Exploration of the visual system: Part 1: Dissection of the mouse eye for RNA, protein, and histological analyses

Due to the power of genetics, the mouse has become a widely used animal model in vision research. However, its eyeball has an axial length of only about 2 mm. The present protocol describes how to easily dissect the small rodent eye post mortem. This allows collecting different tissues of the eye, i.e., cornea, lens, iris, retina, optic nerve, retinal pigment epithelium (RPE), and sclera. We further describe in detail how to process these eye samples in order to obtain high‐quality RNA for RNA expression profiling studies. Depending on the eye tissue to be analyzed, we present appropriate lysis buffers to prepare total protein lysates for immunoblot and immuno‐precipitation analyses. Fixation, inclusion, embedding, and cryosectioning of the globe for routine histological analyses (HE staining, DAPI staining, immunohistochemistry, in situ hybridization) is further presented. These basic protocols should allow novice investigators to obtain eye tissue samples rapidly for their experiments.

Maf1, a new player in the regulation of human RNA polymerase III transcription.

BACKGROUND: Human RNA polymerase III (pol III) transcription is regulated by several factors, including the tumor suppressors P53 and Rb, and the proto-oncogene c-Myc. In yeast, which lacks these proteins, a central regulator of pol III transcription, called Maf1, has been described. Maf1 is required for repression of pol III transcription in response to several signal transduction pathways and is broadly conserved in eukaryotes. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We show that human endogenous Maf1 can be co-immunoprecipitated with pol III and associates in vitro with two pol III subunits, the largest subunit RPC1 and the alpha-like subunit RPAC2. Maf1 represses pol III transcription in vitro and in vivo and is required for maximal pol III repression after exposure to MMS or rapamycin, treatments that both lead to Maf1 dephosphorylation. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: These data suggest that Maf1 is a major regulator of pol III transcription in human cells.

Genomic determinants of the efficiency of internal ribosomal entry sites of viral and cellular origin

Variation in cellular gene expression levels has been shown to be inherited. Expression is controlled at transcriptional and post-transcriptional levels. Internal ribosome entry sites (IRES) are used by viruses to bypass inhibition of cap-dependent translation, and by eukaryotic cells to control translation under conditions when protein synthesis is inhibited. We aimed at identifying genomic determinants of variability in IRES-mediated translation of viral [Encephalomyocarditis virus (EMCV)] and cellular IRES [X-linked inhibitor-of-apoptosis (XIAP) and c-myc]. Bicistronic lentiviral constructs expressing two fluorescent reporters were used to transduce laboratory and B lymphoblastoid cell lines [15 CEPH pedigrees (n = 205) and 50 unrelated individuals]. IRES efficiency varied according to cell type and among individuals. Control of IRES activity has a significant genetic component (h(2) of 0.47 and 0.36 for EMCV and XIAP, respectively). Quantitative linkage analysis identified a suggestive locus (LOD 2.35) on chromosome 18q21.2, and genome-wide association analysis revealed of a cluster of SNPs on chromosome 3, intronic to the FHIT gene, marginally associated (P = 5.9E-7) with XIAP IRES function. This study illustrates the in vitro generation of intermediate phenotypes by using cell lines for the evaluation of genetic determinants of control of elements such as IRES.

The striatal long noncoding RNA Abhd11os is neuroprotective against an N-terminal fragment of mutant huntingtin in vivo.

A large number of gene products that are enriched in the striatum have ill-defined functions, although they may have key roles in age-dependent neurodegenerative diseases affecting the striatum, especially Huntington disease (HD). In the present study, we focused on Abhd11os, (called ABHD11-AS1 in human) which is a putative long noncoding RNA (lncRNA) whose expression is enriched in the mouse striatum. We confirm that despite the presence of 2 small open reading frames (ORFs) in its sequence, Abhd11os is not translated into a detectable peptide in living cells. We demonstrate that Abhd11os levels are markedly reduced in different mouse models of HD. We performed in vivo experiments in mice using lentiviral vectors encoding either Abhd11os or a small hairpin RNA targeting Abhd11os. Results show that Abhd11os overexpression produces neuroprotection against an N-terminal fragment of mutant huntingtin, whereas Abhd11os knockdown is protoxic. These novel results indicate that the loss lncRNA Abhd11os likely contribute to striatal vulnerability in HD. Our study emphasizes that lncRNA may play crucial roles in neurodegenerative diseases.

