The prevalence and regulation of antisense transcripts in Schizosaccharomyces pombe.

A strand-specific transcriptome sequencing strategy, directional ligation sequencing or DeLi-seq, was employed to profile antisense transcriptome of Schizosaccharomyces pombe. Under both normal and heat shock conditions, we found that polyadenylated antisense transcripts are broadly expressed while distinct expression patterns were observed for protein-coding and non-coding loci. Dominant antisense expression is enriched in protein-coding genes involved in meiosis or stress response pathways. Detailed analyses further suggest that antisense transcripts are independently regulated with respect to their sense transcripts, and diverse mechanisms might be potentially involved in the biogenesis and degradation of antisense RNAs. Taken together, antisense transcription may have profound impacts on global gene regulation in S. pombe.

Suppressing mitotic catastrophe: identifying mcs3 in Schizosaccharomyces pombe

In Schizosaccharomyces pombe (fission yeast), the transition from G2 phase of the cell cycle to mitosis is under strict regulation. The activation of Cdc2, a cyclin dependent serine/threonine protein kinase, is the critical control step in this process. The Cdc2/Cyclin-B (Cdc13) complex is regulated by Wee1 tyrosine kinase and Cdc25 tyrosine phosphatase, which work antagonistically to control progression into mitosis. Hyperactivation of the Cdc2/Cdc13 complex by phosphorylation results in premature mitosis, and as a consequence leads to genome instability. This is referred to as mitotic catastrophe, a lethal phenotype associated with chromosomal segregation abnormalities including chromosome breakage. Six mitotic catastrophe loci were found, five of which have been characterized and identified as various activators and repressors of the core mitotic control. The locus for mcs3 remains unknown. I used tetrad analysis in this study to determine the linkage distance between three genes suspected of flanking the region in which mcs3 is located. Linkage distances obtained in this study confirm that the SPBC428.10 and met17, as well as SPBC428.10 and wpl1 are tightly linked, suggesting this is an area of low recombination. Further linkage analysis should be conducted to determine the precise location of mcs3-12.

The role of Schizosaccharomyces pombe Cdc2 phosphorylation sites on Cdc25 in mitotic timing

Cell size control and mitotic timing in Schizosaccharomyces pombe is coupled to the environment through several signal transduction pathways that include stress response, checkpoint and nutritional status impinging on Cdc25 tyrosine phosphatase and Wee1 tyrosine kinase. These in turn regulate Cdc2 (Cdk1) activity and through a double feedback loop, further activates Cdc25 on 12 possible phosphorylation sites as well as inhibiting Wee1. Phosphomutants of the T89 Cdc2 phosphorylation site on Cdc25, one with a glutamate substitution (T89E) which is known to phosphomimetically activate proteins and an alanine substitution (T89A), which is known to block phosphorylation, exhibit a small steady-state cell size (semi-wee phenotype), a known hallmark for aberrant mitotic control. To determine whether the T89 phosphorylation site plays an integral role in mitotic timing, the phosphomutants were subjected to nitrogen shifts to analyze their transient response in the context of nutritional control. Results for both up and downshifts were replicated for the T89E phosphomutant, however, for the T89A phosphomutant, only a nutritional downshift has been completed so far. We found that the steady-state cell size of both phosphomutants was significantly smaller than the wild-type and in the context of nutritional control. Furthermore, the constitutively activated T89E phosphomutant exhibits residual mitotic entry, whereas the wild-type undergoes a complete mitotic suppression with mitotic recovery also occurring earlier than the wild-type. In response to downshifts, both phosphomutants exhibited an identical response to the wild-type. Further characterization of the other Cdc2 phosphorylation sites on Cdc25 are required before conclusions can be drawn, however T89 remains a strong candidate for being important in activating Cdc25.

Perturbation of Cytokinin and Ethylene-signalling Pathways Explain the Strong Rooting Phenotype Exhibited by Arabidopsis Expressing the Schizosaccharomyces Pombe mitotic inducer, cdc25.

