Transcription in archaea: similarity to that in eucarya.

We present homologies between archaeal and eucaryal DNA-dependent RNA polymerase (RNAP) subunits and transcription factors. The sequences of the Sulfolobus acidocaldarius subunits D, E, and N and alignments with eucaryal homologs are presented here. The similarities between archaeal transcription factors and their eucaryal homologs TFIIB and TBP have been established in other laboratories. The archaeal RNAP subunits H, K, and N, respectively, show high sequence similarity to ABC27, ABC23, and ABC10 beta (found in all three eucaryal RNAPs); subunit D, to AC40 (common to polymerase II and polymerase III) and B44 (polymerase II); and subunit L, to AC19 and B12.5. The similarity of subunit D and its eucaryal homologs to bacterial alpha is limited to the "alpha-motif," which is also present in subunit L and its eucaryal homologs. Genes encoding homologs of the related eucaryal RNAP subunits A12.2/B12.6 and also homologs of eucaryal transcription elongation factors of the TFIIS family have been detected in Sulfolobus acidocaldarius and Thermococcus celer. In archaea, the protein is not an RNAP subunit. Together with the sequence similarities between archaeal box A-containing and eucaryal TATA box-containing promoters, this shows that the archaeal and eucaryal transcription systems are truly homologous and that they differ structurally and functionally from the bacterial transcription machinery. In contrast, however, a number of genes for the archaeal transcription apparatus are organized in clusters resembling the clusters of transcription-associated genes in Bacteria.

Étude du comportement de la chromatine, de la régulation de la transcription et réparation des gènes de l’ARNr avant la réplication de l’ADN et assemblage de la réparation par excision de nucléotides chez Saccharomyces cerevisiae

Résumé : Le nucléole est considéré comme étant une « usine » à produire des ribosomes. Cette production est la fonction la plus énergivore de la cellule. Elle met en jeu les trois ARN polymérases et représente 80% de l’activité de transcription au sein d’une cellule. Les trois quarts de cette activité de transcription correspondent à la synthèse des ARNr par l’ARN polymérase I (ARNPI). Ainsi mieux comprendre les mécanismes cellulaires se déroulant à l’intérieur de ce compartiment permettra le développement de nouveaux traitements contre le cancer. La synthèse d’ARNr par l’ARNPI est régulée à trois niveaux : l’initiation de la transcription, l’élongation et le nombre de gènes de l’ARNr en transcription. La plupart des travaux qui se sont intéressés à ces niveaux de régulation ont été réalisés avec des cellules en phase exponentielle de croissance. Au cours de mes travaux, je me suis attardé sur la régulation de la transcription par l’ARNPI au cours de la phase G1 du cycle cellulaire et au début de la phase S. Ainsi mes résultats ont montré que si la chromatine des gènes de l’ARNr est essentiellement dépourvue de nucléosomes, la régulation de l’ARNPI diffère dans des cellules en G1 et au début de la phase S. J’ai pu de ce fait observer qu’en G1, la transcription de l’ARNPI se concentre sur un nombre réduit de gènes en transcription. Dans des cellules arrêtées au début de la phase S avec de l’hydroxyurée, la transcription de l’ARNPI est perturbée par un défaut de maturation de l’ARNR. Fort de ces résultats sur la nature des gènes ribosomaux en phase G1, je me suis attardé à la réparation de ces gènes lors de cette phase. Alors que dans des cellules en phase exponentielle de croissance irradiées avec des UVC, la chromatine des gènes de l’ARNr se ferme ; je n’ai pas observé la formation de nucléosomes suite à l’irradiation de cellules synchronisée en G1. Mes résultats montrent également que la réparation est plus efficace. Parallèlement, j’ai exploré l’assemblage du complexe de réparation par excision de nucléotides. Toutefois, les résultats obtenus sont peu concluants.

