Transcriptional potentiation of the vitellogenin B1 promoter by a combination of both nucleosome assembly and transcription factors: an in vitro dissection.

The Xenopus laevis vitellogenin B1 promoter was assembled into nucleosomes in an oocyte extract. Subsequent RNA polymerase II-dependent transcription from these DNA templates fully reconstituted in chromatin in a HeLa nuclear extract was increased 50-fold compared with naked DNA. Remarkably, under specific conditions, production of a high level of transcripts occurred at very low DNA (1 ng/microliter) and HeLa nuclear protein (1.6 micrograms/microliters) concentrations. When partially reconstituted templates were used, transcription efficiency was intermediate between that of fully reconstituted and naked DNA. These results implicate chromatin in the process of the transcriptional activation observed. Depletion from the oocyte assembly extract of an NF-I-like factor which binds in the promoter region upstream of the TATA box (-114 to -101) or deletion from the promoter of the region interacting with this factor reduced the transcriptional efficiency of the assembled templates by a factor of 5, but transcription of these templates was still 10 times higher than that of naked DNA. Together, these results indicate that the NF-I-like factor participates in the very efficient transcriptional potentiation of the vitellogenin B1 promoter which occurs during nucleosome assembly.

KRAB-zinc finger proteins and KAP1 can mediate long-range transcriptional repression through heterochromatin spreading.

Krüppel-associated box domain-zinc finger proteins (KRAB-ZFPs) are tetrapod-specific transcriptional repressors encoded in the hundreds by the human genome. In order to explore their as yet ill-defined impact on gene expression, we developed an ectopic repressor assay, allowing the study of KRAB-mediated transcriptional regulation at hundreds of different transcriptional units. By targeting a drug-controllable KRAB-containing repressor to gene-trapping lentiviral vectors, we demonstrate that KRAB and its corepressor KAP1 can silence promoters located several tens of kilobases (kb) away from their DNA binding sites, with an efficiency which is generally higher for promoters located within 15 kb or less. Silenced promoters exhibit a loss of histone H3-acetylation, an increase in H3 lysine 9 trimethylation (H3K9me3), and a drop in RNA Pol II recruitment, consistent with a block of transcriptional initiation following the establishment of silencing marks. Furthermore, we reveal that KRAB-mediated repression is established by the long-range spreading of H3K9me3 and heterochromatin protein 1 beta (HP1beta) between the repressor binding site and the promoter. We confirm the biological relevance of this phenomenon by documenting KAP1-dependent transcriptional repression at an endogenous KRAB-ZFP gene cluster, where KAP1 binds to the 3' end of genes and mediates propagation of H3K9me3 and HP1beta towards their 5' end. Together, our data support a model in which KRAB/KAP1 recruitment induces long-range repression through the spread of heterochromatin. This finding not only suggests auto-regulatory mechanisms in the control of KRAB-ZFP gene clusters, but also provides important cues for interpreting future genome-wide DNA binding data of KRAB-ZFPs and KAP1.

The GENCODE pseudogene resource.

BACKGROUND: Pseudogenes have long been considered as nonfunctional genomic sequences. However, recent evidence suggests that many of them might have some form of biological activity, and the possibility of functionality has increased interest in their accurate annotation and integration with functional genomics data. RESULTS: As part of the GENCODE annotation of the human genome, we present the first genome-wide pseudogene assignment for protein-coding genes, based on both large-scale manual annotation and in silico pipelines. A key aspect of this coupled approach is that it allows us to identify pseudogenes in an unbiased fashion as well as untangle complex events through manual evaluation. We integrate the pseudogene annotations with the extensive ENCODE functional genomics information. In particular, we determine the expression level, transcription-factor and RNA polymerase II binding, and chromatin marks associated with each pseudogene. Based on their distribution, we develop simple statistical models for each type of activity, which we validate with large-scale RT-PCR-Seq experiments. Finally, we compare our pseudogenes with conservation and variation data from primate alignments and the 1000 Genomes project, producing lists of pseudogenes potentially under selection. CONCLUSIONS: At one extreme, some pseudogenes possess conventional characteristics of functionality; these may represent genes that have recently died. On the other hand, we find interesting patterns of partial activity, which may suggest that dead genes are being resurrected as functioning non-coding RNAs. The activity data of each pseudogene are stored in an associated resource, psiDR, which will be useful for the initial identification of potentially functional pseudogenes.

