Perinuclear Mlp proteins down-regulate gene expression in response to a defect in mRNA export

Résumé Une caractéristique des cellules eucaryotes est le confinement du matériel génétique (ADN/DNA) dans le noyau. Pour décoder cette information, un ARN messager (mRNA) est d'abord transcrit sous forme d'un ARN prémessager (pré-mRNA). Ce-dernier doit subir plusieurs étapes de maturation pour aboutir à une particule ribonucléoprotéique (mRNP) qui sera exportée vers le cytoplasme et traduite en protéine. La protéine de levure Mex67p et son homologue humain TAP sont des récepteurs d'export médiant la translocation du mRNP au travers des complexes du pore nucléaire (NPC). Mex67p/TAP ne se lient pas directement au mRNA, mais nécessitent la présence de protéines adaptatrices, telles que Yra1p et son homologue humain REF1. Afin d'identifier de nouveaux facteurs impliqués dans l'export des mRNPs ou de nouvelles fonctions pour Yra1p, nous avons effectué un crible génétique avec un mutant thermosensible de Yra1p, GFP-yra 1 -8. Ce mutant présente un défaut d'export des mRNAs et une diminution des niveaux de transcrits du gène rapporteur LacZ ainsi que de certains transcrits endogènes. Nous avons trouvé que la perte de Mlp2p, ou d'une protéine hautement similaire, Mlp1p, restaure la croissance du mutant GFP-yra1-8 à température restrictive. Mlp1p et Mlp2p sont des protéines nucléaires, dont l'homologue humain est TPR. Les Mlp (myosin¬like proteins) ainsi que TPR forment des structures filamenteuses ancrées aux NPC. Bien que la fonction des Mlp ne soit pas clairement définie, un rôle dans la biogenèse et la surveillance des mRNPs a été récemment proposé. Notre étude montre que la perte des Mlp, non seulement restaure la croissance de GFP-yra1-8, mais augmente aussi les niveaux des transcrits LacZ et facilite leur apparition dans le cytoplasme. Des expériences d'immunoprécipitations de la chromatine révèlent que Mlp2p diminue le taux de synthèse du transcrit LacZ dans GFP-yra1-8. Des analyses du transcriptome montrent que Mlp2p réduit aussi les niveaux d'une population de transcrits endogènes dans le mutant. Finalement, des localisations in situ suggèrent que la transcription du rapporteur LacZ a lieu à la périphérie du noyau, à proximité des Mlp. Ainsi, les protéines Mlp pourraient préférentiellement diminuer la transcription de gènes exprimés à la périphérie nucléaire. Nous montrons aussi que Yra1p interagit génétiquement avec Nab2p une protéine liée au mRNA et impliquée dans son export, mais non avec d'autres protéines également impliquées dans l'export des mRNAs. Les résultats obtenus soutiennent un modèle où les protéines Yra1p et Nab2p sont nécessaires à l'arrimage des mRNPs sur la plate-forme des Mlp. Si ces signaux manquent ou sont défectueux, les mRNPs ne peuvent pas poursuivre leur trajet vers le canal central du NPC. Ce bloc induirait par la suite une diminution de la transcription d'une population de gènes potentiellement localisée à la périphérie nucléaire. Dans son ensemble, cette étude suggère que les protéines Mlp établissent un lien entre la transcription de certains mRNAs et leur export au travers du pore nucléaire. Summary A hallmark of the eukaryotic cell is the packaging of DNA in the nucleus. To decode the genetic information, a messenger RNA (mRNA) is first synthesized as a pre-mRNA molecule, which undergoes different maturation steps resulting in an mRNP (messenger RNA ribonucleoprotein), which can be actively transported to the cytoplasm and translated into a protein. Yeast Mex67p and its human homologue TAP are export receptors mediating mRNP translocation through the nuclear pore complex (NPC). The recruitment of Mex67p/TAP to mRNA is mediated by mRNA export adaptors of the evolutionarily conserved REF (RNA and Export Factor binding) family: yeast Yra1p and human REF1. To uncover new functions of Yra1p or new factors implicated in mRNA export, we performed a genetic screen with a themiosensitive (ts) yra1 mutant, GFP-yra1-8. This mutant exhibits mRNA export defects and a decrease in the levels of LacZ reporter and certain endogenous transcripts. We found that the loss of Mlp2p, or the related Mlp1p protein, substantially rescues the growth defect of the GFP-yra1 -8 mutant. Mlp1p and M1p2p are large non-essential proteins, homologous to human TPR, proposed to form intra-nuclear filamentous structures anchored at the NPC. Their role is not clearly defined, but they have been implicated in mRNP biogenesis and surveillance. Our study shows that loss of Mlp proteins not only restores growth of GFP-yra1-8, but also rescues LacZ mRNA levels and increases their appearance in the cytoplasm. Chromatin immunoprecipitation and pulse chase experiments indicate that Mlp2p down-regulates LacZ mRNA synthesis in GFP-yra1-8. DNA micro- array analyses reveal that Mlp2p also reduces the levels of a subset of cellular transcripts in the yra1 mutant strain. In situ localizations suggest that LacZ transcription occurs at the nuclear periphery, in close proximity to Mlp proteins. Thus, Mlp proteins may preferentially down-regulate genes expressed at the nuclear periphery. Finally, we show that Yra1p genetically interacts with the shuttling mRNA-binding protein Nab2p and that loss of Mlp proteins rescues the growth defect of yra1 and nab2, but not other mRNA export mutants. The data support a model in which Nab2p and Yra1p are required for rnRNP docking to the Mlp platform. Lack of these signals prevents mRNPs from crossing the Mlp gate. This block may then negatively feed-back on the transcription of a subset of genes, potentially located at the nuclear envelope. Overall, this study suggests that perinuclear Mlp proteins establish a link between mRNA transcription and export.

