Metabolite changes during Riesling icewine fermentation when yeast micronutrients are used /

Icewine is an intensely s\veet dessert \vine fermented from the juice of naturally frozen grapes. Icewine fermentation poses many challenges such as failure to reach desired ethanol levels and production of high levels of volatile acidity in the fonn of acetic acid. This study investigated the impact of micronutrient addition (GO-FERM® and NATSTEP®) during the rehydration stage of the commercial \vine yeast Saccharomyces cerevisiae KI-VIII6 during Ice\vine fermentation. Sterile-filtered and unfiltered Riesling Ice\vine juice was inoculated \vith yeast rehydrated under four different conditions: in water only; with GO-FERM®; with NATSTEP®; or the combination of both micronutrient products in the rehydration water. Using sterile-filtered Icewine juice, yeast rehydration had a positive impact of reducing the rate of acetic acid produced as a function of sugar consumed, reducing the ratio of acetic acid/ethanol and reducing the ratio of acetic acid/glycerol. In the sterile-filtered fermentation, yeast rehydrated with micronutrients generated 9-times less acetic acid per gram of sugar in the first 48 hours compared to yeast rehydrated only \vith water and resulted in a 17% reduction in acetic acid in the final \vine \vhen normalized to sugar consumed. However, the sterile-filtered fermentations likely became stuck due to the overc1arification of the juice as evidenced from the low sugar consumption (117 gIL) that could not be completely overcome by the micronutrient treatments (144 gIL sugar consumed) to reach a target ethanol of IO%v/v. Contrary to \vhat \vas observed in the sterile-filtered treatements, using unfiltered Ice\vine juice, yeast micronutrient addition had no significant impact of reducing the rate of acetic acid produced as a function of sugar consumed, reducing the ratio of acetic acid/ethanol and reducing the ratio of acetic acid/glycerol. However, in the unfiltered fermentation, micronutrient addition during yeast rehydration caused a reduction in the acetic acid produced as a function of sugar consumed up to 150 giL sugar consumed.. In contrast to the sterile-filtered fermentations, the unfiltered fermentations did not become stuck as evidenced from the higher sugar consumption (l47-174g1L). The largest effects of micronutrient addition are evident in the first two days of both sterile and unfiltered fermentations.

The effects of yeast inoculation rate and acclimatization to juice on icewine fermentation /

Icewine is an intensely sweet, unique dessert wine fennented from the juice of grapes that have frozen naturally on the vine. The juice pressed from the frozen grapes is highly concentrated, ranging from a minimum of 35° Brix to approximately 42° Brix. Often Icewine fennentations are sluggish, taking months to reach the desired ethanol level, and sometimes become stuck. In 6 addition, Icewines have high levels of volatile acidity. At present, there is no routine method of yeast inoculation for fennenting Icewine. This project investigated two yeast inoculum levels, 0.2 gIL and 0.5 gIL. The fennentation kinetics of inoculating these yeast levels directly into the sterile Icewine juice or conditioning the cells to the high sugar levels using a step wise acclimatization procedure were also compared. The effect of adding GO-FERM, a yeast nutrient, was also assessed. In the sterile fennentations, yeast inoculated at 0.2 gIL stopped fennenting before the required ethanol level was achieved, producing only 7.8% (v/v) and 8.1 % (v/v) ethanol for the direct and conditioned inoculations, respectively. At 0.5 gIL, the stepwise conditioned cells fennented the most sugar, producing 12.2% (v/v) ethanol, whereas the direct inoculum produced 10.5% (v/v) ethanol. The addition of the yeast nutrient GO-FERM increased the rate of biomass accumulation, but reduced the ethanol concentration in wines fennented at 0.5 gIL. There was no significant difference in acetic acid concentration in the final wines across all treatments. Fennentations using unfiltered Icewine juice at the 0.5 gIL inoculum level were also compared to see if the effects of yeast acclimatization and micronutrient addition had the same impact on fennentation kinetics and yeast metabolite production as observed in the sterile-filtered juice fennentations. In addition, a full descriptive analysis of the finished wines was carried out to further assess the impact of yeast inoculation method on Icewine sensory quality. At 0.5 gIL, the stepwise conditioned cells fennented the most sugar, producing 11.5% (v/v) ethanol, whereas the direct inoculum produced 10.0% (v/v) ethanol. The addition of the yeast nutrient GO-FERM increased the peak viable cell numbers, but reduced the ethanol concentration in wines fennented at 0.5 gIL. There was a significant difference 7 in acetic acid concentration in the final wines across all treatments and all treatments affected the sensory profiles of the final wines. Wines produced by direct inoculation were described by grape and raisin aromas and butter flavour. The addition of GO-FERM to the direct inoculation treatment shifted the aroma/flavour profiles to more orange flavour and aroma, and a sweet taste profile. StepWise acclimatizing the cells resulted in wines described more by peach and terpene aroma. The addition of GO-FERM shifted the profile to pineapple and alcohol aromas as well as alcohol flavour. Overall, these results indicate that the addition of GO-FERM and yeast acclimatization shortened the length of fermentation and impacted the sensory profiles of the resultant wines.

