes des organismes supérieurs en termes de structure et de fonction. Les acidocalcisomes sont difficiles à étudier car il n'existe que peu d'outils génétiques et biochimiques qui permettent leur caractérisation. En revanche, les vacuoles peuvent être aisément isolées des cellules vivantes et manipulées génétiquement. Les vacuoles comme les acidocalcisomes synthétisent et stockent les polyphosphates. Ainsi, les découvertes faites grâce aux vacuoles de levures peuvent être extrapolées aux acidocalcisomes des organismes supérieurs. Le but de mon projet était de caractériser la synthèse des polyphosphates par des vacuoles isolées. Au cours de mon travail de thèse, j'ai mis au point une méthode de mesure de la synthèse des polyphosphates par des organelles purifés. Ensuite, j'ai identifié des composés qui modulent la réaction enzymatique lorsque celle-ci a lieu dans la vacuole ou après solubilisation de l'organelle. J'ai ainsi pu mettre en évidence deux groupes distincts de polyphosphates dans le système : ceux au-dehors de la vacuole et ceux en-dedans de l'organelle. Cette observation suggère donc très fortement que les vacuoles non seulement synthétisent les polyphosphates mais aussi transfère les molécules synthétisées de l'extérieur vers l'intérieur de l'organelle. Il est très vraisemblable que les vacuoles régulent le renouvellement des polyphosphates qu'elles conservent, en réponse à des signaux cellulaires. Des essais de purification de l'enzyme synthétisant les polyphosphates ainsi que sa reconstitution dans des liposomes ont également été entrepris. Ainsi, mon travail présente de nouveaux aspects de la synthèse des polyphosphates chez les eucaryotes et les résultats devraient encourager l'élucidation de mécanismes similaires chez les organismes supérieurs. - Les polyphosphates (iPOP) sont des polymères linéaires de phosphates inorganiques liés par des liaisons phosphoanhydres de haute énergie. Ces molécules sont présentes dans tous les organismes et localisées dans des compartiments cellulaires appelés acidocalcisomes. Elles varient en taille de quelques dizaines à quelques centaines d'unités phosphate. Des fonctions nombreuses et variées ont été attribuées aux iPOP dont un rôle dans les métabolismes de l'énergie et du phosphate, dans la régulation d'activités enzymatiques, la virulence, la pathogénicité, le remodelage osseux et la coagulation sanguine. Il a récemment été montré que les cellules de myélome contiennent une grande quantité de iPOP. Il y donc un intérêt croissant pour les iPOP dans les lignées cellulaires humaines. Cependant, très peu d'informations sur le métabolisme des iPOP chez les eucaryotes sont disponibles. Les acidocalcisomes sont des compartiments acides et denses aux électrons. Ils font partie du groupe des organelles similaires aux lysosomes (LROs pour Lysosome Related Organelles). Le fait que les acidocalcisomes soient conservés dans tous les règnes du vivant montrent l'importance de ces compartiments pour les organismes. Cependant, l'analyse de ces organelles est rendue difficile par l'existence d'un nombre limité d'outils biochimiques permettant leur caractérisation. Les vacuoles de levures possèdent des aspects structuraux et physiologiques très similaires à ceux des acidocalcisomes. Par exemple, ils synthétisent et gardent en réserve les iPOP. Ceci fait des vacuoles de levure un modèle idéal pour l'étude de processus biologiques conservés chez les vacuoles et les acidocalcisomes. De plus, la levure est un organisme de choix pour l'étude de la synthèse des iPOP compte-tenu de l'existence de nombreux outils génétiques et la possibilité d'isoler des vacuoles fonctionnelles. Notre groupe a identifié le complexe VTC (Vacuole transporter Chaperone) comme étant responsable de la synthèse des iPOP et la sous-unité Vtc4p comme celle possédant l'activité catalytique. L'objectif de cette étude était de caractériser le processus de synthèse des iPOP en utilisant des vacuoles isolées et de reconstituer la synthèse des iPOP dans des liposomes. La première étape a consisté en la mise au point d'un dosage permettant la mesure de la quantité de iPOP synthétisés par les organelles isolés en fonction du temps. Cette nouvelle méthode a été comparée aux méthodes décrites précédemment dans la littérature. Ensuite, la caractérisation détaillée du processus a permis d'identifier des composés modulateurs de la réaction à la fois pour des vacuoles intactes et des vacuoles solubilisées. Enfin, des essais de purification du complexe VTC et sa reconstitution dans des liposomes ont été entrepris. De façon parallèle, une étude sur la translocation et le stockage des iPOP dans le lumen des vacuoles a été menée. Il a ainsi été possible de mettre en évidence différents groupes de iPOP : les iPOP localisés à l'intérieur et ceux localisés à l'extérieur des vacuoles isolées. De plus, nous avons observé que le lysat vacuolaire n'est pas détérioré par les étapes de reconstitution dans les liposomes et conserve l'activité de synthèse des iPOP. Les prochaines étapes consisteront en la purification du complexe intact et de la détermination de sa structure par cryo-microscopie électronique.

