Physiological stress responses in the warm-water fish matrinxã (Brycon amazonicus) subjected to a sudden cold shock.

Respostas fisiológicas ao estresse do peixe de águas tépidas matrinxã (Brycon amazonicus) submetido à queda brusca de temperatura.

Caractérisation de l’interaction entre la protéine Lin28 et le précurseur du microARN let-7g

La régulation de l’expression des gènes est ce qui permet à nos cellules de s’adapter à leur environnement, de combattre les infections ou, plus généralement, de produire la quantité exacte de protéine nécessaire pour répondre à un besoin spécifique. Parmi les joueurs les plus importants dans cette régulation de l’expression des gènes on retrouve les microARN (miARN). Ces petits ARN de 22 nucléotides sont présents chez la majorité des espèces multicellulaires et sont responsables du contrôle direct de plus de 30% des gènes exprimant des protéines chez les vertébrés. La famille de miARN lethal-7 (let-7) est composée de miARN parmi les plus connus et ayant des fonctions cruciales pour la cellule. La régulation du niveau des miARN let-7 est essentielle au bon développement cellulaire. La biogenèse de ces miARN, du transcrit primaire jusqu’à leur forme mature, est régulée principalement par Lin28, une protéine pluripotente très conservée. Cette protéine est composée d’un domaine cold shock (CSD) et de deux domaines de liaison au zinc. C’est grâce à ces domaines de liaison à l’ARN que Lin28 peut lier et inhiber la maturation des miARN let-7. L’objectif de cette thèse est de caractériser l’interaction entre Lin28 et le microARN précurseur let-7g afin de mieux comprendre le rôle de cette protéine dans l’inhibition de la biogenèse du miARN. À l’aide de techniques biochimiques et biophysiques, nous avons d’abord défini les principaux déterminants de l’interaction entre Lin28 et la boucle terminale du miARN précurseur let-7g (TL-let-7g). Nous avons conclu que le domaine C-terminal de Lin28, composé d’un motif riche en lysines et arginines ainsi que de deux motifs de liaison au zinc, permet à la protéine de lier spécifiquement et avec haute affinité un renflement riche en guanine conservé chez les précurseurs de la famille let-7. Aussi, parce que la séquence et la spécificité de liaison à l’ARN de ce domaine C-terminal sont semblables à celles de la protéine NCp7 du VIH, nous avons défini ce dernier comme le domaine NCp7-like de Lin28. Par la suite, nous avons caractérisé la multimérisation de trois protéines Lin28 sur la boucle terminale de pre-let-7g. Ceci a permis de réconcilier d’apparentes contradictions retrouvées dans la littérature actuelle concernant les sites de liaison de Lin28 lors de sa liaison aux miARN précurseurs. Nous avons identifié trois sites de liaison à haute affinité sur TL-let-7g qui sont liés dans un ordre précis par trois protéines Lin28. Lors de la formation du complexe multimérique, le CSD permet une déstabilisation de l’ARN, ce qui rend accessible plusieurs sites de liaison. Le domaine NCp7-like permet plutôt un assemblage ordonné de la protéine et facilite la liaison initiale de cette dernière. Ces nouveaux résultats rendent possible la mise au point d’un nouveau modèle de l’interaction entre Lin28 et le miARN précurseur let-7g. En conclusion, les études réalisées dans cette thèse apportent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation post-transcriptionnelle d’une importante famille de miARN et permettront de guider les futures études dans le domaine de recherche en pleine effervescence qu’est celui de la biogenèse des miARN.