Estrogen-dependent in vitro transcription from the vitellogenin promoter in liver nuclear extracts.

One approach to analyzing the molecular mechanisms of gene expression in vivo is to reconstitute these events in cell-free systems in vitro. Although there is some evidence for tissue-specific transcription in vitro, transcriptionally active extracts that mimic a steroid hormone-dependent enhancement of transcription have not been described. In the study reported here, nuclear extracts of liver from the frog Xenopus laevis were capable of estrogen-dependent induction of a homologous vitellogenin promoter that contained the estrogen-responsive element.

Context-dependent dual role of SKI8 homologs in mRNA synthesis and turnover.

Eukaryotic mRNA transcription and turnover is controlled by an enzymatic machinery that includes RNA polymerase II and the 3' to 5' exosome. The activity of these protein complexes is modulated by additional factors, such as the nuclear RNA polymerase II-associated factor 1 (Paf1c) and the cytoplasmic Superkiller (SKI) complex, respectively. Their components are conserved across uni- as well as multi-cellular organisms, including yeast, Arabidopsis, and humans. Among them, SKI8 displays multiple facets on top of its cytoplasmic role in the SKI complex. For instance, nuclear yeast ScSKI8 has an additional function in meiotic recombination, whereas nuclear human hSKI8 (unlike ScSKI8) associates with Paf1c. The Arabidopsis SKI8 homolog VERNALIZATION INDEPENDENT 3 (VIP3) has been found in Paf1c as well; however, whether it also has a role in the SKI complex remains obscure so far. We found that transgenic VIP3-GFP, which complements a novel vip3 mutant allele, localizes to both nucleus and cytoplasm. Consistently, biochemical analyses suggest that VIP3-GFP associates with the SKI complex. A role of VIP3 in the turnover of nuclear encoded mRNAs is supported by random-primed RNA sequencing of wild-type and vip3 seedlings, which indicates mRNA stabilization in vip3. Another SKI subunit homolog mutant, ski2, displays a dwarf phenotype similar to vip3. However, unlike vip3, it displays neither early flowering nor flower development phenotypes, suggesting that the latter reflect VIP3's role in Paf1c. Surprisingly then, transgenic ScSKI8 rescued all aspects of the vip3 phenotype, suggesting that the dual role of SKI8 depends on species-specific cellular context.

Molecular characterization of a human matrix attachment region epigenetic regulator.

Matrix attachment regions (MAR) generally act as epigenetic regulatory sequences that increase gene expression, and they were proposed to partition chromosomes into loop-forming domains. However, their molecular mode of action remains poorly understood. Here, we assessed the possible contribution of the AT-rich core and adjacent transcription factor binding motifs to the transcription augmenting and anti-silencing effects of human MAR 1-68. Either flanking sequences together with the AT-rich core were required to obtain the full MAR effects. Shortened MAR derivatives retaining full MAR activity were constructed from combinations of the AT-rich sequence and multimerized transcription factor binding motifs, implying that both transcription factors and the AT-rich microsatellite sequence are required to mediate the MAR effect. Genomic analysis indicated that MAR AT-rich cores may be depleted of histones and enriched in RNA polymerase II, providing a molecular interpretation of their chromatin domain insulator and transcriptional augmentation activities.

Genome-wide chromatin occupancy reveals a role for ASH2 in transcriptional pausing

While it is widely acknowledged that the ubiquitin-proteasome system plays an important role in transcription, little is known concerning the mechanistic basis, in particular the spatial organization of proteasome-dependent proteolysis at the transcription site. Here, we show that proteasomal activity and tetraubiquitinated proteins concentrate to nucleoplasmic microenvironments in the euchromatin. Such proteolytic domains are immobile and distinctly positioned in relation to transcriptional processes. Analysis of gene arrays and early genes in Caenorhabditis elegans embryos reveals that proteasomes and proteasomal activity are distantly located relative to transcriptionally active genes. In contrast, transcriptional inhibition generally induces local overlap of proteolytic microdomains with components of the transcription machinery and degradation of RNA polymerase II. The results establish that spatial organization of proteasomal activity differs with respect to distinct phases of the transcription cycle in at least some genes, and thus might contribute to the plasticity of gene expression in response to environmental stimuli.

Functional importance of cardiac enhancer-associated noncoding RNAs in heart development and disease.

