Identification des réseaux transcriptionnnels de résistance aux antifongiques chez Candida albicans

Plusieurs souches cliniques de Candida albicans résistantes aux médicaments antifongiques azolés surexpriment des gènes encodant des effecteurs de la résistance appartenant à deux classes fonctionnelles : i) des transporteurs expulsant les azoles, CDR1, CDR2 et MDR1 et ii) la cible des azoles 14-lanostérol déméthylase encodée par ERG11. La surexpression de ces gènes est due à la sélection de mutations activatrices dans des facteurs de transcription à doigts de zinc de la famille zinc cluster (Zn2Cys6) qui contrôlent leur expression : Tac1p (Transcriptional activator of CDR genes 1) contrôlant l’expression de CDR1 et CDR2, Mrr1p (Multidrug resistance regulator 1), régulant celle de MDR1 et Upc2p (Uptake control 2), contrôlant celle d’ERG11. Un autre effecteur de la résistance clinique aux azoles est PDR16, encodant une transférase de phospholipides, dont la surexpression accompagne souvent celle de CDR1 et CDR2, suggérant que les trois gènes appartiennent au même régulon, potentiellement celui de Tac1p. De plus, la régulation transcriptionnelle du gène MDR1 ne dépend pas seulement de Mrr1p, mais aussi du facteur de transcription de la famille basic-leucine zipper Cap1p (Candida activator protein 1), un régulateur majeur de la réponse au stress oxydatif chez C. albicans qui, lorsque muté, induit une surexpression constitutive de MDR1 conférant la résistance aux azoles. Ces observations suggèrent qu’un réseau de régulation transcriptionnelle complexe contrôle le processus de résistance aux antifongiques azolés chez C. albicans. L’objectif de mon projet au doctorat était d’identifier les cibles transcriptionnelles directes des facteurs de transcription Tac1p, Upc2p et Cap1p, en me servant d’approches génétiques et de génomique fonctionnelle, afin de i) caractériser leur réseau transcriptionnel et les modules transcriptionnels qui sont sous leur contrôle direct, et ii) d’inférer leurs fonctions biologiques et ainsi mieux comprendre leur rôle dans la résistance aux azoles. Dans un premier volet, j’ai démontré, par des expériences de génétique, que Tac1p contrôle non seulement la surexpression de CDR1 et CDR2 mais aussi celle de PDR16. Mes résultats ont identifié une nouvelle mutation activatrice de Tac1p (N972D) et ont révélé la participation d’un autre régulateur dans le contrôle transcriptionnel de CDR1 et PDR16 dont l’identité est encore inconnue. Une combinaison d’expériences de transcriptomique et d’immunoprécipitation de la chromatine couplée à l’hybridation sur des biopuces à ADN (ChIP-chip) m’a permis d’identifier plusieurs gènes dont l’expression est contrôlée in vivo et directement par Tac1p (PDR16, CDR1, CDR2, ERG2, autres), Upc2p (ERG11, ERG2, MDR1, CDR1, autres) et Cap1p (MDR1, GCY1, GLR1, autres). Ces expériences ont révélé qu’Upc2p ne contrôle pas seulement l’expression d’ERG11, mais aussi celle de MDR1 et CDR1. Plusieurs nouvelles propriétés fonctionnelles de ces régulateurs ont été caractérisées, notamment la liaison in vivo de Tac1p aux promoteurs de ses cibles de façon constitutive et indépendamment de son état d’activation, et la liaison de Cap1p non seulement à la région du promoteur de ses cibles, mais aussi celle couvrant le cadre de lecture ouvert et le terminateur transcriptionnel putatif, suggérant une interaction physique avec la machinerie de la transcription. La caractérisation du réseau transcriptionnel a révélé une interaction fonctionnnelle entre ces différents facteurs, notamment Cap1p et Mrr1p, et a permis d’inférer des fonctions biologiques potentielles pour Tac1p (trafic et la mobilisation des lipides, réponse au stress oxydatif et osmotique) et confirmer ou proposer d’autres fonctions pour Upc2p (métabolisme des stérols) et Cap1p (réponse au stress oxydatif, métabolisme des sources d’azote, transport des phospholipides). Mes études suggèrent que la résistance aux antifongiques azolés chez C. albicans est intimement liée au métabolisme des lipides membranaires et à la réponse au stress oxydatif.