Replicating satellite RNA induces sequence-specific DNA methylation and truncated transcripts in plants

Tobacco plants were transformed with a chimeric transgene comprising sequences encoding β-glucuronidase (GUS) and the satellite RNA (satRNA) of cereal yellow dwarf luteovirus. When transgenic plants were infected with potato leafroll luteovirus (PLRV), which replicated the transgene-derived satRNA to a high level, the satellite sequence of the GUS:Sat transgene became densely methylated. Within the satellite region, all 86 cytosines in the upper strand and 73 of the 75 cytosines in the lower strand were either partially or fully methylated. In contrast, very low levels of DNA methylation were detected in the satellite sequence of the transgene in uninfected plants and in the flanking nonsatellite sequences in both infected and uninfected plants. Substantial amounts of truncated GUS:Sat RNA accumulated in the satRNA-replicating plants, and most of the molecules terminated at nucleotides within the first 60 bp of the satellite sequence. Whereas this RNA truncation was associated with high levels of satRNA replication, it appeared to be independent of the levels of DNA methylation in the satellite sequence, suggesting that it is not caused by methylation. All the sequenced GUS:Sat DNA molecules were hypermethylated in plants with replicating satRNA despite the phloem restriction of the helper PLRV. Also, small, sense and antisense ∼22 nt RNAs, derived from the satRNA, were associated with the replicating satellite. These results suggest that the sequence-specific DNA methylation spread into cells in which no satRNA replication occurred and that this was mediated by the spread of unamplified satRNA and/or its associated 22 nt RNA molecules.

The IFITM5 mutation c.-14C > T results in an elongated transcript expressed in human bone; And causes varying phenotypic severity of osteogenesis imperfecta type V

Background The genetic mutation resulting in osteogenesis imperfecta (OI) type V was recently characterised as a single point mutation (c.-14C > T) in the 5' untranslated region (UTR) of IFITM5, a gene encoding a transmembrane protein with expression restricted to skeletal tissue. This mutation creates an alternative start codon and has been shown in a eukaryotic cell line to result in a longer variant of IFITM5, but its expression has not previously been demonstrated in bone from a patient with OI type V. Methods Sanger sequencing of the IFITM5 5' UTR was performed in our cohort of subjects with a clinical diagnosis of OI type V. Clinical data was collated from referring clinicians. RNA was extracted from a bone sample from one patient and Sanger sequenced to determine expression of wild-type and mutant IFITM5. Results: All nine subjects with OI type V were heterozygous for the c.-14C > T IFITM5 mutation. Clinically, there was heterogeneity in phenotype, particularly in the manifestation of bone fragility amongst subjects. Both wild-type and mutant IFITM5 mRNA transcripts were present in bone. Conclusions The c.-14C > T IFITM5 mutation does not result in an RNA-null allele but is expressed in bone. Individuals with identical mutations in IFITM5 have highly variable phenotypic expression, even within the same family.

Reduction in DNA topoisomerase I level affects growth, phenotype and nucleoid architecture of Mycobacterium smegmatis

The steady-state negative supercoiling of eubacterial genomes is maintained by the action of DNA topoisomerases. Topoisomerase distribution varies in different species of mycobacteria. While Mycobacterium tuberculosis (Mtb) contains a single type I (Topol) and a single type II (Gyrase) enzyme, Mycobacterium smegmatis (Msm) and other members harbour additional relaxases. Topol is essential for Mtb survival. However, the necessity of Topol or other relaxases in Msm has not been investigated. To recognize the importance of Topol for growth, physiology and gene expression of Msm, we have developed a conditional knock-down strain of Topol in Msm. The Topol-depleted strain exhibited extremely slow growth and drastic changes in phenotypic characteristics. The cessation of growth indicates the essential requirement of the enzyme for the organism in spite of having additional DNA relaxation enzymes in the cell. Notably, the imbalance in Topol level led to the altered expression of topology modulatory proteins, resulting in a diffused nucleoid architecture. Proteomic and transcript analysis of the mutant indicated reduced expression of the genes involved in central metabolic pathways and core DNA transaction processes. RNA polymerase (RNAP) distribution on the transcription units was affected in the Topol-depleted cells, suggesting global alteration in transcription. The study thus highlights the essential requirement of Topol in the maintenance of cellular phenotype, growth characteristics and gene expression in mycobacteria. A decrease in Topol level led to altered RNAP occupancy and impaired transcription elongation, causing severe downstream effects.

Yeast screens identify the RNA polymerase II CTD and SPT5 as relevant targets of BRCA1 interaction.

