Two-hybrid analysis of the interaction between the fission yeast proteins Sal3 and Cdc25

Cdc25 is a mitosis triggering phosphatase in Schizosaccharomyces pombe, and is transported in to the nucleus during G2 phase by the importin-β protein Sal3. Cdc25 triggers mitosis and cell division by dephosphorylating tyrosine 15 of Cdc2. In sal3 mutants, Cdc25 is not transported into the nucleus and the cells halt in G2. The purpose of this study is to use a two-hybrid system to determine the nature of the relationship between Sal3 and Cdc25. Previous research has failed to detect any interaction between the two proteins, but specific modifications were made to the two-hybrid system in this study including the separation of Sal3 into its two binding domains, the addition of fluorescent tags to the fusion protein, and the reversal of plasmids in the fusion proteins. Unique PCR primers were successfully designed, based on a multiple alignment of Sal3 and its homologues, to separate Sal3 into its two domains.

Development of the nervous system in Dugesia tigrina during regeneration after fission and decapitation

In the present study of Dugesia tigrina the development of the nervous system is followed and compared during regeneration after fission and after decapitation. Immunocytochemistry was used, with antisera raised against the biogenic amine, 5-hydroxytryptamine (5-HT) and the two neuropeptides, neuropeptide F (NPF), and FMRF amide. The results indicate that two processes are involved in the formation of the new cerebral ganglion. First, new processes sprouting from the original main longitudinal nerve cords bend transversely, indicating the position of the developing horseshoe-shaped anterior cerebral commissure. Then new nerve cells in front of the commissure differentiate from neoblasts and their growth cones fasciculate with the fibres from the old main longitudinal nerve cords. In the cerebral ganglion, 5-HT-IR cells appear before NPF-IR cells, in contrast to the pharynx where NPF-IR cells differentiate before the 5-HT-IR cells. In the peripheral nervous system, NPF-IR fibres and cells appear at a very early stage and dominate the whole regeneration process. A role for the PNS in early pattern formation is suggested.

Novel role of androgens in mitochondrial fission and apoptosis

Androgen and androgen receptors (AR) play critical roles in the proliferation of prostate cancer through transcriptional regulation of target genes. Here, we found that androgens upregulated the expression of dynamin-related protein 1 (Drp1), which is involved in the induction of mitochondrial fission, a common event in mitosis and apoptosis. Clinical tissue samples and various prostate cancer cell lines revealed a positive correlation between Drp1 and AR levels. Treatment of androgen-sensitive cells with an AR agonist, R1881, and antagonist, bicalutamide, showed that Drp1 is transcriptionally regulated by androgens, as confirmed by an AR ChIP-seq assay. Live imaging experiments using pAcGFP1-Mito stably transfected LNCaP (mito-green) cells revealed that androgen did not induce significant mitochondrial fission by itself, although Drp1 was upregulated. However, when treated with CGP37157 (CGP), an inhibitor of mitochondrial Ca²⁺ efflux, these cells exhibited mitochondrial fission, which was further enhanced by pretreatment with R1881, suggesting that androgen-induced Drp1 expression facilitated CGP-induced mitochondrial fission. This enhanced mitochondrial fission was correlated with increased apoptosis. Transfection with dominant-negative (DN-Drp1, K38A) rescued cells from increased apoptosis, confirming the role of androgen-induced Drp1 in the observed apoptosis with combination treatment. Furthermore, we found that CGP reduced the expression of Mfn1, a protein that promotes mitochondrial fusion, a process which opposes fission. We suggest that androgen-increased Drp1 enhanced mitochondrial fission leading to apoptosis. The present study shows a novel role for androgens in the regulation of mitochondrial morphology that could potentially be utilized in prostate cancer therapy.

Membrane fission is promoted by insertion of amphipathic helices and is restricted by crescent BAR domains

Shallow hydrophobic insertions and crescent-shaped BAR scaffolds promote membrane curvature. Here, we investigate membrane fission by shallow hydrophobic insertions quantitatively and mechanistically. We provide evidence that membrane insertion of the ENTH domain of epsin leads to liposome vesiculation, and that epsin is required for clathrin-coated vesicle budding in cells. We also show that BAR-domain scaffolds from endophilin, amphiphysin, GRAF, and β2-centaurin limit membrane fission driven by hydrophobic insertions. A quantitative assay for vesiculation reveals an antagonistic relationship between amphipathic helices and scaffolds of N-BAR domains in fission. The extent of vesiculation by these proteins and vesicle size depend on the number and length of amphipathic helices per BAR domain, in accord with theoretical considerations. This fission mechanism gives a new framework for understanding membrane scission in the absence of mechanoenzymes such as dynamin and suggests how Arf and Sar proteins work in vesicle scission.

