Les protéines Staufen et leurs rôles dans la régulation posttranscriptionnelle de l’expression des gènes, la réponse aux dommages à l’ADN et le cycle cellulaire

Les différents mécanismes de régulation posttranscriptionnelle de l’expression des gènes sont de plus en plus reconnus comme des processus essentiels dans divers phénomènes physiologiques importants, comme la prolifération cellulaire et la réponse aux dommages à l’ADN. Deux des protéines impliquées dans ce type de régulation sont Staufen1 (Stau1) et Staufen2 (Stau2). Elles sont des protéines de liaison à l’ARN double brin qui contribuent au transport de l’ARN messager (ARNm), au contrôle de la traduction, à l’épissage alternatif et sont responsables de la dégradation de certains ARNm spécifiques. Les protéines Staufen peuvent en effet s’associer à des ARNm bien précis, d’autant plus que, majoritairement, Stau1 et Stau2 ne se retrouvent pas en complexe avec les mêmes cibles. De nombreuses évidences récentes montrent l’implication de divers mécanismes de régulation posttranscriptionnelle dans la réponse aux dommages à l’ADN, plusieurs protéines de liaison à l’ARN y participant d’ailleurs. De façon importante, cette réponse dicte un ou plusieurs destin(s) à la cellule qui doit réagir à la suite de dommages à l’intégrité de son ADN: réparation de l’ADN, arrêt de la prolifération cellulaire, apoptose. Nous avons donc fait l’hypothèse que l’expression de Stau1 et/ou de Stau2 pourrait être affectée en réponse à un stress génotoxique, ce qui pourrait avoir comme conséquence de moduler l’expression et/ou la stabilité de leurs ARNm cibles. De même, notre laboratoire a récemment observé que l’expression de Stau1 varie pendant le cycle cellulaire, celle-ci étant plus élevée jusqu’au début de la mitose (prométaphase), puis elle diminue alors que les cellules complètent leur division. Par conséquent, nous avons fait l’hypothèse que Stau1 pourrait lier des ARNm de façon différentielle dans des cellules bloquées en prométaphase et dans des cellules asynchrones. D’un côté, en employant la camptothécine (CPT), une drogue causant des dommages à l’ADN, pour traiter des cellules de la lignée de cancer colorectal HCT116, nous avons observé que seule l’expression de Stau2 est réduite de façon considérable, tant au niveau de la protéine que de l’ARNm. L’utilisation d’autres agents cytotoxiques a permis de confirmer cette observation initiale. De plus, nous avons constaté que l’expression de Stau2 est touchée même dans des conditions n’engendrant pas une réponse apoptotique, ce qui suggère que cette déplétion de Stau2 est possiblement importante pour la mise en place d’une réponse appropriée aux dommages à l’ADN. D’ailleurs, la surexpression de Stau2 conjointement avec le traitement à la CPT entraîne un retard dans l’induction de l’apoptose dans les cellules HCT116. Nous avons aussi montré que la diminution de l’expression de Stau2 est due à une régulation de sa transcription en réponse au stress génotoxique, ce pourquoi une région minimale du promoteur putatif de Stau2 est nécessaire. Également, nous avons identifié que le facteur de transcription E2F1, couramment impliqué dans la réponse aux dommages à l’ADN, peut contrôler l’expression de Stau2. Ainsi, E2F1 permet une augmentation de l’expression de Stau2 dans des cellules non traitées, mais cette hausse est abolie dans des cellules traitées à la CPT, ce qui suggère que la CPT pourrait agir en inhibant l’activation transcriptionnelle de Stau2 par E2F1. Enfin, nous avons observé que certains ARNm associés à Stau2, et codant pour des protéines impliquées dans la réponse aux dommages à l’ADN et l’apoptose, sont exprimés différemment dans des cellules traitées à la CPT et des cellules non traitées. D’un autre côté, nous avons identifié les ARNm associés à Stau1 lors de la prométaphase, alors que l’expression de Stau1 est à son niveau le plus élevé pendant le cycle cellulaire, grâce à une étude à grande échelle de micropuces d’ADN dans des cellules HEK293T. Nous avons par la suite confirmé l’association entre Stau1 et certains ARNm d’intérêts, donc codant pour des protéines impliquées dans la régulation de la prolifération cellulaire et/ou le déroulement de la mitose. Une comparaison de la liaison de ces ARNm à Stau1 dans des cellules bloquées en prométaphase par rapport à des cellules asynchrones nous a permis de constater une association préférentielle dans les cellules en prométaphase. Ceci suggère une augmentation potentielle de la régulation de ces ARNm par Stau1 à ce moment du cycle cellulaire. Les données présentées dans cette thèse indiquent vraisemblablement que la régulation posttranscriptionnelle de l’expression génique contrôlée par les protéines Staufen se fait en partie grâce à la modulation de l’expression de Stau1 et de Stau2 en fonction des conditions cellulaires. Nous envisageons alors que cette variation de l’expression des protéines Staufen ait des conséquences sur des sous-ensembles d’ARNm auxquels elles sont liées et que de cette façon, elles jouent un rôle pour réguler des processus physiologiques essentiels comme la réponse aux dommages à l’ADN et la progression dans le cycle cellulaire.