Intraneuronal angiotensinergic system in rat and human dorsal root ganglia.

To elucidate the local formation of angiotensin II (Ang II) in the neurons of sensory dorsal root ganglia (DRG), we studied the expression of angiotensinogen (Ang-N)-, renin-, angiotensin converting enzyme (ACE)- and cathepsin D-mRNA, and the presence of protein renin, Ang II, Substance P and calcitonin gene-related peptide (CGRP) in the rat and human thoracic DRG. Quantitative real time PCR (qRT-PCR) studies revealed that rat DRG expressed substantial amounts of Ang-N- and ACE mRNA, while renin mRNA as well as the protein renin were untraceable. Cathepsin D-mRNA and cathepsin D-protein were detected in the rat DRG indicating the possibility of existence of pathways alternative to renin for Ang I formation. Angiotensin peptides were successfully detected with high performance liquid chromatography and radioimmunoassay in human DRG extracts. In situ hybridization in rat DRG confirmed additionally expression of Ang-N mRNA in the cytoplasm of numerous neurons. Intracellular Ang II staining could be shown in number of neurons and their processes in both the rat and human DRG. Interestingly we observed neuronal processes with angiotensinergic synapses en passant, colocalized with synaptophysin, within the DRG. In the DRG, we also identified by qRT-PCR, expression of Ang II receptor AT(1A) and AT(2)-mRNA while AT(1B)-mRNA was not traceable. In some neurons Substance P and CGRP were found colocalized with Ang II. The intracellular localization and colocalization of Ang II with Substance P and CGRP in the DRG neurons may indicate a participation and function of Ang II in the regulation of nociception. In conclusion, these results suggest that Ang II may be produced locally in the neurons of rat and human DRG and act as a neurotransmitter.

FADD adaptor and PEA-15/ERK1/2 partners in major depression and schizophrenia postmortem brains: Basal contents and effects of psychotropic treatments.

Enhanced brain apoptosis (neurons and glia) may be involved in major depression (MD) and schizophrenia (SZ), mainly through the activation of the intrinsic (mitochondrial) apoptotic pathway. In the extrinsic death pathway, pro-apoptotic Fas-associated death domain (FADD) adaptor and its non-apoptotic p-Ser194 FADD form have critical roles interacting with other death regulators such as phosphoprotein enriched in astrocytes of 15kDa (PEA-15) and extracellular signal-regulated kinase (ERK). The basal status of FADD (protein and messenger RNA (mRNA)) and the effects of psychotropic drugs (detected in blood/urine samples) were first assessed in postmortem prefrontal cortex of MD and SZ subjects (including a non-MD/SZ suicide group). In MD, p-FADD, but not total FADD (and mRNA), was increased (26%, n=24; all MD subjects) as well as p-FADD/FADD ratio (a pro-survival marker) in antidepressant-free MD subjects (50%, n=10). In contrast, cortical FADD (and mRNA), p-FADD, and p-FADD/FADD were not altered in SZ brains (n=21) regardless of antipsychotic medications (except enhanced mRNA in treated subjects). Similar negative results were quantified in the non-MD/SZ suicide group. In MD, the regulation of multifunctional PEA-15 (i.e., p-Ser116 PEA-15 blocks pro-apoptotic FADD and PEA-15 prevents pro-survival ERK action) and the modulation of p-ERK1/2 were also investigated. Cortical p-PEA-15 was not changed whereas PEA-15 was increased mainly in antidepressant-treated subjects (16-20%). Interestingly, cortical p-ERK1/2/ERK1/2 ratio was reduced (33%) in antidepressant-free when compared to antidepressant-treated MD subjects. The neurochemical adaptations of brain FADD (increased p-FADD and pro-survival p-FADD/FADD ratio), as well as its interaction with PEA-15, could play a major role to counteract the known activation of the mitochondrial apoptotic pathway in MD.