BRCA1 has been implicated in numerous DNA repair pathways that maintain genome integrity, however the function responsible for its tumor suppressor activity in breast cancer remains obscure. To identify the most highly conserved of the many BRCA1 functions, we screened the evolutionarily distant eukaryote Saccharomyces cerevisiae for mutants that suppressed the G1 checkpoint arrest and lethality induced following heterologous BRCA1 expression. A genome-wide screen in the diploid deletion collection combined with a screen of ionizing radiation sensitive gene deletions identified mutants that permit growth in the presence of BRCA1. These genes delineate a metabolic mRNA pathway that temporally links transcription elongation (SPT4, SPT5, CTK1, DEF1) to nucleopore-mediated mRNA export (ASM4, MLP1, MLP2, NUP2, NUP53, NUP120, NUP133, NUP170, NUP188, POM34) and cytoplasmic mRNA decay at P-bodies (CCR4, DHH1). Strikingly, BRCA1 interacted with the phosphorylated RNA polymerase II (RNAPII) carboxy terminal domain (P-CTD), phosphorylated in the pattern specified by the CTDK-I kinase, to induce DEF1-dependent cleavage and accumulation of a RNAPII fragment containing the P-CTD. Significantly, breast cancer associated BRCT domain defects in BRCA1 that suppressed P-CTD cleavage and lethality in yeast also suppressed the physical interaction of BRCA1 with human SPT5 in breast epithelial cells, thus confirming SPT5 as a relevant target of BRCA1 interaction. Furthermore, enhanced P-CTD cleavage was observed in both yeast and human breast cells following UV-irradiation indicating a conserved eukaryotic damage response. Moreover, P-CTD cleavage in breast epithelial cells was BRCA1-dependent since damage-induced P-CTD cleavage was only observed in the mutant BRCA1 cell line HCC1937 following ectopic expression of wild type BRCA1. Finally, BRCA1, SPT5 and hyperphosphorylated RPB1 form a complex that was rapidly degraded following MMS treatment in wild type but not BRCA1 mutant breast cells. These results extend the mechanistic links between BRCA1 and transcriptional consequences in response to DNA damage and suggest an important role for RNAPII P-CTD cleavage in BRCA1-mediated cancer suppression.

Ubiquitin-dependent proteolysis of trihydrophobin 1 (TH1) by the human papilloma virus E6-associated protein (E6-AP).

Human Papilloma virus E6-associated protein (E6-AP), which is known as an E3 ubiquitin ligase, mediates ubiquitination and subsequent degradation of a series of cellular proteins. In this paper, we identify here trihydrophobin 1 (TH1), an integral subunit of the human negative transcription elongation factor (NELF) complex, as a novel E6-AP interaction protein and a target of E6-AP-mediated degradation. Overexpression of E6-AP results in degradation of TH1 in a dose-dependent manner, whereas knock-down of endogenous E6-AP elevates the TH1 protein level. TH1 protein turnover is substantially faster, compared to controls, in cells that overexpressed E6-AP. Wild-type E6-AP promotes the ubiquitination of TH1, while a catalytically inactive point mutant of E6-AP abolishes its ubiquitination. Furthermore, in vitro ubiquitination assay also demonstrates that TH1 can be ubiquitinated by E6-AP. The degradation is blocked by treatment with proteasome inhibitor MG132. Herein, we provide strong evidence that TH1 is a specific substrate that is targeted for degradation through E6-AP-catalyzed polyubiquitination.

O-antigen modal chain length in Shigella flexneri 2a is growth-regulated through RfaH-mediated transcriptional control of the wzy gene

Shigella flexneri 2a 2457T produces lipopolysaccharide (LPS) with two O-antigen (OAg) chain lengths: a short (S-OAg) controlled by WzzB and a very long (VL-OAg) determined by Wzz(pHS-2). This study demonstrates that the synthesis and length distribution of the S. flexneri OAg are under growth-phase-dependent regulation. Quantitative electrophoretic analysis showed that the VL-OAg increased during growth while the S-OAg distribution remained constant. Increased production of VL-OAg correlated with the growth-phase-regulated expression of the transcription elongation factor RfaH, and was severely impaired in a DeltarfaH mutant, which synthesized only low-molecular-mass OAg molecules and a small amount of S-OAg. Real-time RT-PCR revealed a drastic reduction of wzy polymerase gene expression in the DeltarfaH mutant. Complementation of this mutant with the wzy gene cloned into a high-copy-number plasmid restored the bimodal OAg distribution, suggesting that cellular levels of Wzy influence not only OAg polymerization but also chain-length distribution. Accordingly, overexpression of wzy in the wild-type strain resulted in production of a large amount of high-molecular-mass OAg molecules. An increased dosage of either wzzB or wzz(pHS-2) also altered OAg chain-length distribution. Transcription of wzzB and wzz(pHS-2) genes was regulated during bacterial growth but in an RfaH-independent manner. Overall, these findings indicate that expression of the wzy, wzzB and wzz(pHS-2) genes is finely regulated to determine an appropriate balance between the proteins responsible for polymerization and chain-length distribution of S. flexneri OAg.