Background Entry into mitosis is regulated by cyclin dependent kinases that in turn are phosphoregulated. In most eukaryotes, phosphoregulation is through WEE1 kinase and CDC25 phosphatase. In higher plants a homologous CDC25 gene is unconfirmed and hence the mitotic inducer Schizosaccharomyces pombe (Sp) cdc25 has been used as a tool in transgenic plants to probe cell cycle function. Expression of Spcdc25 in tobacco BY-2 cells accelerates entry into mitosis and depletes cytokinins; in whole plants it stimulates lateral root production. Here we show, for the first time, that alterations to cytokinin and ethylene signaling explain the rooting phenotype elicited by Spcdc25 expression in Arabidopsis. Results Expressing Spcdc25 in Arabidopsis results in increased formation of lateral and adventitious roots, a reduction of primary root width and more isodiametric cells in the root apical meristem (RAM) compared with wild type. Furthermore it stimulates root morphogenesis from hypocotyls when cultured on two way grids of increasing auxin and cytokinin concentrations. Microarray analysis of seedling roots expressing Spcdc25 reveals that expression of 167 genes is changed by > 2-fold. As well as genes related to stress responses and defence, these include 19 genes related to transcriptional regulation and signaling. Amongst these was the up-regulation of genes associated with ethylene synthesis and signaling. Seedlings expressing Spcdc25 produced 2-fold more ethylene than WT and exhibited a significant reduction in hypocotyl length both in darkness or when exposed to 10 ppm ethylene. Furthermore in Spcdc25 expressing plants, the cytokinin receptor AHK3 was down-regulated, and endogenous levels of iPA were reduced whereas endogeous IAA concentrations in the roots increased. Conclusions We suggest that the reduction in root width and change to a more isodiametric cell phenotype in the RAM in Spcdc25 expressing plants is a response to ethylene over-production. The increased rooting phenotype in Spcdc25 expressing plants is due to an increase in the ratio of endogenous auxin to cytokinin that is known to stimulate an increased rate of lateral root production. Overall, our data reveal important cross talk between cell division and plant growth regulators leading to developmental changes.

Cold fission: splitting the pombe cell at room temperature.

The mechanisms responsible for cytokinesis and its coordination with other events of the cell cycle are poorly understood. Genetic studies of cytokinesis in fission yeast are one useful approach to this problem. A number of conditional mutants of fission yeast that show defects in the formation of the septum of cytokinesis have been identified. Cloning of the genes affected in these mutants has begun to shed light upon the elements required to direct the construction of the division septum and also upon how the initiation of septum formation may be coordinated with mitosis.

Caractérisation de la sous-unité bêta du translocon chez la levure Schizosaccharomyces pombe

La sécrétion des protéines est un processus essentiel à la vie. Chez les eucaryotes, les protéines sécrétées transitent dans le réticulum endoplasmique par le pore de translocation. Le translocon est composé de trois sous-unités fondamentales nommées Sec61α, β et γ chez les mammifères, ou Sec61p, Sbh1p et Sss1p chez les levures. Tandis que le rôle des sous-unités α et γ est bien connu, celui de la sous-unité β demeure énigmatique. Plusieurs phénotypes distincts sont associés à cette protéine dans différents organismes, mais le haut niveau de conservation de séquence suggère plutôt une fonction universelle conservée. Récemment, Feng et al. (2007) ont montré que le domaine transmembranaire (TMD) de Sbh1p était suffisant pour complémenter plusieurs phénotypes associés à la délétion du gène chez Saccharomyces cerevisiae, suggérant un rôle important de cette région. L’objectif de mon projet de recherche consiste à étudier la fonction biologique de la sous-unité β du translocon et de son TMD chez Schizosaccharomyces pombe. Dans cette levure, j’ai découvert que le gène sbh1+ n’était pas essentiel à la viabilité à 30oC, mais qu’il était requis pour la croissance à basse température. La délétion de sbh1+ entraîne une sensibilité aux stress de la paroi cellulaire et une diminution de la sécrétion des protéines à 23oC. La surexpression de Sbh1p diminue elle aussi la sécrétion des protéines et altère la morphologie cellulaire. Ces phénotypes sont distincts de ceux observés chez S. cerevisiae, où la délétion des deux paralogues de Sec61β entraîne une sensibilité à haute température plutôt qu’à basse température. Malgré cela, les homologues de Sec61β de S. pombe et de S. cerevisiae sont tout deux capables de complémenter la thermosensibilité respective de chaque levure. La complémentation est possible même avec l’homologue humain de Sec61β, indiquant la conservation d’une fonction de Sec61β de la levure à l’homme. Remarquablement, le TMD de Sec61β de S. pombe, de S. cerevisiae et de l’humain sont suffisants pour complémenter la délétion génomique autant chez la levure à fission que chez la levure à bourgeons. Globalement, ces observations indiquent que le TMD de Sec61β exerce une fonction cellulaire conservée à travers les espèces.

La calnexine: un élément clé dans l'apoptose chez la levure Schizosaccharomyces pombe.