Immunohistochemistry as a valuable tool to assess CD30 expression in peripheral T-cell lymphomas: high correlation with mRNA levels.

The extended use of brentuximab-vedotin was reported for CD30(+) nonanaplastic peripheral T-cell lymphomas (PTCLs) with promising efficacy. CD30 status assessment is thus a critical factor for therapeutic decision, but the reliability of immunohistochemistry (IHC) in evaluating its expression remains to be defined. This prompted us to investigate the correlation between semiquantitative CD30 protein assessment by IHC and messenger RNA (mRNA) assessment by microarrays in a cohort of 376 noncutaneous PTCLs representative of the main entities. By IHC, CD30 expression was heterogeneous across and within entities and significantly associated with large tumor cell size. In addition to 100% anaplastic large-cell lymphomas, 57% of other PTCL entities were CD30-positive at a 5% threshold. CD30 protein expression was highly correlated to mRNA levels. mRNA levels were bimodal, separating high from low CD30-expressing PTCL cases. We conclude that IHC is a valuable tool in clinical practice to assess CD30 expression in PTCLs.

Glyoxysomal malate-dehydrogenase and malate synthase from Soybean cotyledons (Glycine max. L.): Enzyme association, antibody-production and cDNA cloning

In order to investigate a possible association between soybean malate synthase (MS; L-malate glyoxylate-lyase, CoA-acetylating, EC 4.1.3.2) and glyoxysomal malate dehydrogenase (gMDH; (S)-malate: NAD(+) oxidoreductase, EC 1.1.1.37), two consecutive enzymes in the glyoxylate cycle, their elution profiles were analyzed on Superdex 200 HR fast protein liquid chromatography columns equilibrated in low- and high-ionic-strength buffers. Starting with soluble proteins extracted from the cotyledons of 5-d-old soybean seedlings and a 45% ammonium sulfate precipitation, MS and gMDH coeluted on Superdex 200 HR (low-ionic-strength buffer) as a complex with an approximate relative molecular mass (M(r)) of 670000. Dissociation was achieved in the presence of 50 mM KCl and 5 mM MgCl2, with the elution of MS as an octamer of M, 510 000 and of gMDH as a dimer of M, 73 000. Polyclonal antibodies raised to the native copurified enzymes recognized both denatured MS and gMDH on immunoblots, and their native forms after gel filtration. When these antibodies were used to screen a lambda ZAP II expression library containing cDNA from 3-d-old soybean cotyledons, they identified seven clones encoding gMDH, whereas ten clones encoding MS were identified using an antibody to SDS-PAGE-purified MS. Of these cDNA clones a 1.8 kb clone for MS and a 1.3-kb clone for gMDH were fully sequenced. While 88% identity was found between mature soybean gMDH and watermelon gMDH, the N-terminal transit peptides showed only 37% identity. Despite this low identity, the soybean gMDH transit peptide conserves the consensus R(X(6))HL motif also found in plant and mammalian thiolases.

In vivo imaging of the central and peripheral effects of sleep deprivation and suprachiasmatic nuclei lesion on PERIOD-2 protein in mice.

STUDY OBJECTIVES: That sleep deprivation increases the brain expression of various clock genes has been well documented. Based on these and other findings we hypothesized that clock genes not only underlie circadian rhythm generation but are also implicated in sleep homeostasis. However, long time lags have been reported between the changes in the clock gene messenger RNA levels and their encoded proteins. It is therefore crucial to establish whether also protein levels increase within the time frame known to activate a homeostatic sleep response. We report on the central and peripheral effects of sleep deprivation on PERIOD-2 (PER2) protein both in intact and suprachiasmatic nuclei-lesioned mice. DESIGN: In vivo and in situ PER2 imaging during baseline, sleep deprivation, and recovery. SETTINGS: Mouse sleep-recording facility. PARTICIPANTS: Per2::Luciferase knock-in mice. INTERVENTIONS: N/A. MEASUREMENTS AND RESULTS: Six-hour sleep deprivation increased PER2 not only in the brain but also in liver and kidney. Remarkably, the effects in the liver outlasted those observed in the brain. Within the brain the increase in PER2 concerned the cerebral cortex mainly, while leaving suprachiasmatic nuclei (SCN) levels unaffected. Against expectation, sleep deprivation did not increase PER2 in the brain of arrhythmic SCN-lesioned mice because of higher PER2 levels in baseline. In contrast, liver PER2 levels did increase in these mice similar to the sham and partially lesioned controls. CONCLUSIONS: Our results stress the importance of considering both sleep-wake dependent and circadian processes when quantifying clock-gene levels. Because sleep deprivation alters PERIOD-2 in the brain as well as in the periphery, it is tempting to speculate that clock genes constitute a common pathway mediating the shared and well-known adverse effects of both chronic sleep loss and disrupted circadian rhythmicity on metabolic health.

