Enzymic, phylogenetic, and structural characterization of the unusual papain-like protease domain of Plasmodium falciparum SERA5.

Serine repeat antigen 5 (SERA5) is an abundant antigen of the human malaria parasite Plasmodium falciparum and is the most strongly expressed member of the nine-gene SERA family. It appears to be essential for the maintenance of the erythrocytic cycle, unlike a number of other members of this family, and has been implicated in parasite egress and/or erythrocyte invasion. All SERA proteins possess a central domain that has homology to papain except in the case of SERA5 (and some other SERAs), where the active site cysteine has been replaced with a serine. To investigate if this domain retains catalytic activity, we expressed, purified, and refolded a recombinant form of the SERA5 enzyme domain. This protein possessed chymotrypsin-like proteolytic activity as it processed substrates downstream of aromatic residues, and its activity was reversed by the serine protease inhibitor 3,4-diisocoumarin. Although all Plasmodium SERA enzyme domain sequences share considerable homology, phylogenetic studies revealed two distinct clusters across the genus, separated according to whether they possess an active site serine or cysteine. All Plasmodia appear to have at least one member of each group. Consistent with separate biological roles for members of these two clusters, molecular modeling studies revealed that SERA5 and SERA6 enzyme domains have dramatically different surface properties, although both have a characteristic papain-like fold, catalytic cleft, and an appropriately positioned catalytic triad. This study provides impetus for the examination of SERA5 as a target for antimalarial drug design.

Zymogen activation and subcellular activity of subtilisin kexin isozyme 1/site 1 protease.

The proprotein convertase subtilisin kexin isozyme 1 (SKI-1)/site 1 protease (S1P) plays crucial roles in cellular homeostatic functions and is hijacked by pathogenic viruses for the processing of their envelope glycoproteins. Zymogen activation of SKI-1/S1P involves sequential autocatalytic processing of its N-terminal prodomain at sites B'/B followed by the herein newly identified C'/C sites. We found that SKI-1/S1P autoprocessing results in intermediates whose catalytic domain remains associated with prodomain fragments of different lengths. In contrast to other zymogen proprotein convertases, all incompletely matured intermediates of SKI-1/S1P showed full catalytic activity toward cellular substrates, whereas optimal cleavage of viral glycoproteins depended on B'/B processing. Incompletely matured forms of SKI-1/S1P further process cellular and viral substrates in distinct subcellular compartments. Using a cell-based sensor for SKI-1/S1P activity, we found that 9 amino acid residues at the cleavage site (P1-P8) and P1' are necessary and sufficient to define the subcellular location of processing and to determine to what extent processing of a substrate depends on SKI-1/S1P maturation. In sum, our study reveals novel and unexpected features of SKI-1/S1P zymogen activation and subcellular specificity of activity toward cellular and pathogen-derived substrates.

Characterization of high osmolarity-induced vacuole fragmentation in "Saccharomyces c."