The key information processing units within gene regulatory networks are enhancers. Enhancer activity is associated with the production of tissue-specific noncoding RNAs, yet the existence of such transcripts during cardiac development has not been established. Using an integrated genomic approach, we demonstrate that fetal cardiac enhancers generate long noncoding RNAs (lncRNAs) during cardiac differentiation and morphogenesis. Enhancer expression correlates with the emergence of active enhancer chromatin states, the initiation of RNA polymerase II at enhancer loci and expression of target genes. Orthologous human sequences are also transcribed in fetal human hearts and cardiac progenitor cells. Through a systematic bioinformatic analysis, we identified and characterized, for the first time, a catalog of lncRNAs that are expressed during embryonic stem cell differentiation into cardiomyocytes and associated with active cardiac enhancer sequences. RNA-sequencing demonstrates that many of these transcripts are polyadenylated, multi-exonic long noncoding RNAs. Moreover, knockdown of two enhancer-associated lncRNAs resulted in the specific downregulation of their predicted target genes. Interestingly, the reactivation of the fetal gene program, a hallmark of the stress response in the adult heart, is accompanied by increased expression of fetal cardiac enhancer transcripts. Altogether, these findings demonstrate that the activity of cardiac enhancers and expression of their target genes are associated with the production of enhancer-derived lncRNAs.

Population Variation and Genetic Control of Modular Chromatin Architecture in Humans.

Chromatin state variation at gene regulatory elements is abundant across individuals, yet we understand little about the genetic basis of this variability. Here, we profiled several histone modifications, the transcription factor (TF) PU.1, RNA polymerase II, and gene expression in lymphoblastoid cell lines from 47 whole-genome sequenced individuals. We observed that distinct cis-regulatory elements exhibit coordinated chromatin variation across individuals in the form of variable chromatin modules (VCMs) at sub-Mb scale. VCMs were associated with thousands of genes and preferentially cluster within chromosomal contact domains. We mapped strong proximal and weak, yet more ubiquitous, distal-acting chromatin quantitative trait loci (cQTL) that frequently explain this variation. cQTLs were associated with molecular activity at clusters of cis-regulatory elements and mapped preferentially within TF-bound regions. We propose that local, sequence-independent chromatin variation emerges as a result of genetic perturbations in cooperative interactions between cis-regulatory elements that are located within the same genomic domain.

Regulation of HSF2 and its function in mitosis

The cell is continuously subjected to various forms of external and intrinsic proteindamaging stresses, including hyperthermia, pathophysiological states, as well as cell differentiation and proliferation. Proteindamaging stresses result in denaturation and improper folding of proteins, leading to the formation of toxic aggregates that are detrimental for various pathological conditions, including Alzheimer’s and Huntington’s diseases. In order to maintain protein homeostasis, cells have developed different cytoprotective mechanisms, one of which is the evolutionary well-conserved heat shock response. The heat shock response results in the expression of heat shock proteins (Hsps), which act as molecular chaperones that bind to misfolded proteins, facilitate their refolding and prevent the formation of protein aggregates. Stress-induced expression of Hsps is mediated by a family of transcription factors, the heat shock factors, HSFs. Of the four HSFs found in vertebrates, HSF1-4, HSF1 is the major stress-responsive factor that is required for the induction of the heat shock response. HSF2 cannot alone induce Hsps, but modulates the heat shock response by forming heterotrimers with HSF1. HSFs are not only involved in the heat shock response, but they have also been found to have a function in development, neurodegenerative disorders, cancer, and longevity. Therefore, insight into how HSFs are regulated is important for the understanding of both normal physiological and disease processes. The activity of HSF1 is mainly regulated by intricate post-translational modifications, whereas the activity of HSF2 is concentrationdependent. However, there is only limited understanding of how the abundance of HSF2 is regulated. This study describes two different means of how HSF2 levels are regulated. In the first study it was shown that microRNA miR-18, a member of the miR-17~92 cluster, directly regulates Hsf2 mRNA stability and thus protein levels. HSF2 has earlier been shown to play a profound role in the regulation of male germ cell maturation during the spermatogenesis. The effect on miR-18 on HSF2 was examined in vivo by transfecting intact seminiferous tubules, and it was found that inhibition of miR-18 resulted in increased HSF2 levels and modified expression of the HSF2 targets Ssty2 and Speer4a. HSF2 has earlier been reported to modulate the heat shock response by forming heterotrimers with HSF1. In the second study, it was shown that HSF2 is cleared off the Hsp70 promoter and degraded by the ubiquitinproteasome pathway upon acute stress. By silencing components of the anaphase promoting complex/cyclosome (APC/C), including the co-activators Cdc20 and Cdh1, it was shown that APC/C mediates the heatinduced ubiquitylation of HSF2. Furthermore, down-regulation of Cdc20 was shown to alter the expression of heat shock-responsive genes. Next, we studied if APC/C-Cdc20, which controls cell cycle progression, also regulates HSF2 during the cell cycle. We found that both HSF2 mRNA and protein levels decreased during mitosis in several but not all human cell lines, indicating that HSF2 has a function in mitotic cells. Interestingly, although transcription is globally repressed during mitosis, mainly due to the displacement of RNA polymerase II and transcription factors, including HSF1, from the mitotic chromatin, HSF2 is capable of binding DNA during mitosis. Thus, during mitosis the heat shock response is impaired, leaving mitotic cells vulnerable to proteotoxic stress. However, in HSF2-deficient mitotic cells the Hsp70 promoter is accessible to both HSF1 and RNA polymerase II, allowing for stress-inducible Hsp expression to occur. As a consequence HSF2-deficient mitotic cells have a survival advantage upon acute heat stress. The results, presented in this thesis contribute to the understanding of the regulatory mechanisms of HSF2 and its function in the heat shock response in both interphase and mitotic cells.