Further molecular profiling of tumors harboring therapeutic targets within non-small cell lung cancer

Background: Treatment of NSCLC has been revolutionized in recent years with the introduction of several targeted therapies for selected genetically altered subtypes of NSCLC. A better understanding of molecular characteristics of NSCLC, which features common drug targets, may identify new therapeutic options. Methods: Over 6,700 non-small cell lung cancer cases referred to Caris Life Sciences between 2009 and 2014. Diagnoses and history were collected from referring physicians. Specific testing was performed per physician request and included a combination of sequencing (Sanger, NGS or pyrosequencing), protein expression (IHC), gene amplification/rearrangement (CISH or FISH), and/or RNA fragment analysis. Results: Tumors profiles from patients with hormone receptor positive disease (HER2, ER, PR, or AR positive by IHC) (n=629), HER2 mutations (n=8) ALK rearrangements (n=55), ROS1 rearrangement (n=17), cMET amplification or mutation (n=126), and cKIT mutation (n=11) were included in this analysis and compared to the whole cohort. Tumors with ALK rearrangement overexpressed AR in 18% of cases, and 7% presented with concomitant KRAS mutation. Lower rates of PTEN loss, as assessed by IHC, were observed in ALK positive (20%), ROS1 positive (9%) and cKIT mutated tumors (25%) compared to the overall NSCLC population (58%). cMET was overexpressed in 66% of ROS1 translocated and 57% of HER2 mutated tumors. cKIT mutations were found co-existing with APC (20%) and EGFR (20%) mutations. Pathway analysis revealed that hormone receptor positive disease carried more mutations in the ERK pathway (32%) compared to 9% in the mTOR pathway. 25% of patients with HER2 mutations harbored a co-existing mutation in the mTOR pathway. Conclusions: Pathway profiling reveals that NSCLC tumors present more often than reported with several concomitant alterations affecting the ERK or AKT pathway. Additionally, they are also characterized by the expression of potential biological modifiers of the cell cycle like hormonal receptors, representing a rationale for dual inhibition strategies in selected patients. Further refining of the understanding of NSCLC biomarker profile will optimize research for new treatment strategies.

Molecular profiling of non-small cell lung cancer by histologic subtype

Background: A substantial proportion of NSCLC has been shown to harbour specific molecular alterations affecting tumour proliferation and resulting in sensitivity to inhibition of the corresponding activated oncogenic pathway by targeted therapies. Comprehensive tumor profiling can diagnose such alterations and may identify new alterations opening additional treatment options for all distinct NSCLC subtypes. Methods: Over 6,700 non-small cell lung cancer cases referred to Caris Life Sciences between 2009 and 2014 were evaluated; clinical diagnoses and detailed tumor pathology were collected from referring physicians. Specific profiling was performed per physician request and included a combination of sequencing (Sanger, NGS or pyrosequencing), protein expression (IHC), gene amplification/rearrangement (CISH or FISH), and/or RNA fragment analysis within potential cancer-related genes and pathways. Results: Patients were grouped into cohorts according to histological subtype - adenocarcinoma (AD) (n=4,286), squamous cell carcinoma (SCC) (n=1,280), large cell carcinoma (LCC) (n=153) and bronchioalveolar carcinoma (BAC) (n=94). Protein overexpression of cMET (>2+ in >50% cells) was higher in AD (35.9%) compared to other subgroups (12-20%) while RRM1 and TOP2A levels were lower in AD. ALK or ROS1 were rearranged in 5.3% of patients with AD compared to 3.7% of patients with LCC and 1.2% of patients with SCC. EGFR mutations were found at low prevalence in both the LCC (0%) and SCC cohorts (2.8%) compared to 21% in AD. Similar lower rates of BRAF mutations were observed in the LCC and SCC cohorts compared to AD (0%, 1.1% and 5.1%). Pathway analysis showed activating mutations in the ERK pathway in 40% of patients with AD. Only 10-12% of patients with LCC or SCC had activating mutations in the ERK pathway. Conclusions: Despite the limitations of this retrospective series, we report comprehensive profiling of the largest cohort of NSCLC. Tumor profiling reveals that ADs may be more addicted to the ERK pathway than other histological subtypes. Drugs which target cMET may also have most utility in AD. Full analysis by histological subtype and additional correlative data on protein expression, gene copy number and mutations will be presented.