Aspects of the hemes and modulation of hydrogen donors in catalases from bovine liver, yeast, and escherichia coli

Catalase is the enzyme which decomposes hydrogen peroxide to water and oxygen. Escherichia coli contains two catalases. Hydroperoxidase I (HPI) is a bifunctional catalase-peroxidase. Hydroperoxidase II (HPII) is only catalytically active toward H202. Expression of the genes encoding these proteins is controlled by different regimes. HPJI is thought to be a hexamer, having one heme d cis group per enzymatic subunit. HPII wild type protein and heme containing mutant proteins were obtained from the laboratory of P. Loewen (Univ. of Manitoba). Mutants constructed by oligonucleotidedirected mutagenesis were targeted for replacement of either the His128 residue or the Asn201 residue in the vicinity of the HPII heme crevice. His128 is the residue thought to be analogous to the His74 distal axial ligand of the heme in the bovine liver enzyme, and Asn201 is believed to be a residue critical to the function of the enzyme because of its role in orienting and interacting with the substrate molecule. Investigation of the nature of the hemes via absorption spectroscopy of the unmodified catalase proteins and their derived pyridine hemochromes showed that while the bovine and Saccharomyces cerevisiae catalase enzymes are protoheme-containing, the HPII wild type protein contains heme d, and the mutant proteins contain either solely protoheme, or heme d-protoheme mixtures. Cyanide binding studies supported this, as ligand binding was monophasic for the bovine, Saccharomyces cerevisiae, and wild type HPII enzymes, but biphasic for several of the HPII mutant proteins. Several mammalian catalases, and at least two prokaryotic catalases, are known to be NADPH binding. The function of this cofactor appears to be the prevention of inactivation of the enzyme, which occurs via formation of the inactive secondary catalase peroxide compound (compound II). No physiologically plausible scheme has yet been proposed for the NADPH mediation of catalase activity. This study has shown, via fluorescence and affinity chromatography techniques, that NADPH binds to the T (Typical) and A (Atypical) catalases of Saccharomyces cerevisiae, and that wild type HPII apparently does not bind NADPH. This study has also shown that NADPH is unlike any other hydrogen donor to catalase, and addresses its features as a unique donor by proposing a mechanism whereby NADPH is oxidized and catalase is protected from inactivation via the formation of protein radical species. Migration of this radical to a position close to the NADPH is also proposed as an adjunct hypothesis, based on similar electron migrations that are known to occur within metmyoglobin and cytochrome c peroxidase when reacted with H202. Validation of these hypotheses may be obtained in appropriate future experiments.

Glucosamine resistance in the yeast, Saccharomyces cerivisae [sic]

By using glucosamine resistant mutants of Saccharomyces ceriv~sa~ an attempt was made to discover the mechanisms which cause glucose repression and/or the Crabtree effect. The strains used are 4B2, GR6, lOP3r, GR8l and GRI08. 4B2 is a wild type yeast while the others are its mutants. To characterize the biochemical reactions which made these mutants resistant to glucosamine poisoning the following experiments were done~ 1. growth and respiration; 2. transport of sugars; 3. effect of inorganic phosphate (Pi): 4. Hexokinase; 5. In yivo phosphorylation. From the above experiments the following conclusions may be drawn: (i) GR6 and lOP3r have normal respiratory and fermentative pathways. These mutants are resistant to glucosamine poisoning due to a slow rate of sugar transport which is due to change in the cell membrane. (ii) GR8l has a normal respiratory pathway. The slow growth on fermentable carbon sourCEE indicates that in GR8l the lesion is in or associated with the glycolytic pathway. The lower rate of sugar transport may be due to a change in energy metabolism. The invivo phosphorylation rate indicates that in GR81 facilitated diffusion is the dominant transport mechanism. (iii) GR108 msa normal glycolytic pathway but the respiratory pathway is abnormal. The slow rate of sugar transport is due to a change in energy metabolism. The lower percentage of in vivo phosphorylation is probably due to a lowered availability of ATP because of the mitochondrial lesion. In all mutants resistance to glucosamine poisoning is due to a lower rate of utilization of ATP. which is caused by various mechanisms (see above), making less ADP available for phosphorylation via ATP synthase which utilizes inorganic phosphate. Because of the lower utilization of Pi, the concentration of intra-mitochondrial Pi does not go down thus protecting mutants from glucosamine poisoning.