Identification et étude de mécanismes régulant l’expression de MAPK

Les fichiers accompagnant le document sont en format Microsoft Excel 2010.

Évolution à fine échelle des sites d'épissage des introns dans les gènes des oomycètes

Les introns sont des portions de gènes transcrites dans l’ARN messager, mais retirées pendant l’épissage avant la synthèse des produits du gène. Chez les eucaryotes, on rencontre les introns splicéosomaux, qui sont retirés de l’ARN messager par des splicéosomes. Les introns permettent plusieurs processus importants, tels que l'épissage alternatif, la dégradation des ARNs messagers non-sens, et l'encodage d'ARNs fonctionnels. Leurs rôles nous interrogent sur l'influence de la sélection naturelle sur leur évolution. Nous nous intéressons aux mutations qui peuvent modifier les produits d'un gène en changeant les sites d'épissage des introns. Ces mutations peuvent influencer le fonctionnement d'un organisme, et constituent donc un sujet d'étude intéressant, mais il n'existe actuellement pas de logiciels permettant de les étudier convenablement. Le but de notre projet était donc de concevoir une méthode pour détecter et analyser les changements des sites d'épissage des introns splicéosomaux. Nous avons finalement développé une méthode qui repère les évènements évolutifs qui affectent les introns splicéosomaux dans un jeu d'espèces données. La méthode a été exécutée sur un ensemble d'espèces d'oomycètes. Plusieurs évènements détectés ont changé les sites d’épissage et les protéines, mais de nombreux évènements trouvés ont modifié les introns sans affecter les produits des gènes. Il manque à notre méthode une étape finale d'analyse approfondie des données récoltées. Cependant, la méthode actuelle est facilement reproductible et automatise l'analyse des génomes pour la détection des évènements. Les fichiers produits peuvent ensuite être analysés dans chaque étude pour répondre à des questions spécifiques.

Étude du polymorphisme rs3846662 de l’HMGCR dans le cerveau et le système périphérique

Dans cette thèse, l’impact du polymorphisme rs3846662 sur l’épissage alternatif de la 3-hydroxy-3-méthylglutaryl coenzyme A réductase (HMGCR) a été investigué in vivo, chez des patients atteints d’hypercholestérolémie familiale (HF) ou de maladie d’Alzheimer (MA). Le premier manuscrit adresse la problématique de la normalisation de la quantification relative des ARNm par PCR quantitative. Les découvertes présentées dans ce manuscrit nous ont permis de déterminer avec un haut niveau de confiance les gènes de référence à utiliser pour la quantification relative des niveaux d’ARNm de l’HMGCR dans des échantillons de sang (troisième manuscrit) et de tissus cérébraux post-mortem (quatrième manuscrit). Dans le deuxième manuscrit, nous démontrons grâce à l’emploi de trois cohortes de patients distinctes, soit la population canadienne française du Québec et les deux populations nord américaines « Alzheimer’s Disease Cooperative Study (ADCS) » et « Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) », que le génotype AA au locus rs3846662 confère à ces porteurs une protection considérable contre la MA. Les femmes porteuses de ce génotype voient leur risque de MA diminuer de près de 50% et l’âge d’apparition de leurs premiers symptômes retarder de 3.6 ans. Les porteurs de l’allèle à risque APOE4 voient pour leur part leurs niveaux de plaques séniles et dégénérescences neurofibrillaires diminuer significativement en présence du génotype AA. Enfin, les individus atteints de déficit cognitif léger et porteurs à la fois de l’allèle APOE4 et du génotype protecteur AA voient leur risque de convertir vers la MA chuter de 76 à 27%. Dans le troisième manuscrit, nous constatons que les individus atteints d’HF et porteurs du génotype AA ont, contrairement au modèle établi chez les gens normaux, des niveaux plus élevés de cholestérol total et de LDL-C avant traitement comparativement aux porteurs de l’allèle G. Le fait que cette association n’est observée que chez les non porteurs de l’APOE4 et que les femmes porteuses du génotype AA présentent à la fois une augmentation des niveaux d’ARNm totaux et une résistance aux traitements par statines, nous indique que ce génotype influencerait non seulement l’épissage alternatif, mais également la transcription de l’HMGCR. Comme une revue exhaustive de la littérature ne révèle aucune étude abondant dans ce sens, nos résultats suggèrent l’existence de joueurs encore inconnus qui viennent influencer la relation entre le génotype AA, l’épissage alternatif et les niveaux d’ARNm de l’HMGCR. Dans le quatrième manuscrit, l’absence d’associations entre le génotype AA et les niveaux d’ARNm Δ13 ou de protéines HMGCR nous suggère fortement que ce polymorphisme est non fonctionnel dans le SNC affecté par la MA. Une étude approfondie de la littérature nous a permis d’étayer cette hypothèse puisque les niveaux de HNRNPA1, la ribonucléoprotéine influencée par l’allèle au locus rs3846662, sont considérablement réduits dans la MA et le vieillissement. Il est donc proposé que les effets protecteurs contre la MA associés au génotype AA soient le résultat d’une action indirecte sur le processus physiopathologique.