Genomic and transcriptomic analysis of the streptomycin-dependent Mycobacterium tuberculosis strain 18b.

The ability of Mycobacterium tuberculosis to establish a latent infection (LTBI) in humans confounds the treatment of tuberculosis. Consequently, there is a need to discover new therapeutic agents that can kill M. tuberculosis both during active disease and LTBI. The streptomycin-dependent strain of M. tuberculosis, 18b, provides a useful tool for this purpose since upon removal of streptomycin (STR) it enters a non-replicating state that mimics latency both in vitro and in animal models. The 4.41 Mb genome sequence of M. tuberculosis 18b was determined and this revealed the strain to belong to clade 3 of the ancient ancestral lineage of the Beijing family. STR-dependence was attributable to insertion of a single cytosine in the 530 loop of the 16S rRNA and to a single amino acid insertion in the N-terminal domain of initiation factor 3. RNA-seq was used to understand the genetic programme activated upon STR-withdrawal and hence to gain insight into LTBI. This revealed reconfiguration of gene expression and metabolic pathways showing strong similarities between non-replicating 18b and M. tuberculosis residing within macrophages, and with the core stationary phase and microaerophilic responses. The findings of this investigation confirm the validity of 18b as a model for LTBI, and provide insight into both the evolution of tubercle bacilli and the functioning of the ribosome.

Fluorescence-based imaging of cellular defect in lysinuric protein intolerance (LPI)