The genetics of glucosamine in yeast : cytoplasmic determinants conferring resistance

Two cytoplasmic, glucosamine resistant mutants of Saccharomyces cerevisiae, GR6 and GR10, were examined to determine whether or not the lesions involved were located on mitochondrial DNA. Detailed investigation of crosses of GR6 and GR10 or their derivatives to strains bearing known mitochondrial markers demonstrated that: 1. the frequency of glucos~~ine resistance in diploids was independent of factors influencing mitochondrial marker output. 2. upon tetrad analysis a variety of tetrad ratios was observed for glucosamine resistance whereas mitochondrial markers segregated 4:0 or 0:4 (resistant:sensitive). 3. glucosamine resistance and mitochondrial markers segregated differentially with time. 4. glucosamine resistance persisted following treatment of a GRIO derivative with ethidium bromide at concentrations high enough to eliminate all mitochondrial DNA. 5. haploid spore clones displayed two degrees of glucosamine resistance, weak and strong, while growth due to mitochondrial mutations was generally thick and confluent. 6. a number of glucosamine resistant diploids and haploids, which also possessed a mithchondrial resistance mutation, were unable to grow on medium containing both glucosamine and the particular drug involved. 3 These observations 1~ 6 provided strong evidence that the cytoplasmic glucosamine resistant mutations present in GR6 and GRiO were not situated on mitochondrial DNA. Comparison of the glucosamine resistance mutations to some other known cytoplasmic determinants revealed that: 7. glucosamine resistance and the expression of the killer phenotype were separate phenomena. 8. unlike yeast carrying resistance conferring episomes GR6 and GR10 were not resistant to venturicidin or oligomycin and the GR factor exhibited genetic behaviour different from that of the episomal determinants. These results 7--+8 suggested that glucosamine resistance was not associated with the killer determinant nor with alleged yeast episomes. It is therefore proposed that a yeast plasmid(s), previously undescribed, is responsible for glucosamine resistance. The evidence to date is compatible with the hypothesis that GR6 and GR10 carry allelic mutations of the same plasmid which is tentatively designated (GGM).

The role of Stl1p in glycerol accumulation in osmotically stressed icewine yeast Saccharomyces cerevisiae K1 V1116

The high sugar concentration in Icewine juice exerts hyperosmotic stress in the wine yeast causing water loss and cell shrinkage. To counteract the dehydration, yeast synthesize and accumulate glycerol as an internal osmolyte. In a laboratory strain of S. cerevisiae, STLl encodes for Stllp, an H+ /glycerol symporter that is glucose inactivated, but induced upon hyperosmotic stress. STLl, was found to be a highly upregulated gene in Icewine fermenting cells and its expression was 25-fold greater than in yeast cells fermenting diluted Icewine juice, making it one of the most differentially expressed genes between the two fermentation conditions. In addition, Icewine fermenting cells showed a two-fold higher glycerol production in the wine compared to yeast fermenting diluted Icewine juice. We proposed that Stllp is (1) active during Icewine fermentation and is not glucose inactivated and (2) its activity contributes to the limited cell growth observed during Icewine fermentation as a result of the dissipation of the plasma membrane proton gradient. To measure the contribution ofStl1p in active glycerol transport (energy dependent) during Icewine fermentation, we first developed an Stllp-dependent (14C]glycerol uptake assay using a laboratory strain of S. cerevisiae (BY 4742 and LiSTLl) that was dependent on the plasma membrane proton gradient and therefore energy-dependent. Wine yeast K1-Vll16 was also shown to have this energy dependent glycerol uptake induced under salt stress. The expression of STLl and Stllp activity were compared between yeast cells harvested from Icewine and diluted Icewine fermentations. Northern blot analysis revealed that STLl was expressed in cells fermenting Icewine juice but not expressed under the diluted juice conditions. Glycerol uptake by cells fermenting Icewine juice was not significantly different than cells fermenting diluted Icewine juice on day 4 and day 7 of Vidal and Riesling fermentations respectively, despite encountering greater hyperosmotic stress. Furthermore, energy- dependent glycerol uptake was not detected under either fermentation conditions. Because our findings show that active glycerol uptake was not detected in yeast cells harvested from Icewine fermentation, it is likely that Stllp was glucose inactivated despite the hyperosmotic stress induced by the Icewine juice and therefore did not play a role in active glycerol uptake during Icewine fermentation.