Regulation of gene expression in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires que l’on retrouve autant en eau douce qu’en milieu marin. Ils sont particulièrement connus pour causer des fleurs d’algues toxiques nommées ‘marée-rouge’, ainsi que pour leur symbiose avec les coraux et pour leur importante contribution à la fixation du carbone dans les océans. Au point de vue moléculaire, ils sont aussi connus pour leur caractéristiques nucléaires uniques, car on retrouve généralement une quantité immense d’ADN dans leurs chromosomes et ceux-ci sont empaquetés et condensés sous une forme cristalline liquide au lieu de nucléosomes. Les gènes encodés par le noyau sont souvent présents en multiples copies et arrangés en tandem et aucun élément de régulation transcriptionnelle, y compris la boite TATA, n’a encore été observé. L’organisation unique de la chromatine des dinoflagellés suggère que différentes stratégies sont nécessaires pour contrôler l’expression des gènes de ces organismes. Dans cette étude, j’ai abordé ce problème en utilisant le dinoflagellé photosynthétique Lingulodinium polyedrum comme modèle. L. polyedrum est d’un intérêt particulier, car il a plusieurs rythmes circadiens (journalier). À ce jour, toutes les études sur l’expression des gènes lors des changements circadiens ont démontrées une régulation à un niveau traductionnel. Pour mes recherches, j’ai utilisé les approches transcriptomique, protéomique et phosphoprotéomique ainsi que des études biochimiques pour donner un aperçu de la mécanique de la régulation des gènes des dinoflagellés, ceci en mettant l’accent sur l’importance de la phosphorylation du système circadien de L. polyedrum. L’absence des protéines histones et des nucléosomes est une particularité des dinoflagellés. En utilisant la technologie RNA-Seq, j’ai trouvé des séquences complètes encodant des histones et des enzymes modifiant les histones. L polyedrum exprime donc des séquences conservées codantes pour les histones, mais le niveau d’expression protéique est plus faible que les limites de détection par immunodétection de type Western. Les données de séquençage RNA-Seq ont également été utilisées pour générer un transcriptome, qui est une liste des gènes exprimés par L. polyedrum. Une recherche par homologie de séquences a d’abord été effectuée pour classifier les transcrits en diverses catégories (Gene Ontology; GO). Cette analyse a révélé une faible abondance des facteurs de transcription et une surprenante prédominance, parmi ceux-ci, des séquences à domaine Cold Shock. Chez L. polyedrum, plusieurs gènes sont répétés en tandem. Un alignement des séquences obtenues par RNA-Seq avec les copies génomiques de gènes organisés en tandem a été réalisé pour examiner la présence de transcrits polycistroniques, une hypothèse formulée pour expliquer le manque d’élément promoteur dans la région intergénique de la séquence de ces gènes. Cette analyse a également démontré une très haute conservation des séquences codantes des gènes organisés en tandem. Le transcriptome a également été utilisé pour aider à l’identification de protéines après leur séquençage par spectrométrie de masse, et une fraction enrichie en phosphoprotéines a été déterminée comme particulièrement bien adapté aux approches d’analyse à haut débit. La comparaison des phosphoprotéomes provenant de deux périodes différentes de la journée a révélée qu’une grande partie des protéines pour lesquelles l’état de phosphorylation varie avec le temps est reliées aux catégories de liaison à l’ARN et de la traduction. Le transcriptome a aussi été utilisé pour définir le spectre des kinases présentes chez L. polyedrum, qui a ensuite été utilisé pour classifier les différents peptides phosphorylés qui sont potentiellement les cibles de ces kinases. Plusieurs peptides identifiés comme étant phosphorylés par la Casein Kinase 2 (CK2), une kinase connue pour être impliquée dans l’horloge circadienne des eucaryotes, proviennent de diverses protéines de liaison à l’ARN. Pour évaluer la possibilité que quelques-unes des multiples protéines à domaine Cold Shock identifiées dans le transcriptome puissent moduler l’expression des gènes de L. polyedrum, tel qu’observé chez plusieurs autres systèmes procaryotiques et eucaryotiques, la réponse des cellules à des températures froides a été examinée. Les températures froides ont permis d’induire rapidement un enkystement, condition dans laquelle ces cellules deviennent métaboliquement inactives afin de résister aux conditions environnementales défavorables. Les changements dans le profil des phosphoprotéines seraient le facteur majeur causant la formation de kystes. Les phosphosites prédits pour être phosphorylés par la CK2 sont la classe la plus fortement réduite dans les kystes, une découverte intéressante, car le rythme de la bioluminescence confirme que l’horloge a été arrêtée dans le kyste.