Detecting sequence dependent transcriptional pauses from RNA and protein number time series

Background: Evidence suggests that in prokaryotes sequence-dependent transcriptional pauses a?ect the dynamics of transcription and translation, as well as of small genetic circuits. So far, a few pause-prone sequences have been identi?ed from in vitro measurements of transcription elongation kinetics.

Results: Using a stochastic model of gene expression at the nucleotide and codon levels with realistic parameter values, we investigate three di?erent but related questions and present statistical methods for their analysis. First, we show that information from in vivo RNA and protein temporal numbers is su?cient to discriminate between models with and without a pause site in their coding sequence. Second, we demonstrate that it is possible to separate a large variety of models from each other with pauses of various durations and locations in the template by means of a hierarchical clustering and a random forest classi?er. Third, we introduce an approximate likelihood function that allows to estimate the location of a pause site.

Conclusions: This method can aid in detecting unknown pause-prone sequences from temporal measurements of RNA and protein numbers at a genome-wide scale and thus elucidate possible roles that these sequences play in the dynamics of genetic networks and phenotype.

Les R-loops et leurs conséquences sur l'expression génique chez Escherichia coli.

Des variations importantes du surenroulement de l’ADN peuvent être générées durant la phase d’élongation de la transcription selon le modèle du « twin supercoiled domain ». Selon ce modèle, le déplacement du complexe de transcription génère du surenroulement positif à l’avant, et du surenroulement négatif à l’arrière de l’ARN polymérase. Le rôle essentiel de la topoisomérase I chez Escherichia coli est de prévenir l’accumulation de ce surenroulement négatif générée durant la transcription. En absence de topoisomérase I, l’accumulation de ce surenroulement négatif favorise la formation de R-loops qui ont pour conséquence d’inhiber la croissance bactérienne. Les R-loops sont des hybrides ARN-ADN qui se forment entre l’ARN nouvellement synthétisé et le simple brin d’ADN complémentaire. Dans les cellules déficientes en topoisomérase I, des mutations compensatoires s’accumulent dans les gènes qui codent pour la gyrase, réduisant le niveau de surenroulement négatif du chromosome et favorisant la croissance. Une des ces mutations est une gyrase thermosensible qui s’exprime à 37 °C. La RNase HI, une enzyme qui dégrade la partie ARN d’un R-loop, peut aussi restaurer la croissance en absence de topoisomérase I lorsqu’elle est produite en très grande quantité par rapport à sa concentration physiologique. En présence de topoisomérase I, des R-loops peuvent aussi se former lorsque la RNase HI est inactive. Dans ces souches mutantes, les R-loops induisent la réponse SOS et la réplication constitutive de l’ADN (cSDR). Dans notre étude, nous montrons comment les R-loops formés en absence de topoisomérase I ou RNase HI peuvent affecter négativement la croissance des cellules. Lorsque la topoisomérase I est inactivée, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif conduit à la formation de nombreux R-loops, ce qui déclenche la dégradation de l’ARN synthétisé. Issus de la dégradation de l’ARNm de pleine longueur, des ARNm incomplets et traductibles s’accumulent et causent l’inhibition de la synthèse protéique et de la croissance. Le processus par lequel l’ARN est dégradé n’est pas encore complètement élucidé, mais nos résultats soutiennent fortement que la RNase HI présente en concentration physiologique est responsable de ce phénotype. Chose importante, la RNase E qui est l’endoribonuclease majeure de la cellule n’est pas impliquée dans ce processus, et la dégradation de l’ARN survient avant son action. Nous montrons aussi qu’une corrélation parfaite existe entre la concentration de RNase HI, l’accumulation d’hypersurenroulement négatif et l’inhibition de la croissance bactérienne. Lorsque la RNase HI est en excès, l’accumulation de surenroulement négatif est inhibée et la croissance n’est pas affectée. L’inverse se produit Lorsque la RNase HI est en concentration physiologique. En limitant l’accumulation d’hypersurenroulement négatif, la surproduction de la RNase HI prévient alors la dégradation de l’ARN et permet la croissance. Quand la RNase HI est inactivée en présence de topoisomérase I, les R-loops réduisent le niveau d’expression de nombreux gènes, incluant des gènes de résistance aux stress comme rpoH et grpE. Cette inhibition de l’expression génique n’est pas accompagnée de la dégradation de l’ARN contrairement à ce qui se produit en absence de topoisomérase I. Dans le mutant déficient en RNase HI, la diminution de l’expression génique réduit la concentration cellulaire de différentes protéines, ce qui altère négativement le taux de croissance et affecte dramatiquement la survie des cellules exposées aux stress de hautes températures et oxydatifs. Une inactivation de RecA, le facteur essentiel qui déclenche la réponse SOS et le cSDR, ne restaure pas l’expression génique. Ceci démontre que la réponse SOS et le cSDR ne sont pas impliqués dans l’inhibition de l’expression génique en absence de RNase HI. La croissance bactérienne qui est inhibée en absence de topoisomérase I, reprend lorsque l’excès de surenroulement négatif est éliminé. En absence de RNase HI et de topoisomérase I, le surenroulement négatif est très relaxé. Il semble que la réponse cellulaire suite à la formation de R-loops, soit la relaxation du surenroulement négatif. Selon le même principe, des mutations compensatoires dans la gyrase apparaissent en absence de topoisomérase I et réduisent l’accumulation de surenroulement négatif. Ceci supporte fortement l’idée que le surenroulement négatif joue un rôle primordial dans la formation de R-loop. La régulation du surenroulement négatif de l’ADN est donc une tâche essentielle pour la cellule. Elle favorise notamment l’expression génique optimale durant la croissance et l’exposition aux stress, en limitant la formation de R-loops. La topoisomérase I et la RNase HI jouent un rôle important et complémentaire dans ce processus.