La majorité des organelles d'une cellule adaptent leur nombre et leur taille pendant les processus de division cellulaire, de trafic vésiculaire ou suite à des changements environnementaux par des processus de fusion et de fragmentation membranaires. Ceci est valable notamment pour le golgi, les mitochondries, les péroxisomes et les lysosomes. La vacuole est le compartiment terminal de la voie endocytaire dans la levure Saccharomyces cerevisiae\ elle correspond aux lysosomes des cellules mammifères. Suite à un choc hyperosmotique, la vacuole se fragmente en plusieurs petites vésicules. Durant ce projet, cette fragmentation a été étudiée en utilisant la technique de microscopie confocale in vivo. J'ai observé que la division de la vacuole se produit d'une façon asymétrique. La première minute après le choc osmotique, les vacuoles rétrécissent et forment des longues invaginations tubulaires. Cette phase est dépendante de la protéine Vps1, un membre de la famille des protéines apparentées à la dynamine, ainsi que d'un gradient transmembranaire de protons. Pendant les 10-15 minutes qui suivent, des vésicules se détachent dans les régions où l'on observe les invaginations pendant la phase initiale. Cette deuxième phase qui mène à la fission des nouveaux compartiments vacuolaires dépend de la production du lipide PI(3,5)P2 par la protéine Fab1. J'ai établi la suite des événements du processus de fragmentation des vacuoles et propose la possibilité d'un rôle régulateur de la protéine kinase cycline-dépendante Pho85.¦En outre, j'ai tenté d'éclaircir plus spécifiquement le rôle de Vps1 pendant la fusion et fission des vacuoles. J'ai trouvé que tous les deux processus sont dépendants de l'activité GTPase de cette protéine. De plus l'association avec la membrane vacuolaire paraît régulée par le cycle d'hydrolyse du GTP. Vps1 peut lier la membrane sans la présence d'un autre facteur protéinique, ce qui permet de conclure à une interaction directe avec des lipides de la membrane. Cette interaction est au moins partiellement effectuée par le domaine GTPase, ce qui est une nouveauté pour un membre de cette famille de protéines. Une deuxième partie de Vps1, nommée insert B, est impliquée dans la liaison à la vacuole, soit par interaction directe avec la membrane, soit par régulation du domaine GTPase. En assumant que Vps1 détienne deux régions capables de liaison aux membranes, je conclus qu'elle pourrait fonctionner comme facteur de « tethering » lors de la fusion des vacuoles.¦-¦La cellule contient plusieurs sous-unités, appelées organelles, possédant chacune une fonction spécifique. Dépendant des processus qui s'y déroulent à l'intérieur, un environnement chimique spécifique est requis. Pour maintenir ces différentes conditions, les organelles sont séparées par des membranes. Lors de la division cellulaire ou en adaptation à des changements de milieu, les organelles doivent être capables de modifier leur morphologie. Cette adaptation a souvent lieu par fusion ou division des organelles. Le même principe est valable pour la vacuole dans la levure. La vacuole est une organelle qui sert principalement au stockage des aliments et à la dégradation des différents composants cellulaires. Alors que la fusion des vacuoles est un processus déjà bien décrit, la fragmentation des vacuoles a jusqu'ici été peu étudiée. Elle peut être induit par un choc osmotique: à cause de la concentration de sel élevé dans le milieu, le cytosol de la levure perd de l'eau. Par un flux d'eau de la vacuole au cytosol, la cellule est capable d'équilibrer celui-ci. Quand la vacuole perd du volume, elle doit réadapter le rapport entre surface membranaire et volume, ce qui se fait efficacement par une fragmentation d'une grande vacuole en plusieurs petites vésicules. Comment ce processus se déroule d'un point de vue morphologique n'a pas été décrit jusqu'à présent. En analysant la fragmentation vacuolaire par microscopie, j'ai trouvé que celle-ci se déroule en deux phases. Pendant la première minute suivant le choc osmotique, les vacuoles rétrécissent et forment des longues invaginations tubulaires. Cette phase dépend de la protéine Vps1, un membre de la famille des protéines apparentées à la dynamine, ainsi que du gradient transmembranaire de protons. Ce gradient s'établit par une pompe membranaire, la V-ATPase, qui transporte des protons dans la vacuole en utilisant l'énergie libérée par hydrolyse d'ATP. Après cette phase initiale, la formation de nouvelles vésicules vacuolaires dépend de la synthèse du lipide PI(3,5)P2.¦Dans la deuxième partie de l'étude, j'ai tenté de décrire comment Vps1 lie la membrane pour effectuer un remodelage de la vacuole. Vps1 est nécessaire pour la fusion et la fragmentation des vacuoles. J'ai découvert que tous les deux processus dépendent de sa capacité d'hydrolyser du GTP. Ainsi l'association avec la membrane est couplée au cycle d'hydrolyse du GTP. Vps1 peut lier la membrane sans la présence d'une autre protéine, et interagit donc très probablement avec les lipides de la membrane. Deux parties différentes de la protéine sont impliquées dans la liaison, dont une, inattendue, le domaine GTPase.¦-¦Numerous organelles undergo membrane fission and fusion events during cell division, vesicular traffic, or in response to changes in environmental conditions. Examples include Golgi (Acharya et al., 1998) mitochondria (Bleazard et al., 1999) peroxisomes (Kuravi et al., 2006) and lysosomes (Ward et al., 1997). In the yeast Saccharomyces cerevisiae the vacuole is the terminal component of the endocytic pathway and corresponds to lysosomes in mammalian cells. Yeast vacuoles fragment into multiple small vesicles in response to a hypertonic shock. This rapid and homogeneous reaction can serve as a model to study the requirements of the fragmentation process. Here, I investigated osmotically induced fragmentation by time-lapse microscopy. I observe that the small fragmentation products originate directly from the large central vacuole by asymmetric scission rather than by consecutive equal divisions and that fragmentation occurs in two distinct phases. During the first minute, vacuoles shrink and generate deep invaginations, leaving behind tubular structures. This phase requires the dynamin-like GTPase Vps1 and the vacuolar proton gradient. In the subsequent 10-15 minutes, vesicles pinch off from the tubular structures in a polarized fashion, directly generating fragmentation products of the final size. This phase depends on the production of phosphatidylinositol- 3,5-bisphosphate by the Fab1 complex. I suggest a possible regulation of vacuole fragmentation by the CDK Pho85. Based on my microscopy study I established a sequential involvement of the different fission factors.¦In addition to the morphological description of vacuole fragmentation I more specifically aimed to shed some light on the role of Vps1 in vacuole fragmentation and fusion. I find that both functions are dependent on the GTPase activity of the protein and that also the membrane association of the dynamin-like protein is coupled to the GTPase cycle. I found that Vps1 has the capacity for direct lipid binding on the vacuole and that this lipid binding is at least partially mediated through residues in the GTPase domain, a complete novelty for a dynamin family member. A second stretch located in the region of insert Β has also membrane-binding activity or regulates the association with the vacuole through the GTPase domain. Under the assumption of two membrane-binding regions I speculate on Vps1 as a possible tethering factor for vacuole fusion.

Specific mutations in the estrogen receptor change the properties of antiestrogens to full agonists.

The estrogen receptor (ER) stimulates transcription of target genes by means of its two transcriptional activation domains, AF-1 in the N-terminal part of the receptor and AF-2 in its ligand-binding domain. AF-2 activity is dependent upon a putative amphipathic alpha-helix between residues 538 and 552 in the mouse ER. Point mutagenesis of conserved hydrophobic residues within this region reduces estrogen-dependent transcriptional activation without affecting hormone and DNA binding significantly. Here we show that these mutations dramatically alter the pharmacology of estrogen antagonists. Both tamoxifen and ICI 164,384 behave as strong agonists in HeLa cells expressing the ER mutants. In contrast to the wild-type ER, the mutant receptors maintain nuclear localization and DNA-binding activity after ICI 164,384 treatment. Structural alterations in AF-2 caused by gene mutations such as those described herein or by estrogen-independent signaling pathways may account for the insensitivity of some breast cancers to tamoxifen treatment.

Cysteine-rich Domain 1 of CD40 Mediates Receptor Self-assembly.

The activation of CD40 on B cells, macrophages, and dendritic cells by its ligand CD154 (CD40L) is essential for the development of humoral and cellular immune responses. CD40L and other TNF superfamily ligands are noncovalent homotrimers, but the form under which CD40 exists in the absence of ligand remains to be elucidated. Here, we show that both cell surface-expressed and soluble CD40 self-assemble, most probably as noncovalent dimers. The cysteine-rich domain 1 (CRD1) of CD40 participated to dimerization and was also required for efficient receptor expression. Modelization of a CD40 dimer allowed the identification of lysine 29 in CRD1, whose mutation decreased CD40 self-interaction without affecting expression or response to ligand. When expressed alone, recombinant CD40-CRD1 bound CD40 with a KD of 0.6 μm. This molecule triggered expression of maturation markers on human dendritic cells and potentiated CD40L activity. These results suggest that CD40 self-assembly modulates signaling, possibly by maintaining the receptor in a quiescent state.