CspC and CspD are essential for Caulobacter crescentus stationary phase survival

The cold shock response in bacteria involves the expression of low-molecular weight cold shock proteins (CSPs) containing a nucleic acid-binding cold shock domain (CSD), which are known to destabilize secondary structures on mRNAs, facilitating translation at low temperatures. Caulobacter crescentus cspA and cspB are induced upon cold shock, while cspC and cspD are induced during stationary phase. In this work, we determined a new coding sequence for the cspC gene, revealing that it encodes a protein containing two CSDs. The phenotypes of C. crescentus csp mutants were analyzed, and we found that cspC is important for cells to maintain viability during extended periods in stationary phase. Also, cspC and cspCD strains presented altered morphology, with frequent non-viable filamentous cells, and cspCD also showed a pronounced cell death at late stationary phase. In contrast, the cspAB mutant presented increased viability in this phase, which is accompanied by an altered expression of both cspC and cspD, but the triple cspABD mutant loses this characteristic. Taken together, our results suggest that there is a hierarchy of importance among the csp genes regarding stationary phase viability, which is probably achieved by a fine tune balance of the levels of these proteins.

Respuesta transcripcional de Populus a bifenilos policlorados: Aspectos aplicados a la fitorremediación

La degradación del suelo ha adquirido una magnitud preocupante. Los métodos tradicionales de descontaminación, son costosos e insuficientes. La fitorremediación representa una alternativa eficaz, de bajo coste, respetuosa con el medio ambiente, que además mejora las propiedades del suelo, si bien ha habido desarrollos relevantes en la última década. Desde el punto de vida científico, el reto principal es descifrar las rutas metabólicas implicadas en respuesta a contaminantes y comprender su regulación. Esta información es imprescindible si aspiramos a mejorar las capacidades naturales de algunas especies vegetales para remediar los suelos contaminados. Los estudios de esta Tesis se han centrado en Populus, el mejor modelo forestal disponible a raíz de la secuenciación de su genoma completo. Por otra parte, Populus tiene una gran capacidad natural para la degradación de contaminantes orgánicos, lo que explica su predominio en los programas forestales de fitorremediación que se desarrollan actualmente. Hemos elegido en concreto al híbrido Populus tremula x P. alba, por la facilidad con que se cultiva y su particular interés biotecnológico. La presente Tesis plantea un estudio comprehensivo de la respuesta molecular a bifenilos policlorados (PCBs), una familia de contaminantes orgánicos persistentes de particular relevancia a escala mundial. Se ha utilizado para ello una aproximación transcriptómica, basada en tecnología RNA-seq, para identificar los genes implicados en el metabolismo de los compuestos in planta y cuantificar sus niveles de activación en distintas situaciones controladas. La tesis pretende asimismo definir el control transcripcional subyacente a la respuesta bioquímica frente a este tipo de contaminantes. Resulta sorprendente que dicha respuesta sea prácticamente desconocida a nivel molecular, a pesar de su gran potencial aplicado en el contexto de la tecnología fitorremediadora. Para desarrollar este proyecto aplicamos a nuestros cultivos de chopo híbridos concentraciones diferentes de Aroclor 1221, una mezcla de PCBs muy utilizada a nivel comercial durante décadas, su uso está prohibido hoy internacionalmente. Y tomamos muestras de RNA a dos concentraciones y dos momentos distintos de exposición al contaminante, generando así una matriz de cuatro elementos con sus controles correspondientes. Con el fin de incrementar la especificidad de nuestro análisis, consideramos sobre todo los genes diferencialmente expresados más significativos según cuatro algoritmos estadísticos distintos. Por otra parte, realizamos análisis funcionales con herramientas