Study of new yeast strains as novel starter cultures for Riesling icewine production

Icewine is a sweet dessert wine fermented from the juice of grapes naturally frozen on the vine. The production of Icewine faces many challenges such as sluggish fermentation, which often yields wines with low ethanol, and an accumulation of high concentration of volatile acidity, mainly in the form of acetic acid. This project investigated three new yeast strains as novel starter cultures for Icewine fermentation with particular emphasis on reducing acetic acid production: a naturally occurring strain of S. bayanus/S. pastorianus isolated from Icewine grapes, and two hybrids between S. cerevisiae and S. bayanus, AWRI 1571 and AWRI 1572. These strains were evaluated for sugar consumption patterns and metabolic production of ethanol, glycerol and acetic acid, and were compared to the performance of a standard commercial wine yeast KI-VI116. The ITS rONA region of the two A WRI crosses was also analyzed during fermentations to assess their genomic stability. Icewine fermentations were performed in sterile filtered juice, in the absence of indigenous microflora, and also in unfiltered juice in order to mirror commercial wine making practices. The hybrid A WRI 1572 was found to be a promising candidate as a novel starter culture for Icewine production. I t produced 10.3 % v/v of ethanol in sterile Riesling Icewine fermentations and 11.2 % v/v in the unfiltered ones within a reasonable fermentation time (39 days). Its acetic acid production per gram sugar consumed was approximately 30% lower in comparison with commercial wine yeast K I -V 1116 under both sterile filtered and unfiltered fermentations. The natural isolate S. bayanus/S. pastorianus and AWRI 1571 did not appear to be suitable for commercial Icewine production. They reached the target ethanol concentration of approximately 10 % v/v in 39 day fermentations and also produced less acetic acid as a function of both time and sugar consumed in sterile fermentations compared to KI-V1116. However, in unfiltered fermentations, both of them failed to produce the target concentration of ethanol and accumulated high concentration of acetic acid. Both A WRI crosses displayed higher loss of or reduced copies in ITS rDNA region from the S. bayanus parent compared to the S. cerevisiae parent; however, these genomic losses could not be related to the metabolic profile.

The role of skeletal muscle PLIN proteins at rest and following lipolytic stimulation

This thesis investigated the subcellular location of skeletal muscle PLIN proteins (PLIN2, PLIN3, and PLIN5) as well as protein interactions with ATGL and HSL at rest and following lipolytic stimulation. In addition, the serine phosphorylation state of PLIN2, PLIN3, and PLIN5 was determined at rest and following lipolytic stimulation. An isolated whole muscle technique was used to study the effects of contraction and epinephrine-induced lipolysis. This method allowed for the examination of the effects of contraction and epinephrine alone and in combination. Further, the soleus was chosen for investigating the role of PLIN proteins in skeletal muscle lipolysis due to its suitability for isolated incubation, and the fact that it is primarily oxidative in nature (~80% type I fibres). It has also been previously shown to have the greatest reliance on lipid metabolism and for this reason is ideal for investigating the role of PLIN proteins in lipolysis. Immunofluorescence microscopy revealed that skeletal muscle lipid droplets are partially co-localized to both PLIN2 and PLIN5 and that contraction does not affect the amount of colocalization, indicating that PLIN5 is not recruited to lipid droplets with contraction (PLIN2 ~65%; PLIN5 ~56%). Results from the immunoprecipitation studies revealed that with lipolysis in skeletal muscle the interaction between ATGL and CGI-58 is increased (study 2: 128% with contraction, p<0.05; study 3: 50% with contraction, 25% epinephrine, 80% contraction + epinephrine, p>0.05). Further PLIN2, PLIN3, and PLIN5 all interact with ATGL and HSL, while only PLIN3 and PLIN5 interact with CGI-58. Among these interactions, the association between PLIN2 and ATGL decreases with lipolytic stimulation (study 2: 21% with contraction, p<0.05). Finally our results demonstrate that PLIN3 and PLIN5 are serine phosphorylated at rest and that the level of phosphorylation remains unchanged in the face of either contractile or adrenergic stimulation. In summary, the regulation of skeletal muscle lipolysis is a complex process involving multiple proteins and enzymes. The skeletal muscle PLIN proteins likely play a role in skeletal muscle lipid droplet dynamics, and the data from this thesis indicate that these proteins may work together in regulating lipolysis by interaction with both ATGL and HSL.