Terutroban, A TP-receptor antagonist, reduces portal pressure in cirrhotic rats.

Increased production of vasoconstrictive prostanoids, such as thromboxane A2 (TXA2 ), contributes to endothelial dysfunction and increased hepatic vascular tone in cirrhosis. TXA2 induces vasoconstriction by way of activation of the thromboxane-A2 /prostaglandin-endoperoxide (TP) receptor. This study investigated whether terutroban, a specific TP receptor blocker, decreases hepatic vascular tone and portal pressure in rats with cirrhosis due to carbon tetrachloride (CCl4 ) or bile duct ligation (BDL). Hepatic and systemic hemodynamics, endothelial dysfunction, liver fibrosis, hepatic Rho-kinase activity (a marker of hepatic stellate cell contraction), and the endothelial nitric oxide synthase (eNOS) signaling pathway were measured in CCl4 and BDL cirrhotic rats treated with terutroban (30 mg/kg/day) or its vehicle for 2 weeks. Terutroban reduced portal pressure in both models without producing significant changes in portal blood flow, suggesting a reduction in hepatic vascular resistance. Terutroban did not significantly change arterial pressure in CCl4 -cirrhotic rats but decreased it significantly in BDL-cirrhotic rats. In livers from CCl4 and BDL-cirrhotic terutroban-treated rats, endothelial dysfunction was improved and Rho-kinase activity was significantly reduced. In CCl4 -cirrhotic rats, terutroban reduced liver fibrosis and decreased alpha smooth muscle actin (α-SMA), collagen-I, and transforming growth factor beta messenger RNA (mRNA) expression without significant changes in the eNOS pathway. In contrast, no change in liver fibrosis was observed in BDL-cirrhotic rats but an increase in the eNOS pathway. CONCLUSION: Our data indicate that TP-receptor blockade with terutroban decreases portal pressure in cirrhosis. This effect is due to decreased hepatic resistance, which in CCl4 -cirrhotic rats was linked to decreased hepatic fibrosis, but not in BDL rats, in which the main mediator appeared to be an enhanced eNOS-dependent vasodilatation, which was not liver-selective, as it was associated with decreased arterial pressure. The potential use of terutroban for portal hypertension requires further investigation.

Genetic analysis and cAMP measurement: comparison between lean and obese anovulating mice

PURPOSE: To evaluate genes differentially expressed in ovaries from lean (wild type) and obese (ob/ob) female mice and cyclic AMP production in both groups.METHODS: The expression on messenger RNA levels of 84 genes concerning obesity was analyzed through the PCR array, and cyclic AMP was quantified by the enzyme immunoassay method.RESULTS: The most downregulated genes in the Obesity Group included adenylate cyclase-activating polypeptide type 1, somatostatin, apolipoprotein A4, pancreatic colipase, and interleukin-1 beta. The mean decrease in expression levels of these genes was around 96, 40, 9, 4.2 and 3.6-fold, respectively. On the other hand, the most upregulated genes in the Obesity Group were receptor (calcitonin) activity-modifying protein 3, peroxisome proliferator activated receptor alpha, calcitonin receptor, and corticotropin-releasing hormone receptor 1. The increase means in the expression levels of such genes were 2.3, 2.7, 4.8 and 6.3-fold, respectively. The ovarian cyclic AMP production was significantly higher in ob/ob female mice (2,229±52 fMol) compared to the Control Group (1,814±45 fMol).CONCLUSIONS: Obese and anovulatory female mice have reduced reproductive hormone levels and altered ovogenesis. Several genes have their expression levels altered when leptin is absent, especially adenylate cyclase-activating polypeptide type 1.