The role of CTCFL/BORIS in Meiosis

The complexity of mammalian genome organization demands a complex interplay of DNA and proteins to orchestrate proper gene regulation. CTCF, a highly conserved, ubiquitously expressed protein has been postulated as a primary organizer of genome architecture because of its roles in transcriptional activation/repression, insulation and imprinting. Diverse regulatory functions are exerted through genome wide binding via a central eleven zinc finger DNA binding domain and an array of diverse protein-protein interactions through N- and C- terminal domains. CTCFL has been identified as a paralog of CTCF expressed only in spermatogenic cells of the testis. CTCF and CTCFL have a highly homologous DNA-binding domain, while the flanking amino acid sequences exhibit no significant similarity. Genome- wide mapping of CTCF binding sites has been carried out in many cell types, but no data exist for CTCFL apart from a few identified loci. The lack of high quality antibodies prompted us to generate an endogenously flag-tagged CTCFL mouse model using BAC recombination. IHC staining using anti-flag antibodies confirmed CTCFL localization to type Β spermatogonia and preleptotene spermatocytes and a mutually exclusive pattern of expression with CTCF. ChIP followed by high-throughput sequencing identified 10,382 binding sites showing 70% overlap but representing only 20% of CTCF sites. Consensus sequence analysis identified a significantly longer binding motif with prominently less ambiguity of base calling at every position. The significant difference between CTCF and CTCFL genomic binding patterns proposes that their binding to DNA is differentially regulated. Analysis of CTCFL binding to methylated regions on a genome wide scale identified approximately 1,000 loci. Methylation-independent binding of CTCFL might be at least one of the mechanisms that ensures distinct binding patterns of CTCF and CTCFL since CTCF binding is methylation- sensitive. Co-localization of CTCF with cohesin has been well established and analysis of CTCFL and SMC3 overlap identified around 3,300 binding sites from which two related but distinct consensus sequence motifs were derived. Because virtually all data for cohesin binding originate from mitotically proliferating cells, the anticipated overlap is expected to be considerably higher in meiotic cells. Meiosis-specific cohesin subunit Rec8 is specific for spermatocytes and 6 out of the 12 identified binding sites are also bound by CTCFL. In conclusion, this was the first genome-wide mapping of CTCFL binding sites in spermatocytes, the only cell type where CTCF is not expressed. CTCFL has a unique binding site repertoire distinct from CTCF, binds to methylated sequences and shows a significant overlap with cohesin binding sites. Future efforts will be oriented towards deciphering the role CTCFL plays in conversion of chromatin structure and function from mitotic to meiotic chromosomes. - La complexité de l'organisation du génome des mammifères exige une interaction particulière entre ADN et protéines pour orchestrer une régulation appropriée de l'expression des gènes. CTCFL, une protéine ubiquitaire très conservée, serait le principal organisateur de l'architecture du génome de par son rôle dans l'activation / la répression de la transcription, la protection et la localisation des gènes. Diverses régulations sont opérées, d'une part au travers d'interactions à différents endroits du génome par le biais d'un domaine protéique central de liaison à l'ADN à onze doigts de zinc, et d'autre part par des interactions protéine-protéine variées au niveau de leur domaine N- et C-terminal. CTCFL a été identifié comme un paralogue de CTCF exprimé uniquement dans les cellules spermatiques du testicule. CTCFL et CTCF ont un domaine de liaison à l'ADN très homologue, tandis que les séquences d'acides aminés situées de part et d'autre de ce domaine ne présentent aucune similitude. Une cartographie générale des sites de liaison au CTCF a été réalisée pour de nombreux types cellulaires, mais il n'existe aucune donnée pour CTCFL à l'exception de l'identification de quelques loci. L'absence d'anticorps de bonne qualité nous a conduit à générer un modèle murin portant un CTCFL endogène taggué grâce à un procédé de recombinaison BAC. Une coloration IHC à l'aide d'anticorps anti-FLAG a confirmé la présence de CTCFL au niveau des spermatogonies de type Β et des spermatocytes au stade préleptotène, et une distribution mutuellement exclusive avec CTCF. Une méthode de Chromatine Immunoprecipitation (ChIP) suivie d'un séquençage à haut débit a permis d'identifier 10.382 sites de liaison montrant 70% d'homologie mais ne représentant que 20% des sites CTCF. L'analyse de la séquence consensus révèle un motif de fixation à l'ADN nettement plus long et qui comporte bien moins de bases aléatoires à chaque position nucléotidique. La différence significative entre les séquences génomiques des sites de liaison au CTCF et CTCFL suggère que leur fixation à l'ADN est régulée différemment. Appliquée à l'échelle du génome, l'étude de l'interaction de CTCFL avec des régions méthylées de l'ADN a permis d'identifier environ 1.000 loci. Contrairement à CTCFL, la liaison de CTCF dépend de l'état de méthylation de l'ADN ; cette modification épigénétique constitue donc au moins un des mécanismes de régulation expliquant une localisation de CTCF et CTCFL à des sites distincts du génome. La co- localisation de CTCF avec la cohésine étant établie, l'analyse de la superposition des séquences de CTCFL avec la sous-unité SMC3 identifie environ 3.300 sites de liaison parmi lesquels deux mêmes motifs consensus distincts par leur séquence sont mis en évidence. La presque quasi-totalité des données sur la cohésine ayant été établie à partir de cellules en prolifération mitotique, il est probable que la similitude au sein des séquences consensus soit encore plus grande dans le cas des cellules en méiose. La sous-unité Rec8 de la cohésine propre à l'état de méiose est spécifiquement exprimée dans les spermatocytes. Or 6 des 12 sites de liaison identifiés sont également utilisés par CTCFL. Pour conclure, ce travail constitue la première cartographie à l'échelle du génome des sites de liaison de CTCFL dans les spermatocytes, seul type cellulaire où CTCFL n'est pas exprimé. CTCFL possède un répertoire unique de sites de fixation à l'ADN distinct de CTCF, se lie à des séquences méthylées et présente un nombre important de sites de liaison communs avec la cohésine. Les perspectives futures sont d'élucider le rôle de CTCFL dans le remodelage de la structure de la chromatine et de définir sa fonction dans le processus de méiose.

