Preparation of mitotic chromosomes of leaf-cutting ants from the genera Atta and Acromyrmex

Some modifications were made to the methodology of Imai et al. (Jpn. J. Genet. 63: 159-185, 1988) for cytogenetic analysis of the leaf-cutting ants Atta sexdens piriventris and Acromyrmex heyeri (Hymenoptera, Formicidae), shortening preparation time and improving chromosomal preparations. The brain ganglia of prepupae were dissected in a 0.0025% hypotonic solution of colchicine, placed on a glass slide on a cold plate (4 ± 1oC) for 20 min. The material was fixed directly on the cold slide (with cold fixative I), macerated with a histological needle and fixed again with fixative I, followed by fixatives II and III, all of them cold. The slide was flame-dried right after the use of fixative III, and it was allowed to air-dry at room temperature for 2 h. The resulting metaphases presented less contracted chromosomes, with separated and well defined sister chromatids at a high frequency, when the material was processed in the manner described and stained with 3% Giemsa in phosphate buffer (pH 6.8) for 15 min.

Evaluation of techniques for C and ASG banding of the mitotic chromosomes of Anastrepha species (Diptera, Tephritidae)

Methods previously described by Canovai et al. (Caryologia 47: 241-247, 1994) which produced C and ASG bands in mitotic chromosomes of Ceratitis capitata were applied to the chromosomes of several Anastrepha species. Metaphase plate yield was substantially increased by use of imaginal disks together with cerebral ganglia. The C-bands were quite prominent allowing the resolution of tiny blocks of heterochromatin. The ASG method produced G-like banded chromosomes, which permitted recognition of each individual chromosome. These simple techniques do not require special equipment and may be valuable for karyotype variability studies in fruit flies and other Diptera

Effects of caffeine on mitotic index in Drosophila prosaltans (Diptera)

The effect of two concentrations of caffeine (1500 mg/ml and 2500 mg/ml) on mitotic indices of Drosophila prosaltans was analyzed in larval brain cells. Although the differences detected between treated and control cells were not significant, the percentages obtained suggest a possible effect of caffeine in slowing the process of cell division

To Divide or Not to Divide; MicroRNAs and Small Compounds as Modulators of Mitosis

Mitosis is under the stringent quality control of the spindle assembly checkpoint (SAC). However, in cancer cells this control can fail, leading to excessive cellular proliferation and ultimately to the formation of a tumor. Novel cancer cell selective therapies are needed to stop the uncontrolled cell proliferation and tumor growth. The aim of the research presented in this thesis was to identify microRNAs (miRNAs) that could play a role in cancer cell proliferation as well as low molecular weight (LMW) compounds that could interfere with cell division. The findings could be used to develop better cancer diagnostics and therapies in the future. First, a high-throughput screen (HTS) was performed to identify LMW compounds that possess a similar chemical interaction field as rigosertib, an anti-cancer compound undergoing clinical trials. A compound termed Centmitor-1 was discovered that phenocopied the cellular impact of rigosertib by affecting the microtubule dynamics. Next, another HTS aimed at identifying compounds that would target the Hec1 protein, which mediates the interaction between spindle microtubules and chromosomes. Perturbation of this connection should prevent cell division and induce cell death. A compound termed VTT-006 was discovered that abrogated mitosis in several cell line models and exhibited binding to Hec1 in vitro. Lastly, using a cell-based HTS two miRNAs were identified that affected cancer cell proliferation via Aurora B kinase, which is an important mitotic regulator. MiR-378a-5p was found to indirectly suppress the production of the kinase whereas let-7b showed direct binding to the 3’UTR of Aurora B mRNA and repressed its translation. The miRNA-mediated perturbation of Aurora B induced defects in mitosis leading to abnormal chromosome segregation and induction of aneuploidy. The results of this thesis provide new information on miRNA signaling in cancer, which could be utilized for diagnostic purposes. Moreover, the thesis introduces two small compounds that may benefit future drug research.