Cement As a Waste Form for Nuclear Fission Products: The Case of 90Sr and Its Daughters

One of the main challenges faced by the nuclear industry is the long-term confinement of nuclear waste. Because it is inexpensive and easy to manufacture, cement is the material of choice to store large volumes of radioactive materials, in particular the low-level medium-lived fission products. It is therefore of utmost importance to assess the chemical and structural stability of cement containing radioactive species. Here, we use ab initio calculations based on density functional theory (DFT) to study the effects of ⁹⁰Sr insertion and decay in C-S-H (calcium-silicate-hydrate) in order to test the ability of cement to trap and hold this radioactive fission product and to investigate the consequences of its β-decay on the cement paste structure. We show that ⁹⁰Sr is stable when it substitutes the Ca²⁺ ions in C-S-H, and so is its daughter nucleus ⁹⁰Y after β-decay. Interestingly, ⁹⁰Zr, daughter of ⁹⁰Y and final product in the decay sequence, is found to be unstable compared to the bulk phase of the element at zero K but stable when compared to the solvated ion in water. Therefore, cement appears as a suitable waste form for ⁹⁰Sr storage.

Functional differentiation of tbf1 orthologues in fission and budding yeasts.

In Saccharomyces cerevisiae, TBF1, an essential gene, influences telomere function but also has other roles in the global regulation of transcription. We have identified a new member of the tbf1 gene family in the mammalian pathogen Pneumocystis carinii. We demonstrate by transspecies complementation that its ectopic expression can provide the essential functions of Schizosaccharomyces pombe tbf1 but that there is no rescue between fission and budding yeast orthologues. Our findings indicate that an essential function of this family of proteins has diverged in the budding and fission yeasts and suggest that effects on telomere length or structure are not the primary cause of inviability in S. pombe tbf1 null strains.

Cold fission: splitting the pombe cell at room temperature.

The mechanisms responsible for cytokinesis and its coordination with other events of the cell cycle are poorly understood. Genetic studies of cytokinesis in fission yeast are one useful approach to this problem. A number of conditional mutants of fission yeast that show defects in the formation of the septum of cytokinesis have been identified. Cloning of the genes affected in these mutants has begun to shed light upon the elements required to direct the construction of the division septum and also upon how the initiation of septum formation may be coordinated with mitosis.

La calnexine: un élément clé dans l'apoptose chez la levure Schizosaccharomyces pombe.

La mort cellulaire programmée (PCD pour Programmed Cell Death) est un processus essentiel aux cellules. Le PCD a d’abord été caractérisé dans le développement cellulaire et peut être divisé en plusieurs groupes selon les caractéristiques observées. L’apoptose, un sous-groupe du PCD, est caractérisé par plusieurs distinctions morphologiques et signalétiques attribué tout d’abord aux organismes complexes pour son rôle dans le développement et dans le maintien de l’intégrité tissulaire. Depuis la dernière décennie, de nombreuses études font état de l’existence d’un programme apoptotique dans des organismes unicellulaires comme les levures. Ce programme apoptotique a surtout été étudié chez les levures Saccharomyces cerevisiae et Schizosaccharomyces pombe et partage certaines caractéristiques avec l’apoptose des mammifères. Par contre, l’apoptose associé aux levures est distinct à certains égards entre autre par l’absence de certains homologues présents chez les mammifères. L’intérêt au niveau de l’étude du phénomène apoptotique chez les levures est sans cesse grandissant par la facilité avec laquelle les levures peuvent être utilisées comme système modèle. L’apoptose peut être induit dans les cellules de différentes façons en réponse à des stimuli internes ou externes. L’accumulation de protéines mal repliées au niveau du réticulum endoplasmique (RE) causant un stress est un inducteur bien caractérisé de la voie apoptotique. La signalisation de l’apoptose dans un cas de stress au RE fait appel aux transducteurs des signaux de la voie du UPR ( Unfolded Protein Response). Récemment, il a été montré que la calnexine, une chaperone transmembranaire du RE connue et caractérisée surtout pour ses fonctions d’aide au repliement des protéines et au contrôle de qualité, joue un rôle dans la transduction du signal apoptotique en réponse au stress du RE chez mammifères. Le rôle de la calnexine dans ce cas consiste principalement en l’échafaudage pour le clivage par la caspase 8 de la protéine apoptotique Bap31. Nous avons tout d’abord démontré que le stress du RE et que la déficience en inositol, un précurseur essentiel de nombreuses molécules signalétiques, sont deux inducteurs de l’apoptose chez la levure S. pombe. Ces deux voies semblent induire l’apoptose par deux voies distinctes puisque seule la voie de la déficience en inositol induit l’apoptose de façon dépendante à la métacaspase Pca1p. La calnexine, essentielle à la viabilité chez la levure S. pombe, est impliquée dans ces deux phénomènes apoptotiques. L’apoptose induit par le stress du RE nécessite une version de la calnexine ancrée à la membrane du RE pour être optimal. De façon opposée, l’apoptose induit par une déficience en inositol nécessite la présence de la queue cytosolique ancrée à la membrane de la calnexine pour être retardé. Ces deux actions différentes imputables à une même protéine laisse croire à une double fonction pro et anti-apoptotique de celle-ci. Suite à la découverte de l’existence d’un clivage endogène de la calnexine en situation normale de croissance, un modèle a été élaboré expliquant les rôles distincts de la calnexine dans ces deux voies apoptotiques. Ce modèle fait état d’un rôle associé au clivage de la calnexine dans l’apoptose.