Cartographie du réseau d'interactions protéiques de la machinerie de transcription dans les cellules humaines

Les protéines sont les macromolécules les plus polyvalentes de la cellule. Elles jouent un rôle fondamental dans la majorité des processus biologiques à travers la formation de complexes multi-protéiques. Durant la transcription, une multitude de facteurs sont impliquées dans le contrôle de l’activité des complexes ARN polymérases. Notre laboratoire s’est intéressé au réseau d’interaction de la machinerie de transcription des ARN polymérases nucléaires, dans le but de mieux comprendre leurs mécanismes de régulation. Pour ce faire, une procédure protéomique comprenant la purification de complexes protéiques par affinité couplée à la spectrométrie de masse et à l’analyse bioinformatique a été développée. La méthode de purification TAP (Tandem Affinity Purification) a été adaptée pour permettre la purification de complexes protéiques solubles assemblés in vivo à partir de cellules humaines. L’objectif de mon projet de maîtrise était de purifier le complexe de l’ARN Pol I ainsi que de poursuivre l’expansion du réseau d’interactions protéine-protéine de la machinerie de transcription de l’ARN Pol II humaine. À l’aide des protéines POLR1E, TWISTNB, POLR2E, PFDN4, MBD2, XPA, CAND1 et PDCD5 étiquetées (TAP-tag) exprimées dans des lignées cellulaires ECR-293, plusieurs complexes protéiques solubles ont été purifiés et analysés par spectrométrie de masse. Les interactions protéiques ont été triées et validées bioinformatiquement pour donner en final une liste d’interactions ayant un haut degré de confiance à partir de laquelle des réseaux d’interactions protéine-protéine ont été créés. Le réseau créé au cours de ce projet connecte plusieurs composantes de la machinerie transcriptionnelle tels que les ARN Pol I, II et III, les complexes RPAP3/R2TP/prefoldin-like, TRiC/CCT, Mi-2/NuRD et des facteurs de transcription et de réparation de l’ADN. Ce type d’analyse nous a permis d’identifier et de caractériser de nouveaux régulateurs de la machinerie de transcription de l’ARN Pol I et II et de mieux comprendre son fonctionnement.

Développement d’outils pour l’analyse de données de ChIP-seq et l’identification des facteurs de transcription

La méthode ChIP-seq est une technologie combinant la technique de chromatine immunoprecipitation avec le séquençage haut-débit et permettant l’analyse in vivo des facteurs de transcription à grande échelle. Le traitement des grandes quantités de données ainsi générées nécessite des moyens informatiques performants et de nombreux outils ont vu le jour récemment. Reste cependant que cette multiplication des logiciels réalisant chacun une étape de l’analyse engendre des problèmes de compatibilité et complique les analyses. Il existe ainsi un besoin important pour une suite de logiciels performante et flexible permettant l’identification des motifs. Nous proposons ici un ensemble complet d’analyse de données ChIP-seq disponible librement dans R et composé de trois modules PICS, rGADEM et MotIV. A travers l’analyse de quatre jeux de données des facteurs de transcription CTCF, STAT1, FOXA1 et ER nous avons démontré l’efficacité de notre ensemble d’analyse et mis en avant les fonctionnalités novatrices de celui-ci, notamment concernant le traitement des résultats par MotIV conduisant à la découverte de motifs non détectés par les autres algorithmes.