La mort cellulaire programmée (PCD pour Programmed Cell Death) est un processus essentiel aux cellules. Le PCD a d’abord été caractérisé dans le développement cellulaire et peut être divisé en plusieurs groupes selon les caractéristiques observées. L’apoptose, un sous-groupe du PCD, est caractérisé par plusieurs distinctions morphologiques et signalétiques attribué tout d’abord aux organismes complexes pour son rôle dans le développement et dans le maintien de l’intégrité tissulaire. Depuis la dernière décennie, de nombreuses études font état de l’existence d’un programme apoptotique dans des organismes unicellulaires comme les levures. Ce programme apoptotique a surtout été étudié chez les levures Saccharomyces cerevisiae et Schizosaccharomyces pombe et partage certaines caractéristiques avec l’apoptose des mammifères. Par contre, l’apoptose associé aux levures est distinct à certains égards entre autre par l’absence de certains homologues présents chez les mammifères. L’intérêt au niveau de l’étude du phénomène apoptotique chez les levures est sans cesse grandissant par la facilité avec laquelle les levures peuvent être utilisées comme système modèle. L’apoptose peut être induit dans les cellules de différentes façons en réponse à des stimuli internes ou externes. L’accumulation de protéines mal repliées au niveau du réticulum endoplasmique (RE) causant un stress est un inducteur bien caractérisé de la voie apoptotique. La signalisation de l’apoptose dans un cas de stress au RE fait appel aux transducteurs des signaux de la voie du UPR ( Unfolded Protein Response). Récemment, il a été montré que la calnexine, une chaperone transmembranaire du RE connue et caractérisée surtout pour ses fonctions d’aide au repliement des protéines et au contrôle de qualité, joue un rôle dans la transduction du signal apoptotique en réponse au stress du RE chez mammifères. Le rôle de la calnexine dans ce cas consiste principalement en l’échafaudage pour le clivage par la caspase 8 de la protéine apoptotique Bap31. Nous avons tout d’abord démontré que le stress du RE et que la déficience en inositol, un précurseur essentiel de nombreuses molécules signalétiques, sont deux inducteurs de l’apoptose chez la levure S. pombe. Ces deux voies semblent induire l’apoptose par deux voies distinctes puisque seule la voie de la déficience en inositol induit l’apoptose de façon dépendante à la métacaspase Pca1p. La calnexine, essentielle à la viabilité chez la levure S. pombe, est impliquée dans ces deux phénomènes apoptotiques. L’apoptose induit par le stress du RE nécessite une version de la calnexine ancrée à la membrane du RE pour être optimal. De façon opposée, l’apoptose induit par une déficience en inositol nécessite la présence de la queue cytosolique ancrée à la membrane de la calnexine pour être retardé. Ces deux actions différentes imputables à une même protéine laisse croire à une double fonction pro et anti-apoptotique de celle-ci. Suite à la découverte de l’existence d’un clivage endogène de la calnexine en situation normale de croissance, un modèle a été élaboré expliquant les rôles distincts de la calnexine dans ces deux voies apoptotiques. Ce modèle fait état d’un rôle associé au clivage de la calnexine dans l’apoptose.

Caractérisation moléculaire et fonctionnelle de Cif1p, une protéine orpheline impliquée dans le phénomène épigénétique de viabilité de la levure S. pombe en absence de la chaperone calnexine.