A mechanism for co-transcriptional recruitment of mRNA localization factor on nascent mRNAs in budding yeast

Le transport et la localisation des ARN messagers permettent de réguler l’expression spatiale et temporelle de facteurs spécifiques impliqués dans la détermination du destin cellulaire, la plasticité synaptique, la polarité cellulaire et la division asymétrique des cellules. Chez S.cerevisiæ, plus de trente transcrits sont transportés activement vers le bourgeon cellulaire. Parmi ces transcrits, l’ARNm ASH1 (asymetric synthesis of HO) est localisé à l’extrémité du bourgeon pendant l’anaphase. Ce processus va entrainer une localisation asymétrique de la protéine Ash1p, qui sera importée uniquement dans le noyau de la cellule fille, où elle entraine le changement de type sexuel. La localisation asymétrique de l’ARNm ASH1, et donc de Ash1p, implique la présence de différents facteurs de localisation. Parmi ces facteurs, les protéines She (She1p/Myo4p, She2p et She3p) et les répresseurs traductionnels (Puf6p, Loc1p et Khd1p) participent à ce mécanisme. La protéine navette She2p est capable de lier l’ARNm ASH1 et va entrainer le ciblage de cet ARNm vers l’extrémité du bourgeon en recrutant le complexe She3p-Myo4p. Des répresseurs traductionnels régulent la traduction de cet ARNm et évitent l’expression ectopique de la protéine Ash1p pendant son transport. Alors que la fonction cytoplasmique de She2p sur la localisation des ARNm est connue, sa fonction nucléaire est encore inconnue. Nous avons montré que She2p contient une séquence de localisation nucléaire non classique qui est essentielle à son import nucléaire médié par l’importine α (Srp1p). L’exclusion de She2p du noyau par mutation de son NLS empêche la liaison de Loc1p et Puf6p sur l’ARNm ASH1, entrainant un défaut de localisation de l’ARNm et de la protéine. Pour étudier plus en détail l’assemblage de la machinerie de localisation des ARNm dans le noyau, nous avons utilisé des techniques d’immunoprécipitation de chromatine afin de suivre le recrutement des facteurs de localisation et des répresseurs traductionnels sur les ARNm naissants. Nous avons montré que She2p est recruté sur le gène ASH1 pendant sa transcription, via son interaction avec l’ARNm ASH1 naissant. Puf6p est également recruté sur ASH1, mais d’une manière dépendante de la présence de She2p. De façon intéressante, nous avons détecté une interaction entre She2p et la plus grande sous-unité de l’ARN polymérase II (Rpb1p). Cette interaction est détectée avec la forme active en élongation de l’ARN polymérase II. Nous avons également démontré que She2p interagit avec le complexe d’élongation de la transcription Spt4p/Spt5p. Une délétion de SPT4 ou une mutation dans SPT5 (Ts spt5) à température restrictive empêche l’interaction entre She2p et Rpb1p, et diminue le recrutement de She2p au gène ASH1, entrainant un défaut de localisation de l’ARNm et un défaut de localisation asymétrique de la protéine Ash1p. De manière globale, nos résultats montrent que les facteurs impliqués dans la localisation cytoplasmique des ARNm et dans leur contrôle traductionnel sont recrutés de façon co-transcriptionnelle sur les ARNm naissants via leur interaction avec la machinerie de transcription, suggèrant un rôle important de la machinerie transcriptionelle dans la localisation des ARNm.