Supercomplexes multifonctionnels chez les mitochondries, et chez E. coli

Les processus mitochondriaux tels que la réplication et la traduction sont effectués par des complexes multiprotéiques. Par contre, le métabolisme et la voie de maturation des ARN mitochondriaux (p. ex précurseurs des ARNt et des ARNr) sont habituellement traités comme une suite de réactions catalysées par des protéines séparées. L’exécution fidèle et optimale de ces processus mitochondriaux, exige un couplage étroit nécessaire pour la canalisation des intermédiaires métaboliques. Or, les évidences en faveur de l'interconnexion postulée de ces processus cellulaires sont peu nombreuses et proviennent en grande partie des interactions protéine-protéine. Contrairement à la perception classique, nos résultats révèlent l’organisation des fonctions cellulaires telles que la transcription, la traduction, le métabolisme et la régulation en supercomplexes multifonctionnels stables, dans les mitochondries des champignons (ex Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus nidulans et Neurospora crassa), des animaux (ex Bos taurus), des plantes (B. oleracea et Arabidopsis thaliana) et chez les bactéries (ex E. coli) à partir desquelles les mitochondries descendent. La composition de ces supercomplexes chez les champignons et les animaux est comparable à celle de levure, toutefois, chez les plantes et E. coli ils comportent des différences notables (ex, présence des enzymes spécifiques à la voie de biosynthèse des sucres et les léctines chez B. oleracea). Chez la levure, en accord avec les changements dûs à la répression catabolique du glucose, nos résultats révèlent que les supercomplexes sont dynamiques et que leur composition en protéines dépend des stimulis et de la régulation cellulaire. De plus, nous montrons que l’inactivation de la voie de biosynthèse des lipides de type II (FASII) perturbe l’assemblage et/ou la biogenèse du supercomplexe de la RNase P (responsable de la maturation en 5’ des précurseurs des ARNt), ce qui suggère que de multiples effets pléiotropiques peuvent être de nature structurale entre les protéines. Chez la levure et chez E. coli, nos études de la maturation in vitro des précurseurs des ARNt et de la protéomique révèlent l’association de la RNase P avec les enzymes de la maturation d’ARNt en 3’. En effet, la voie de maturation des pré-ARNt et des ARNr, et la dégradation des ARN mitochondriaux semblent êtres associées avec la machinerie de la traduction au sein d’un même supercomplexe multifonctionnel dans la mitochondrie de la levure. Chez E. coli, nous avons caractérisé un supercomplexe similaire qui inclut en plus de la RNase P: la PNPase, le complexe du RNA degradosome, l’ARN polymérase, quatre facteurs de transcription, neuf aminoacyl-tRNA synthétases, onze protéines ribosomiques, des chaperons et certaines protéines métaboliques. Ces résultats supposent l’association physique de la transcription, la voie de maturation et d’aminoacylation des ARNt, la dégradation des ARN. Le nombre de cas où les activités cellulaires sont fonctionnellement et structurellement associées est certainement à la hausse (ex, l’éditosome et le complexe de la glycolyse). En effet, l’organisation en supercomplexe multifonctionnel représente probablement l’unité fonctionnelle dans les cellules et les analyses de ces super-structures peuvent devenir la prochaine cible de la biologie structurale.

Role of the homeodomain transcription factor Hoxa13 in embryonic development and formation of extra-embryonic structures