Role of p53 codon 72 polymorphism in chromosomal aberrations and mitotic index in patients with chronic hepatitis B

Polymorphisms of the p53 gene, which participates in DNA repair, can affect the functioning of the p53 protein. The Arg and Pro variants in p53 codon 72 were shown to have different regulation properties of p53-dependent DNA repair target genes that can affect various levels of cytogenetic aberrations in chronic hepatitis B patients. The present study aimed to examine the frequency of chromosomal aberrations and the mitotic index in patients with chronic hepatitis B and their possible association with p53 gene exon 4 codon 72 Arg72Pro (Ex4+119 G>C; rs1042522) polymorphism. Fifty-eight patients with chronic hepatitis B and 30 healthy individuals were genotyped in terms of the p53 gene codon 72 Arg72Pro polymorphism by PCR-RFLP. A 72-h cell culture was performed on the same individuals and evaluated in terms of chromosomal aberrations and mitotic index. A high frequency of chromosomal aberrations and low mitotic index were detected in the patient group compared to the control group. A higher frequency of chromosomal aberrations was detected in both the patient and the control groups with a homozygous proline genotype (13 patients, 3 control subjects) compared to patients and controls with other genotypes [Arg/Pro (38 patients, 20 control subjects) and Arg/Arg (7 patients, 7 control subjects)]. We observed an increased frequency of cytogenetic aberrations in patients with chronic hepatitis B. In addition, a higher frequency of cytogenetic aberrations was observed in p53 variants having the homozygous proline genotype compared to variants having other genotypes both in patients and healthy individuals.

Sleep spindle activity in children with ADHD

Le trouble du déficit de l’attention/hyperactivité (TDA/H) est le désordre du comportement le plus commun chez les enfants. Les études suggèrent qu'un pourcentage élevé d'enfants atteints de TDA/H souffre de problèmes de sommeil et de somnolence diurne. Le mécanisme sous-jacent à ces difficultés demeure inconnu. Plusieurs études ont suggéré que les fuseaux de sommeil jouent un rôle dans les mécanismes de protection du sommeil. L'objectif de cette étude est de comparer les fuseaux lents (11-13 Hz) et rapides (14-15 Hz) chez des enfants atteints du TDA/H et des sujets contrôles. Nous prévoyons que comparativement aux enfants contrôles, les enfants atteints du TDA/H montreront une plus faible densité des fuseaux lents et rapides, et auront des fuseaux plus courts (sec), moins amples (uV) et plus rapides (cycle/sec). Enfin, nous prévoyons que ces effets seront plus prononcés dans les dérivations cérébrales antérieures que dans les dérivations plus postérieures du cerveau. Les enregistrements polysomnographiques (PSG) du sommeil de nuit ont été menés chez 18 enfants diagnostiqués avec le TDA/H et chez 26 sujets témoins âgés entre 7 et 11 ans. Un algorithme automatique a permis de détecter les fuseaux lents et rapides sur les dérivations frontales, centrales, pariétales et occipitales. Les résultats ont montré que, les caractéristiques PSG du sommeil ne différaient pas significativement entre les deux groupes. On ne note aucune différence significative entre les groupes sur nombre/densité des fuseaux lents et rapides ainsi que sur leurs caractéristiques respectives. Cette étude suggère que les mécanismes de synchronisation du l'EEG en sommeil lent, tel que mesuré par la densité et les caractéristiques des fuseaux lents et rapides en sommeil lent ne différent pas chez les enfants atteints du TDA/H.

Rôle des centrosomes dans la régulation du point de contrôle en G2/M en réponse aux dommages à l'ADN

Les centrosomes sont les centres organisateurs des microtubules et jouent un rôle crucial dans l’organisation du fuseau bipolaire pendant la mitose. Plus récemment, le rôle des centrosomes dans la régulation de l’entrée en mitose a été mis en évidence. Les centrosomes semblent également contribuer à l’activation du point de contrôle en G2/M en réponse aux lésions de l’ADN en servant de point de rencontre pour les régulateurs du cycle cellulaire et les gènes de réponse aux dommages à l’ADN. L’amplification du nombre de centrosomes est une caractéristique des cellules tumorales mais de façon intéressante, elle constitue aussi une réponse des cellules aux dommages à l’ADN. Les mécanismes qui régulent l’homéostasie et la dynamique des centrosomes sont encore mal compris. Pour mieux comprendre le rôle des centrosomes dans la régulation du point de contrôle en G2/M en réponse aux dommages à l’ADN, le recrutement et/ou l’activation au niveau des centrosomes des kinases impliquées dans les voies de signalisation de ce point de contrôle ont été étudiés par immunofluorescence indirecte sur cellules HeLaS3 ou par Western blot sur des fractions enrichies en centrosomes. Nos résultats montrent que les kinases ATM, ATR, CHK1 et CHK2 sont actives dans les centrosomes de cellules en phase G2. En réponse à l’activation du point de contrôle en G2/M, les formes actives de ces kinases diminuent au niveau des centrosomes. Pour identifier de nouveaux acteurs centrosomaux potentiellement impliqués dans la régulation de ce point de contrôle, une analyse comparative des protéomes de centrosomes purifiés a également été réalisée par spectrométrie de masse. Pour étudier plus particulièrement la fonction de CHK2 au niveau des centrosomes, nous avons développer des outils moléculaires qui serviront à déterminer le rôle de la sous population de CHK2 localisée aux centrosomes 1) dans la régulation de l’entrée en mitose au cours d’un cycle normal 2) dans l’activation et la stabilité du point de contrôle en G2/M en réponse aux lésions l’ADN et 3) dans l’homéostasie et la dynamiques des centrosomes en réponse aux dommages à l’ADN. Cette étude permettra de mieux comprendre la fonction des centrosomes dans la réponse cellulaire au stress génotoxiques anti-cancereux et de révéler de nouvelles fonctions potentielles pour la kinase CHK2.