Skeletal muscle protein content of lipolytic inhibitor G(0)/G(1) switch gene-2 protein: the effect of endurance training

The first and rate-limiting step of lipolysis is the removal of the first fatty acid from a triglyceride molecule; it is catalyzed by adipose triglyceride lipase (ATGL). ATGL is co-activated by comparative gene identification-58 (CGI-58) and inhibited by the G(0)/G(1) switch gene-2 protein (G0S2). G0S2 has also recently been identified as a positive regulator of oxidative phosphorylation within the mitochondria. Previous research has demonstrated in cell culture, a dose dependent mechanism for inhibition by G0S2 on ATGL. However our data is not consistent with this hypothesis. There was no change in G0S2 protein content during an acute lipolytic inducing set of contractions in both whole muscle, and isolated mitochondria yet both ATGL and G0S2 increase following endurance training, in spite of the fact that there should be increased reliance on intramuscular lipolysis. Therefore, inhibition of ATGL by G0S2 appears to be regulated through more complicated intracellular or post-translation regulation.

Deletion of the RNR4 gene causes hyperresistance to the carcinogen 4-NQO in the yeast model

La stabilité génomique, qui est essentielle à la vie, est possible grâce à la réplication et la réparation de l’ADN. Une des enzymes responsables de la réplication et de la réparation de l’ADN est la ribonucleotide reductase (RNR), qui est retrouvée chez la levure et chez l’humain. Cette enzyme catalyse la formation de déoxyribonucléotides et maintien le pool de dNTP requis pour la réparation et la réplication de l’ADN. L’enzyme RNR est un tétramère α2β2 constitué d’une grande (R1, α2) et d’une petite (R2, β2) sous-unité. Chez S. cerevisiae, les gènes RNR1 et RNR3 encodent la sous-unité α2 (R1). L’activité catalytique de RNR dépend d’une interaction avec le fer et de la formation d’un complexe entre R1 et R2. L’expression de toutes les sous-unités est inductible par les dommages causés à l’ADN. Dans cette étude, nous démontrons que des cellules qui n’expriment pas une des sous-unités, Rnr4, du complexe RNR sont sensibles à divers agents endommageant l’ADN, tels que le méthyl méthane sulfonate, la bléomycine, le péroxyde d’hydrogène et les rayons ultraviolets (UVC 254 nm). Au contraire, le mutant est résistant au 4-nitroquinoline-1- oxide (4-NQO), un composé qui engendre des lésions encombrantes. Par conséquent, le mutant rnr4Δ démontre une réduction marquée en mutations induites par le 4-NQO comparativement à la souche parentale. Nous voulions identifier la voie de réparation de l’ADN qui conférait cette résistance au 4-NQO ainsi que les protéines impliquées. Les voies BER, NER et MMR n’ont pas aboli la résistance au 4-NQO de la souche rnr4Δ. La protéine recombinante Rad51 ne joue pas un rôle critique dans la réparation de l’ADN et dans la résistance au 4-NQO. La délétion du gène REV3, qui encode une polymérase de contournement, impliquée dans la réparation post-réplication, a partiellement aboli la résistance au 4-NQO dans rnr4Δ. Ces résultats suggèrent que la polymérase Rev3 et possiblement d’autres polymérases translésion (Rev1, Rev7, Rad30) pourraient être impliquées dans la réparation de lésions encombrantes dans l’ADN dans des conditions de carence en dNTP. La réparation de l’ADN, un mécanisme complexe chez la levure, implique une vaste gamme de protéines, dont certaines encore inconnues. Nos résultats indiquent qu’il y aurait plus qu’une protéine impliquée dans la résistance au 4-NQO. Des investigations plus approfondies seront nécessaires afin de comprendre la recombinaison et la réparation post-réplication.

A mechanism for co-transcriptional recruitment of mRNA localization factor on nascent mRNAs in budding yeast