Cytoskeletal and DNA structure abnormalities result from bypass of requirement for the cdc10 start gene in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe.

The cdc10 gene of the fission yeast S. pombe is required for traverse of the start control in late G1 and commitment to the mitotic cell cycle. To increase our understanding of the events which occur at start, a pseudoreversion analysis was undertaken to identify genes whose products may interact with cdc10 or bypass the requirement for it. A single gene, sct1+ (suppressor of cdc ten), has been identified, mutation of which suppresses all conditional alleles and a null allele of cdc10. Bypass of the requirement for cdc10+ function by sct1-1 mutations leads to pleiotropic defects, including microtubule, microfilament and nuclear structural abnormalities. Our data suggest that sct1 encodes a protein that is dependent upon cdc10+ either for its normal function or expression, or is a component of a checkpoint that monitors execution of p85cdc10 function.

Physical interaction between bacterial heat shock protein (Hsp) 90 and Hsp70 chaperones mediates their cooperative action to refold denatured proteins.

In eukaryotes, heat shock protein 90 (Hsp90) is an essential ATP-dependent molecular chaperone that associates with numerous client proteins. HtpG, a prokaryotic homolog of Hsp90, is essential for thermotolerance in cyanobacteria, and in vitro it suppresses the aggregation of denatured proteins efficiently. Understanding how the non-native client proteins bound to HtpG refold is of central importance to comprehend the essential role of HtpG under stress. Here, we demonstrate by yeast two-hybrid method, immunoprecipitation assays, and surface plasmon resonance techniques that HtpG physically interacts with DnaJ2 and DnaK2. DnaJ2, which belongs to the type II J-protein family, bound DnaK2 or HtpG with submicromolar affinity, and HtpG bound DnaK2 with micromolar affinity. Not only DnaJ2 but also HtpG enhanced the ATP hydrolysis by DnaK2. Although assisted by the DnaK2 chaperone system, HtpG enhanced native refolding of urea-denatured lactate dehydrogenase and heat-denatured glucose-6-phosphate dehydrogenase. HtpG did not substitute for DnaJ2 or GrpE in the DnaK2-assisted refolding of the denatured substrates. The heat-denatured malate dehydrogenase that did not refold by the assistance of the DnaK2 chaperone system alone was trapped by HtpG first and then transferred to DnaK2 where it refolded. Dissociation of substrates from HtpG was either ATP-dependent or -independent depending on the substrate, indicating the presence of two mechanisms of cooperative action between the HtpG and the DnaK2 chaperone system.

Pob1 participates in the Cdc42 regulation of fission yeast actin cytoskeleton.