Études des modifications post-traductionnelles de Khd1p et de leur rôle dans la régulation de la traduction de l'ARNm ASH1 chez la levure Saccharomyces cerrevisiae

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Caractérisation de la chaperone Hsp104 chez la levure Schizosaccharomyces pombe et étude de son rôle dans la propagation des prions de levure

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Étude de l’effet de la metformine sur la survie cellulaire et sur la réparation de l’ADN chez la levure

Jusqu’à présent, la metformine a principalement été employée comme médicament contrôlant l’hyperglycémie des personnes atteintes de diabète de type II. Des études épidémiologiques ont démontré que les personnes, prenant de la metformine, développent moins de cancers. Par exemple, la prise de metformine réduit respectivement de 78% et de 46% les chances de développer un cancer hépatique ou pancréatique. Récemment, il a été montré que la metformine permet de réduire le développement de tumeur au niveau de la peau, suite à l’exposition à des rayons UVB. Dans cette étude, j’ai démontré que la présence de metformine permet une meilleure survie de la levure Saccharomyces cerevisiae suite à l’exposition à des rayons UVC ou UVA. De plus, j’ai démontré que la présence de metformine augmente le recrutement de l’histone Htz1 à la chromatine. Pour une souche htz1Δ, le niveau de survie suite à l’exposition aux rayons UVA est considérablement diminué. Htz1 permet le recrutement de Rad14 au site de dommages à l’ADN faits par les rayons UV. Htz1 est donc important pour la détection de ces sites. Enfin, le recrutement nucléaire de Rad14 en présence de metformine a considérablement augmenté. En absence de Rad14, le niveau de survie suite à l’exposition aux rayons UVA diminue significativement. Donc, Htz1 et Rad14 sont deux protéines clés dans la protection contre les rayons UV apportés par la metformine. En conclusion, avec les différents résultats de cette étude, il est possible de dire que la metformine permet une forme de protection contre les rayons UVC et UVA.

Quantitative proteomics methods for the analysis of histone post-translational modifications