Le transport et la localisation des ARN messagers permettent de réguler l’expression spatiale et temporelle de facteurs spécifiques impliqués dans la détermination du destin cellulaire, la plasticité synaptique, la polarité cellulaire et la division asymétrique des cellules. Chez S.cerevisiæ, plus de trente transcrits sont transportés activement vers le bourgeon cellulaire. Parmi ces transcrits, l’ARNm ASH1 (asymetric synthesis of HO) est localisé à l’extrémité du bourgeon pendant l’anaphase. Ce processus va entrainer une localisation asymétrique de la protéine Ash1p, qui sera importée uniquement dans le noyau de la cellule fille, où elle entraine le changement de type sexuel. La localisation asymétrique de l’ARNm ASH1, et donc de Ash1p, implique la présence de différents facteurs de localisation. Parmi ces facteurs, les protéines She (She1p/Myo4p, She2p et She3p) et les répresseurs traductionnels (Puf6p, Loc1p et Khd1p) participent à ce mécanisme. La protéine navette She2p est capable de lier l’ARNm ASH1 et va entrainer le ciblage de cet ARNm vers l’extrémité du bourgeon en recrutant le complexe She3p-Myo4p. Des répresseurs traductionnels régulent la traduction de cet ARNm et évitent l’expression ectopique de la protéine Ash1p pendant son transport. Alors que la fonction cytoplasmique de She2p sur la localisation des ARNm est connue, sa fonction nucléaire est encore inconnue. Nous avons montré que She2p contient une séquence de localisation nucléaire non classique qui est essentielle à son import nucléaire médié par l’importine α (Srp1p). L’exclusion de She2p du noyau par mutation de son NLS empêche la liaison de Loc1p et Puf6p sur l’ARNm ASH1, entrainant un défaut de localisation de l’ARNm et de la protéine. Pour étudier plus en détail l’assemblage de la machinerie de localisation des ARNm dans le noyau, nous avons utilisé des techniques d’immunoprécipitation de chromatine afin de suivre le recrutement des facteurs de localisation et des répresseurs traductionnels sur les ARNm naissants. Nous avons montré que She2p est recruté sur le gène ASH1 pendant sa transcription, via son interaction avec l’ARNm ASH1 naissant. Puf6p est également recruté sur ASH1, mais d’une manière dépendante de la présence de She2p. De façon intéressante, nous avons détecté une interaction entre She2p et la plus grande sous-unité de l’ARN polymérase II (Rpb1p). Cette interaction est détectée avec la forme active en élongation de l’ARN polymérase II. Nous avons également démontré que She2p interagit avec le complexe d’élongation de la transcription Spt4p/Spt5p. Une délétion de SPT4 ou une mutation dans SPT5 (Ts spt5) à température restrictive empêche l’interaction entre She2p et Rpb1p, et diminue le recrutement de She2p au gène ASH1, entrainant un défaut de localisation de l’ARNm et un défaut de localisation asymétrique de la protéine Ash1p. De manière globale, nos résultats montrent que les facteurs impliqués dans la localisation cytoplasmique des ARNm et dans leur contrôle traductionnel sont recrutés de façon co-transcriptionnelle sur les ARNm naissants via leur interaction avec la machinerie de transcription, suggèrant un rôle important de la machinerie transcriptionelle dans la localisation des ARNm.

Yeast RNase III triggers polyadenylation-independent transcription termination

Transcription termination of messenger RNA (mRNA) is normally achieved by polyadenylation followed by Rat1p-dependent 5'-3' exoribonuleolytic degradation of the downstream transcript. Here we show that the yeast ortholog of the dsRNA-specific ribonuclease III (Rnt1p) may trigger Rat1p-dependent termination of RNA transcripts that fail to terminate near polyadenylation signals. Rnt1p cleavage sites were found downstream of several genes, and the deletion of RNT1 resulted in transcription readthrough. Inactivation of Rat1p impaired Rnt1p-dependent termination and resulted in the accumulation of 3' end cleavage products. These results support a model for transcription termination in which cotranscriptional cleavage by Rnt1p provides access for exoribonucleases in the absence of polyadenylation signals.

Effect of fatty acids on hyphal growth in the pathogenic yeast Candida albicans

Candida albicans est une levure pathogène qui, à l’état commensal, colonise les muqueuses de la cavité orale et du tractus gastro-intestinal. De nature opportuniste, C. albicans cause de nombreuses infections, allant des candidoses superficielles (muguet buccal, vulvo-vaginite) aux candidoses systémiques sévères. C. albicans a la capacité de se développer sous diverses morphologies, telles que les formes levures, pseudohyphes et hyphes. Des stimuli environnementaux mimant les conditions retrouvées chez l’hôte (température de 37°C, pH neutre, présence de sérum) induisent la transition levure-à-hyphe (i.e. morphogenèse ou filamentation). Cette transition morphologique contribue à la pathogénicité de C. albicans, du fait que des souches présentant un défaut de filamentation sont avirulentes. Non seulement la morphogenèse est un facteur de virulence, mais elle constituerait aussi une cible pour le développement d’antifongiques. En effet, il a déjà été démontré que l’inhibition de la transition levure-à-hyphe atténuait la virulence de C. albicans lors d’infections systémiques. Par ailleurs, des études ont démontré que de nombreuses molécules pouvaient moduler la morphogenèse. Parmi ces molécules, certains acides gras, dont l’acide linoléique conjugué (CLA), inhibent la formation d’hyphes. Ainsi, le CLA posséderait des propriétés thérapeutiques, du fait qu’il interfère avec un déterminant de pathogénicité de C. albicans. Par contre, avant d’évaluer son potentiel thérapeutique dans un contexte clinique, il est essentiel d’étudier son mode d’action. Ce projet vise à caractériser l’activité anti-filamentation des acides gras et du CLA et à déterminer le mécanisme par lequel ces molécules inhibent la morphogenèse chez C. albicans. Des analyses transcriptomiques globales ont été effectuées afin d’obtenir le profil transcriptionnel de la réponse de C. albicans au CLA. L’acide gras a entraîné une baisse des niveaux d’expression de gènes encodant des protéines hyphes-spécifiques et des régulateurs de morphogenèse, dont RAS1. Ce gène code pour la GTPase Ras1p, une protéine membranaire de signalisation qui joue un rôle important dans la transition levure-à-hyphe. Des analyses de PCR quantitatif ont confirmé que le CLA inhibait l’induction de RAS1. De plus, le CLA a non seulement causé une baisse des niveaux cellulaires de Ras1p, mais a aussi entraîné sa délocalisation de la membrane plasmique. En affectant les niveaux et la localisation cellulaire de Ras1p, le CLA nuit à l’activation de la voie de signalisation Ras1p-dépendante, inhibant ainsi la morphogenèse. Il est possible que le CLA altère la structure de la membrane plasmique et affecte indirectement la localisation membranaire de Ras1p. Ces travaux ont permis de mettre en évidence le mode d’action du CLA. Le potentiel thérapeutique du CLA pourrait maintenant être évalué dans un contexte d’infection, permettant ainsi de vérifier qu’une telle approche constitue véritablement une stratégie pour le traitement des candidoses.