Dissecting cell cycle protein complexes using the pptimized yeast cytosine deaminase protein-fragment complementation assay “You too can play with an edge”

Les protéines sont les produits finaux de la machinerie génétique. Elles jouent des rôles essentiels dans la définition de la structure, de l'intégrité et de la dynamique de la cellule afin de promouvoir les diverses transformations chimiques requises dans le métabolisme et dans la transmission des signaux biochimique. Nous savons que la doctrine centrale de la biologie moléculaire: un gène = un ARN messager = une protéine, est une simplification grossière du système biologique. En effet, plusieurs ARN messagers peuvent provenir d’un seul gène grâce à l’épissage alternatif. De plus, une protéine peut adopter plusieurs fonctions au courant de sa vie selon son état de modification post-traductionelle, sa conformation et son interaction avec d’autres protéines. La formation de complexes protéiques peut, en elle-même, être déterminée par l’état de modifications des protéines influencées par le contexte génétique, les compartiments subcellulaires, les conditions environmentales ou être intrinsèque à la croissance et la division cellulaire. Les complexes protéiques impliqués dans la régulation du cycle cellulaire sont particulièrement difficiles à disséquer car ils ne se forment qu’au cours de phases spécifiques du cycle cellulaire, ils sont fortement régulés par les modifications post-traductionnelles et peuvent se produire dans tous les compartiments subcellulaires. À ce jour, aucune méthode générale n’a été développée pour permettre une dissection fine de ces complexes macromoléculaires. L'objectif de cette thèse est d'établir et de démontrer une nouvelle stratégie pour disséquer les complexes protéines formés lors du cycle cellulaire de la levure Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae). Dans cette thèse, je décris le développement et l'optimisation d'une stratégie simple de sélection basée sur un essai de complémentation de fragments protéiques en utilisant la cytosine déaminase de la levure comme sonde (PCA OyCD). En outre, je décris une série d'études de validation du PCA OyCD afin de l’utiliser pour disséquer les mécanismes d'activation des facteurs de transcription et des interactions protéine-protéines (IPPs) entre les régulateurs du cycle cellulaire. Une caractéristique clé du PCA OyCD est qu'il peut être utilisé pour détecter à la fois la formation et la dissociation des IPPs et émettre un signal détectable (la croissance des cellules) pour les deux types de sélections. J'ai appliqué le PCA OyCD pour disséquer les interactions entre SBF et MBF, deux facteurs de transcription clés régulant la transition de la phase G1 à la phase S. SBF et MBF sont deux facteurs de transcription hétérodimériques composés de deux sous-unités : une protéine qui peut lier directement l’ADN (Swi4 ou Mbp1, respectivement) et une protéine commune contenant un domain d’activation de la transcription appelée Swi6. J'ai appliqué le PCA OyCD afin de générer un mutant de Swi6 qui restreint ses activités transcriptionnelles à SBF, abolissant l’activité MBF. Nous avons isolé des souches portant des mutations dans le domaine C-terminal de Swi6, préalablement identifié comme responsable dans la formation de l’interaction avec Swi4 et Mbp1, et également important pour les activités de SBF et MBF. Nos résultats appuient un modèle où Swi6 subit un changement conformationnel lors de la liaison à Swi4 ou Mbp1. De plus, ce mutant de Swi6 a été utilisé pour disséquer le mécanisme de régulation de l’entrée de la cellule dans un nouveau cycle de division cellulaire appelé « START ». Nous avons constaté que le répresseur de SBF et MBF nommé Whi5 se lie directement au domaine C-terminal de Swi6. Finalement, j'ai appliqué le PCA OyCD afin de disséquer les complexes protéiques de la kinase cycline-dépendante de la levure nommé Cdk1. Cdk1 est la kinase essentielle qui régule la progression du cycle cellulaire et peut phosphoryler un grand nombre de substrats différents en s'associant à l'une des neuf protéines cycline régulatrice (Cln1-3, Clb1-6). Je décris une stratégie à haut débit, voir à une échelle génomique, visant à identifier les partenaires d'interaction de Cdk1 et d’y associer la cycline appropriée(s) requise(s) à l’observation d’une interaction en utilisant le PCA OyCD et des souches délétées pour chacune des cyclines. Mes résultats nous permettent d’identifier la phase(s) du cycle cellulaire où Cdk1 peut phosphoryler un substrat particulier et la fonction potentielle ou connue de Cdk1 pendant cette phase. Par exemple, nous avons identifié que l’interaction entre Cdk1 et la γ-tubuline (Tub4) est dépendante de Clb3. Ce résultat est conforme au rôle de Tub4 dans la nucléation et la croissance des faisceaux mitotiques émanant des centromères. Cette stratégie peut également être appliquée à l’étude d'autres IPPs qui sont contrôlées par des sous-unités régulatrices.