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.

Caractérisation de la fonction des complexes histone déacétylases Rpd3S et Set3C

La chromatine est essentielle au maintien de l’intégrité du génome, mais, ironiquement, constitue l’obstacle principal à la transcription des gènes. Plusieurs mécanismes ont été développés par la cellule pour pallier ce problème, dont l’acétylation des histones composant les nucléosomes. Cette acétylation, catalysée par des histones acétyl transférases (HATs), permet de réduire la force de l’interaction entre les nucléosomes et l’ADN, ce qui permet à la machinerie transcriptionnelle de faire son travail. Toutefois, on ne peut laisser la chromatine dans cet état permissif sans conséquence néfaste. Les histone déacétylases (HDACs) catalysent le clivage du groupement acétyle pour permettre à la chromatine de retrouver une conformation compacte. Cette thèse se penche sur la caractérisation de la fonction et du mécanisme de recrutement des complexes HDACs Rpd3S et Set3C. Le complexe Rpd3S est recruté aux régions transcrites par une interaction avec le domaine C-terminal hyperphosphorylé de Rpb1, une sous-unité de l’ARN polymérase II. Toutefois, le facteur d’élongation DSIF joue un rôle dans la régulation de cette association en limitant le recrutement de Rpd3S aux régions transcrites. L’activité HDAC de Rpd3S, quant à elle, dépend de la méthylation du résidu H3K36 par l’histone méthyltransférase Set2. La fonction du complexe Set3C n’est pas clairement définie. Ce complexe est recruté à la plupart de ses cibles par l’interaction entre le domaine PHD de Set3 et le résidu H3K4 di- ou triméthylé. Un mécanisme indépendant de cette méthylation, possiblement le même que pour Rpd3S, régit toutefois l’association de Set3C aux régions codantes des gènes les plus transcrits. La majorité de ces résultats ont été obtenus par la technique d’immunoprécipitation de la chromatine couplée aux biopuces (ChIP-chip). Le protocole technique et le design expérimental de ce type d’expérience fera aussi l’objet d’une discussion approfondie.

Investigating the role of the isomerase Rrd1/PTPA : from yeast to human

Chez Saccharomyces cerevisiae, les souches mutantes pour Rrd1, une protéine qui possède une activité de peptidyl prolyl cis/trans isomérase, montrent une résistance marquée à la rapamycine et sont sensibles au 4-nitroquinoline 1-oxide, un agent causant des dommages à l’ADN. PTPA, l’homologue de Rrd1 chez les mammifères, est reconnu en tant qu’activateur de protéine phosphatase 2A. Notre laboratoire a précédemment démontré que la surexpression de PTPA mène à l’apoptose de façon indépendante des protéines phosphatase 2A. La fonction moléculaire de Rrd1/PTPA était encore largement inconnue au départ de mon projet de doctorat. Mes recherches ont d’abord montré que Rrd1 est associé à la chromatine ainsi qu’à l’ARN polymérase II. L’analyse in vitro et in vivo par dichroïsme circulaire a révélé que Rrd1 est responsable de changements au niveau de la structure du domaine C-terminal de la grande sous-unité de l’ARN polymérase II, Rpb1, en réponse à la rapamycine et au 4-nitroquinoline 1-oxide. Nous avons également démontré que Rrd1 est requis pour modifier l’occupation de l’ARN polymérase II sur des gènes répondant à un traitement à la rapamycine. Finalement, nous avons montré que suite à un traitement avec la rapamycine, Rrd1 médie la dégradation de l’ARN polymérase II et que ce mécanisme est indépendant de l’ubiquitine. La dernière partie de mon projet était d’acquérir une meilleure connaissance de la fonction de PTPA, l’homologue de Rrd1 chez les mammifères. Nos résultats montrent que le «knockdown» de PTPA n’affecte pas la sensibilité des cellules à différentes drogues telles que la rapamycine, le 4-nitroquinoline 1-oxide ou le peroxyde d’hydrogène (H2O2). Nous avons également tenté d’identifier des partenaires protéiques pour PTPA grâce à la méthode TAP, mais nous ne sommes pas parvenus à identifier de partenaires stables. Nous avons démontré que la surexpression de la protéine PTPA catalytiquement inactive n’induisait pas l’apoptose indiquant que l’activité de PTPA est requise pour produire cet effet. Finalement, nous avons tenté d’étudier PTPA dans un modèle de souris. Dans un premier lieu, nous avons déterminé que PTPA était exprimé surtout au niveau des tissus suivants : la moelle osseuse, le thymus et le cerveau. Nous avons également généré avec succès plusieurs souris chimères dans le but de créer une souris «knockout» pour PTPA, mais l’allèle mutante ne s’est pas transférée au niveau des cellules germinales. Mes résultats ainsi que ceux obtenus par mon laboratoire sur la levure suggèrent un rôle général pour Rrd1 au niveau de la régulation des gènes. La question demeure toujours toutefois à savoir si PTPA peut effectuer un rôle similaire chez les mammifères et une vision différente pour déterminer la fonction de cette protéine sera requise pour adresser adéquatement cette question dans le futur.