"Identification and Diversity of Killer Cell Ig-Like Receptors in Aotus vociferans, a New World Monkey "

Previous BAC clone analysis of the Platyrrhini owl monkey KIRs have shown an unusual genetic structure in some loci. Therefore, cDNAs encoding KIR molecules from eleven Aotus vociferans monkeys were characterized here; tenputative KIR loci were found, some of which encoded atypical proteins such as KIR4DL and transcripts predicted to encode a D0+D1 configuration (AOTVOKIR2DL1*01v1) which appear to be unique in the Aotus genus. Furthermore, alternative splicing was found as a likely mechanism for producing activator receptors in A. vociferans species. KIR proteins from New World monkeys may be split into three new lineages according to domain by domain phylogenetic analysis. Although the A. vociferans KIR family displayed a high divergence among paralogous genes, individual loci were limited in their genetic polymorphism. Selection analysis showed that both constrained and rapid evolution may operate within the AvKIR family. The frequent alternative splicing (as a likely mechanism generating activator receptors), the presence of KIR4DL and KIR2DL1 (D0+D1) molecules and other data reported here suggest that the KIR family in Aotus has had a rapid evolution, independent from its Catarrhini counterparts.from its Catarrhini counterparts.

Búsqueda de selección en el polimorfismo 677C>T (c.665C>T) del gen de la metilentetrahidrofolato reductasa (MTHFR) en una población Colombiana

Se realizó un estudio genético – poblacional en dos grupos etarios de población colombiana con la finalidad de evaluar las diferencias genéticas relacionadas con el polimorfismo MTHFR 677CT en busca de eventos genéticos que soporten la persistencia de este polimorfismo en la especie humana debido que este ha sido asociado con múltiples enfermedades. De esta manera se genotipificaron los individuos, se analizaron los genotipos, frecuencias alélicas y se realizaron diferentes pruebas genéticas-poblacionales. Contrario a lo observado en poblaciones Colombianas revisadas se identificó la ausencia del Equilibrio Hardy-Weinberg en el grupo de los niños y estructuras poblacionales entre los adultos lo que sugiere diferentes historias demográficas y culturales entre estos dos grupos poblacionales al tiempo, lo que soporta la hipótesis de un evento de selección sobre el polimorfismo en nuestra población. De igual manera nuestros datos fueron analizados junto con estudios previos a nivel nacional y mundial lo cual sustenta que el posible evento selectivo es debido a que el aporte de ácido fólico se ha incrementado durante las últimas dos décadas como consecuencia de las campañas de fortificación de las harinas y suplementación a las embarazadas con ácido fólico, por lo tanto aquí se propone un modelo de selección que se ajusta a los datos encontrados en este trabajo se establece una relación entre los patrones nutricionales de la especie humana a través de la historia que explica las diferencias en frecuencias de este polimorfismo a nivel espacial y temporal.  