Le repliement des protéines est un processus cellulaire crucial impliquant plusieurs protéines dont la calnexine, une chaperone du réticulum endoplasmique. Notre laboratoire et un autre groupe avons démontré que la calnexine est essentielle à la viabilité de la levure Schizosaccharomyces pombe. Dans le cadre d’études structure-fonction portant sur cette protéine, nous avons découvert un phénomène permettant la viabilité des cellules en absence de la calnexine. Cet état, nommé Cin pour calnexine independence, est induit par un mutant de la calnexine dépourvu du domaine central hautement conservé (Δhcd_Cnx1p). La caractérisation de l’état Cin a révélé plusieurs caractéristiques particulières telle la dominance, sa transmission de façon non-Mendélienne à la progéniture méïotique et sa transmission par des extraits protéiques dépourvus d’acides nucléiques. Toutes ces propriétés suggèrent donc que l’état Cin est médié via un élément de type prion. Le gène cif1+, pour calnexin independence factor, a été isolé lors de criblages visant à identifier des gènes impliqués dans l’état Cin. Il encode pour une protéine orpheline dont la surexpression induit de façon stable un état de viabilité en l’absence de la calnexine. Cet état diffère génétiquement et phénotypiquement de l’état Cin induit par le mutant Δhcd_Cnx1p préalablement caractérisé, ce qui suggère deux voies parallèles de signalisation du phénomène Cin. Une caractérisation exhaustive de Cif1p a permis de démontrer qu’il ne s’agissait pas du prion responsable de l’état Cin, malgré que cette protéine possède certaines propriétés typiques des prions in vitro. Finalement, Cif1p est une protéine nucléolaire dont la bonne localisation est essentielle à sa capacité à induire l’état Cin. Ceci suggère une interaction entre la fonction essentielle de la calnexine et une fonction exécutée dans le nucléole. Lors d’études visant à élucider la fonction cellulaire de Cif1p, il a été établi qu’elle interagissait avec certaines protéines de la grosse sous-unité du ribosome telle la protéine L3. Cependant, Cif1p ne co-sédimente pas avec des sous-unités ribosomales assemblées, des ribosomes ou des polysomes. De plus, des cellules contenant une délétion génomique de cif1 voient leur contenu en ribosomes perturbé lors de la phase stationnaire. Il semble donc que Cif1p joue un rôle dans la biosynthèse des ribosomes lors de la phase stationnaire. Ce rôle spécifique à cette phase de croissance coincide avec un clivage de la portion N-terminale de Cif1p, clivage qui a lieu lors de l’entrée des cellules en phase stationnaire. De plus, des études effectuées récemment dans notre laboratoire proposent que la calnexine joue un rôle important dans la signalisation de l’apoptose, et ce particulièrement en phase stationnaire. Ainsi, une voie impliquant Cif1p, sa fonction nucléolaire dans la biosynthèse des ribosomes en phase stationnaire, la calnexine et la médiation de l’apoptose semble se dessiner. D’autres travaux, notamment sur la fonction exacte de Cif1p, le rôle de son clivage et les autres composantes impliquées dans le phénomène Cin nous permettront de dessiner un portrait plus complet de cette voie cellulaire inédite.

Le vieillissement chronologique de Schizosaccharomyces pombe : Implication des voies de détection du glucose

La première augmentation de la longévité en laboratoire fût observée à la suite d’une intervention nutritionnelle consistant en une réduction de l’apport alimentaire chez le rat. Plus tard, ce phénomène a été reproduit dans de très nombreuses espèces et référé en tant que restriction calorique. Le développement des techniques de biologie moléculaire moderne a permis de montrer dans des organismes modèles simples que cette flexibilité du processus de vieillissement était régulée par des facteurs génétiques. De fait, plusieurs mécanismes cellulaires ont alors pu être identifiés comme responsables de ce contrôle du vieillissement. Ces voies de régulation ont révélées être conservées entre les espèces, depuis les levures jusqu’aux organismes multicellulaires tels que le nématode, la mouche ou la souris, suggérant l’existence d’un programme universel de vieillissement dans le vivant. La levure s’est avéré à plusieurs reprises être un modèle puissant et fiable pour la découverte de gènes impliqués dans ce phénomène. Mon étude a consisté au développement d’un nouveau modèle unicellulaire d’étude du vieillissement à travers l’espèce Schizosaccharomyces pombe appelée aussi levure à fission. La première étape de mon travail a montré que les voies de détection des nutriments gouvernées par la sérine/thréonine protéine kinase A (Pka1) et la sérine/thréonine kinase Sck2 contrôlent le vieillissement chronologique de ces cellules comme il était connu dans la levure Saccharomyces cerevisiae. Ceci permit de valider l’utilisation de la levure à fission pour l’étude du vieillissement. Ensuite, nous avons analysé plus en détail l’effet pro-vieillissement du glucose en étudiant le rôle de sa détection par le récepteur membranaire Git3 couplé à la protéine G (Gpa2) en amont de la kinase Pka1. La perte du signal du glucose par la délétion de Git3 imite partiellement l’effet d’augmentation de longévité obtenu par baisse de la concentration en glucose dans le milieu. De plus, l’effet néfaste du signal du glucose est maintenu en absence de tout métabolisme du glucose suite à la mutation des hexokinases, premières enzymes de la glycolyse. L’ensemble de ces résultats suggèrent que la signalisation du glucose est prédominante sur son métabolisme pour son effet pro-vieillissement. D’autre part, à la fois la suppression de cette signalisation et la baisse de niveau de glucose disponible allongent la durée de vie en corrélation avec une augmentation de la résistance au stress, une hausse d’activité mitochondriale et une baisse de production de radicaux libres. Finalement, le criblage d’une banque de surexpression d’ADNc a permis d’identifier plusieurs gènes candidats responsables de ces effets en aval de la voie de signalisation Git3/PKA. La recherche sur les mécanismes moléculaires du vieillissement propose une nouvelle approche, un nouvel angle de vue, pour la compréhension des fonctions cellulaires et promet d’apporter de précieuses clefs pour mieux comprendre certaines maladies. En effet, le vieillissement est la première cause d’apparition de nombreuses affections comme les cancers, les maladies cardiovasculaires et métaboliques ou les maladies neurodégénératives tels que les syndromes d’Alzheimer et de Parkinson.