bioinformáticas basadas en comparaciones de secuencias y en redes de co-expresión génica. La respuesta de los genes de particular interés fue validada mediante tecnología qRT-PCR (reacción de la polimerasa en cadena cuantitativa en tiempo real). Se trata del primer estudio comprehensivo de la respuesta de un organismo vegetal ante la presencia de PCBs. Este estudio nos ha permitido identificar una cantidad considerable de genes estructurales y reguladores, definiendo nuevos factores de transcripción cuya expresión es proporcional a la concentración de contaminante en el medio o al tiempo de exposición al mismo. Los análisis de correlación nos permiten afirmar en que la respuesta metabólica a PCBs, incluyendo posibles rutas degradadoras, participan en al menos quince factores de transcripción y unas cuarenta proteínas o enzimas que resultan particularmente inducidas. Entre las familias implicadas destacan los citocromos P450, la glutatión transferasas, las deshidrogenasas reductasas (short-chain dehydrogenase reductase) y las proteínas MDR (multi-drug resistance). Mientras que los factores de transcripción encontrados pertenecen a la familia de ZF-TF, MYBs, WRKYs entre otros. También identificamos proteínas de función desconocida que no se habían vinculado previamente a este tipo de respuestas en plantas, como la CSP (cold-shock domain proteins). Para estudiar su posible relación con la presencia de PCBs, se caracterizó un gen de esta familia detectado mediante espectrometría de masas en tándem (MS/MS) a partir de mapas IEF x SDS-PAGE (isoelectro focusing x sodium dodecyl sulphate- polyacrylamide gel electrophoresis) de alta resolución. Mediante qRT-PCR pudimos confirmar la inducción del gen correspondiente, ortólogo a PtCSP4 de P. trichocarpa (Potri.004g172600), en respuesta a Aroclor 1221. El análisis fenotípico de las líneas transgénicas de Arabidopsis thaliana que sobre-expresaba la proteína CSP de chopo híbrido confirmó un papel para la misma tolerancia a PCBs, posiblemente a través de mecanismos reguladores que activan proteínas MDR. Este trabajo, además de aportar datos novedosos sobre los mecanismos moleculares desencadenados por la presencia de un PCB en Populus, utilizado aquí como sistema modelo. Con ello se demuestra el potencial de las especies arbóreas no solo como agentes descontaminantes, ya explotado comercialmente, sino también como fuente potencial de genes interesantes. Entre los genes identificados en esta Tesis hay candidatos evidentes a participar en mecanismos de tolerancia al estrés inducido por la contaminación y también rutas metabólicas degradadores de PCBs. Precisamente la posibilidad de degradar al contaminante confiere particular interés a este tipo de estudios frente a la fitorremediación de metales pesados y otros contaminantes elementales. La comparación de los datos generados en este estudio con estudios análogos que se realicen en el futuro con otras especies y xenobióticos, contribuirán a definir mejor la respuesta de las plantas ante la contaminación orgánica y mejorar su potencial descontaminante. ABSTRACT Soil degradation has acquired a disturbing magnitude. Traditional methods of decontamination are expensive and insufficient. Phytoremediation represent an effective alternative, low cost, respectful of the environment, that also improves soil properties, although there have been relevant developments in the last decade. From a life scientist, the challenge is to decipher the major metabolic pathways involved in response to pollutants and understand their regulation. This information is essential if we desire to enhance the natural abilities of some plant species to remediate contaminated soils. This thesis studies have focused on Populus, the best available forestry model following the sequencing of the entire genome. Moreover, Populus has a natural ability to degrade organic pollutants, which explains its predominance in phytoremediation forestry programs currently being developed. We have chosen specifically to hybrid Populus tremula x P. alba, the ease with which