Fluoresenssiperusteiset kuvantamismenetelmät lysinurisen proteiini-intoleranssin (LPI) soluhäiriön tutkimuksessa Lysinurinen proteiini-intoleranssi on suomalaiseen tautiperintöön kuuluva autosomaalisesti peit¬tyvästi periytyvä sairaus, jonka aiheuttaa kationisten aminohappojen kuljetushäiriö munuaisten ja ohutsuolen epiteelisolujen basolateraalikalvolla. Aminohappojen kuljetushäiriö johtaa moniin oirei¬siin, kuten kasvuhäiriöön, osteoporoosiin, immuunijärjestelmän häiriöihin, oksenteluun ja runsaspro¬teiinisen ravinnon nauttimisen jälkeiseen hyperammonemiaan. LPI-geeni SLC7A7 (solute carrier family 7 member 7) koodaa y+LAT1 proteiinia, joka on basolateraali¬nen kationisten ja neutraalien aminohappojen kuljettimen kevyt ketju, joka muodostaa heterodimee¬rin raskaan alayksikön 4F2hc:n kanssa. Tällä hetkellä SLC7A7-geenistä tunnetaan yli 50 LPI:n aiheut¬tavaa mutaatiota. Tässä tutkimuksessa erityyppisiä y+LAT1:n LPI-mutaatiota sekä yhdeksän C-terminaalista polypep¬tidiä lyhentävää deleetiota kuvannettiin nisäkässoluissa y+LAT1:n GFP (green fluorescent protein) -fuusioproteiineina. Tulokset vahvistivat muissa soluissa tehdyt havainnot siitä, että 4F2hc on edel¬lytyksenä y+LAT1:n solukalvokuljetukselle, G54V-pistemutantti sijaitsee solukalvolla samoin kuin vil¬lityyppinen proteiini, mutta lukukehystä muuttavia ja proteiinia lyhentäviä mutantteja ei kuljeteta solukalvoon. Lisäksi havaittiin, että poikkeuksena tästä säännöstä ovat y+LAT1-deleetioproteiinit, joista puuttui korkeintaan 50 C-terminaalista aminohappoa. Nämä lyhentyneet kuljettimet sijaitsevat solukalvolla kuten villityyppiset ja LPI-pistemutanttiproteiinit. Dimerisaation osuutta kuljetushäiriön synnyssä tutkittiin käyttämällä fluorescence resonance energy transfer (FRET) menetelmää. Heterodimeerin alayksiköistä kloonattiin ECFP (cyan) ja EYFP (yellow) fuusioproteiinit, joita ilmennettiin nisäkässoluissa, ja FRET mitattiin virtaussytometri-FRET -menetel¬mällä (FACS-FRET). Tutkimuksissa kaikkien mutanttien havaittiin dimerisoituvan yhtä tehokkaasti. Kul¬jetushäiriön syynä ei siten ole alayksiköiden dimerisaation estyminen mutaation seurauksena. Tutkimuksessa havaittiin, että kaikki mutantti-y+LAT1-transfektiot tuottavat vähemmän transfektoi¬tuneita soluja kuin villityyppisen y+LAT1:n transfektiot. Solupopulaatioissa, joihin oli tranfektoitu lu¬kukehystä muuttava tai stop-kodonin tuottava mutaatio havaittiin suurempi kuolleisuus kuin saman näytteen transfektoitumattomissa soluissa, kun taas villityyppistä tai G54V-pistemutanttia tuottavas¬sa solupopulaatiossa oli pienempi kuolleisuus kuin saman näytteen fuusioproteiinia ilmentämättö¬missä soluissa. Tulos osoittaa mutanttiproteiinien erilaiset vaikutukset niitä ilmentäviin soluihin, joko suoraan y+LAT1:n tai 4F2hc:n kautta aiheutuneina. LPIFin SLC7A7 lähetti-RNA:n määrä ei merkittävästi poikennut villityyppisen määrästä fibroblasteissa ja lymfoblasteissa. SLC7A7:n promoottorianalyysissä oli osoitettavissa säätelyalueita geenin 5’ ei-koo¬daavalla alueella sekä ensimmäisten kahden intronin alueella. LPI-taudin tautimekanismin kannalta keskeisin tekijä on kuitenkin aminohappokuljetuksen häiriö, jonka vaikutuksesta näistä aminohapoista riippuvaiset prosessit elimistössä eivät toimi normaalisti. Havaittu virheellinen y+LAT1/4F2hc kuljetuskompleksin sijainti edellyttää lisätutkimuksia sen mahdol¬lisen kliinisen merkityksen selvittämiseksi.

In vitro modulation of Bcl-2 levels in small cell lung cancer cells: effects on cell viability

Small cell lung cancer (SCLC) is an aggressive disease, representing 15% of all cases of lung cancer, has high metastatic potential and low prognosis that urgently demands the development of novel therapeutic approaches. One of the proposed approaches has been the down-regulation of BCL2, with poorly clarified and controversial therapeutic value regarding SCLC. The use of anti-BCL2 small interfering RNA (siRNA) in SCLC has never been reported. The aim of the present study was to select and test the in vitro efficacy of anti-BCL2 siRNA sequences against the protein and mRNA levels of SCLC cells, and their effects on cytotoxicity and chemosensitization. Two anti-BCL2 siRNAs and the anti-BCL2 G3139 oligodeoxynucleotide (ODN) were evaluated in SCLC cells by the simultaneous determination of Bcl-2 and viability using a flow cytometry method recently developed by us in addition to Western blot, real-time reverse-transcription PCR, and cell growth after single and combined treatment with cisplatin. In contrast to previous reports about the use of ODN, a heterogeneous and up to 80% sequence-specific Bcl-2 protein knockdown was observed in the SW2, H2171 and H69 SCLC cell lines, although without significant sequence-specific reduction of cell viability, cell growth, or sensitization to cisplatin. Our results question previous data generated with antisense ODN and supporting the present concept of the therapeutic interest in BCL2 silencing per se in SCLC, and support the growing notion of the necessity of a multitargeting molecular approach for the treatment of cancer.