Effet de la RNase HI sur l’expression génique et sur le surenroulement de l’ADN chez Escherichia coli

Les R-loops générés durant la transcription sont impliqués dans de nombreuse fonctions incluant la réplication, la recombinaison et l’expression génique tant chez les procaryotes que chez les eucaryotes. Plusieurs études ont montré qu’un excès de supertours négatifs et des séquences riches en bases G induisent la formation de R-loops. Jusqu’à maintenant, nos résultats nous ont permis d’établir un lien direct entre les topoisomérases, le niveau de surenroulement et la formation de R-loops. Cependant, le rôle physiologique des R-loops est encore largement inconnu. Dans le premier article, une étude détaillée du double mutant topA rnhA a montré qu’une déplétion de RNase HI induit une réponse cellulaire qui empêche la gyrase d’introduire des supertours. Il s’agit ici, de la plus forte évidence supportant les rôles majeurs de la RNase HI dans la régulation du surenroulement de l’ADN. Nos résultats ont également montré que les R-loops pouvaient inhiber l’expression génique. Cependant, les mécanismes exacts sont encore mal connus. L’accumulation d’ARNs courts au détriment d’ARNs pleine longueur peut être causée soit par des blocages durant l’élongation de la transcription soit par la dégradation des ARNs pleine longueur. Dans le deuxième article, nous montrons que l’hypersurenroulement négatif peut mener à la formation de R-loops non-spécifiques (indépendants de la séquence nucléotidique). La présence de ces derniers, engendre une dégradation massive des ARNs et ultimement à la formation de protéines tronquées. En conclusion, ces études montrent l’évidence d’un lien étroit entre la RNase HI, la formation des R-loops, la topologie de l’ADN et l’expression génique. De plus, elles attestent de la présence d’un nouvel inhibiteur de gyrase ou d’un mécanisme encore inconnu capable de réguler son activité. Cette surprenante découverte est élémentaire sachant que de nombreux antibiotiques ciblent la gyrase. Finalement, ces études pourront servir également de base à des recherches similaires chez les cellules eucaryotes.