it is grown and its particular biotechnological interest. This thesis presents a comprehensive study of the molecular response to polychlorinated biphenyls (PCBs), a family of persistent organic pollutants of particular relevance worldwide. It has been used for a transcriptomic approach using RNA-seq technology, to identify genes involved in the metabolism of compounds in plant and quantify their levels of activation in different controlled situations. The thesis also aims to define the underlying transcriptional control the biochemical response to these pollutants. It is surprising that the response is virtually unknown at the molecular level, despite its great potential applied in the context of phytoremediation technology. To develop this project we applied our hybrid poplar crops different concentrations of Aroclor 1221, a mixture of PCBs widely used commercially for decades, its use is now banned internationally. And we RNA samples at two different concentrations and times of exposure to the pollutant, generating an array of four elements with their corresponding controls. In order to increase the specificity of our analysis, we consider mainly the most significant differentially expressed genes in four different statistical algorithms. Moreover, functional analyzes conducted with bioinformatics tools based on sequence comparisons and networks gene co-expression. The response of genes of particular interest was validated by qRT-PCR (polymerase reaction chain in real-time quantitative. This is the first comprehensive study of the response of a plant organism in the presence of PCBs. This study allowed us to identify a considerable amount of structural and regulatory genes, defining new transcription factors whose expression is proportional to the concentration of contaminant in the middle or at the time of exposure. Correlation analyzes allow us to affirm that the metabolic response to PCBs, including possible degradative pathways, at least fifteen involved in transcription factors and forty proteins or enzymes which are particularly induced. Among the families involved include cytochromes P450, the glutathione transferases, dehydrogenases reductases (short -chain dehydrogenase reductase) and MDR proteins (multi - drug resistance). While transcription factors belong to the family found ZF-TF, MYBs, WRKYs among others. We also identify proteins of unknown function that had not been previously linked to such responses in plants such as CSP (cold- shock domain proteins). To study their possible relationship with the presence of PCBs, a gene in this family was characterized and was detected by tandem mass spectrometry (MS/MS) from maps IEF x SDS -PAGE (sodium dodecyl isoelectro x sulphate- polyacrylamide gel electrophoresis) of high resolution. By qRT -PCR could confirm the induction of the corresponding gene, ortholog to PtCSP4 of P. trichocarpa (Potri.004g172600), in response to Aroclor 1221. Phenotypic analysis of transgenic Arabidopsis thaliana lines over- expressing the protein CSP poplar hybrid confirmed a role for PCBs same tolerance, possibly through regulatory mechanisms activated MDR proteins. This work, in addition to providing new data on the molecular mechanisms triggered by the presence of PCBs in Populus, used here as a model system. Thus the potential of tree species not only as decontamination agents, and commercially exploited, but also as a potential source of interesting genes is shown. Among the genes identified in this thesis there are evident candidates to participate in tolerance mechanisms to stress induced by pollution and degrading metabolic pathways of PCBs. Precisely the possibility of degrading the pollutant attaches particular interest to this type of study off the phytoremediation of heavy metals and other elemental pollutants. The comparison of the data generated in this study with similar studies carried out in the future with other species and xenobiotics contribute to better define the response of plants to organic pollution and improve their decontamination potential.