Analysis of the regulation of Nodal function by SPC-mediated cleavage during early mammalian development

RÉSUMÉ Après implantation dans l'utérus, le foetus de mammifère est composé de trois populations différentes de cellules: l'epiblast, l'ectoderme extraembryonnaire et l'endoderme viscéral. Pendant la gastrulation, les cellules de l'epiblast donnent naissance aux trois lignées germinales: l'ectoderme, le mésoderme et l'endodermes. Les lignées germinales produisent par la suite les différents tissus et organes du corps embryonnaire et adulte. Les cellules de l'ectoderme extraembryonnaire donnent par la suite le composant foetal du placenta qui est essentiel à la survie de l'embryon dans l'utérus. L'épiblast et l'ectoderme extraembryonnaire sont entourés par l'endoderme viscéral et forment une structure connue sous le nom de bouton embryonnaire. L'endoderme viscéral joue un rôle important dans l'embryogenèse car il comporte une sous-population de cellules appelées l'endoderme viscéral antérieur dont les signaux influencent l'épiblast adjacent et déterminent le futur axe antéro-postérieur de l'embryon. La protéine de signalisation Nodal de la famille des TGFß est essentielle dans l'épiblast pour spécifier le mésendoderme, l'endoderme viscéral antérieur, ainsi que pour maintenir les cellules souche de l'ectoderme extraembryonnaire. Ainsi, dans les embryons mutants pour Nodal, aucun axe antéro-postérieur n'est établi, les lignées germinales ne sont pas spécifiés et le placenta ne se développe pas. Au niveau moléculaire, comme pour les protéines de la famille des TGFß, Nodal est initialement synthétisée sous forme de précurseur avant d'être clivée de façon endoproteolytique par des protéanes sécrétées, les proprotéines convertases du type subtilisin (SPC), qui suppriment la partie inhibitrice N-terminale du pro peptide. Dans ce contexte, le projet de ma thèse a été d'analyser l'influence des SPC sur la fonction de Nodal en employant une combinaison d'approches génétiques et biochimiques. Premièrement, nous avons constaté que le clivage du précurseur par les protéases active Nodal, mais en même temps augmente son turn-over et diminue la portée de son action. Deuxièmement, dans l'embryon, il apparaît que Nodal est activé par l'action combinée de Furin et de PACE4, deux protéases sécrétées qui sont spécifiquement exprimées dans les cellules de l'ectoderme extraembryonnaire, donc adjacentes au domaine d'expression de Nodal. De manière similaire aux mutants de Nodal, les embryons mutants pour les deux protéases ne forment pas d'endoderme viscéral antérieur et ne gastrulent pas. Cependant, certains gènes cible de Nodal restent exprimés, suggérant que toutes les activités de Nodal ne sont pas dépendent du clivage par les SPCs. En effet, la génération et l'analyse de mutants portant un allèle knock-in qui code pour une forme mutante de Nodal résistante aux SPC, ont montré que ces mutants ont les caractères phénotypique des mutants de Nodal seulement de façon partielle. La formation de mésoderme est partiellement induite, et de façon remarquable, la forme de Nodal résistante aux SPC est capable d'agir à une distance de sa source, maintenant l'expression de ses propres protéases et d'autres gènes essentiels pour la spécification de l'ectoderme extraembryonnaire. Ensemble, ces résultats prouvent que par leur action directe les protéases extraembryonnaire modulent la signalisation de Nodal pendant le développement mammifère précoce. SUMMARY : Early after implantation in the uterus, the mammalian conceptus is composed of three different cell populations: the epiblast, the extraembryonic ectoderm and the visceral endoderm. During gastrulation, epiblast cells give rise to the three embryonic germ layers: the ectoderm, the mesoderm and the endoderm. These germ layers then generate the different tissues and organs of the embryonic and adult bodies. In parallel, extraembryonic ectoderm cells give rise to the fetal component of the placenta, which is essential for the survival of the embryo in the uterus. Both the epiblast and extraembryonic ectoderm are surrounded by the visceral endoderm to form a structure known as the egg cylinder. The visceral endoderm plays an important role as it harbours a subpopulation of cells called the anterior visceral endoderm, from which signals influence the adjacent epiblast and determine the future antero-posterior embryonic axis. The TGFß-related signalling protein Nodal is required within the epiblast to specify the mesoderm, the endoderm,the anterior visceral endoderm and is also essential to maintain stem cells in the extraembryonic ectoderm. Thus, in Nodal null conceptuses, no antero-posterior axis is established, the germ layers are not specified and the placenta does not develop. At the molecular level, Nodal, like related proteins of the TGFß family, is initially synthesized as a precursor and undergoes endoproteolytic cleavage by secreted proteases of the subtilisin-like proprotein convertases (SPC) to remove an inhibitory N-terminal pro peptide. In the embryo, Nodal is activated by the combined action of Furin and PACE4, two secreted SPCs that are specifically expressed in cells of the extraembryonic ectoderm, thus adjacent to the Nodal expression domain. Similar to Nodal null .embryos, mutant embryos lacking both these proteases fail to specify the anterior visceral endoderm and to undergo gastrulation. However, these mutants still express a subset of Nodal target genes, suggesting that part of Nodal activity is independent on cleavage by SPCs. Indeed, by generating and analyzing mutants with a knock-in allele that encodes an SPC-resistant mutant form of Nodal, I could show that they retain a subset of Nodal activities. Mesoderm formation is partially induced, but most remarkably, SPC-resistant Nodal form is able to act at a distance from its source, maintaining the expression of its proteases and of other genes essential for maintenance of the extraembryonic ectoderm.