La famille des gènes Hox code pour des facteurs de transcription connus pour leur contribution essentielle à l’élaboration de l’architecture du corps et ce, au sein de tout le règne animal. Au cours de l’évolution chez les vertébrés, les gènes Hox ont été redéfinis pour générer toute une variété de nouveaux tissus/organes. Souvent, cette diversification s’est effectuée via des changements quant au contrôle transcriptionnel des gènes Hox. Chez les mammifères, la fonction de Hoxa13 n’est pas restreinte qu’à l’embryon même, mais s’avère également essentielle pour le développement de la vascularisation fœtale au sein du labyrinthe placentaire, suggérant ainsi que sa fonction au sein de cette structure aurait accompagné l’émergence des espèces placentaires. Au chapitre 2, nous mettons en lumière le recrutement de deux autres gènes Hoxa, soient Hoxa10 et Hoxa11, au compartiment extra-embryonnaire. Nous démontrons que l’expression de Hoxa10, Hoxa11 et Hoxa13 est requise au sein de l’allantoïde, précurseur du cordon ombilical et du système vasculaire fœtal au sein du labyrinthe placentaire. De façon intéressante, nous avons découvert que l’expression des gènes Hoxa10-13 dans l’allantoïde n’est pas restreinte qu’aux mammifères placentaires, mais est également présente chez un vertébré non-placentaire, indiquant que le recrutement des ces gènes dans l’allantoïde précède fort probablement l’émergence des espèces placentaires. Nous avons généré des réarrangements génétiques et utilisé des essais transgéniques pour étudier les mécanismes régulant l’expression des gènes Hoxa dans l’allantoïde. Nous avons identifié un fragment intergénique de 50 kb capable d’induire l’expression d’un gène rapporteur dans l’allantoïde. Cependant, nous avons trouvé que le mécanisme de régulation contrôlant l’expression du gène Hoxa au sein du compartiment extra-embryonnaire est fort complexe et repose sur plus qu’un seul élément cis-régulateur. Au chapitre 3, nous avons utilisé la cartographie génétique du destin cellulaire pour évaluer la contribution globale des cellules exprimant Hoxa13 aux différentes structures embryonnaires. Plus particulièrement, nous avons examiné plus en détail l’analyse de la cartographie du destin cellulaire de Hoxa13 dans les pattes antérieures en développement. Nous avons pu déterminer que, dans le squelette du membre, tous les éléments squelettiques de l’autopode (main), à l’exception de quelques cellules dans les éléments carpiens les plus proximaux, proviennent des cellules exprimant Hoxa13. En contraste, nous avons découvert que, au sein du compartiment musculaire, les cellules exprimant Hoxa13 et leurs descendantes (Hoxa13lin+) s’étendent à des domaines plus proximaux du membre, où ils contribuent à générer la plupart des masses musculaires de l’avant-bras et, en partie, du triceps. De façon intéressante, nous avons découvert que les cellules exprimant Hoxa13 et leurs descendantes ne sont pas distribuées uniformément parmi les différents muscles. Au sein d’une même masse musculaire, les fibres avec une contribution Hoxa13lin+ différente peuvent être identifiées et les fibres avec une contribution semblable sont souvent regroupées ensemble. Ce résultat évoque la possibilité que Hoxa13 soit impliqué dans la mise en place de caractéristiques spécifiques des groupes musculaires, ou la mise en place de connections nerf-muscle. Prises dans leur ensemble, les données ici présentées permettent de mieux comprendre le rôle de Hoxa13 au sein des compartiments embryonnaires et extra-embryonnaires. Par ailleurs, nos résultats seront d’une importance primordiale pour soutenir les futures études visant à expliquer les mécanismes transcriptionnels soutenant la régulation des gènes Hoxa dans les tissus extra-embryonnaires.

Régulation du facteur de transcription FOXK1 par O-GlcNAcylation : implications dans la différenciation adipocytaire