Les histones sont des protéines nucléaires hautement conservées chez les cellules des eucaryotes. Elles permettent d’organiser et de compacter l’ADN sous la forme de nucléosomes, ceux-ci representant les sous unités de base de la chromatine. Les histones peuvent être modifiées par de nombreuses modifications post-traductionnelles (PTMs) telles que l’acétylation, la méthylation et la phosphorylation. Ces modifications jouent un rôle essentiel dans la réplication de l’ADN, la transcription et l’assemblage de la chromatine. L’abondance de ces modifications peut varier de facon significative lors du developpement des maladies incluant plusieurs types de cancer. Par exemple, la perte totale de la triméthylation sur H4K20 ainsi que l’acétylation sur H4K16 sont des marqueurs tumoraux spécifiques a certains types de cancer chez l’humain. Par conséquent, l’étude de ces modifications et des événements determinant la dynamique des leurs changements d’abondance sont des atouts importants pour mieux comprendre les fonctions cellulaires et moléculaires lors du développement de la maladie. De manière générale, les modifications des histones sont étudiées par des approches biochimiques telles que les immuno-buvardage de type Western ou les méthodes d’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP). Cependant, ces approches présentent plusieurs inconvénients telles que le manque de spécificité ou la disponibilité des anticorps, leur coût ou encore la difficulté de les produire et de les valider. Au cours des dernières décennies, la spectrométrie de masse (MS) s’est avérée être une méthode performante pour la caractérisation et la quantification des modifications d’histones. La MS offre de nombreux avantages par rapport aux techniques traditionnelles. Entre autre, elle permet d’effectuer des analyses reproductibles, spécifiques et facilite l’etude d’un large spectre de PTMs en une seule analyse. Dans cette thèse, nous présenterons le développement et l’application de nouveaux outils analytiques pour l’identification et à la quantification des PTMs modifiant les histones. Dans un premier temps, une méthode a été développée pour mesurer les changements d’acétylation spécifiques à certains sites des histones. Cette méthode combine l’analyse des histones intactes et les méthodes de séquençage peptidique afin de déterminer les changements d’acétylation suite à la réaction in vitro par l’histone acétyltransférase (HAT) de levure Rtt109 en présence de ses chaperonnes (Asf1 ou Vps75). Dans un second temps, nous avons développé une méthode d’analyse des peptides isomériques des histones. Cette méthode combine la LC-MS/MS à haute résolution et un nouvel outil informatique appelé Iso-PeptidAce qui permet de déconvoluer les spectres mixtes de peptides isomériques. Nous avons évalué Iso-PeptidAce avec un mélange de peptides synthétiques isomériques. Nous avons également validé les performances de cette approche avec des histones isolées de cellules humaines érythroleucémiques (K562) traitées avec des inhibiteurs d’histones désacétylases (HDACi) utilisés en clinique, et des histones de Saccharomyces cerevisiae liées au facteur d’assemblage de la chromatine (CAF-1) purifiées par chromatographie d’affinité. Enfin, en utilisant la méthode présentée précédemment, nous avons fait une analyse approfondie de la spécificité de plusieurs HATs et HDACs chez Schizosaccharomyces pombe. Nous avons donc déterminé les niveaux d’acétylation d’histones purifiées à partir de cellules contrôles ou de souches mutantes auxquelles il manque une HAT ou HDAC. Notre analyse nous a permis de valider plusieurs cibles connues des HATs et HDACs et d’en identifier de nouvelles. Nos données ont également permis de définir le rôle des différentes HATs et HDACs dans le maintien de l’équilibre d’acétylation des histones. Dans l’ensemble, nous anticipons que les méthodes décrites dans cette thèse permettront de résoudre certains défis rencontrés dans l’étude de la chromatine. De plus, ces données apportent de nouvelles connaissances pour l’élaboration d’études génétiques et biochimiques utilisant S. pombe.

Deformed-jellium model for the fission of multiply charged metal clusters

A deformed-jellium model is used to calculate the fission barrier height of positive doubly charged sodium clusters within an extended Thomas-Fermi approximation. The fissioning cluster is continuously deformed from the parent configuration until it splits into two fragments. Although the shape of the fission barrier obviously depends on the parametrization of the fission path, we have found that remarkably, the maximum of the barrier corresponds to a configuration in which the emerging fragments are already formed and rather well apart. The implication of this finding in the calculation of critical numbers for fission is illustrated in the case of multiply charged Na clusters.

Estimation of temperature effects on fission barriers

An accurate mass formula at finite temperature has been used to obtain a more precise estimation of temperature effects on fission barriers calculated within the liquid drop model.

Regulation of cell cycle and stress responses to hydrostatic pressure in fission yeast

We have investigated the cellular responses to hydrostatic pressure by using the fission yeast Schizosaccharomyces pombe as a model system. Exposure to sublethal levels of hydrostatic pressure resulted in G2 cell cycle delay. This delay resulted from Cdc2 tyrosine-15 (Y-15) phosphorylation, and it was abrogated by simultaneous disruption of the Cdc2 kinase regulators Cdc25 and Wee1. However, cell cycle delay was independent of the DNA damage, cytokinesis, and cell size checkpoints, suggesting a novel mechanism of Cdc2-Y15 phosphorylation in response to hydrostatic pressure. Spc1/Sty1 mitogen-activated protein (MAP) kinase, a conserved member of the eukaryotic stress-activated p38, mitogen-activated protein (MAP) kinase family, was rapidly activated after pressure stress, and it was required for cell cycle recovery under these conditions, in part through promoting polo kinase (Plo1) phosphorylation on serine 402. Moreover, the Spc1 MAP kinase pathway played a key role in maintaining cell viability under hydrostatic pressure stress through the bZip transcription factor, Atf1. Further analysis revealed that prestressing cells with heat increased barotolerance, suggesting adaptational cross-talk between these stress responses. These findings provide new insight into eukaryotic homeostasis after exposure to pressure stress.