Collagenase specificity in chondrosarcoma metastasis

The treatment of some mesenchymal malignancies has made significant gains over the past few decades with the development of effective systemic therapies. In contrast, the treatment of chondrosarcoma has been limited to surgical resection, with the most significant prognostic indicators being surgical margins and histologic grade. We have reported that MMP-1/TIMP-1 gene expression serves to prognosticate for tumor recurrence in this group of patients. This led to the hypothesis that collagenase activity facilitates cell egression from the cartilaginous matrix. In the current study we examine the specificity of collagenase gene expression in archival human chondrosarcoma samples using semi-quantitative PCR. Messenger RNA was affinity extracted and subject to reverse transcription. The subsequent cDNA was amplified using novel primers and quantitated by densitometry. Ratios of gene expression were constructed and compared to disease-free survival. The data demonstrate that the significance of the MMP-1/TIMP-1 ratio as a predictor of recurrence is confirmed with a larger number of patients. Neutrophil collagenase or MMP-8 was observed in only 5 of 29 samples. Collagenase-3 or MMP-13 was observed in all samples but the level did not correlate with disease-free survival. Since the collagenases have similar activity for fibrillar collagens and cleave the peptide in the same location, post-transcriptional regulatory mechanisms may account for the observed specificity. The determination of the MMP-1/TIMP-1 gene expression ratio not only serves to identify those patients at risk for recurrence but may also serve as a novel therapeutic avenue as an adjunct to surgical resection.

Diel patterns and tissue-specificity of environmental responses in fish

Humans are profoundly changing aquatic environments through climate change and the release of nutrients and chemicals. To understand the effects of these changes on natural populations, knowledge on individuals’ environmental responses is needed. At the molecular level, the environmental responses are partly mediated by chances in messenger RNA and protein levels. In this thesis I study messenger RNA and protein responses to an assortment of environmental stressors in fish. As daily (diel) rhythms are known to be ubiquitous in different tissues, I particularly focus on diel patterns in the responses. The studied species are the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus L.) and the Arctic char (Salvelinus alpinus L.), both of which have circumpolar distribution in the Northern hemisphere. In the first two studies, three-spined sticklebacks were exposed to both the non-steroidal anti-inflammatory drug diclofenac and low-oxygen conditions (hypoxia), and their responses measured at separate time points in the liver and gills. The results show how the seemingly unrelated environmental stressors, hypoxia and anti-inflammatory drugs, can have harmful combined effects that differ from the effects of each stressor alone. Moreover, both stressors disturbed natural diel patterns in gene expression. In the third study, I studied the responses of three-spined sticklebacks to two test chemicals: one used in hormonal medicine (17α-ethinyl-oestradiol) and one used as a plasticizer and solvent chemical (di-n-butyl phthalate). The results suggest that the phthalate can affect genes related to spermatogenesis in fish testes, while estrogen-mimicking compounds can lead to numerous disturbances in the endocrine system. In the final study, the temperature-dependence of diel rhythms in messenger RNA levels were evaluated in the liver tissue of the Arctic char, a cold-adapted salmonid. The results show that cold acclimation repressed diel rhythms in gene expression compared to warm-acclimated fish, in which the expression of hundreds of genes was rhythmic, suggesting the circadian clock of the Arctic fish species can be sensitive to temperature. Overall, the results of the thesis indicate that fishes’ responses to abiotic factors interact with their diel rhythms, and more studies on the consequences of these interactions are needed to comprehensively understand human impacts on ecosystems.

Étude de l’activité de Staufen1 dans la régulation traductionnelle de certains ARNm