Les modifications post-traductionnelles telles que la phosphorylation, l’OGlcNAcylation et l’ubiquitination jouent des rôles critiques dans la coordination des fonctions protéiques et par conséquent influencent grandement de nombreux processus cellulaires. Il est à noter que ces modifications sont hautement dynamiques et finement regulées. Par exemple, l’ubiquitination peut être réversible via l’action des déubiquitinases comme le suppresseur de tumeurs BAP1. Parmis les gènes codant pour les déubiquitinases, BAP1 est la plus souvent mutée dans le cancer. Des études récentes ont démontré l’importance des dynamiques de modifications post-traductionnelles dans la régulation du complexe BAP1. En plus, BAP1 forme un complexe multi-protéiques contenant plusieurs régulateurs transcriptionnels comme la protéine polycomb OGT et les facteurs de transcription FOXK1 et FOXK2. OGT est une enzyme unique qui catalyze l’ajout d’un groupement O-GlcNAc sur ses substrats afin d’en moduler l’activité enzymatique, les interactions protéines-protéines et leur localisation cellulaire. Cette modification est aussi liée au métabolisme puisque son substrat donneur, l’UDP-GlcNAc, est dérivé de la voie biosynthétique des hexosamines. Parallèlement, FOXK1/2 ont aussi été démontrés comme étant critiques à des processus métaboliques telles que la myogenèse et l’autophagie. Lors de nos études, nous avons identifié FOXK1 comme un nouveau substrat d’OGT. De plus, les niveaux d’O-GlcNAcylation de FOXK1 fluctuent lors de l’entrée/sortie du cycle cellulaire. En outre, nous avons identifié l’importance de FOXK1 dans l’adipogenèse et observé que l’interaction FOXK1/BAP1 est affectée par le métabolisme cellulaire. En résumé, nos études ont révélé l’importance d’OGT dans la régulation de certaines composantes du complexe BAP1, ce qui aidera à la compréhension de l’effet suppresseur de tumeur de BAP1 ainsi que son mécanisme d'action dans différents processus tel que le remodelage de la chromatine.

Neurokinin-B transcription in erythroid cells - Direct activation by the hematopoietic transcription factor GATA-1

The GATA family of transcription factors establishes genetic networks that control developmental processes including hematopoiesis, vasculogenesis, and cardiogenesis. We found that GATA-1 strongly activates transcription of the Tac-2 gene, which encodes proneurokinin-B, a precursor of neurokinin-B (NK-B). Neurokinins function through G protein-coupled transmembrane receptors to mediate diverse physiological responses including pain perception and the control of vascular tone. Whereas an elevated level of NK-B was implicated in pregnancy-associated pre-eclampsia ( Page, N. M., Woods, R. J., Gardiner, S. M., Lomthaisong, K., Gladwell, R. T., Butlin, D. J., Manyonda, I. T., and Lowry, P. J. ( 2000) Nature 405, 797 - 800), the regulation of NK-B synthesis and function are poorly understood. Tac-2 was expressed in normal murine erythroid cells and was induced upon ex vivo erythropoiesis. An estrogen receptor fusion to GATA-1 (ER-GATA-1) and endogenous GATA-1 both occupied a region of Tac-2 intron-7, which contains two conserved GATA motifs. Genetic complementation analysis in GATA-1-null G1E cells revealed that endogenous GATA-2 occupied the same region of intron-7, and expression of ER-GATA-1 displaced GATA-2 and activated Tac-2 transcription. Erythroid cells did not express neurokinin receptors, whereas aortic and yolk sac endothelial cells differentially expressed neurokinin receptor subtypes. Since NK-B induced cAMP accumulation in yolk sac endothelial cells, these results suggest a new mode of vascular regulation in which GATA-1 controls NK-B synthesis in erythroid cells.

Nutrient gene interactions in lipid metabolism

Purpose of review To summarize recent findings relating to the impact of dietary fat composition on whole body lipid metabolism, and common gene variants on the blood lipid response to dietary fat change. Recent findings In recent years a more comprehensive understanding of the impact of polyunsaturated fat (PUFA) intake on the regulation of transcription factors involved in lipogenesis and fatty acid and lipoprotein metabolism has emerged. The evidence is suggestive of a greater potency of the long chain n-3 PUFA eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA), and in particular their oxidative products, relative to n-6 Pi In the area of nutrigenetics a number of common gene variants have been identified which may be important determinants of the blood lipid response to altered dietary fat composition. However, confirmation of associations in independent cohorts, and an understanding of the size effect of individual or combinations of genotypes, is often lacking. Summary Although in the future, genotyping holds the potential as a public health tool to target and personalize dietary advice, nutrigenetics is a relatively new science, and further research is needed to address the existing inconsistencies and knowledge gaps.