Y box-binding protein-1 binds preferentially to single-stranded nucleic acids and exhibits 3′→5′ exonuclease activity

We have previously shown that Y box-binding protein-1 (YB-1) binds preferentially to cisplatin-modified Y box sequences. Based on structural and biochemical data, we predicted that this protein binds single-stranded nucleic acids. In the present study we confirmed the prediction and also discovered some unexpected functional features of YB-1. We found that the cold shock domain of the protein is necessary but not sufficient for double-stranded DNA binding while the C-tail domain interacts with both single-stranded DNA and RNA independently of the cold shock domain. In an in vitro translation system the C-tail domain of the protein inhibited translation but the cold shock domain did not. Both in vitro pull-down and in vivo co-immunoprecipitation assays revealed that YB-1 can form a homodimer. Deletion analysis mapped the C-tail domain of the protein as the region of homodimerization. We also characterized an intrinsic 3′→5′ DNA exonuclease activity of the protein. The region between residues 51 and 205 of its 324-amino acid extent is required for full exonuclease activity. Our findings suggest that YB-1 functions in regulating DNA/RNA transactions and that these actions involve different domains.

Y-box binding protein 1 (YB-1) relevance in estrogen receptor-positive (ER+) breast cancer

Tese de mestrado, Biologia Molecular e Genética, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Mechanisms of Thermal Adaptation Revealed From the Genomes of the Antarctic Archaea Methanogenium frigidum and Methanococcoides burtonii

We generated draft genome sequences for two cold-adapted Archaea, Methanogenium frigidum and Methanococcoides burtonii, to identify genotypic characteristics that distinguish them from Archaea with a higher optimal growth temperature (OGT). Comparative genomics revealed trends in amino acid and tRNA composition, and structural features of proteins. Proteins from the cold-adapted Archaea are characterized by a higher content of noncharged polar amino acids, particularly Gin and Thr and a lower content of hydrophobic amino acids, particularly Leu. Sequence data from nine methanogen genomes (OGT 15degrees-98degreesC) were used to generate IIII modeled protein structures. Analysis of the models from the cold-adapted Archaea showed a strong tendency in the solvent-accessible area for more Gin, Thr, and hydrophobic residues and fewer charged residues. A cold shock domain (CSD) protein (CspA homolog) was identified in M. frigidum, two hypothetical proteins with CSD-folds in M. burtonii, and a unique winged helix DNA-binding domain protein in M. burtonii. This suggests that these types of nucleic acid binding proteins have a critical role in cold-adapted Archaea. Structural analysis of tRNA sequences from the Archaea indicated that GC content is the major factor influencing tRNA stability in hyperthermophiles, but not in the psychrophiles, mesophiles or moderate thermophiles. Below an OGT of 60degreesC, the GC content in tRNA was largely unchanged, indicating that any requirement for flexibility of tRNA in psychrophiles is mediated by other means. This is the first time that comparisons have been performed with genome data from Archaea spanning the growth temperature extremes. from psychrophiles to hyperthermophiles

Survival and Molting Incidence after Heat and Cold Shocks in Panstrongylus megistus Burmeister

Survival and molting incidence were studied after heat (40°C) and cold (0°C) shocks in specimens of Panstrongylus megistus with the aim of establishing its response to temperature stress under laboratory rearing conditions and to understand occasional changes in the biological characteristics of specimens captured in nature. The response to the thermal shocks was found to vary as a function of the temperature and duration of the shock, developmental phase and sex of the specimens, and in certain cases, the insect habit and nourishment conditions. P. megistus specimens were found to be less resistant to the heat shock assay than Triatoma infestans, another reduviid species. The short cold shock affected survival of P. megistus more than did the heat shock, survival of fully-nourished specimens being preferential. The response of adults to the short cold shock was affected by sex, males being generally less resistant. The insect sylvatic habit was found to seldom affect the thermal shock response established for specimens with domestic habit. A decrease in molting frequency and sometimes a slowdown of the molting rate were found after the short heat and cold shocks, possibly promoted by change in hormonal balance, and differing from patterns reported for T. infestans. The results indicate that no generalization should be made for different reduviid species in terms of the effects of temperature shocks.

Effect of Sequential Cold Shocks on Survival and Molting Rate in Triatoma infestans Klug

The survival and molting incidence in Triatoma infestans, a vector of Chagas disease, were investigated following sequential shocks at 0ºC in fifth instar nymphs under moderate fasting and full nutritional conditions. The shocks were separated by intervals of 8 h and 24 h at 30ºC. The results indicated that in terms of insect survival, T. infestans is tolerant to a single cold shock at 0ºC even for 12 h, or to sequential cold shocks, regardless of the nutritional state of the specimens. In terms of molting rate, fasting enhanced the tolerance to sequential cold shocks, but did not exceed the tolerance acquired by fully-nourished specimens, except when cold shocks were separated by an 8 h interval at 30ºC. The protective action elicited by fasting was assumed to be additive to that induced by a single mild cold shock or sequential cold shocks. The cold-tolerance response of T. infestans may have favoured its survival in areas of South America with low temperatures, even considering that this species is predominantly associated with human habitats.