Dissecting cell cycle protein complexes using the pptimized yeast cytosine deaminase protein-fragment complementation assay “You too can play with an edge”

Les protéines sont les produits finaux de la machinerie génétique. Elles jouent des rôles essentiels dans la définition de la structure, de l'intégrité et de la dynamique de la cellule afin de promouvoir les diverses transformations chimiques requises dans le métabolisme et dans la transmission des signaux biochimique. Nous savons que la doctrine centrale de la biologie moléculaire: un gène = un ARN messager = une protéine, est une simplification grossière du système biologique. En effet, plusieurs ARN messagers peuvent provenir d’un seul gène grâce à l’épissage alternatif. De plus, une protéine peut adopter plusieurs fonctions au courant de sa vie selon son état de modification post-traductionelle, sa conformation et son interaction avec d’autres protéines. La formation de complexes protéiques peut, en elle-même, être déterminée par l’état de modifications des protéines influencées par le contexte génétique, les compartiments subcellulaires, les conditions environmentales ou être intrinsèque à la croissance et la division cellulaire. Les complexes protéiques impliqués dans la régulation du cycle cellulaire sont particulièrement difficiles à disséquer car ils ne se forment qu’au cours de phases spécifiques du cycle cellulaire, ils sont fortement régulés par les modifications post-traductionnelles et peuvent se produire dans tous les compartiments subcellulaires. À ce jour, aucune méthode générale n’a été développée pour permettre une dissection fine de ces complexes macromoléculaires. L'objectif de cette thèse est d'établir et de démontrer une nouvelle stratégie pour disséquer les complexes protéines formés lors du cycle cellulaire de la levure Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae). Dans cette thèse, je décris le développement et l'optimisation d'une stratégie simple de sélection basée sur un essai de complémentation de fragments protéiques en utilisant la cytosine déaminase de la levure comme sonde (PCA OyCD). En outre, je décris une série d'études de validation du PCA OyCD afin de l’utiliser pour disséquer les mécanismes d'activation des facteurs de transcription et des interactions protéine-protéines (IPPs) entre les régulateurs du cycle cellulaire. Une caractéristique clé du PCA OyCD est qu'il peut être utilisé pour détecter à la fois la formation et la dissociation des IPPs et émettre un signal détectable (la croissance des cellules) pour les deux types de sélections. J'ai appliqué le PCA OyCD pour disséquer les interactions entre SBF et MBF, deux facteurs de transcription clés régulant la transition de la phase G1 à la phase S. SBF et MBF sont deux facteurs de transcription hétérodimériques composés de deux sous-unités : une protéine qui peut lier directement l’ADN (Swi4 ou Mbp1, respectivement) et une protéine commune contenant un domain d’activation de la transcription appelée Swi6. J'ai appliqué le PCA OyCD afin de générer un mutant de Swi6 qui restreint ses activités transcriptionnelles à SBF, abolissant l’activité MBF. Nous avons isolé des souches portant des mutations dans le domaine C-terminal de Swi6, préalablement identifié comme responsable dans la formation de l’interaction avec Swi4 et Mbp1, et également important pour les activités de SBF et MBF. Nos résultats appuient un modèle où Swi6 subit un changement conformationnel lors de la liaison à Swi4 ou Mbp1. De plus, ce mutant de Swi6 a été utilisé pour disséquer le mécanisme de régulation de l’entrée de la cellule dans un nouveau cycle de division cellulaire appelé « START ». Nous avons constaté que le répresseur de SBF et MBF nommé Whi5 se lie directement au domaine C-terminal de Swi6. Finalement, j'ai appliqué le PCA OyCD afin de disséquer les complexes protéiques de la kinase cycline-dépendante de la levure nommé Cdk1. Cdk1 est la kinase essentielle qui régule la progression du cycle cellulaire et peut phosphoryler un grand nombre de substrats différents en s'associant à l'une des neuf protéines cycline régulatrice (Cln1-3, Clb1-6). Je décris une stratégie à haut débit, voir à une échelle génomique, visant à identifier les partenaires d'interaction de Cdk1 et d’y associer la cycline appropriée(s) requise(s) à l’observation d’une interaction en utilisant le PCA OyCD et des souches délétées pour chacune des cyclines. Mes résultats nous permettent d’identifier la phase(s) du cycle cellulaire où Cdk1 peut phosphoryler un substrat particulier et la fonction potentielle ou connue de Cdk1 pendant cette phase. Par exemple, nous avons identifié que l’interaction entre Cdk1 et la γ-tubuline (Tub4) est dépendante de Clb3. Ce résultat est conforme au rôle de Tub4 dans la nucléation et la croissance des faisceaux mitotiques émanant des centromères. Cette stratégie peut également être appliquée à l’étude d'autres IPPs qui sont contrôlées par des sous-unités régulatrices.