The role of the peptidyl prolyl isomerase Rrd1 in the transcriptional stress response

La régulation de la transcription est un processus complexe qui a évolué pendant des millions d’années permettant ainsi aux cellules de s’adapter aux changements environnementaux. Notre laboratoire étudie le rôle de la rapamycine, un agent immunosuppresseur et anticancéreux, qui mime la carence nutritionelle. Afin de comprendre les mécanismes impliqués dans la réponse a la rapamycine, nous recherchons des mutants de la levure Saccaromyces cerevisiae qui ont un phenotype altérée envers cette drogue. Nous avons identifié le gène RRD1, qui encode une peptidyl prolyl isomérase et dont la mutation rend les levures très résistantes à la rapamycine et il semble que se soit associé à une réponse transcriptionelle alterée. Mon projet de recherche de doctorat est d’identifier le rôle de Rrd1 dans la réponse à la rapamycine. Tout d’abord nous avons trouvé que Rrd1 interagit avec l’ARN polymérase II (RNAPII), plus spécifiquement avec son domaine C-terminal. En réponse à la rapamycine, Rrd1 induit un changement dans la conformation du domaine C-terminal in vivo permettant la régulation de l’association de RNAPII avec certains gènes. Des analyses in vitro ont également montré que cette action est directe et probablement liée à l’activité isomérase de Rrd1 suggérant un rôle pour Rrd1 dans la régulation de la transcription. Nous avons utilisé la technologie de ChIP sur micropuce pour localiser Rrd1 sur la majorité des gènes transcrits par RNAPII et montre que Rrd1 agit en tant que facteur d’élongation de RNAPII. Pour finir, des résultats suggèrent que Rrd1 n’est pas seulement impliqué dans la réponse à la rapamycine mais aussi à differents stress environnementaux, nous permettant ainsi d’établir que Rrd1 est un facteur d’élongation de la transcription requis pour la régulation de la transcription via RNAPII en réponse au stress.

Analyse de la localisation génomique et identification de nouvelles fonctions des sous-unités Rpb4/Rpb7 de l’ARN polymérase II et des facteurs TFIIF, TFIIS et UBR5

Grâce à un grand nombre d’études biochimiques, génétiques et structurales effectuées dans les dernières années, des avancements considérables ont été réalisés et une nouvelle vision du processus par lequel la machinerie transcriptionnelle de l’ARN polymérase II (Pol II) décode l’information génétique a émergé. De nouveaux indices ont été apportés sur la diversité des mécanismes de régulation de la transcription, ainsi que sur le rôle des facteurs généraux de transcription (GTFs) dans cette diversification. Les travaux présentés dans cette thèse amènent de nouvelles connaissances sur le rôle des GTFs humains dans la régulation des différentes étapes de la transcription. Dans la première partie de la thèse, nous avons analysé la fonction de la Pol II et des GTFs humains, en examinant de façon systématique leur localisation génomique. Les patrons obtenus par immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) des versions de GTFs portant une étiquette TAP (Tandem-Affinity Purification) indiquent de nouvelles fonctions in vivo pour certains composants de cette machinerie et pour des éléments structuraux de la Pol II. Nos résultats suggèrent que TFIIF et l’hétérodimère Rpb4–Rpb7 ont une fonction spécifique pendant l’étape d’élongation transcriptionnelle in vivo. De plus, notre étude amène une première image globale de la fonction des GTFs pendant la réaction transcriptionnelle dans des cellules mammifères vivantes. Deuxièmement, nous avons identifié une nouvelle fonction de TFIIS dans la régulation de CDK9, la sous-unité kinase du facteur P-TEFb (Positive Transcription Elongation Factor b). Nous avons identifié deux nouveaux partenaires d’interaction pour TFIIS, soit CDK9 et la E3 ubiquitine ligase UBR5. Nous montrons que UBR5 catalyse l’ubiquitination de CDK9 in vitro. De plus, la polyubiquitination de CDK9 dans des cellules humaines est dépendante de UBR5 et TFIIS. Nous montrons aussi que UBR5, CDK9 and TFIIS co-localisent le long du gène  fibrinogen (FBG) et que la surexpression de TFIIS augmente les niveaux d’occupation par CDK9 de régions spécifiques de ce gène, de façon dépendante de UBR5. Nous proposons que TFIIS a une nouvelle fonction dans la transition entre les étapes d’initiation et d’élongation transcriptionnelle, en régulant la stabilité des complexes CDK9-Pol II pendant les étapes précoces de la transcription.

