Comprehensive analysis of proteins secreted by dermatophytes in a protein medium which to some extent mimic "in vivo" growth parameters

RESUME : Les dermatophytes sont les agents infectieux les plus fréquents responsables de la plupart des mycoses superficielles chez les humains et chez les animaux. Ces infections, dermatophytoses, également appelées tineas ou teignes, sont fréquentes et causent des problèmes de santé publique au niveau mondial. La capacité d'envahir et de progresser au sein des structures kératinisées est probablement liée à la sécrétion de différentes enzymes kératinolytiques, qui sont considérées comme la principale caractéristique liée à la pathogénicité de ces champignons. L'objectif de ma thèse a été premièrement de progresser dans l'identification et la caractérisation des nouvelles protéines sécrétées, afin de mieux comprendre a) la capacité globale des dermatophytes à envahir les structures kératinisées, et b) les différences dans la virulence et la spécificité d'hôte que présentent les espèces étudiées .Pour progresser dans l'identification et la caractérisation de ces nouvelles protéines, les secretomes de six espèces de dermatophytes (Trichophyton rubrum, Trichophyton violaceum, Trichophyton soudanense, Trichophyton equinum, Arthroderma vanbreuseghemii et Trichophyton tonsurans) ont été étudiés. Bien qu'il y ait un niveau globalement élevé de similitude entre les protéases sécrétées, les différentes espèces de dermatophytes sécrètent des profiles protéiques distincts lorsqu'elles sont cultivées dans les mêmes conditions de culture, et donc une signature spécifique a pu être associé à chaque espèce. Ces profiles ont été un outil avantageux pour identifier et cartographier les protéines orthologues aux six espèces et ont aussi permit la discrimination d'espèces très proches comme T. tonsurans et T. equinum qui ne peuvent pas être différenciées par l'ADN ribosomal. Ce travail également présente ce que l'on croit être la première identification global des protéines sécrétées par les dermatophytes dans des conditions de culture que incitent l'activité protéolytique extracellulaire. Ce catalogue de protéines, comprenant des endo- and exo- proteases, autres hydrolases, oxydoreductases et des protéines avec fonction inconnue, représente probablement le spectre d'enzymes qui permettent la dégradation des tissus kératinisés en composés qui peuvent être assimilés par le champignon. Les résultats suggèrent qu'un changement écologique pourrait être associé à une expression différentielle des gènes codant les protéines sécrétées, en particulier, les protéases, plutôt qu'à des divergences génétiques au niveau des gènes codant les protéines orthologues. Une sécrétion différentielle des protéines par les dermatophytes pourrait également être responsable de la variabilité inflammatoire qui causent ces agents infectieux chez les différents hôtes. Par conséquent, les protéines identifiées ici sont également importantes pour faire la lumière sur la réponse immunitaire de l'hôte au cours du processus infectieux. SUMMARY : Dermatophytes are the most common infectious agents responsible for superficial mycosis in humans and animals. Dermatophytoses, also called tineas or ringworm, are frequent and cause public health problems worldwide. The secretion of different keratinolytic enzymes is believed to be a key pathogenicity-related characteristic of these fungi. The aim of this work was first to progress in the identification and characterization of novel secreted proteins, in order to better understand a) the overall capability of dermatophytes to invade keratinised structures, and b) differences in virulence and host-specificity of the investigated species. To progress in the identification and characterization of novel proteins, the secretomes from Trichophyton rubrum, Trichophyton violaceum, Trichophyton soudanense, Trichophyton equinum, Arthroderma vanbreuseghemii and Trichophyton tonsurans were studied. Although there is a high global level of similarity among the secreted proteases, different dermatophyte species produce distinct patterns of proteins when grown in the same culture medium, and so a specific signature could be associated to each species. These patterns were useful to identify and map orthologous proteins among the six species, as well as to discriminate the closely related species T. tonsurans and T. equinum, which cannot be differentiated by ribosomal DNA. This work also presents the first in-depth identification of the major proteins secreted by dermatophytes growing under conditions promoting extracellular proteolytic activity. This catalogue of proteins, which include several endo- and exo- proteases, other hydrolases, oxydoreductases, and proteins of unknown function, probably represents the spectrum of enzymes that allow the degradation of keratinized tissues into compounds which can be assimilated by the fungus. The results suggest that ecological switching could be related to a differential expression of genes encoding secreted proteins, particularly, proteases, rather than genetic divergences of the genes encoding orthologous proteins. Differential secretion of proteins by Dermatophyte species could also be responsible for the variable inflammation caused by the infectious agent within the host. Therefore, the proteins here identified are also important to shed light into the immune response of the host during the infection process.