Gene transcription in Daphnia magna: effects of acute exposure to a carbamate insecticide and an acetanilide herbicide.

Daphnia magna is a key invertebrate in the freshwater environment and is used widely as a model in ecotoxicological measurements and risk assessment. Understanding the genomic responses of D. magna to chemical challenges will be of value to regulatory authorities worldwide. Here we exposed D. magna to the insecticide methomyl and the herbicide propanil to compare phenotypic effects with changes in mRNA expression levels. Both pesticides are found in drainage ditches and surface water bodies standing adjacent to crops. Methomyl, a carbamate insecticide widely used in agriculture, inhibits acetylcholinesterase, a key enzyme in nerve transmission. Propanil, an acetanilide herbicide, is used to control grass and broad-leaf weeds. The phenotypic effects of single doses of each chemical were evaluated using a standard immobilisation assay. Immobilisation was linked to global mRNA expression levels using the previously estimated 48h-EC(1)s, followed by hybridization to a cDNA microarray with more than 13,000 redundant cDNA clones representing >5000 unique genes. Following exposure to methomyl and propanil, differential expression was found for 624 and 551 cDNAs, respectively (one-way ANOVA with Bonferroni correction, Ptranscriptional changes in energy metabolism (e.g., mitochondrial proteins, ATP synthesis-related proteins), moulting (e.g., chitin-binding proteins, cuticular proteins) and protein biosynthesis (e.g., ribosomal proteins, transcription factors). Methomyl induced the transcription of genes involved in specific processes such as ion homeostasis and xenobiotic metabolism. Propanil highly promoted haemoglobin synthesis and up-regulated genes specifically related to defence mechanisms (e.g., innate immunity response systems) and neuronal pathways. Pesticide-specific toxic responses were found but there is little evidence for transcriptional responses purely restricted to genes associated with the pesticide target site or mechanism of toxicity.

Biological significance of short-chain fatty acid metabolism by the intestinal microbiome

Purpose of review Evidence suggests that short-chain fatty acids (SCFAs) derived from microbial metabolism in the gut play a central role in host homeostasis. The present review describes the current understanding and physiological implications of SCFAs derived from microbial metabolism of nondigestible carbohydrates. Recent findings Recent studies indicate a role for SCFAs, in particular propionate and butyrate, in the metabolic and inflammatory disorders such as obesity, diabetes and inflammatory bowel diseases, through the activation of specific G-protein-coupled receptors and modification of transcription factors. Established prebiotics, such as fructooligosaccharides and galactooligosaccharides, which support the growth of Bifidobacteria, mainly mediate acetate production. Thus, recent identification of prebiotics which are able to stimulate the production of propionate and butyrate by benign saccharolytic populations in the colon is of interest. Summary Manipulation of saccharolytic fermentation by prebiotic substrates is beginning to provide information on structure–function relationships relating to the production of SCFAs, which have multiple roles in host homeostasis.

Estrogens and thyroid hormone: Non-genomic effects are coupled to transcription.