Rho GTPases regulate the actin cytoskeleton in all eukaryotes. Fission yeast Cdc42 is involved in actin cable assembly and formin For3 regulation. We isolated cdc42-879 as a thermosensitive strain with actin cable and For3 localization defects. In a multicopy suppressor screening, we identified pob1(+) as suppressor of cdc42-879 thermosensitivity. Pob1 overexpression also partially restores actin cables and localization of For3 in the mutant strain. Pob1 interacts with Cdc42 and this GTPase regulates Pob1 localization and/or stability. The C-terminal pleckstrin homology (PH) domain of Pob1 is required for Cdc42 binding. Pob1 also binds to For3 through its N-terminal sterile alpha motif (SAM) domain and contributes to the formin localization at the cell tips. The previously described pob1-664 mutant strain (Mol. Biol. Cell. 10, 2745-2757, 1999), which carries a mutation in the PH domain, as well as pob1 mutant strains in which Pob1 lacks the N-terminal region (pob1DeltaN) or the SAM domain (pob1DeltaSAM), have cytoskeletal defects similar to that of cdc42-879 cells. Expression of constitutively active For3DAD* partially restores actin organization in cdc42-879, pob1-664, pob1DeltaN, and pob1DeltaSAM. Therefore, we propose that Pob1 is required for For3 localization to the tips and facilitates Cdc42-mediated relief of For3 autoinhibition to stimulate actin cable formation.

Yeast vacuoles fragment in an asymmetrical two-phase process with distinct protein requirements.

Yeast vacuoles fragment and fuse in response to environmental conditions, such as changes in osmotic conditions or nutrient availability. Here we analyze osmotically induced vacuole fragmentation by time-lapse microscopy. Small fragmentation products originate directly from the large central vacuole. This happens by asymmetrical scission rather than by consecutive equal divisions. Fragmentation occurs in two distinct phases. Initially, vacuoles shrink and generate deep invaginations that leave behind tubular structures in their vicinity. Already this invagination requires the dynamin-like GTPase Vps1p and the vacuolar proton gradient. Invaginations are stabilized by phosphatidylinositol 3-phosphate (PI(3)P) produced by the phosphoinositide 3-kinase complex II. Subsequently, vesicles pinch off from the tips of the tubular structures in a polarized manner, directly generating fragmentation products of the final size. This phase depends on the production of phosphatidylinositol-3,5-bisphosphate and the Fab1 complex. It is accelerated by the PI(3)P- and phosphatidylinositol 3,5-bisphosphate-binding protein Atg18p. Thus vacuoles fragment in two steps with distinct protein and lipid requirements.

A formin-nucleated actin aster concentrates cell wall hydrolases for cell fusion in fission yeast.

Cell-cell fusion is essential for fertilization. For fusion of walled cells, the cell wall must be degraded at a precise location but maintained in surrounding regions to protect against lysis. In fission yeast cells, the formin Fus1, which nucleates linear actin filaments, is essential for this process. In this paper, we show that this formin organizes a specific actin structure-the actin fusion focus. Structured illumination microscopy and live-cell imaging of Fus1, actin, and type V myosins revealed an aster of actin filaments whose barbed ends are focalized near the plasma membrane. Focalization requires Fus1 and type V myosins and happens asynchronously always in the M cell first. Type V myosins are essential for fusion and concentrate cell wall hydrolases, but not cell wall synthases, at the fusion focus. Thus, the fusion focus focalizes cell wall dissolution within a broader cell wall synthesis zone to shift from cell growth to cell fusion.

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.

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.

Visualizing the spatiotemporal dynamics of DNA damage in budding yeast.

Fluorescence microscopy has enabled the analysis of both the spatial distribution of DNA damage and its dynamics during the DNA damage response (DDR). Three microscopic techniques can be used to study the spatiotemporal dynamics of DNA damage. In the first part we describe how we determine the position of DNA double-strand breaks (DSBs) relative to the nuclear envelope. The second part describes how to quantify the co-localization of DNA DSBs with nuclear pore clusters, or other nuclear subcompartments. The final protocols describe methods for the quantification of locus mobility over time.