Targeting PPM1D by lentivirus-mediated RNA interference inhibits the tumorigenicity of bladder cancer cells

Protein phosphatase magnesium/manganese-dependent 1D (PPM1D) is a p53-induced phosphatase that functions as a negative regulator of stress response pathways and has oncogenic properties. However, the functional role ofPPM1D in bladder cancer (BC) remains largely unknown. In the present study, lentivirus vectors carrying small hairpin RNA (shRNA) targeting PPM1D were used to explore the effects ofPPM1D knockdown on BC cell proliferation and tumorigenesis. shRNA-mediated knockdown of PPM1D significantly inhibited cell growth and colony forming ability in the BC cell lines 5637 and T24. Flow cytometric analysis showed that PPM1D silencing increased the proportion of cells in the G0/G1 phase. Downregulation of PPM1Dalso inhibited 5637 cell tumorigenicity in nude mice. The results of the present study suggest that PPM1D plays a potentially important role in BC tumorigenicity, and lentivirus-mediated delivery of shRNA againstPPM1D might be a promising therapeutic strategy for the treatment of BC.

Systematic analysis of protein complexes involved in the human RNA polymerase II machinery

La transcription, la maturation d’ARN, et le remodelage de la chromatine sont tous des processus centraux dans l'interprétation de l'information contenue dans l’ADN. Bien que beaucoup de complexes de protéines formant la machinerie cellulaire de transcription aient été étudiés, plusieurs restent encore à identifier et caractériser. En utilisant une approche protéomique, notre laboratoire a purifié plusieurs composantes de la machinerie de transcription de l’ARNPII humaine par double chromatographie d’affinité "TAP". Cette procédure permet l'isolement de complexes protéiques comme ils existent vraisemblablement in vivo dans les cellules mammifères, et l'identification de partenaires d'interactions par spectrométrie de masse. Les interactions protéiques qui sont validées bioinformatiquement, sont choisies et utilisées pour cartographier un réseau connectant plusieurs composantes de la machinerie transcriptionnelle. En appliquant cette procédure, notre laboratoire a identifié, pour la première fois, un groupe de protéines, qui interagit physiquement et fonctionnellement avec l’ARNPII humaine. Les propriétés de ces protéines suggèrent un rôle dans l'assemblage de complexes à plusieurs sous-unités, comme les protéines d'échafaudage et chaperonnes. L'objectif de mon projet était de continuer la caractérisation du réseau de complexes protéiques impliquant les facteurs de transcription. Huit nouveaux partenaires de l’ARNPII (PIH1D1, GPN3, WDR92, PFDN2, KIAA0406, PDRG1, CCT4 et CCT5) ont été purifiés par la méthode TAP, et la spectrométrie de masse a permis d’identifier de nouvelles interactions. Au cours des années, l’analyse par notre laboratoire des mécanismes de la transcription a contribué à apporter de nouvelles connaissances et à mieux comprendre son fonctionnement. Cette connaissance est essentielle au développement de médicaments qui cibleront les mécanismes de la transcription.

Purification of mitochondrial RNase P in A. nidulans

Résumé La ribonucléase P (RNase P) est une ribonucléoprotéine omniprésente dans tous les règnes du vivant, elle est responsable de la maturation en 5’ des précurseurs des ARNs de transfert (ARNts) et quelques autres petits ARNs. L’enzyme est composée d'une sous unité catalytique d'ARN (ARN-P) et d'une ou de plusieurs protéines selon les espèces. Chez les eucaryotes, l’activité de la RNase P cytoplasmique est distincte de celles des organelles (mitochondrie et chloroplaste). Chez la plupart des espèces, les ARN-P sont constituées de plusieurs éléments structuraux secondaires critiques conservés au cours de l’évolution. En revanche, au niveau de la structure, une réduction forte été observé dans la plupart des mtARN-Ps. Le nombre de protéines composant la RNase P est extrêmement variable : une chez les bactéries, environ quatre chez les archéobactéries, et dix chez la forme cytoplasmique des eucaryotes. Cet aspect est peu connu pour les formes mitochondriales. Dans la plupart des cas, l’identification de la mtRNase P est le résultat de longues procédures de purification comprenant plusieurs étapes dans le but de réduire au minimum le nombre de protéines requises pour l’activité (exemple de la levure et A. nidulans). Cela mène régulièrement à la perte de l’activité et de l’intégrité des complexes ribonucléo-protéiques natifs. Dans ce travail, par l’utilisation de la technique de BN-PAGE, nous avons développé une procédure d’enrichissement de l’activité RNase P mitochondriale native, donnant un rendement raisonnable. Les fractions enrichies capables de cette activité enzymatique ont été analysées par LC/MS/MS et les résultats montrent que l’holoenzyme de la RNase P de chacune des fractions contient un nombre de protéines beaucoup plus grand que ce qui était connue. Nous suggérons une liste de protéines (principalement hypothétiques) qui accompagnent l’activité de la RNase P. IV De plus, la question de la localisation de la mtRNase P de A. nidulans a été étudiée, selon nos résultats, la majorité de la mtRNase P est attachée á la membrane interne de la mitochondrie. Sa solubilisation se fait par l’utilisation de différents types de détergent. Ces derniers permettent l’obtention d’un spectre de complexes de la RNase P de différentes tailles.