Estrogens and thyroid hormones are regulators of important diverse physiological processes such as reproduction, thermogenesis, neural development, neural differentiation and cardiovascular functions. Both are ligands for receptors in the nuclear receptor superfamily, which act as ligand-dependent transcription factors, regulating transcription. However, estrogens and thyroid hormones also rapidly (within minutes or seconds) activate kinase cascades and calcium increases, presumably initiated at the cell membrane. We discuss the relevance of both modes of hormone action, including the membrane estrogen receptor, to physiology, with particular reference to lordosis behavior. We first showed that estrogen restricted to the membrane can, in fact, lead to subsequent increases in transcription from a consensus estrogen response element-based reporter in the neuroblastoma cell line, SK-N-BE(2)C. Using a novel hormonal paradigm, we also showed that the activation of protein kinase A, protein kinase C, mitogen activated protein kinase and increases in calcium were important in the ability of the membrane-limited estrogen to potentiate transcription. We discuss the source of calcium important in transcriptional potentiation. Since estrogens and thyroid hormones have common effects on neuroprotection, cognition and mood, we also hypothesized that crosstalk could occur between the rapid actions of thyroid hormones and the genomic actions of estrogens. In neural cells, we showed that triiodothyronine acting rapidly via MAPK can increase transcription by the nuclear estrogen receptor ERa from a consensus estrogen response element, possibly by the phosphorylation of the ERa. Novel mechanisms that link signals initiated by hormones from the membrane to the nucleus are physiologically relevant and can achieve neuroendocrine integration

Transcription profiling of signal transduction-related genes in sugarcane tissues

A collection of 237,954 sugarcane ESTs was examined in search of signal transduction genes. Over 3,500 components involved in several aspects of signal transduction, transcription, development, cell cycle, stress responses and pathogen interaction were compiled into the Sugarcane Signal Transduction (SUCAST) Catalogue. Sequence comparisons and protein domain analysis revealed 477 receptors, 510 protein kinases, 107 protein phosphatases, 75 small GTPases, 17 G-proteins, 114 calcium and inositol metabolism proteins, and over 600 transcription factors. The elements were distributed into 29 main categories subdivided into 409 sub-categories. Genes with no matches in the public databases and of unknown function were also catalogued. A cDNA microarray was constructed to profile individual variation of plants cultivated in the field and transcript abundance in six plant organs (flowers, roots, leaves, lateral buds, and 1(st) and 4(th) internodes). From 1280 distinct elements analyzed, 217 (17%) presented differential expression in two biological samples of at least one of the tissues tested. A total of 153 genes (12%) presented highly similar expression levels in all tissues. A virtual profile matrix was constructed and the expression profiles were validated by real-time PCR. The expression data presented can aid in assigning function for the sugarcane genes and be useful for promoter characterization of this and other economically important grasses.

COX24 codes for a mitochondrial protein required for processing of the COX1 transcript

In most strains of Saccharomyces cerevisiae the mitochondrial gene COX1, for subunit 1 of cytochrome oxidase, contains multiple exons and introns. Processing of COX1 primary transcript requires accessory proteins factors, some of which are encoded by nuclear genes and others by reading frames residing in some of the introns of the COX1 and COB genes. Here we show that the low molecular weight protein product of open reading frame YLR204W, for which we propose the name COX24, is also involved in processing of COX1 RNA intermediates. The growth defect of cox24 mutants is partially rescued in strains harboring mitochondrial DNA lacking introns. Northern blot analyses of mitochondrial transcripts indicate cox24 null mutants to be blocked in processing of introns aI2 and aI3. The dependence of intron aI3 excision on Cox24p is also supported by the growth properties of the cox24 mutant harboring mitochondrial DNA with different intron compositions. The intermediate phenotype of the cox24 mutant in the background of intronless mitochondrial DNA, however, suggests that in addition to its role in splicing of the COX1 pre-mRNA, Cox24p still has another function. Based on the analysis of a cox14-cox24 double mutant, we propose that the other function of Cox24p is related to translation of the COX1 mRNA. © 2006 by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.