Environmental control of the Pom1-dependent cell-size regulation pathway in fission yeast

Cells couple their growth and division rate in response to nutrient availability to maintain a constant size. This co-ordination happens either at the G1-S or the G2-M transition of the cell cycle. In the rod-shaped fission yeast, size regulation happens at the G2-M transition prior to mitotic commitment. Recent studies have focused on the role of the DYRK-family protein kinase Pom1, which forms gradients emanating from cell poles and inhibits the mitotic activator kinase Cdr2, present at the cell middle. Pom1 was proposed to inhibit Cdr2 until cells reached a critical size before division. However when and where Pom1 inhibits Cdr2 is not clear as medial Pom1 levels do not change during cell elongation. Here I show that Pom1 gradients are susceptible to environmental changes in glucose. Specifically, upon glucose limitation, Pom1 re-localizes from the poles to the cell sides where it delays mitosis through regulating Cdr2. This re-localization occurs due to microtubule de- stabilization and lateral catastrophes leading to transient deposition of the Pom1 gradient nucleator Tea4 along the cell cortex. As Tea4 localization to cell sides is sufficient to recruit Pom1, this explains the mechanism of Pom1 re-localization. Microtubule destabilization and consequently Tea4 and Pom1 spread depends on the activity of the cAMP-dependent Protein Kinase A (PKA/Pka1), as pka1 mutant cells have stable microtubules and retain polar Tea4 and Pom1 under limited glucose. PKA signaling negatively regulates the microtubule rescue factor CLASP/Cls1, thus reducing its ability to stabilize microtubules. Thus PKA signaling tunes CLASP activity to promote microtubule de-stabilization and Pom1 re-localization upon glucose limitation. I show that the side-localized Pom1 delays mitosis and balances the role of the mitosis promoting, mitogen-associated protein kinase (MAPK) protein Sty1. Thus Pom1 re-localization may serve to buffer cell size upon glucose limitation. -- Afin de maintenir une taille constante, les cellules régulent leur croissance ainsi que leur taux de division selon les nutriments disponibles dans le milieu. Dans la levure fissipare, cette régulation de la taille précède l'engagement mitotique et se fait à la transition entre les phases G2 à M du cycle cellulaire. Des études récentes se sont focalisées sur le rôle de la protéine Pom1, membre de la famille des DYRK kinase. Celle-ci forme un gradient provenant des pôles de la cellule et inhibe l'activateur mitotique Cdr2 présent au centre de la cellule. Le model propose que Pom1 inhibe Cdr2 jusqu'à atteindre une taille critique avant la division. Cependant quand et à quel endroit dans la cellulle Pom1 inhibe Cdr2 n'était pas clair car les niveaux médians de Pom1 ne changent pas au cours de la l'élongation des cellules. Dans cette étude, je montre que les gradients de Pom1 sont sensibles aux changements environnementaux du taux de glucose. Plus spécifiquement, en conditions limitantes de glucose, Pom1 se relocalise des pôles de la cellule pour se distribuer sur les côtés de celle-ci. Par conséquent, un délai d'entrée en mitose est observé dû à l'inhibition Cdr2 par Pom1. Cette délocalisation est due à la déstabilisation des microtubules qui va conduire à une déposition transitoire de Tea4, le nucléateur du gradient de Pom1, tout au long du cortex de la cellule. Comme la localisation de Tea4 sur les côtés de la cellule est suffisante pour recruter la protéine Pom1, ceci explique le mécanisme de relocalisation de celle-ci. La déstabilisation des microtubules et par conséquent la diffusion de Tea4 et Pom1 dépendent de l'activité de la protéine kinase A dépendante de l'AMP cyclique (PKA/Pka1). En absence de pka1, la stabilité des microtubules n'est pas affectée ce qui permet la rétention de Tea4 et Pom1 aux pôles de la cellule même en conditions limitantes de glucose. La signalisation via PKA régule négativement le facteur de sauvetage des microtubules CLASP/Cls1 et permet donc de réduire sa fonction de déstabilisation des microtubules. Ainsi la signalisation via PKA affine l'activité des CLASP pour promouvoir la déstabilisation des microtubules et la relocalisation de Pom1 en conditions limitantes de glucose. Je montre que la localisation sur les côtés retarde l'entrée en mitose et compense l'action de la protéine Sty1, connue pour être une MAPK qui induit l'entrée en mitose. Ainsi, la relocalisation de Pom1 pourrait servir à tamponner la taille de la cellule en condition limitantes de glucose. -- Various cell types in the environment such as