Semisynthetic aminoglycoside antibiotics : toward biomimetic synthesis, evasion of bacterial resistance and reduced toxicity

Les antibiotiques aminoglycosidiques sont des agents bactéricides de grande valeur et d’efficacité à large spectre contre les pathogènes Gram-positifs et Gram-négatifs, dont plusieurs membres naturels et semisynthétiques sont importants dans l’histoire clinique depuis 1950. Des travaux crystallographiques sur le ribosome, récompensés par le prix Nobel, ont démontré comment leurs diverses structures polyaminées sont adaptées pour cibler une hélice d’ARN dans le centre de codage de la sous-unité 30S du ribosome bactérien. Leur interférence avec l’affinité et la cinétique des étapes de sélection et vérification des tARN induit la synthèse de protéines à basse fidélité, et l’inhibition de la translocation, établissant un cercle vicieux d’accumulation d’antibiotique et de stress sur la membrane. En réponse à ces pressions, les pathogènes bactériens ont évolué et disséminé une panoplie de mécanismes de résistance enzymatiques et d’expulsion : tels que les N acétyltransférases, les O phosphotransférases et les O nucleotidyltransférases qui ciblent les groupements hydroxyle et amino sur le coeur des aminoglycosides; des méthyl-transférases, qui ciblent le site de liaison ribosomale; et des pompes d’expulsion actives pour l’élimination sélective des aminoglycosides, qui sont utilisés par les souches Gram-négatives. Les pathogènes les plus problématiques, qui présentent aujourd’hui une forte résilience envers la majorité des classes d’antibiotiques sur le bord de la pan-résistance ont été nommés des bactéries ESKAPE, une mnémonique pour Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa et Enterobacteriaceae. La distribution globale des souches avec des mécanismes de résistance envers les standards cliniques aminoglycosides, tels que la tobramycine, l’amikacine et la gentamicine, est comprise entre 20 et 60% des isolées cliniques. Ainsi, les aminoglycosides du type 4,6-disubstitués-2-deoxystreptamine sont inadéquats comme thérapies anti-infectieuses à large spectre. Cependant, la famille des aminoglycosides 4,5-disubstitués, incluant la butirosine, la neomycine et la paromomycine, dont la structure plus complexe, pourrait constituter une alternative. Des collègues dans le groupe Hanessian et collaborateurs d’Achaogen Inc. ont démontré que certains analogues de la paraomomycine et neomycine, modifiés par désoxygénation sur les positions 3’ et 4’, et par substitution avec la chaîne N1-α-hydroxy-γ-aminobutyramide (HABA) provenant de la butirosine, pourrait produire des antibiotiques très prometteurs. Le Chapitre 4 de cette dissertation présente la conception et le développement d’une stratégie semi-synthétique pour produire des nouveaux aminoglycosides améliorés du type 4,5 disubstitués, inspiré par des modifications biosynthétiques de la sisomicine, qui frustrent les mécanismes de résistance bactérienne distribuées globalement. Cette voie de synthèse dépend d’une réaction d’hydrogénolyse de type Tsuji catalysée par palladium, d’abord développée sur des modèles monosaccharides puis subséquemment appliquée pour générer un ensemble d’aminoglycosides hybrides entre la neomycine et la sisomicine. Les études structure-activité des divers analogues de cette nouvelle classe ont été évaluées sur une gamme de 26 souches bactériennes exprimant des mécanismes de résistance enzymatique et d’expulsion qui englobe l’ensemble des pathogènes ESKAPE. Deux des antibiotiques hybrides ont une couverture antibacterienne excellente, et cette étude a mis en évidence des candidats prometteurs pour le développement