Localisation et fonction de CHK2 en mitose

Les centrosomes dont le rôle principal est d’organiser le cytosquelette de microtubules et le fuseau mitotique servent aussi de sites d’interaction pour plusieurs protéines régulatrices du cycle cellulaire et de la réponse aux dommages à l’ADN. Une de ces protéines est la kinase CHK2 et plusieurs publications montrent une sous-population de CHK2 localisée aux centrosomes dans les cellules en interphase et en mitose. Toutefois, la localisation de CHK2 aux centrosomes demeure controversée, car des doutes subsistent en ce qui concerne la spécificité des anticorps utilisés en immunocytochimie. En utilisant des lignées cellulaires du cancer du côlon, les cellules HCT116 sauvages et HCT116 CHK2-/- ainsi que différentes lignées d’ostéosarcome humain dans lesquelles l’expression de CHK2 a été inhibée par ARN interférence, nous montrons que les anticorps anti-CHK2 qui donnent un signal centrosomal sont non spécifiques et reconnaissent un antigène inconnu sur les centrosomes. Cependant, par des expériences d’immunofluorescence réalisées avec des cellules U2OS qui expriment les protéines de fusion GFP-CHK2 ou FLAG-CHK2, nous révélons une localisation centrosomale de CHK2 dans les cellules en mitose, mais pas en interphase. Ce résultat a été confirmé par vidéomicroscopie dans les cellules vivantes exprimant GFP-CHK2. Pour déterminer le ou les rôles potentiels de CHK2 en mitose nous avons réalisé des expériences pour explorer le rôle de CHK2 dans la progression de la mitose, la nucléation des microtubules aux centrosomes et la progression de la mitose en présence de problèmes d’attachement des chromosomes où de lésions génotoxiques. Nos données suggèrent que CHK2 n’est pas impliquée dans la régulation de la mitose dans les cellules U2OS.

Spatiotemporal regulation of the Greatwall : PP2A axis is required for mitotic progression

Le cycle cellulaire est hautement régulé par la phosphorylation réversible de plusieurs effecteurs. La kinase dépendante des cyclines Cdk1 déclenche la mitose en induisant le bris de l’enveloppe nucléaire, la condensation des chromosomes et la formation du fuseau mitotique. Chez les animaux métazoaires, ces évènements sont contrés par la protéine phosphatase PP2A-B55, qui déphosphoryle plusieurs substrats de Cdk1. La kinase Greatwall (Gwl) est activée par le complexe cycline B-Cdk1 en début de mitose et induit ensuite l’inhibition de PP2A-B55 via Endos/Arpp19. Toutefois, les mécanismes moléculaires qui régulent Gwl sont encore peu connus. Nous avons montré que Gwl a une activité s’opposant à PP2A-B55, qui collabore avec la kinase Polo pour assurer l’attachement du centrosome au noyau et la progression du cycle cellulaire dans le syncytium de l’embryon de la drosophile. Ensuite, nous avons trouvé dans des cellules de drosophile que Gwl est localisée au noyau pendant l’interphase, mais qu’elle se relocalise au cytoplasme dès la prophase, avant le bris de l’enveloppe nucléaire. Nous avons montré que cette translocation de Gwl est cruciale pour sa fonction et qu’elle dépend de la phosphorylation de plusieurs résidus de la région centrale de Gwl par les kinases Polo et Cdk1. Cette région centrale contient également deux séquences de localisation nucléaire (respectivement NLS1 et NLS2). De plus, nos résultats suggèrent que la phosphorylation de Gwl par la kinase Polo promeut sa liaison avec la protéine 14-3-3ε, ce qui favorise la rétention cytoplasmique de Gwl. Le rôle de Cdk1 dans cette translocation reste quant à lui inconnu. De plus, nous avons montré que le complexe cycline B-Cdk1 entre dans le noyau avant que Gwl ne soit transportée dans le cytoplasme. Cdk1 pourrait donc activer Gwl et phosphoryler ses substrats nucléaires, à l’abri de PP2A-B55 qui est largement cytoplasmique. Gwl est ensuite exclue du noyau et relocalisée dans le cytoplasme afin d’induire l’inhibition de PP2A-B55. Cela permet de synchroniser les événements de phosphorylation se produisant dans le noyau et dans le cytoplasme. Fait intéressant, un mécanisme de régulation de la localisation de Gwl similaire à cela a été découvert chez l’humain et chez la levure, suggérant que ce mécanisme est conservé entre différentes espèces.