bacterial, plant or animal cells have a distinct cellular size. Maintaining a constant cell size is important for fitness in unicellular organisms and for diverse functions in multicellular organisms. Cells regulate their size by coordinating their growth rate to their division rate. This coupling is important otherwise cells would get progressively smaller or larger after each successive cell cycle. In their natural environment cells may face fluctuations in the available nutrient supply. Thus cells have to coordinate their division rate to the variable growth rates shown under different nutrient conditions. During my PhD, I worked with a single-celled rod shaped yeast called the fission yeast. These cells are longer when the nutrient supply is abundant and shorter when the nutrient supply is scarce. A protein that senses changes in the external carbon source (glucose) is called Protein Kinase A (PKA). The rod shape of fission yeast cells is maintained thanks to a structural backbone called the cytoskeleton. One of the components of this backbone is called microtubules, which are small tube like structures spanning the length of the cell. They transport a protein called Tea4, which in turn is important for the proper localization of another protein Pom1 to the cell ends. Pom1 helps to maintain proper shape and size of these rod shaped yeast cells. My thesis work showed that upon reduction in the external nutrient (glucose) levels, microtubules become less stable and show an alteration in their organization. A significant percentage of the microtubules contact the side of the cell instead of touching only the cell tip. This leads to the spreading of the protein Pom1 away from the tips all around the cell periphery. This helps fission yeast cells to maintain the proper size required under these conditions of limited glucose supply. I further showed that the protein PKA regulates microtubule stability and organization and thus Pom1 spreading and maintenance of proper cell size. Thus my work led to the discovery of a novel pathway by which fission yeast cells maintain their size under limited supply of glucose. -- Divers types cellulaires dans l'environnement tels que les bactéries, les plantes ou les cellules animales ont une taille précise. Le maintien d'une taille cellulaire constante est importante pour le fitness des organismes unicellulaire ainsi que pour multiples fonctions dans les organismes multicellulaires. Les cellules régulent leur taille en coordonnant le taux de croissance avec le taux de division. Ce couplage est essentiel sinon les cellules deviendraient progressivement plus petites ou plus grandes après chaque cycle cellulaire. Dans leur habitat naturels les cellules peuvent faire face a des fluctuations dans le taux de nutriment disponible. Les cellules doivent donc coordonner leur taux de division aux taux variables de croissances perçus dans les différentes conditions nutritionnels. Pendant ma thèse, j'ai travaillée sur une levure unicellulaire, en forme de bâtonnet, nommé levure fissipare ou levure de fission. La taille de ces cellules est plus grande quand le taux de nutriments est grand et plus courte quand celui-ci est plus faible. Une protéine qui perçoit les changements dans le taux externe de la source de carbone (glucose) est nommée PKA pour protéine kinase A. La forme en bâtonnet de la cellule est due aux caractères structuraux du cytosquelette. Une composante importante de ce cytosquelette sont les microtubules, dont la structures ressemble à des petit tubes qui vont d'un bout à l'autre de la cellule. Ces microtubules transportent une protéine importante nommée Tea4 qui à leur tour importante pour la bonne localisation d'une autre protéine Pom1 aux extrémités de la cellule. La protéine Pom1 aide à maintenir la taille appropriée des levures fissipares. Mon travail de thèse a montré qu'en présence de taux faible de nutriments (glucose) les microtubules deviennent de moins en moins stables et montrent une désorganisation globale. Un pourcentage significatif des microtubules touche les côtés de la cellule aux lieu d'atteindre uniquement les extrémités. Ceci a pour conséquence une diffusion de Pom1 tout au long du cortex de la cellule. Ceci aide les levures fissipares à maintenir la taille appropriée pendant ce stress nutritionnel. De plus, je montre que PKA régule la stabilité et l'organisation des microtubules et par conséquent la diffusion de Pom1 et le maintien d'une taille constante. En conclusion, mon travail a conduit à la découverte d'un nouveau mécanisme par lequel la levure fissipare maintient sa taille dans des conditions limitantes en glucose.