A proteome-wide strategy reveals a novel mechanism of control of cell cycle progression through modulation of cyclin mRNA stability

La quantité de données générée dans le cadre d'étude à grande échelle du réseau d'interaction protéine-protéine dépasse notre capacité à les analyser et à comprendre leur sens; d'une part, par leur complexité et leur volume, et d'un autre part, par la qualité du jeu de donnée produit qui semble bondé de faux positifs et de faux négatifs. Cette dissertation décrit une nouvelle méthode de criblage des interactions physique entre protéines à haut débit chez Saccharomyces cerevisiae, la complémentation de fragments protéiques (PCA). Cette approche est accomplie dans des cellules intactes dans les conditions natives des protéines; sous leur promoteur endogène et dans le respect des contextes de modifications post-traductionnelles et de localisations subcellulaires. Une application biologique de cette méthode a permis de démontrer la capacité de ce système rapporteur à répondre aux questions d'adaptation cellulaire à des stress, comme la famine en nutriments et un traitement à une drogue. Dans le premier chapitre de cette dissertation, nous avons présenté un criblage des paires d'interactions entre les protéines résultant des quelques 6000 cadres de lecture de Saccharomyces cerevisiae. Nous avons identifié 2770 interactions entre 1124 protéines. Nous avons estimé la qualité de notre criblage en le comparant à d'autres banques d'interaction. Nous avons réalisé que la majorité de nos interactions sont nouvelles, alors que le chevauchement avec les données des autres méthodes est large. Nous avons pris cette opportunité pour caractériser les facteurs déterminants dans la détection d'une interaction par PCA. Nous avons remarqué que notre approche est sous une contrainte stérique provenant de la nécessité des fragments rapporteurs à pouvoir se rejoindre dans l'espace cellulaire afin de récupérer l'activité observable de la sonde d'interaction. L'intégration de nos résultats aux connaissances des dynamiques de régulations génétiques et des modifications protéiques nous dirigera vers une meilleure compréhension des processus cellulaires complexes orchestrés aux niveaux moléculaires et structuraux dans les cellules vivantes. Nous avons appliqué notre méthode aux réarrangements dynamiques opérant durant l'adaptation de la cellule à des stress, comme la famine en nutriments et le traitement à une drogue. Cette investigation fait le détail de notre second chapitre. Nous avons déterminé de cette manière que l'équilibre entre les formes phosphorylées et déphosphorylées de l'arginine méthyltransférase de Saccharomyces cerevisiae, Hmt1, régulait du même coup sont assemblage en hexamère et son activité enzymatique. L'activité d'Hmt1 a directement un impact dans la progression du cycle cellulaire durant un stress, stabilisant les transcrits de CLB2 et permettant la synthèse de Cln3p. Nous avons utilisé notre criblage afin de déterminer les régulateurs de la phosphorylation d'Hmt1 dans un contexte de traitement à la rapamycin, un inhibiteur de la kinase cible de la rapamycin (TOR). Nous avons identifié la sous-unité catalytique de la phosphatase PP2a, Pph22, activé par l'inhibition de la kinase TOR et la kinase Dbf2, activé durant l'entrée en mitose de la cellule, comme la phosphatase et la kinase responsable de la modification d'Hmt1 et de ses fonctions de régulations dans le cycle cellulaire. Cette approche peut être généralisée afin d'identifier et de lier mécanistiquement les gènes, incluant ceux n'ayant aucune fonction connue, à tout processus cellulaire, comme les mécanismes régulant l'ARNm.