PHYLOGENETIC ANALYSES, GENE DOSAGE EFFECT AND SELECTION IN MEMBERS OF THE LATERAL BOUNDARY DOMAIN (LBD) GENES TRANSCRIPTION FACTOR FAMILY

Wood formation is an economically and environmentally important process and has played a significant role in the evolution of terrestrial plants. Despite its significance, the molecular underpinnings of the process are still poorly understood. We have previously shown that four Lateral Boundary Domain (LBD) transcription factors have important roles in the regulation of wood formation with two (LBD1 and LBD4) involved in secondary phloem and ray cell development and two (LBD15 and LBD18) in secondary xylem formation. Here, we used comparative phylogenetic analyses to test potential roles of the four LBD genes in the evolution of woodiness. We studied the copy number and variation in DNA and amino acid sequences of the four LBDs in a wide range of woody and herbaceous plant taxa with fully sequenced and annotated genomes. LBD1 showed the highest gene copy number across the studied species, and LBD1 gene copy number was strongly and significantly correlated with the level of ray seriation. The lianas, cucumber and grape, with multiseriate ray cells showed the highest gene copy number (12 and 11, respectively). Because lianas’ growth habit requires significant twisting and bending, the less lignified ray parenchyma cells likely facilitate stem flexibility and maintenance of xylem conductivity. We further demonstrate conservation of amino acids in the LBD18 protein sequences that are specific to woody taxa. Neutrality tests showed evidence for strong purifying selection on these gene regions across various orders, indicating adaptive convergent evolution of LBD18. Structural modeling demonstrates that the conserved amino acids have a significant impact on the tertiary protein structure and thus are likely of significant functional importance.

Variation in hepatic regulation of metabolism during the dry period and in early lactation in dairy cows

The purpose of this study was to investigate variations in hepatic regulation of metabolism during the dry period, after parturition, and in early lactation in dairy cows. For this evaluation, cows were divided into 2 groups based on the plasma concentration of beta-hydroxybutyric acid (BHBA) in wk 4 postpartum (PP; group HB, BHBA >0.75 mmol/L; group LB, BHBA <0.75 mmol/L, respectively). Liver biopsies were obtained from 28 cows at drying off (mean 59 +/- 8 d antepartum), on d 1, and in wk 4 and 14 PP. Blood samples were collected every 2 wk during this entire period. Liver samples were analyzed for mRNA abundance of genes related to carbohydrate metabolism (pyruvate carboxylase, PC; phosphoenolpyruvate carboxykinase, PEPCK; citrate synthase, CS), fatty acid biosynthesis (ATP citrate lyase, ACLY) and oxidation (acyl-CoA synthetase long-chain, ACSL; carnitine palmitoyltransferase 1A, CPT 1A; carnitine palmitoyltransferase 2, CPT 2; acyl-coenzyme A dehydrogenase very long chain, ACADVL), cholesterol biosynthesis (3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A synthase 1, HMGCS1), ketogenesis (3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A synthase 2, HMGCS2), and of genes encoding the transcription factors peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARalpha), peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARgamma), and sterol regulatory element binding factor 1 (SREBF1). Blood plasma was assayed for concentrations of glucose, BHBA, nonesterified fatty acids, cholesterol, triglycerides, insulin, insulin-like growth factor-I, and thyroid hormones. In both groups, plasma parameters followed a pattern usually observed in dairy cows. However, changes were moderate and the energy balance in cows turned positive in wk 7 PP for both groups. Additionally, the energy balance and milk yield were similar for both groups after parturition onwards. Significant group effects were found at drying off, when plasma concentrations of triglycerides were higher in LB than in HB, and in wk 4 PP, when plasma concentrations of glucose and IGF-I were lower in HB than in LB. Similarly, moderate changes in mRNA expression of hepatic genes between the different time points were observed, although HB cows showed more adaptive performance than LB cows based on changes in mRNA expression of PEPCKc, PEPCKm, CS, CPT 1A, CPT 2, and PPARalpha. Part of the variation measured in this study was explained by parity. Significant Spearman rank correlation coefficients between the variables were not similar at each time point and were not similar between the groups at each time point, suggesting that metabolic regulation differs between cows. In conclusion, metabolic regulation in dairy cows is a dynamic system, and differs obviously between cows at different metabolic stages related to parturition.