Potranskrypcyjna regulacja ekspresji genu CELF1 - wpływ na patomechanizm dystrofii miotonicznej

Wydział Biologii: Instytut Biologii Molekularnej i Biotechnologii

Analysis of wheat SAGE tags reveals evidence for widespread antisense transcription

BACKGROUND: Serial Analysis of Gene Expression (SAGE) is a powerful tool for genome-wide transcription studies. Unlike microarrays, it has the ability to detect novel forms of RNA such as alternatively spliced and antisense transcripts, without the need for prior knowledge of their existence. One limitation of using SAGE on an organism with a complex genome and lacking detailed sequence information, such as the hexaploid bread wheat Triticum aestivum, is accurate annotation of the tags generated. Without accurate annotation it is impossible to fully understand the dynamic processes involved in such complex polyploid organisms. Hence we have developed and utilised novel procedures to characterise, in detail, SAGE tags generated from the whole grain transcriptome of hexaploid wheat. RESULTS: Examination of 71,930 Long SAGE tags generated from six libraries derived from two wheat genotypes grown under two different conditions suggested that SAGE is a reliable and reproducible technique for use in studying the hexaploid wheat transcriptome. However, our results also showed that in poorly annotated and/or poorly sequenced genomes, such as hexaploid wheat, considerably more information can be extracted from SAGE data by carrying out a systematic analysis of both perfect and "fuzzy" (partially matched) tags. This detailed analysis of the SAGE data shows first that while there is evidence of alternative polyadenylation this appears to occur exclusively within the 3' untranslated regions. Secondly, we found no strong evidence for widespread alternative splicing in the developing wheat grain transcriptome. However, analysis of our SAGE data shows that antisense transcripts are probably widespread within the transcriptome and appear to be derived from numerous locations within the genome. Examination of antisense transcripts showing sequence similarity to the Puroindoline a and Puroindoline b genes suggests that such antisense transcripts might have a role in the regulation of gene expression. CONCLUSION: Our results indicate that the detailed analysis of transcriptome data, such as SAGE tags, is essential to understand fully the factors that regulate gene expression and that such analysis of the wheat grain transcriptome reveals that antisense transcripts maybe widespread and hence probably play a significant role in the regulation of gene expression during grain development.

Evolutionary analysis of novel serine proteases in the venom gland transcriptome of Bitis gabonica rhinoceros

Background: Serine proteases are major components of viper venom and target various stages of the blood coagulation system in victims and prey. A better understanding of the diversity of serine proteases and other enzymes present in snake venom will help to understand how the complexity of snake venom has evolved and will aid the development of novel therapeutics for treating snake bites. Methodology and Principal Findings: Four serine protease-encoding genes from the venom gland transcriptome of Bitis gabonica rhinoceros were amplified and sequenced. Mass spectrometry suggests the four enzymes corresponding to these genes are present in the venom of B. g. rhinoceros. Two of the enzymes, rhinocerases 2 and 3 have substitutions to two of the serine protease catalytic triad residues and are thus unlikely to be catalytically active, though they may have evolved other toxic functions. The other two enzymes, rhinocerases 4 and 5, have classical serine protease catalytic triad residues and thus are likely to be catalytically active, however they have glycine rather than the more typical aspartic acid at the base of the primary specificity pocket (position 189). Based on a detailed analysis of these sequences we suggest that alternative splicing together with individual amino acid mutations may have been involved in their evolution. Changes within amino acid segments which were previously proposed to undergo accelerated change in venom serine proteases have also been observed. Conclusions and Significance: Our study provides further insight into the diversity of serine protease isoforms present within snake venom and discusses their possible functions and how they may have evolved. These multiple serine protease isoforms with different substrate specificities may enhance the envenomation effects and help the snake to adapt to new habitats and diets. Our findings have potential for helping the future development of improved therapeutics for snake bites.

Differential expression of new LTA splice variants upon lymphocyte activation

Lymphotoxin alpha (LTA) is a member of the TNF cytokine superfamily, produced principally by lymphocytes. It plays an important role in immune and inflammatory responses. Many TNF superfamily members have functionally important isoforms generated by alternative splicing but alternative splicing of LTA has never been studied. The known LTA protein is encoded by a transcript containing four exons. Here we report seven new LTA splice variants, three of them evolutionary conserved. We demonstrate their presence in cytoplasmic RNA suggesting that they could be translated into new LTA isoforms. We observed that their expression is differentially regulated upon activation of peripheral blood mononuclear cells and lymphocyte subpopulations (CD4+, CD8+, and CD19+). Our data suggest that the new LTA splice variants might play a role in the regulation of the immune response. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The differential roles of D-Pax2 variants in regulating Drosophila eye and bristle development