Effect of sequential heat and cold shocks on nuclear phenotypes of the blood-sucking insect, Panstrongylus megistus (Burmeister) (Hemiptera, Reduviidae)

Thermal shocks induce changes in the nuclear phenotypes that correspond to survival (heterochromatin decondensation, nuclear fusion) or death (apoptosis, necrosis) responses in the Malpighian tubules of Panstrongylus megistus. Since thermal tolerance increased survival and molting rate in this species following sequential shocks, we investigated whether changes in nuclear phenotypes accompanied the insect survival response to sequential thermal shocks. Fifth instar nymphs were subjected to a single heat (35 or 40°C, 1 h) or cold (5 or 0°C, 1 h) shock and then subjected to a second shock for 12 h at 40 or 0°C, respectively, after 8, 18, 24 and 72 h at 28°C (control temperature). As with specimen survival, sequential heat and cold shocks induced changes in frequency of the mentioned nuclear phenotypes although their patterns differed. The heat shock tolerance involved decrease in apoptosis simultaneous to increase in cell survival responses. Sequential cold shocks did not involve cell/nuclear fusion and even elicited increase in necrosis with advancing time after shocks. The temperatures of 40 and 0ºC were more effective than the temperatures of 35 and 5ºC in eliciting the heat and cold shock tolerances, respectively, as shown by cytological analysis of the nuclear phenotypes. It is concluded that different sequential thermal shocks can trigger different mechanisms of cellular protection against stress in P. megistus, favoring the insect to adapt to various ecotopes.

Cytosolic calcium levels and stress induced y-amino butyrate synthesis in asparagus mesophyll cells

Numerous investigations have demonstrated large increases in y-amino butyrate (GABA) levels in response to a variety of stresses such as touch or cold shock (Wallace et ale 1984) Circumstantial evidence indicating a role of Ca2 + in these increases includes elevated Ca2+ levels in response to touch and cold shock (Knight et ale 1991), and the demonstration of a calmodulin binding domain on glutamate decarboxylase (GAD), the enzyme responsible for GABA synthesis (Baum et al 1993) In the present study the possible role of Ca2+ and calmodulin in stimulation of GAD and subsequent GABA accumulation was examined using asparagus mesophyll cells. Images of cells loaded with the Ca2+ indicator Fluo-3 revealed a rapid and transient increase in cytosolic Ca2+ in response to cold shock. GABA levels increased by 106% within 15 min. of cold shock. This increase was inhibited 70% by the calmodulin antagonist W7, and 42% by the Ca2+ channel blocker La3+.. Artificial elevation of intracellular Ca2+ by the Ca2+ionophore A23187 resulted in an 61% increase in GABA levels. Stimulation of GABA synthesis by ABA resulted in an 83% increase in GABA levels which was inhibited 55% by W7. These results support the hypothesis that cold shock stimulates Ca2+ entry into the cytosol of the cells which results in Ca2+/calmodulin mediated activation of GAD and consequent GABA synthesis.