La voie de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 : une concertation entre Khd1, Puf6 et Loc1

La localisation des ARNm par transport dirigé joue un rôle dans le développement, la motilité cellulaire, la plasticité synaptique et la division cellulaire asymétrique. Chez la levure Saccharomyces cerevisiæ, la localisation d’ARNm est un phénomène dont les mécanismes de régulation sont conservés auprès de nombreux autres organismes. Lors de la division de la levure, plus d’une trentaine de transcrits sont localisés par transport actif à l’extrémité du bourgeon de la cellule-fille. Parmi ceux-ci, l’ARNm ASH1 est le mieux caractérisé et constitue le modèle utilisé dans cette étude. Pour exercer sa fonction, la protéine Ash1 doit être produite uniquement après la localisation de l’ARNm ASH1. Pour ce faire, les mécanismes de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 empêchent son expression durant le transport. Ce projet de recherche vise à étudier les mécanismes de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 par les répresseurs traductionnels connus, soit Khd1, Puf6 et Loc1. Les études antérieures se sont penchées sur ces facteurs de manière individuelle. Cependant, dans cette étude, nous avons exploré la présence d’une collaboration entre ceux-ci. Ainsi, nous avons voulu déterminer si les répresseurs traductionnels peuvent être intégrés en une seule voie de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1. De plus, nous avons cherché à identifier le mécanisme de recrutement des répresseurs traductionnels sur l’ARNm ASH1, qui correspond au point initial des voies de régulations de l’ARNm ASH1. Nos résultats montrent que les répresseurs traductionnels de l’ARNm ASH1, soit Khd1 et Puf6, font partie d’une même voie de régulation de la traduction. Le rôle du facteur nucléaire Loc1 dans la voie de régulation de la traduction, quant à elle, a été examinée à partir d’expériences permettant l’étude du mécanisme de recrutement des répresseurs traductionnels dans le noyau. Ainsi, nos travaux montrent que Puf6 et Loc1 sont associés de manière ARN-dépendant avec la machinerie de transcription, notamment au facteur d’élongation de la transcription Spt4-Spt5/DSIF. Par ailleurs, notre laboratoire a précédemment montré que la localisation nucléaire de la protéine de liaison à l’ARN She2 est essentielle au recrutement des facteurs Loc1 et Puf6 sur l’ARNm ASH1. Des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) supportent l’hypothèse que le recrutement de Loc1 est essentiel à celui de Puf6, qui s’effectue ultérieurement. Ainsi, à partir des résultats de cette étude et des résultats publiés précédemment dans notre laboratoire, nous avons élaboré un modèle de recrutement coordonné des facteurs She2, Loc1 et Puf6 sur l’ARNm ASH1 naissant. De manière générale, cette étude a permis d’établir la présence d’une seule voie de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 et une meilleure connaissance du recrutement des facteurs de répression traductionnelle sur celui-ci.

CDK9 a potential target for drug development

The family of Cyclin-Dependent Kinases (CDKs) can be subdivided into two major functional groups based on their roles in cell cycle and/or transcriptional control. CDK9 is the catalytic subunit of positive transcription elongation factor b (P-TEFb). CDK9 is the kinase of the TAK complex (Tat-associated kinase complex), and binds to Tat protein of HIV, suggesting a possible role for CDK9 in AIDS progression. CDK9 complexed with its regulatory partner cyclin T1, serves as a cellular mediator of the transactivation function of the HIV Tat protein. P-TEFb is responsible for the phosphorylation of the carboxyl-terminal domain of RNA Pol II, resulting in stimulation of transcription. Furthermore, the complexes containing CDK9 induce the differentiation in distinct tissue. The CDK9/cyclin T1 complex is expressed at higher level in more differentiated primary neuroectodermal and neuroblastoma tumors, showing a correlation between the kinase expression and tumor differentiation grade. This may have clinical and therapeutical implications for these tumor types. Among the CDK inhibitors two have shown to be effective against CDK9: Roscovitine and Flavopiridol. These two inhibitors prevented the replication of human immunodeficiency virus (HIV) type 1 by blocking Tat transactivation of the HIV type 1 promoter. These compounds inhibit CDKs by binding to the catalytic domain in place of ATP, preventing transfer of a phosphate group to the substrate. More sensitive therapeutic agents of CDK9 can be designed, and structural studies can add information in the understanding of this kinase. The major features related to CDK9 inhibition will be reviewed in this article.