Regulation of HCF-1 function via proteolytic maturation and HCF-1 subunit interaction

Abstract : Host-Cell Factor 1 (HCF-1) was first discovered in the study of the herpes simplex virus (HSV) infection. HCF-1 is one of the two cellular proteins that compose the VP16-induced complex, a key activator of HSV lytic infection. lncleed, when HSV infects human cells, it is able to enter two modes of infection: lytic or latent. The V`P16-induced complex promotes the lytic mode and in so doing the virus targets important cellular regulatory proteins, such as HCF-1, to manipulate the status of the infected cell. Indeed, HCF-1 regulates human cell proliferation and the cell cycle at different steps. In human, HCF-1 is unusual in that it undergoes a process of proteolytic maturation that results from cleavages at six centrally located 26 amino acid repeats called HCF-1pro repeats. This generates a heterodimeric complex of stably associated amino- (HCF-1n) and carboxy- (HCF-1c) terminal subunits. The absence of the HCF-1 N or HCF-1; subunit leads predominantly to either G1 or M phase defects, respectively. We have hypothesized that HCF-1 forms a heterodimeric complex to permit communication between the two subunits of HCF-1 involved in regulating different phases of the cell cycle. Indeed, there is evidence for such inter-subunit communication because a point mutation called P134S in the HCF-1N subunit in the temperature-sensitive hamster cell line tsBN67 causes, addition to G1- phase defects associated with the HCF-1n subunit, M-phase defects similar to the defects seen upon loss of HCF-1 function. Furthermore, inhibition of the proteolytic maturation of HCF-1 by deletion of the six HCF-1pro repeats (HCF-1Aimo) also leads to M-phase defects, specifically cytokinesis defects leading to binucleation, indicating that there is loss of HCF-15 function in the absence of HCF-1 maturation. I demonstrate that individual point mutations in each of the six HCF-1pro repeats that prevent HCF-1 proteolytic maturation also lead to binucleation; however, this defect can be latgely rescued by the presence of just one HCF-1pRO sequence in I-ICF»1. These results argue that processing itself is important for the HCF-1g function. In fact, until now, the hypothesis was that the proteolytic processing per se is more important for HCF-1C function than the proteolytic processing region. But I show that processing per se is not sufticient to rescue multinucleation, but that the HCF-lpm sequence itself is crucial. This discovery leads to the conclusion that the I-ICF-1pRO repeats have an additional function important for HCF-le function. From the studies of others, one potential function of the HCF-lrxo tepeats is as a binding site for O-link NAcetyl glycosamine tansferase (OGT) to glycosylate an HCF-1n-sunbunit region called the Basic region. This new function suggests the Basic region of HCF-1n is also implicated in the communication between the two subunits. This inter-subunit communication was analyzed in more detail with the studies of the Pl34S mutation and the residues 382-450 region of HCF-l that when removed prevents HCF-l subunit association. I demonstrate that the point mutation also leads to a binucleation defect in Hela cells as well as in the tsBN67 cells. In addition, the effect of this mutation on the regulation of HCF-1c activity seems to interfere with that of the HCF-lpgg repeats because the sum of the deletion of the proteolytic processing region and the point mutation surprisingly leads to re-establishment of correct cytokinesis. The study of the 382-450 HCF-lN region also yielded surprising results. This region important for the association of the two subunits is also important for both HCF-1c function in M phase and G1 phase progression. Thus, I have discovered two main functions of this region: its role in the regulation of HCF-lc function in M phase and its involvement in the regulation of G1/S phase ?- an HCF-1n function. These results support the importance of inter-subunit communication in HCF-1 functions. My research illuminates the understanding of the interaction of the two subunits by showing that the whole HCF-1n subunit is involved in the inter-subunit communication in order to regulate HCF-1c function. For this work, I was concentrated on the study of cytokinesis; the first phenotype showing the role of HCF-1c in the M phase. Then, I extended the study of the M phase with analysis of steps earlier to cytokinesis. Because some defects in the chromosome segregation was already described in the absence of HCF-1, I decided to continue the study of M phase by checking effects on the chromosome segregation. I showed that the HCF-1n subunit and HCF-1pro repeats are both important for this key step of M phase. I show that the binucleation phenotype resulting from deletion or mutation in HCF-1pro repeats, Pl34S point mutation or the lack of the region 382-450 are correlated with micronuclei, and chromosome segregation and alignment defects. This suggests that HCF«lç already regulates M phase during an early step and could be involved in the complex regulation of chromosome segregation. Because one of the major roles of HCF-1 is to be a transcription regulator, I also checked the capacity of HCF-1 to bind to the chromatin in my different cell lines. All my recombinant proteins can bind the chromatin, except for, as previously described, the HCF-1 with the P134S point mutation, This suggests that the binding of HCF-1 to the chromatin is not dependant to the Basic and proteolytic regions but more to the Kelch domain. Thus, if the function of HCF-ig in M phase is dependant to its chromatin association, the intercommunication and the proteolytic region are not involved in the ability to bind to the chromatin but more to bind to the right place of the chromatin or to be associated with the co-factors. Résumé : L'étude de l'infection par le virus Herpes Simplex (HSV) a permis la découverte de la protéine HCF-1 (Host-Cell Factor). HCF-1 est une des protéines cellulaires qui font