Régulation transcriptionnelle du gène de la protéine de liaison de la chlorophylle-a et de la péridinine chez le dinoflagellé Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés jouent un rôle très important dans l’écologie des océans en y réalisant une grande partie de la production primaire, en formant une association symbiotique avec les coraux et en ayant la capacité de produire des fleurs d’algues potentiellement toxiques pour les communautés côtières humaines et animales. Malgré tout, la biologie moléculaire des dinoflagellés n’a que très peu été étudiée dans les dernières années, les connaissances de processus de base comme la régulation de la transcription y étant fortement limitées. Une tentative pour élucider ce mécanisme a été réalisée chez les dinoflagellés photosynthétiques Lingulodinium polyedrum et Amphidinium carterae. Une expérience d’induction de la transcription du gène de la Peridinin chlorophyll-a binding protein, le complexe majeur de collecte de lumière, a été réalisée par une baisse de l’intensité lumineuse et a montré une faible augmentation (moins de 2 fois) du transcrit à court et long terme. Des expériences de simple-hybride et de retard sur gel (EMSA) ont été faits pour identifier de potentielles interactions protéine-ADN dans la région intergénique du gène PCP organisé en tandem. Ces essais ont été infructueux pour identifier de telles protéines. Une analyse du transcriptome de L. polyedrum a été effectuée, montrant une importante sous-représentation de domaines de liaison à l’ADN classique (comme Heat-shock factor, bZIP ou Myb) et une surreprésentation du domaine d’origine bactérienne Cold shock en comparaison avec d’autres eucaryotes unicellulaires. Ce travail suggère que les mécanismes de régulation transcriptionnelle des dinoflagellés pourraient différer substantiellement de ceux des autres eucaryotes.

Transcriptomic analysis of rhizobium leguminosarum biovar viciae in symbiosis with host plants pisum sativum and Vicia cracca

Rhizobium leguminosarum bv. viciae forms nitrogen-fixing nodules on several legumes, including pea (Pisum sativum) and vetch (Vicia cracca), and has been widely used as a model to study nodule biochemistry. To understand the complex biochemical and developmental changes undergone by R. leguminosarum bv. viciae during bacteroid development, microarray experiments were first performed with cultured bacteria grown on a variety of carbon substrates (glucose, pyruvate, succinate, inositol, acetate, and acetoacetate) and then compared to bacteroids. Bacteroid metabolism is essentially that of dicarboxylate-grown cells (i.e., induction of dicarboxylate transport, gluconeogenesis and alanine synthesis, and repression of sugar utilization). The decarboxylating arm of the tricarboxylic acid cycle is highly induced, as is gamma-aminobutyrate metabolism, particularly in bacteroids from early (7-day) nodules. To investigate bacteroid development, gene expression in bacteroids was analyzed at 7, 15, and 21 days postinoculation of peas. This revealed that bacterial rRNA isolated from pea, but not vetch, is extensively processed in mature bacteroids. In early development (7 days), there were large changes in the expression of regulators, exported and cell surface molecules, multidrug exporters, and heat and cold shock proteins. fix genes were induced early but continued to increase in mature bacteroids, while nif genes were induced strongly in older bacteroids. Mutation of 37 genes that were strongly upregulated in mature bacteroids revealed that none were essential for nitrogen fixation. However, screening of 3,072 mini-Tn5 mutants on peas revealed previously uncharacterized genes essential for nitrogen fixation. These encoded a potential magnesium transporter, an AAA domain protein, and proteins involved in cytochrome synthesis.

Characterization of Caulobacter crescentus response to low temperature and identification of genes involved in freezing resistance

Free-living bacteria must respond to a wide range of temperature changes, and have developed specific mechanisms to survive in extreme environments. In this work we describe a remarkable resistance of mesophilic bacterium Caulobacter crescentus to several cycles of freezing at -80 degrees C, which was able to grow at low temperatures. Exponentially growing cells and late stationary-phase cells presented higher freezing resistance at both -20 and -80 degrees C than early stationary-phase cells. Cryotolerance was observed when log-phase cultures grown at 30 degrees C were preincubated at 5, 15 or 20 degrees C before freezing at -20 degrees C. A transposon library was screened to identify mutants sensitive to freezing at -80 degrees C and three strains presenting < 10% survival were isolated. Identification of genes disrupted in each mutant showed that they encoded an AddA family DNA helicase, a DEAD/DEAH box RNA helicase and a putative RND (resistance, nodulation, cell division) efflux system component. These strains showed longer generation times than wild-type cells when growing at 15 degrees C, with the RNA helicase mutant presenting a severe growth defect. These analyses suggest that the singular intrinsic resistance to freezing of C. crescentus is in fact a consequence of several independent traits, especially the maintenance of a proper degree of supercoiling of nucleic acids.