Cardiac raptor deletion impairs adaptive hypertrophy, alters metabolic gene expression and causes heart failure in mice

Background: Mammalian target of rapamycin (mTOR), a central regulator of cell growth, is found in two structurally and functionally distinct multiprotein complexes called mTOR complex (mTORC)1 and mTORC2. The specific roles of each of these branches of mTOR signaling have not been dissected in the adult heart. In the present study, we aimed to bring new insights into the function of cardiac mTORC1-mediated signaling in physiological as well as pathological situations.Methods: We generated mice homozygous for loxP-flanked raptor and positive for the tamoxifen-inducible Cre recombinase (MerCreMer) under control of the α- myosin heavy chain promoter. The raptor gene encodes an essential component of mTORC1. Gene ablation was induced at the age of 10-12 weeks, and two weeks later the raptor cardiac-knockout (raptor-cKO) mice started voluntary cagewheel exercise or were subjected to transverse aortic constriction (TAC) to induce pressure overload.Results: In sedentary raptor-cKO mice, ejection fractions gradually decreased, resulting in significantly reduced values at 38 days (P < 0.001). Raptor-cKO mice started to die during the fifth week after the last tamoxifen injection. At that time, the mortality rate was 36% in sedentary (n = 11) and 64% in exercising (n = 14) mice. TAC-induced pressure overload resulted in severe cardiac dysfunction already at earlier timepoints. Thus, at 7-9 days after surgery, ejection fraction and fractional shortening values were 22.3% vs 43.5% and 10.2% vs 21.5% in raptor-cKO vs wild-type mice, respectively. This was accompanied by significant reductions of ventricular wall and septal thickness as well as an increase in left ventricular internal diameter. Moreover, ventricular weight to tibial length ratios were increased in wild-type, but not in the raptor-cKO TAC mice. Together, this shows that raptor-cKO mice rapidly developed dilated cardiomyopathy without going through a phase of adaptive hypertrophy. Expression of ANP and β-MHC was induced in all raptor-cKO mice irrespective of the cardiac load conditions. Consistent with reduced mTORC1 activity, phosphorylation of ribosomal S6 kinase and 4E-BP1 was blunted, indicating reduced protein synthesis. Moreover, expression of multiple genes involved in the regulation of energy metabolism was altered, and followed by a shift from fatty acid to glucose oxidation.Conclusion: Our study suggests that mTORC1 coordinates protein and energy metabolic pathways in the heart. Moreover, we demonstrate that raptor is essential for the cardiac adaptation to increased workload and importantly, also for normal physiological cardiac function.

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.

Caractérisation des processus moléculaires impliqués dans l’activation de la protéine IKKbeta par l'angiotensine II et son rôle dans la réponse phénotypique des CMLV.

Le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) régule l’homéostasie de la contraction des artères. Or, suivant la liaison de l’angiotensine II (Ang II) à son récepteur AT1, le SRAA est également impliqué dans l’activation de voies de signalisation à l’origine de l’inflammation et de l’hypertrophie des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), soit deux processus participant au remodelage vasculaire caractéristique de diverses maladies cardiovasculaires, telles l’hypertension et l’athérosclérose. Ces pathologies sont les premières causes de mortalité naturelle en Amérique et les traitements les ciblant ne sont pas optimaux puisqu’ils visent seulement quelques facteurs de risque qui leur sont associés. Ainsi, la détermination des effecteurs intracellulaires régulant ces voies délétères est nécessaire à l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. L’inflammation Ang II-dépendante dans les CMLV est attribuée au facteur de transcription nuclear factor-kappa B (NF-κB). Cependant, les processus moléculaires couplant le récepteur AT1 à son activation sont peu caractérisés. L’étude abordant cette question démontre in vitro que NF-κB est activé par la protéine IκB kinase β (IKKβ) dans les CMLV exposées à l’Ang II et que cette kinase est régulée par deux voies de signalisation indépendantes, mais complémentaires afin d’assurer son activation rigoureuse et soutenue. L’une des voies est précoce et dépend des seconds messagers ainsi que de deux nouveaux effecteurs sous-jacents au récepteur AT1, soit la E3 ligase TNF receptor-associated factor 6 (TRAF6) et la IKK kinase transforming growth factor-beta-activated kinase 1 (TAK1) tandis que la seconde est tardive et résulte de la signalisation mitogen-activated protein kinase kinase 1/2 (MEK1/2) - extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) - ribosomal S6 kinase (RSK). L’inhibition conjointe de ces voies abroge complètement la réponse inflammatoire, ce qui indique qu’elles en sont la seule source. Ainsi, l’inhibition d’IKKβ pourrait suffire à contrer l’inflammation impliquée dans le remodelage vasculaire associé à une suractivation du SRAA. Une découverte des plus novatrices découle de cette étude, qui veut que la E3 ligase TRAF6 est un nouvel effecteur des récepteurs couplés aux protéines G et est à l’origine de la formation d’un nouveau type de second messager, soit des chaînes libres de poly-ubiquitines. Les mécanismes moléculaires à la base de l’hypertrophie Ang II-dépendante dans les CMLV sont également peu définis. Or, suivant la parution d’un article démontrant qu’IKKβ dans les cellules cancéreuses participe aux mécanismes d’initiation de la traduction en réponse au facteur de nécrose tumorale α (TNFα) via la phosphorylation de la protéine Tuberous sclerosis 1 (TSC1) et donc l’activation du complexe mammalian target of rapamycin (mTORC1), une hypothèse a été émise selon laquelle cette kinase serait impliquée dans la synthèse protéique Ang II-dépendante dans les CMLV. Les expériences effectuées in vitro dans des CMLV exposées à l’Ang II démontrent qu’IKKβ induit la phosphorylation de TSC1 ainsi que l’activation de mTORC1 et de ses substrats S6 kinase 1 (S6K1) et translational regulators eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein (4E-BP1), deux protéines impliquées directement dans l’hypertrophie. Par ailleurs, la synthèse protéique au niveau des CMLV exposées à l’Ang II est réduite de 75% suivant la diminution de l’expression d’IKKβ et suivant la surexpression d’un mutant de TSC1 dont le site consensus d’IKKβ a été modifié, faisant de cette kinase un médiateur majeur au niveau de ce processus. Ainsi, in vitro IKKβ en réponse à l’Ang II est en amont de deux processus impliqués dans un remodelage vasculaire à l’origine de maladies cardiovasculaires. De plus, plusieurs facteurs de risque de ces pathologies convergent à l’activation d’IKKβ, ce qui en fait une cible thérapeutique particulièrement attrayante. Qui plus est, l’administration d’un inhibiteur d’IKKβ à des rats diminue non seulement la synthèse protéique dépendante de l’Ang II au niveau de l’aorte et des artères mésentériques, mais également la synthèse de la protéine pro-inflammatoire VCAM-1 par les cellules composant l’aorte, ce qui confirme son envergure en tant que cible.