Caractérisation de la chaperone Hsp104 chez la levure Schizosaccharomyces pombe et étude de son rôle dans la propagation des prions de levure

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Stress-induced changes in the Schizosaccharomyces pombe proteome using two-dimensional difference gel electrophoresis, mass spectrometry and a novel integrated robotics platform

Robotic and manual methods have been used to obtain identification of significantly changing proteins regulated when Schizosaccharomyces pombe is exposed to oxidative stress. Differently treated S. pombe cells were lysed, labelled with CyDye and analysed by two-dimensional difference gel electrophoresis. Gel images analysed off-line, using the DeCyder image analysis software [GE Healthcare, Amersham, UK] allowed selection of significantly regulated proteins. Proteins displaying differential expression were excised robotically for manual digestion and identified by matrix-assisted laser desorption/ionisation - mass spectrometry (MALDI-MS). Additionally the same set of proteins displaying differential expression were automatically cut and digested using a prototype robotic platform. Automated MALDI-MS, peak label assignment and database searching were utilised to identify as many proteins as possible. The results achieved by the robotic system were compared to manual methods. The identification of all significantly altered proteins provides an annotated peroxide stress-related proteome that can be used as a base resource against which other stress-induced proteomic changes can be compared.

Stress-induced changes in the Schizosaccharomyces pombe proteome using two-dimensional difference gel electrophoresis, mass spectrometry and a novel integrated robotics platform

Robotic and manual methods have been used to obtain identification of significantly changing proteins regulated when Schizosaccharomyces pombe is exposed to oxidative stress. Differently treated S. pombe cells were lysed, labelled with CyDye (TM) and analysed by two-dimensional difference gel. electrophoresis. Gel images analysed off-line, using the DeCyder (TM) image analysis software [GE Healthcare, Amersham, UK] allowed selection of significantly regulated proteins. Proteins displaying differential expression were excised robotically for manual digestion and identified by matrix-assisted laser desorption/ionisation - mass spectrometry (MALDI-MS). Additionally the same set of proteins displaying differential expression were automatically cut and digested using a prototype robotic platform. Automated MALDI-MS, peak label assignment and database searching were utilised to identify as many proteins as possible. The results achieved by the robotic system were compared to manual methods. The identification of all significantly altered proteins provides an annotated peroxide stress-related proteome that can be used as a base resource against which other stress-induced proteomic changes can be compared.

Effects of potentised substances on growth kinetics of Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe

BACKGROUND: Homeopathic potencies are used as specific remedies in complementary medicine. Since the mode of action is unknown, the presumed specificity is discussed controversially. OBJECTIVE: This study investigated the effects of potentised substances on two yeast species, Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe, in a stable and reliable test system with systematic negative controls. MATERIALS AND METHODS: Yeast cells were cultivated in either potentised substances or water controls in microplates and their growth kinetics were measured photometrically. Water control runs were performed repeatedly to investigate the stability of the experimental set-up (systematic negative controls). RESULTS: 4 out of 14 screened substances seem to have affected the growth curve parameters slope or yield. Out of these substances, azoxystrobin and phosphorus were chosen for 8 further replication experiments, which partly confirmed the results of the screening. On the average of all experiments, azoxystrobin affected the slope of the growth curve of Saccharomyces cerevisiae (p < 0.05), and phosphorus affected the slope of the growth curve of Schizosaccharomyces pombe (p < 0.05). No effects were seen in the water control runs. In addition, significant interactions between treatment with potentised substances and experiment number were observed in all experiments with potentised substances (p < 0.01), but not in the water control runs. CONCLUSIONS: Both yeast species reacted to certain potentised substances by changing their growth kinetics. However, the interactions found point to additional factors of still unknown nature, that modulate the effects of potentised substances. This stable test system with yeasts may be suitable for further studies regarding the efficacy of homeopathic potencies.