préclinique. La thérapie avec les antibiotiques aminoglycosidiques est toujours associée à une probabilité de complications néphrotoxiques. Le potentiel de toxicité de chaque aminoglycoside peut être largement corrélé avec le nombre de groupements amino et de désoxygénations. Une hypothèse de longue date dans le domaine indique que les interactions principales sont effectuées par des sels des groupements ammonium, donc l’ajustement des paramètres de pKa pourrait provoquer une dissociation plus rapide avec leurs cibles, une clairance plus efficace et globalement des analogues moins néphrotoxiques. Le Chapitre 5 de cette dissertation présente la conception et la synthèse asymétrique de chaînes N1 HABA β substitutées par mono- et bis-fluoration. Des chaînes qui possèdent des γ-N pKa dans l’intervalle entre 10 et 7.5 ont été appliquées sur une neomycine tétra-désoxygénée pour produire des antibiotiques avancés. Malgré la réduction considérable du γ N pKa, le large spectre bactéricide n’a pas été significativement affecté pour les analogues fluorés isosteriques. De plus, des études structure-toxicité évaluées avec une analyse d’apoptose propriétaire d’Achaogen ont démontré que la nouvelle chaîne β,β difluoro-N1-HABA est moins nocive sur un modèle de cellules de rein humain HK2 et elle est prometteuse pour le développement d’antibiotiques du type neomycine avec des propriétés thérapeutiques améliorées. Le chapitre final de cette dissertation présente la proposition et validation d’une synthèse biomimétique par assemblage spontané du aminoglycoside 66-40C, un dimère C2 symétrique bis-imine macrocyclique à 16 membres. La structure proposée du macrocycle a été affinée par spectroscopie nucléaire à un système trans,trans-bis-azadiène anti-parallèle. Des calculs indiquent que l’effet anomérique de la liaison α glycosidique entre les anneaux A et B fournit la pré-organisation pour le monomère 6’ aldéhydo sisomicine et favorise le produit macrocyclique observé. L’assemblage spontané dans l’eau a été étudié par la dimérisation de trois divers analogues et par des expériences d’entre croisement qui ont démontré la généralité et la stabilité du motif macrocyclique de l'aminoglycoside 66-40C.

Supercomplexes multifonctionnels chez les mitochondries, et chez E. coli

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

Uncovering parallel ribosome biogenesis pathways during pre-60S subunit maturation

Paralogs are present during ribosome biogenesis as well as in mature ribosomes in form of ribosomal proteins, and are commonly believed to play redundant functions within the cell. Two previously identified paralogs are the protein pair Ssf1 and Ssf2 (94% homologous). Ssf2 is believed to replace Ssf1 in case of its absence from cells, and depletion of both proteins leads to severely impaired cell growth. Results reveal that, under normal conditions, the Ssf paralogs associate with similar sets of proteins but with varying stabilities. Moreover, disruption of their pre-rRNP particles using high stringency buffers revealed that at least three proteins, possibly Dbp9, Drs1 and Nog1, are strongly associated with each Ssf protein under these conditions, and most likely represent a distinct subcomplex. In this study, depletion phenotypes obtained upon altering Nop7, Ssf1 and/or Ssf2 protein levels revealed that the Ssf paralogs cannot fully compensate for the depletion of one another because they are both, independently, required along parallel pathways that are dependent on the levels of availability of specific ribosome biogenesis proteins. Finally, this work provides evidence that, in yeast, Nop7 is genetically linked with both Ssf proteins.