Induction of Mitotic Chromosomal Aberrations by Lasers in Comparison to Gamma Radiations

Laser irradiation at wavelength 514 nm was used to study the effect, of lasers in inducing chromosomal aberrations at mitosis. This study offers a new radiation system which could be used for the induction of mutations. Results are compared with those obtained from studies using y-rays as irradiation source.

Induction of mitotic aberrations by Argon ion lasers in Vicia faba L. and Allium cepa L.

A comparat ive study of the effect oflaser in inducing chro mosomal aberrat ions at 4gg nm was done in View j aba L. (faba bean) and Allium ccpa L. (onion) with Argon ion laser (Spectra Physics Model 171). Seeds and bulbs of V.jaba and A. eepa were subjected to laser irra diation by 4gg nm excitations from Argon ion laser source at power levels 200 and 400 mW with power densities 2.25 mW em" and 4.49 mW em" and ditTerent exposure times (10, 20, 30 & 40 minutes). Similar to the effect of oth er physical and chemical mutagens, laser caused a dose dependent decrease in mitotic index and a rise in mitotic aberrations when compared to the control. In both plant species, mutations were observed in all stages of mitotic cell cycle. The total percentage of aberrations was two fold higher at 400 mW than at 200 mW exposure.

Aspects of isolation underpinning mitotic behaviour in lupin protoplasts

This study reports on the influence of critical isolation factors on the subsequent culture of protoplasts of Lupinus albus L. Protoplasts were isolated from in vitro seedling cotyledons of five early maturing accessions in which protoplast yields and division frequencies appeared to be correlated as a high protoplast yield corresponded with a high division frequency. The overall difference among the accessions for mitosis was non- significant, although the highest yield and division frequency were observed in accession LA132, with Alban giving a significantly lower level. Accession Lucrop produced the lowest number of protoplasts, all of which collapsed during culture. Of the enzyme types used for tissue maceration, Pectolyase Y23, was significantly inferior to Macerase in terms of giving way to mitosis. The extent of division in Macerase- isolated protoplast population was 266% higher than that in the Pectolyase Y23- isolated one. The physiological maturity level of the explant, expressed in terms of developmental age, was optimal when 14 - 18- day- old seedling cotyledons were used for protoplast production and culture, rather than more mature ones, despite higher protoplast yields in the latter. On K8p medium, the protoplast division frequency was 129% greater when 18- day- old seedling cotyledons were used, than that with any other treatment. This work on protoplast culture of the potentially important lupin species, which is a pulse rich in dietary protein, oil and fibre, allows a further understanding of the biology, with an aim to advance lupin biotechnology.

FTO influences adipogenesis by regulating mitotic clonal expansion

The fat mass and obesity-associated (FTO) gene plays a pivotal role in regulating body weight and fat mass; however, the underlying mechanisms are poorly understood. Here we show that primary adipocytes and mouse embryonic fibroblasts (MEFs) derived from FTO overexpression (FTO-4) mice exhibit increased potential for adipogenic differentiation, while MEFs derived from FTO knockout (FTO-KO) mice show reduced adipogenesis. As predicted from these findings, fat pads from FTO-4 mice fed a high-fat diet show more numerous adipocytes. FTO influences adipogenesis by regulating events early in adipogenesis, during the process of mitotic clonal expansion. The effect of FTO on adipogenesis appears to be mediated via enhanced expression of the pro-adipogenic short isoform of RUNX1T1, which enhanced adipocyte proliferation, and is increased in FTO-4 MEFs and reduced in FTO-KO MEFs. Our findings provide novel mechanistic insight into how upregulation of FTO leads to obesity.