Le transport et la traduction localisée des ARN messagers sont observés chez plusieurs organismes et sont requis pour de multiples phénomènes tels la mémoire, la division cellulaire asymétrique et l’établissement des axes durant le développement. Staufen, une protéine liant l’ARN double-brin, a été identifié dans un premier temps chez la mouche à fruits Drosophila melanogaster. Il a été montré, chez cet organisme, que Staufen est requis pour la localisation des messagers bicoid et oskar aux pôles antérieur et postérieur de l’ovocyte, respectivement. Également, Staufen est requis afin que la répression traductionnelle du messager oskar soit levée une fois qu’il est bien localisé. Chez les mammifères, Stau1 est une protéine ubiquiste qui est présente dans des complexes prenant la forme de granules dans les dendrites des neurones. Également, Stau1 peut interagir de façon indépendante de l’ARN avec le ribosome et cofractionner tant avec la sous-unité 40S qu’avec la sous-unité 60S du ribosome dans un gradient de saccharose. L’implication de Stau1 dans un mécanisme permettant la dérépression traductionnelle de certains ARNm chez les mammifères était donc une voie d’investigation intéressante. Nous avons donc décidé de vérifier si Stau1 mammifère avait la capacité de stimuler la traduction d’un ARNm cellulaire via un mécanisme régulé. Au moment où cette thèse a été entreprise, aucun ARNm cellulaire lié par Stau1 n’avait été identifié chez les mammifères. Des structures d’ARN double-brin ont donc été employées afin de réprimer la traduction d’un ARNm rapporteur. C’est ainsi que nous avons montré que Stau1 peut stimuler la traduction d’un ARNm lorsqu’il lie celui-ci dans sa région 5’ non-traduite. Par la suite, en employant des micropuces d’ADN, nous avons identifié des messagers cellulaires dont la distribution dans les polysomes lourds est modifiée par Stau1. En effet, un groupe de messagers est enrichi dans les polysomes lourds suite à une surexpression de Stau1, ce qui suggère que Stau1 stimule la traduction de cette population d’ARNm. Afin d’identifier un mécanisme potentiel de régulation de l’activité traductionnelle de Stau1, nous nous sommes intéressés à la capacité d’auto-association de cette protéine. Nous avons montré que Stau1, tout comme plusieurs protéines liant l’ARN double-brin, est en mesure de s’associer à lui-même, et ce, d’une façon indépendante de l’ARN. Nous avons identifié les déterminants impliqués mettant ainsi au jour un nouveau mécanisme pouvant influencer les activités cellulaires de Stau1. Les résultats présentés dans cette thèse suggèrent donc que Stau1 est en mesure de stimuler la traduction d’une sous-population précise d’ARN messagers au sein de la cellule permettant ainsi de jeter un regard nouveau sur l’implication de cette protéine dans divers phénomènes au sein de l’organisme.

Étude de la régulation du facteur de transcription NF-kB dans l'infection par le RSV

L’infection par le Virus Respiratoire Syncytial cause des affections pulmonaires aiguës en pédiatrie caractérisée par une réponse inflammatoire excessive médiée par la production de cytokines par les cellules épithéliales des voies aériennes. Les gènes codant pour ces cytokines sont régulés par le facteur de transcription NF-κB (p50/p65) dont l’activation est classiquement induite par la phosphorylation de son inhibiteur IκBα, ce qui permet l’accumulation de l’hétérodimère au noyau. Par contre, nous avons récemment identifié la phosphorylation en sérine 536 de la sous-unité p65 comme une autre étape essentielle à son activation lors de l’infection des AEC par RSV. Le travail présenté dans ce mémoire a permis de démontrer que l’inhibition de l’expression de RIG-I, de Cardif ou de TRAF6, 3 protéines impliquées dans la reconnaissance cellulaire des virus, conduit à l’inhibition de cette phosphorylation en réponse à RSV. Nous avons également établi à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques et d’ARNi que, parmi les diverses kinases connues pour phosphoryler p65 en réponse à divers stimulus, IKKα/β sont essentielles à cette phosphorylation lors d’une stimulation par RSV. Puisque TRAF6 est bien connu dans la littérature pour activer le complexe IKK, nous proposons que TRAF6, après reconnaissance de l’ARN viral de RSV par RIG-I, active le complexe IKK qui induit la phosphorylation de la sousunité p65 de NF-κB, permettant l’expression de gènes cibles. D’autre part, nous avions précédemment démontré que Nox2, un isoforme de NADPH oxydase, contrôle l’activation de NF-κB en régulant les phosphorylations de IκBα et p65. Nous montrons ici que l’inhibition de Nox2 réduit fortement l’activité du complexe kinase IKK. De plus, la présence au niveau basal de Nox2 est critique pour le niveau d’ARN messager de Cardif. Nous proposons donc que la régulation de la phosphorylation de p65 en ser536 par Nox2 soit via son effet sur Cardif en permettant la fonctionnalité de la voie RIG-I.

MiR-16, un nouveau régulateur du transporteur de glucose dépendant de l’insuline GLUT-4

Les microARNs sont des petits ARNs non codants d'environ 22 nucléotides qui régulent négativement la traduction de l'ARN messager cible (ARNm) et ont donc des fonctions cellulaires. Le microARN-16 (miR-16) est connu pour ses effets antiprolifératifs. Nous avons observé que l’expression de miR-16 est diminuée dans les cellules endothéliales humaines sénescentes et quiescentes en comparaison à des cellules prolifératives. Une analyse informatique des sites potentiels de liaison de miR-16 prévoit que GLUT-4, un transporteur du glucose insulinodépendant, pourrait être une cible potentielle du miR-16. Nous avons donc testé l'hypothèse que miR-16 régule négativement le métabolisme du glucose cellulaire. Dans des HUVEC, l'inhibition de miR-16 endogène avec des anti-miRNA oligonucléotides (AMO) augmente les niveaux protéiques de GLUT-4 de 1,7 ± 0,4 fois (p=0,0037 ; n=9). Dans des souris nourries avec un régime alimentaire normal ou riche en graisse et en sucre, l’expression de GLUT-4 dans le muscle squelettique a tendance à corréler négativement avec les niveaux de miR-16 (p=0,0998, r2=0,3866, n=4). Ces résultats suggèrent que miR-16 est un régulateur négatif de GLUT-4 et qu’il pourrait être impliqué dans la régulation du métabolisme cellulaire du glucose.