partie du complexe induit par VP16 ; ce complexe est la clef pour l'activation de la phase lytique de HSV. Afin de manipuler les cellules infectées, le complexe induit pas le VPIG devrait donc cibler les protéines importantes pour la régulation cellulaire, telles que la protéine HCF-1. Cette dernière s'avère donc être un senseur pour la cellule et devrait également jouer un rôle de régulation lors des différentes phases du cycle cellulaire. Chez l'humain, HCF-1 a la particularité de devoir passer par une phase de maturation pour devenir active. Lors de cette maturation, la protéine subit une coupure protéolytique au niveau de six répétitions composées de 26 acides aminés, appelé HCF-1pro repeats. Cette coupure engendre la formation d'un complexe formé de deux sous-unités, HCF-1n et HCF-1c, associées l'une à l'autre de façon stable. Enlever la sous-unité HCF-IN ou C entraîne respectivement des défauts dans la phase G1 et M. Nous pensons donc que HCF-1 forme un complexe hétérodimérique afin de permettre la communication entre les molécules impliquées dans la régulation des différentes phases du cycle cellulaire. Cette hypothèse est déduite suite à deux études: l'une réalisée sur la lignée cellulaire tsBN67 et l'autre portant sur l'inhibition de la maturation protéolytique. La lignée cellulaire tsBN67, sensible à la température, porte la mutation Pl 345 dans la sous-unité HCF-1n. Cette mutation, en plus d'occasionner des défauts dans la phase G1 (défauts liés à la sous-unité HCF-1N), a aussi pour conséquence d'entrainer des défauts dans la phase M, défauts similaires à ceux dus a la perte de la sous-unité HCF-1c. Quant à la maturation protéolytique, l'absence de la région de la protéolyse provoque la binucléation, défaut lié à la cytokinèse, indiquant la perte de la fonction de la sous-unité HCF-1c. Au cours de ma thèse, j'ai démontré que des mutations dans les HCF-1=no repeats, qui bloquent la protéolyse, engendrent la binucléation ; cependant ce défaut peut être corrigé pas l'ajout d'un HCF-1pro repeat dans un HCF-1 ne contenant pas la région protéolytique. Ces résultats soutiennent l'idée que la région protéolytique est importante pour le bon fonctionnement de HCF-1c. En réalité jusqu'a maintenant on supposait que le mécanisme de coupure était plus important que la région impliquée pour la régulation de la fonction de HCF-1;. Mais mon étude montre que la protéolyse n'est pas suffisante pour éviter la binucléation ; en effet, les HCF-1pro repeats semblent jouer le rôle essentiel dans le cycle cellulaire. Cette découverte conduit à la conclusion que les HCF-1pro repeats ont sûrement une fonction autre qui serait cruciale pour la foncton de HCF-1c. Une des fonctions possibles est d'être le site de liaison de l'O-linked N-acetylglucosamine transférase (OGT) qui glycosylerait la région Basique de HCF-1n. Cette nouvelle fonction suggère que la région Basique est aussi impliquée dans la communication entre les deux sous- unités. L'intercommunication entre les deux sous-unités ai été d'ailleurs analysée plus en détail dans mon travail à travers l'étude de la mutation Pl34S et de la région 382-450, essentielle pour l'association des deux sous»unités. J'ai ainsi démontré que la mutation P134S entraînait aussi des défauts dans la cytokinése dans la lignée cellulaire Hela, de plus, son influence sur HCF-1c semble interférer avec celle de la région protéolytique. En effet, la superposition de ces deux modifications dans HCF-1 conduit au rétablissement d'une cytokinése correcte. Concernant la région 382 à 450, les résultats ont été assez surprenants, la perte de cette région provoque l'arrêt du cycle en G1 et la binucléation, ce qui tend à prouver son importance pour le bon fonctionnement de HCF-1n et de HCF-1c. Cette découverte appuie par conséquent l'hypotl1èse d'une intercommunicatzion entre les deux sous-unités mettant en jeu les différentes régions de HCF-1n. Grâce à mes recherches, j'ai pu améliorer la compréhension de l'interaction des deux sous-unités de HCF-1 en montrant que toutes les régions de HCF-1n sont engagées dans un processus d'intercommunication, dont le but est de réguler l'action de HCF-1c. J'ai également mis en évidence une nouvelle étape de la maturation de HCF-1 qui représente une phase importante pour l'activation de la fonction de HCF-1c. Afin de mettre à jour cette découverte, je me suis concentrée sur l'étude de l'impact de ces régions au niveau de la cytokinése qui fut le premier phénotype démontrant le rôle de HCF-1c dans la phase M. A ce jour, nous savons que HCF-1c joue un rôle dans la cytokinèse, nous ne connaissons pas encore sa fonction précise. Dans le but de cerner plus précisément cette fonction, j'ai investigué des étapes ultérieures ai la cytokinèse. Des défauts dans la ségrégation des chromosomes avaient déjà été observés, ai donc continué l'étude en prouvant que HCF-1n et les HCF-1pro repeats sont aussi importants pour le bon fonctionnement de cette étape clef également régulée par HCF-1c. J' ai aussi montré que la région 382-450 et la mutation P134S sont associées à un taux élevé de micronoyaux, de défauts dans la ségrégation des chromosomes. L'une des fonctions principales de HCF-1 étant la régulation de la transcription, j'ai aussi contrôlé la capacité de HCF-1 à se lier à la chromatine après insertion de mutations ou délétions dans HCF-1n et dans la région protéolytique. Or, à l'exception des HCF-1 contenant la mutation P134S, la sous-unité HCF-1c des HCF-1 tronquées se lie correctement à la chromatine. Cette constatation suggère que la liaison entre HCF-1c et chromatine n'est pas dépendante de la région Basique ou Protéolytique mais peut-être vraisemblablement de la région Kelch. Donc si le rôle de HCF-1c est dépendant de sa capacité â activer la transcription, l'intercommunication entre les deux sous-unités et la région protéolytique joueraient un rôle important non pas dans son habileté à se lier à la chromatine, mais dans la capacité de HCF-1 à s'associer aux co-facteurs ou à se placer sur les bonnes régions du génome.