The ability to appropriately interact with the environment is crucial to an organism’s survival. The establishment of functional sensory systems, such as the bristles and eyes in Drosophila, is a critical event during the development of the organism. The transcription factor D Pax2 is involved in the differentiation of the shaft and glial cells in the developing bristle (Kavaler et al., Dev, 126:2261-2272, 1999) and of the cone and primary pigment cells in the developing eye (Fu and Noll, Genes Dev, 11:389-405, 1997). How D-Pax2 contributes to distinct differentiative pathways in different cell types is not known. Recent work by Anna Czechowski and Katherine Harmon (personal communication) identified a mutation in the D-Pax2 gene that introduced a stop codon at the end of exon 9, effectively truncating the protein. This mutation affects bristle, but not eye, development. We thus suspected regions after exon 9 are required for D-Pax2 function only in the bristles and may also be associated with alternative splicing of the D Pax2 transcript. We plan to assess the role of the carboxy terminal region of the protein by establishing transgenic lines bearing rescue constructs of D-Pax2 with either the complete coding sequence or with deletions of specific exons. To date, we have generated the first rescue construct bearing the complete coding region of the gene driven by a 3 KB upstream regulatory region of D-Pax2 and are currently generating transgenic fly lines with this construct.

Splice variants of the human ZC3H14 gene generate multiple isoforms of a zinc finger polyadenosine RNA binding protein

The human ZC3H14 gene encodes an evolutionarily conserved Cys(3)His zinc finger protein that binds specifically to polyadenosine RNA and is thus postulated to modulate post-transcriptional gene expression. Expressed sequence tag (EST) data predicts multiple splice variants of both human and mouse ZC3H14. Analysis of ZC3H14 expression in both human cell lines and mouse tissues confirms the presence of multiple alternatively spliced transcripts. Although all of these transcripts encode protein isoforms that contain the conserved C-terminal zinc finger domain, suggesting that they could all bind to polyadenosine RNA, they differ in other functionally important domains. Most of the alternative transcripts encode closely related proteins (termed isoforms 1, 2. 3, and 3short) that differ primarily in the inclusion of three small exons, 9, 10, and 11, resulting in predicted protein isoforms ranging from 82 to 64 kDa. Each of these closely related isoforms contains predicted classical nuclear localization signals (cNLS) within exons 7 and 11. Consistent with the presence of these putative nuclear targeting signals, these ZC3H14 isoforms are all localized to the nucleus. In contrast, an additional transcript encodes a smaller protein (34 kDa) with an alternative first exon (isoform, 4). Consistent with the absence of the predicted cNLS motifs located in exons 7 and 11, ZC3H14 isoform 4 is localized to the cytoplasm. Both EST data and experimental data suggest that this variant is enriched in testes and brain. Using an antibody that detects endogenous ZC3H14 isoforms 1-3 reveals localization of these isoforms to nuclear speckles. These speckles co-localize with the splicing factor, SC35, suggesting a role for nuclear ZC3H14 in mRNA processing. Taken together, these results demonstrate that multiple transcripts encoding several ZC3H14 isoforms exist in vivo. Both nuclear and cytoplasmic ZC3H14 isoforms could have distinct effects on gene expression mediated by the common Cys(3)His zinc finger polyadenosine RNA binding domain. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Large-scale transcriptome analyses reveal new genetic marker candidates of head, neck, and thyroid cancer

A detailed genome mapping analysis of 213,636 expressed sequence tags (EST) derived from nontumor and tumor tissues of the oral cavity, larynx, pharynx, and thyroid was done. Transcripts matching known human genes were identified; potential new splice variants were flagged and subjected to manual curation, pointing to 788 putatively new alternative splicing isoforms, the majority (75%) being insertion events. A subset of 34 new splicing isoforms (5% of 788 events) was selected and 23 (68%) were confirmed by reverse transcription-PCR and DNA sequencing. Putative new genes were revealed, including six transcripts mapped to well-studied chromosomes such as 22, as well as transcripts that mapped to 253 intergenic regions. In addition, 2,251 noncoding intronic RNAs, eventually involved in transcriptional regulation, were found. A set of 250 candidate markers for loss of heterozygosis or gene amplification was selected by identifying transcripts that mapped to genomic regions previously known to be frequently amplified or deleted in head, neck, and thyroid tumors. Three of these markers were evaluated by quantitative reverse transcription-PCR in an independent set of individual samples. Along with detailed clinical data about tumor origin, the information reported here is now publicly available on a dedicated Web site as a resource for further biological investigation. This first in silico reconstruction of the head, neck, and thyroid transcriptomes points to a wealth of new candidate markers that can be used for future studies on the molecular basis of these tumors. Similar analysis is warranted for a number of other tumors for which large EST data sets are available.

Expressão dos membros da subfamília do fator de crescimento fibroblástico 8 (FGF8, FGF17 e FGF18) e dos receptores de fatores de crescimento fibroblástico(FGFRs) durante o desenvolvimento e regressão do corpo do lúteo bovino

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Luteinizing Hormone Receptor (LHR): basic concepts in cattle and other mammals. a review

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)