Influence de l'initiation de la traduction sur le changement programmé du cadre de lecture en -1 responsable de la synthèse des enzymes du virus de l’immunodéficience humaine de type 1

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) est responsable du syndrome de l’immunodéficience acquise (SIDA). Il faut identifier de nouvelles cibles pour le développement d’agents anti-VIH-1, car ce virus développe une résistance aux agents présentement utilisés. Notre but est d’approfondir la caractérisation de l’étape du changement de cadre de lecture ribosomique en -1 (déphasage -1) nécessaire à la production du précurseur des enzymes du VIH-1. Ce déphasage est programmé et effectué par une minorité de ribosomes lorsqu’ils traduisent la séquence dite glissante à un endroit spécifique de l’ARN messager (ARNm) pleine-longueur du VIH-1. L’efficacité de déphasage est contrôlée par le signal stimulateur de déphasage (SSF), une tige-boucle irrégulière située en aval de la séquence glissante. La structure du SSF est déroulée lors du passage d’un ribosome, mais elle peut se reformer ensuite. Nous avons montré que des variations de l’initiation de la traduction affectent l’efficacité de déphasage. Nous avons utilisé, dans des cellules Jurkat-T et HEK 293T, un rapporteur bicistronique où les gènes codant pour les luciférases de la Renilla (Rluc) et de la luciole (Fluc) sont séparés par la région de déphasage du VIH-1. La Rluc est produite par tous les ribosomes traduisant l’ARNm rapporteur alors que la Fluc est produite uniquement par les ribosomes effectuant un déphasage. L’initiation de ce rapporteur est coiffe-dépendante, comme pour la majorité des ARNm cellulaires. Nous avons examiné l’effet de trois inhibiteurs de l’initiation et montré que leur présence augmente l’efficacité de déphasage. Nous avons ensuite étudié l’effet de la tige-boucle TAR, qui est présente à l’extrémité 5’ de tous les ARNm du VIH-1. TAR empêche la liaison de la petite sous-unité du ribosome (40S) à l’ARNm et module aussi l’activité de la protéine kinase dépendante de l’ARN double-brin (PKR). L’activation de PKR inhibe l’initiation en phosphorylant le facteur d’initiation eucaryote 2 (eIF2) alors que l’inhibition de PKR a l’effet inverse. Nous avons étudié l’effet de TAR sur la traduction et le déphasage via son effet sur PKR en utilisant TAR en trans ou en cis, mais à une certaine distance de l’extrémité 5’ afin d’éviter l’interférence avec la liaison de la 40S. Nous avons observé qu’une faible concentration de TAR, qui active PKR, augmente l’efficacité de déphasage alors qu’une concentration élevée de TAR, qui inhibe PKR, diminue cette efficacité. Nous avons proposé un modèle où des variations de l’initiation affectent l’efficacité de déphasage en modifiant la distance entre les ribosomes parcourant l’ARNm et, donc, la probabilité qu’ils rencontrent un SSF structuré. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de la région 5’ non traduite (UTR) de l’ARNm pleine-longueur du VIH-1 sur l’efficacité de déphasage. Cette 5’UTR contient plusieurs régions structurées, dont TAR à l’extrémité 5’, qui peut interférer avec l’initiation. Cet ARNm a une coiffe permettant une initiation coiffe-dépendante ainsi qu’un site d’entrée interne des ribosomes (IRES), permettant une initiation IRES-dépendante. Nous avons introduit cette 5’UTR, complète ou en partie, comme 5’UTR de notre ARNm rapporteur bicistronique. Nos résultats démontrent que cette 5’UTR complète inhibe l’initiation coiffe dépendante et augmente l’efficacité de déphasage et que ces effets sont dus à la présence de TAR suivie de la tige-boucle Poly(A). Nous avons aussi construit un rapporteur tricistronique où les ribosomes exprimant les luciférases utilisent obligatoirement l’IRES. Nous avons observé que cette initiation par l’IRES est faible et que l’efficacité de déphasage correspondante est également faible. Nous avons formulé une hypothèse pour expliquer cette situation. Nous avons également observé que lorsque les deux modes d’initiation sont disponibles, l’initiation coiffe dépendante est prédominante. Finalement, nous avons étudié l’effet de la protéine virale Tat sur l’initiation de la traduction et sur l’efficacité de déphasage. Nous avons montré qu’elle augmente l’initiation de la traduction et que son effet est plus prononcé lorsque TAR est située à l’extrémité 5’ des ARNm. Nous proposons un modèle expliquant les effets de Tat sur l’initiation de la traduction par l’inhibition de PKR ainsi que par des changements de l’expression de protéines cellulaires déroulant TAR. Ces résultats permettent de mieux comprendre les mécanismes régissant le déphasage du VIH-1, ce qui est essentiel pour le développement d’agents anti-déphasage.