N-Terminal Modifications Improve the Receptor Affinity and Pharmacokinetics of Radiolabeled Peptidic Gastrin-Releasing Peptide Receptor Antagonists: Examples of 68Ga- and 64Cu-Labeled Peptides for PET Imaging.

Gastrin-releasing peptide receptors (GRPrs) are overexpressed on a variety of human cancers, providing the opportunity for peptide receptor targeting via radiolabeled bombesin-based peptides. As part of our ongoing investigations into the development of improved GRPr antagonists, this study aimed at verifying whether and how N-terminal modulations improve the affinity and pharmacokinetics of radiolabeled GRPr antagonists. METHODS: The potent GRPr antagonist MJ9, Pip-d-Phe-Gln-Trp-Ala-Val-Gly-His-Sta-Leu-NH2 (Pip, 4-amino-1-carboxymethyl-piperidine), was conjugated to 1,4,7-triazacyclononane, 1-glutaric acid-4,7 acetic acid (NODAGA), and 1,4,7-triazacyclononane-1,4,7-triacetic acid (NOTA) and radiolabeled with (68)Ga and (64)Cu. The GRPr affinity of the corresponding metalloconjugates was determined using (125)I-Tyr(4)-BN as a radioligand. The labeling efficiency of (68)Ga(3+) was compared between NODAGA-MJ9 and NOTA-MJ9 in acetate buffer, at room temperature and at 95°C. The (68)Ga and (64)Cu conjugates were further evaluated in vivo in PC3 tumor xenografts by biodistribution and PET imaging studies. RESULTS: The half maximum inhibitory concentrations of all the metalloconjugates are in the high picomolar-low nanomolar range, and these are the most affine-radiolabeled GRPr antagonists we have studied so far in our laboratory. NODAGA-MJ9 incorporates (68)Ga(3+) nearly quantitatively (>98%) at room temperature within 10 min and at much lower peptide concentrations (1.4 × 10(-6) M) than NOTA-MJ9, for which the labeling yield was approximately 45% under the same conditions and increased to 75% at 95°C for 5 min. Biodistribution studies showed high and specific tumor uptake, with a maximum of 23.3 ± 2.0 percentage injected activity per gram of tissue (%IA/g) for (68)Ga-NOTA-MJ9 and 16.7 ± 2.0 %IA/g for (68)Ga-NODAGA-MJ9 at 1 h after injection. The acquisition of PET images with the (64)Cu-MJ9 conjugates at later time points clearly showed the efficient clearance of the accumulated activity from the background already at 4 h after injection, whereas tumor uptake still remained high. The high pancreas uptake for all radiotracers at 1 h after injection was rapidly washed out, resulting in an increased tumor-to-pancreas ratio at later time points. CONCLUSION: We have developed 2 GRPr antagonistic radioligands, which are improved in terms of binding affinity and overall biodistribution profile. Their promising in vivo pharmacokinetic performance may contribute to the improvement of the diagnostic imaging of tumors overexpressing GRPr.

Anchoring of an immunogenic Plasmodium falciparum circumsporozoite protein on the surface of Dictyostelium discoideum.

The circumsporozoite protein (CSP), a major antigen of Plasmodium falciparum, was expressed in the slime mold Dictyostelium discoideum. Fusion of the parasite protein to a leader peptide derived from Dictyostelium contact site A was essential for expression. The natural parasite surface antigen, however, was not detected at the slime mold cell surface as expected but retained intracellularly. Removal of the last 23 amino acids resulted in secretion of CSP, suggesting that the C-terminal segment of the CSP, rather than an ectoplasmic domain, was responsible for retention. Cell surface expression was obtained when the CSP C-terminal segment was replaced by the D. discoideum contact site A glycosyl phosphatidylinositol anchor signal sequence. Mice were immunized with Dictyostelium cells harboring CSP at their surface. The raised antibodies recognized two different regions of the CSP. Anti-sporozoite titers of these sera were equivalent to anti-peptide titers detected by enzyme-linked immunosorbent assay. Thus, cell surface targeting of antigens can be obtained in Dictyostelium, generating sporozoite-like cells having potentials for vaccination, diagnostic tests, or basic studies involving parasite cell surface proteins.

Genomic organization, fine-mapping, and expression of the human islet-brain 1 (IB1)/c-Jun-amino-terminal kinase interacting protein-1 (JIP-1) gene.

Islet-brain 1 (IB1), a regulator of the pancreatic beta-cell function in the rat, is homologous to JIP-1, a murine inhibitor of c-Jun amino-terminal kinase (JNK). Whether IB1 and JIP-1 are present in humans was not known. We report the sequence of the 2133-bp human IB1 cDNA, the expression, structure, and fine-mapping of the human IB1 gene, and the characterization of an IB1 pseudogene. Human IB1 is 94% identical to rat IB1. The tissue-specific expression of IB1 in human is similar to that observed in rodent. The IB1 gene contains 12 exons and maps to chromosome 11 (11p11.2-p12), a region that is deleted in DEFECT-11 syndrome. Apart from an IB1 pseudogene on chromosome 17 (17q21), no additional IB1-related gene was found in the human genome. Our data indicate that the sequence and expression pattern of IB1 are highly conserved between rodent and human and provide the necessary tools to investigate whether IB1 is involved in human diseases.

HIV-1 reverse transcriptase connection domain mutations: dynamics of emergence and implications for success of combination antiretroviral therapy.