Investigating the role of the isomerase Rrd1/PTPA : from yeast to human

Chez Saccharomyces cerevisiae, les souches mutantes pour Rrd1, une protéine qui possède une activité de peptidyl prolyl cis/trans isomérase, montrent une résistance marquée à la rapamycine et sont sensibles au 4-nitroquinoline 1-oxide, un agent causant des dommages à l’ADN. PTPA, l’homologue de Rrd1 chez les mammifères, est reconnu en tant qu’activateur de protéine phosphatase 2A. Notre laboratoire a précédemment démontré que la surexpression de PTPA mène à l’apoptose de façon indépendante des protéines phosphatase 2A. La fonction moléculaire de Rrd1/PTPA était encore largement inconnue au départ de mon projet de doctorat. Mes recherches ont d’abord montré que Rrd1 est associé à la chromatine ainsi qu’à l’ARN polymérase II. L’analyse in vitro et in vivo par dichroïsme circulaire a révélé que Rrd1 est responsable de changements au niveau de la structure du domaine C-terminal de la grande sous-unité de l’ARN polymérase II, Rpb1, en réponse à la rapamycine et au 4-nitroquinoline 1-oxide. Nous avons également démontré que Rrd1 est requis pour modifier l’occupation de l’ARN polymérase II sur des gènes répondant à un traitement à la rapamycine. Finalement, nous avons montré que suite à un traitement avec la rapamycine, Rrd1 médie la dégradation de l’ARN polymérase II et que ce mécanisme est indépendant de l’ubiquitine. La dernière partie de mon projet était d’acquérir une meilleure connaissance de la fonction de PTPA, l’homologue de Rrd1 chez les mammifères. Nos résultats montrent que le «knockdown» de PTPA n’affecte pas la sensibilité des cellules à différentes drogues telles que la rapamycine, le 4-nitroquinoline 1-oxide ou le peroxyde d’hydrogène (H2O2). Nous avons également tenté d’identifier des partenaires protéiques pour PTPA grâce à la méthode TAP, mais nous ne sommes pas parvenus à identifier de partenaires stables. Nous avons démontré que la surexpression de la protéine PTPA catalytiquement inactive n’induisait pas l’apoptose indiquant que l’activité de PTPA est requise pour produire cet effet. Finalement, nous avons tenté d’étudier PTPA dans un modèle de souris. Dans un premier lieu, nous avons déterminé que PTPA était exprimé surtout au niveau des tissus suivants : la moelle osseuse, le thymus et le cerveau. Nous avons également généré avec succès plusieurs souris chimères dans le but de créer une souris «knockout» pour PTPA, mais l’allèle mutante ne s’est pas transférée au niveau des cellules germinales. Mes résultats ainsi que ceux obtenus par mon laboratoire sur la levure suggèrent un rôle général pour Rrd1 au niveau de la régulation des gènes. La question demeure toujours toutefois à savoir si PTPA peut effectuer un rôle similaire chez les mammifères et une vision différente pour déterminer la fonction de cette protéine sera requise pour adresser adéquatement cette question dans le futur.