Identification de modifications post-traductionnelles de Staufen1 et étude de leur fonction régulatrice

La régulation post-transcriptionnelle joue un rôle de premier plan dans le contrôle fin de l’expression génique en permettant une modulation de la synthèse de protéines dans le temps et l’espace, en fonction des besoins de la cellule. Ainsi, des protéines reconnaissant des éléments d’ARN présents sur des transcrits peuvent influencer toutes les étapes de leur existence, soit leur épissage, leur export nucléaire, leur localisation subcellulaire, leur traduction et leur dégradation. Staufen1 (Stau1) est un membre de la famille des protéines liant l’ARN double-brin qui contribue à la régulation post-transcriptionnelle par son implication dans des mécanismes qui vont promouvoir l’épissage alternatif, le transport, la dé-répression de la traduction et l’induction de la dégradation d’ARN messagers (ARNm) spécifiques. L’identité des cibles potentielles de Stau1 est maintenant connue puisqu’une étude à l’échelle du génome a montré que la protéine s’associe à près de 7% du transcriptome des cellules HEK293T. Ces ARNm se classent dans un large éventail de catégories fonctionnelles, mais il est tout de même intéressant de noter qu’une grande proportion d’entre eux code pour des protéines reliées au métabolisme cellulaire et à la régulation de processus cellulaires. En considérant toutes ces informations, nous avons émis l’hypothèse que les différentes activités de Stau1 puissent être modulées afin de contrôler adéquatement l’expression des transcrits liés par la protéine. Dans la mesure où certains ARNm faisant partie des complexes définis par la présence de Stau1 codent pour des régulateurs clés de la prolifération cellulaire, nous avons voulu examiner si l’expression de la protéine varie au cours du cycle de division cellulaire. Nous avons montré que l’abondance de Stau1 est maximale en début de mitose et qu’elle diminue ensuite lorsque les cellules complètent la division cellulaire. Nous avons ensuite découvert que cette baisse d’expression de Stau1 en sortie de mitose dépend du complexe promoteur d’anaphase/cyclosome (APC/C). En soutien à l’idée que Stau1 soit une cible de cette ubiquitine ligase de type E3, nous avons de plus démontré que Stau1 est ubiquitiné et dégradé par le protéasome. Ce contrôle des niveaux de Stau1 semble important puisque la surexpression de la protéine retarde la sortie de mitose et entraîne une diminution importante de la prolifération cellulaire. Par ailleurs, nous avons supposé que les différentes fonctions de Stau1 puissent également être sujettes à une régulation. Compte tenu que les activités de nombreuses protéines liant l’ARN peuvent être contrôlées par des modifications post-traductionnelles telles que la phosphorylation, nous avons voulu tester la possibilité que Stau1 soit phosphorylé. L’immunopurification de Stau1 et son analyse par spectrométrie de masse nous a permis d’identifier trois phosphosites dans la protéine. L’évaluation du rôle de ces événements de phosphorylation à l’aide de mutants phoshomimétiques ou non-phoshorylables a révélé que la modification de Stau1 pourrait compromettre son association à la protéine UPF1. Comme cette interaction est nécessaire pour déstabiliser les transcrits liés par Stau1, nos résultats suggèrent fortement que la fonction de Stau1 dans la dégradation d’ARNm est régulée négativement par sa phosphorylation. Toutes ces données mettent en lumière l’importance des modifications post-traductionnelles telles que l’ubiquitination et la phosphorylation dans la modulation de l’expression et des fonctions de Stau 1. Somme toute, il est vraisemblable que ces mécanismes de contrôle puissent avoir un impact significatif sur le destin des ARNm liés par Stau1, particulièrement dans un contexte de progression dans le cycle cellulaire.