BACKGROUND: Factors promoting the emergence of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) reverse transcriptase (RT) connection domain mutations and their effect on antiretroviral therapy (ART) are still largely undetermined. We investigated this matter by analyzing genotypic resistance tests covering 400 amino acid positions in the RT of HIV-1 subtype B viruses and corresponding treatment histories and laboratory measurements. METHODS: The emergence of connection domain mutations was studied in 334 patients receiving monotherapy or dual therapy with thymidine analogues at the time of the genotypic resistance test. Response to subsequent combination ART (cART) was analyzed using Cox regression for 291 patients receiving unboosted protease inhibitors. Response was defined by ever reaching an HIV RNA level <50 copies/mL during the first cART. RESULTS: The connection domain mutations N348I, R356K, R358K, A360V, and A371V were more frequently observed in ART-exposed than ART-naive patients, of which only N348I and A360V were nonpolymorphic (with a prevalence of <1.5% in untreated patients). N348I correlated with M184V and predominantly occurred in patients receiving lamivudine and zidovudine concomitantly. A360V was not associated with specific drug combinations and was found to emerge later than M184V or thymidine analogue mutations. Nonpolymorphic connection domain mutations were rarely detected in the absence of established drug resistance mutations in ART-exposed individuals (prevalence, <1%). None of the 5 connection domain mutations associated with treatment showed a statistically significant effect on response to cART. CONCLUSIONS: Despite their frequent emergence, connection domain mutations did not show large detrimental effects on response to cART. Currently, routine implementation of connection domain sequencing seems unnecessary for developed health care settings.

The β-sliding clamp directs the localization of HdaA to the replisome in Caulobacter crescentus.

The initiation of chromosome replication is tightly regulated in bacteria to ensure that it takes place only once per cell cycle. In many proteobacteria, this process requires the ATP-bound form of the DnaA protein. The regulatory inactivation of DnaA (RIDA) facilitates the conversion of DnaA-ATP into replication-inactive DnaA-ADP, thereby preventing overinitiation. Homologues of the HdaA protein, together with the β-clamp of the DNA polymerase (DnaN), are required for this process. Here, we used fluorescence resonance energy transfer experiments to demonstrate that HdaA interacts with DnaN in live Caulobacter crescentus cells. We show that a QFKLPL motif in the N-terminal region of HdaA is required for this interaction and that this motif is also needed to recruit HdaA to the subcellular location occupied by the replisome during DNA replication. An HdaA mutant protein that cannot colocalize or interact with DnaN can also not support the essential function of HdaA. These results suggest that the recruitment of HdaA to the replisome is needed during RIDA in C. crescentus, probably as a means to sense whether chromosome replication has initiated before DnaA becomes inactivated. In addition, we show that a conserved R145 residue located in the AAA+ domain of HdaA is also needed for the function of HdaA, although it does not affect the interaction of HdaA with DnaN in vivo. The AAA+ domain of HdaA may therefore be required during RIDA after the initial recruitment of HdaA to the replisome by DnaN.

Role of the HCF-1 basic region in sustaining cell proliferation.

BACKGROUND: The human herpes simplex virus-associated host cell factor 1 (HCF-1) is a conserved human transcriptional co-regulator that links positive and negative histone modifying activities with sequence-specific DNA-binding transcription factors. It is synthesized as a 2035 amino acid precursor that is cleaved to generate an amino- (HCF-1(N)) terminal subunit, which promotes G1-to-S phase progression, and a carboxy- (HCF-1(C)) terminal subunit, which controls multiple aspects of cell division during M phase. The HCF-1(N) subunit contains a Kelch domain that tethers HCF-1 to sequence-specific DNA-binding transcription factors, and a poorly characterized so called "Basic" region (owing to a high ratio of basic vs. acidic amino acids) that is required for cell proliferation and has been shown to associate with the Sin3 histone deacetylase (HDAC) component. Here we studied the role of the Basic region in cell proliferation and G1-to-S phase transition assays. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Surprisingly, much like the transcriptional activation domains of sequence-specific DNA-binding transcription factors, there is no unique sequence within the Basic region required for promoting cell proliferation or G1-to-S phase transition. Indeed, the ability to promote these activities is size dependent such that the shorter the Basic region segment the less activity observed. We find, however, that the Basic region requirements for promoting cell proliferation in a temperature-sensitive tsBN67 cell assay are more stringent than for G1-to-S phase progression in an HCF-1 siRNA-depletion HeLa-cell assay. Thus, either half of the Basic region alone can support G1-to-S phase progression but not cell proliferation effectively in these assays. Nevertheless, the Basic region displays considerable structural plasticity because each half is able to promote cell proliferation when duplicated in tandem. Consistent with a potential role in promoting cell-cycle progression, the Sin3a HDAC component can associate independently with either half of the Basic region fused to the HCF-1 Kelch domain. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: While conserved, the HCF-1 Basic region displays striking structural flexibility for controlling cell proliferation.

Identification of CARDIAK, a RIP-like kinase that associates with caspase-1.

Members of the tumor necrosis factor receptor (TNFR) superfamily have an important role in the induction of cellular signals resulting in cell growth, differentiation and death. TNFR-1 recruits and assembles a signaling complex containing a number of death domain (DD)-containing proteins, including the adaptor protein TRADD and the serine/threonine kinase RIP, which mediates TNF-induced NF-kappa B activation. RIP also recruits caspase-2 to the TNFR-1 signaling complex via the adaptor protein RAIDD, which contains a DD and a caspase-recruiting domain (CARD). Here, we have identified a RIP-like kinase, termed CARDIAK (for CARD-containing interleukin (IL)-1 beta converting enzyme (ICE) associated kinase), which contains a serine/threonine kinase domain and a carboxy-terminal CARD. Overexpression of CARDIAK induced the activation of both NF-kappa B and Jun N-terminal kinase (JNK). CARDIAK interacted with the TNFR-associated factors TRAF-1 and TRAF-2, and a dominant-negative form of TRAF-2 inhibited CARDIAK-induced NF-kappa B activation. Interestingly, CARDIAK specifically interacted with the CARD of caspase-1 (previously known as ICE), and this interaction correlated with the processing of pro-caspase-1 and the formation of the active p20 subunit of caspase-1. Together, these data suggest that CARDIAK may be involved in NF-kappa B/JNK signaling and in the generation of the proinflammatory cytokine IL-1 beta through activation of caspase-1.