Feedback regulation of Gab2-dependent signaling by the Ras/MAPK pathway

La voie de signalisation des Récepteurs Tyrosine Kinase (RTK) occupe un rôle central dans la régulation de la croissance cellulaire, la prolifération, la différentiation et la motilité. Une régulation anormale des RTKs mène à plusieurs maladies humaines telles que le cancer du sein, la seconde cause de mortalité chez les femmes à cause de l’amplification et la mutation fréquente de la protéine tyrosine kinase HER2 (ERBB2). Grb2-associated binder (Gab) 2 est une protéine adaptatrice qui agit en aval de plusieurs RTKs, y compris HER2, pour réguler de multiples voies de signalisation. En réponse à la stimulation par de nombreux facteurs de croissances et cytokines, Gab2 est recruté à la membrane plasmique où il potentialise l’activation des voies de signalisation Ras/mitogen-activated protein kinase (MAPK) et PI3K (phosphatidylinositol-3-kinase)/Akt (protein kinase B). En plus d’occuper un rôle essentiel durant le développement du système hématopoïétique, Gab2 est souvent amplifié dans les cancers, notamment le cancer du sein et les mélanomes. Cependant, les mécanismes moléculaires qui régulent le fonctionnement de Gab2 sont peu connus. Il est établi que lors de l’activation des RTKs, Gab2 est phosphorylé au niveau de plusieurs résidus Tyrosine, menant à l’association de différentes protéines comme p85 et Shp2. En plus de la phosphorylation en Tyrosine, notre laboratoire ainsi que d’autres groupes de recherche avons identifié que Gab2 est aussi phosphorylé au niveau de résidus Ser/Thr suite à l’activation de la voie de signalisation MAPK. Cependant, la régulation des fonctions de Gab2 par ces modifications post-traductionnelles est encore peu connue. Dans le but de comprendre comment Gab2 est régulé par la voie de signalisation MAPK, nous avons utilisé différentes approches. Dans la première partie de ma thèse, nous avons déterminé un nouveau mécanisme démontrant que la voie de signalisation Ras/MAPK, par le biais des protéines kinases RSK (p90 ribosomal S6 kinase), phosphoryle Gab2. Ce phénomène se produit à la fois in vivo et in vitro au niveau de trois résidus Ser/Thr conservés. Des mutations au niveau de ces sites de phosphorylation entrainent le recrutement de Shp2 menant à l’augmentation de la motilité cellulaire, ce qui suggère que les protéines RSK restreignent les fonctions dépendantes de Gab2. Ce phénomène est le résultat de la participation de RSK dans la boucle de rétroaction négative de la voie de signalisation MAPK. Dans la seconde partie de ma thèse, nous avons démontré que les protéines ERK1/2 phosphorylent Gab2 au niveau de plusieurs résidus pS/T-P à la fois in vitro et in vivo, entrainant l’inhibition du recrutement de p85. De plus, nous avons établi pour la première fois que Gab2 interagit physiquement avec ERK1/2 dans des cellules lors de l’activation de la voie de signalisation MAPK. Par ailleurs, nous avons montré un nouveau domaine d’attache du module ERK1/2 sur Gab2. Des mutations sur les résidus essentiels de ce domaine d’attache n’entrainent pas seulement la dissociation de ERK1/2 avec Gab2, mais diminuent également la phosphorylation dépendante de ERK1/2 sur Gab2. Ainsi, nos données montrent que la voie de signalisation MAPK régule les fonctions de la protéine Gab2 par le biais des kinases RSK et ERK1/2. Cette thèse élabore par ailleurs un schéma complet des fonctions de Gab2 dépendantes de la voie de signalisation MAPK dans le développement de nombreux cancers.

Phosphorylation et régulation de l’E3 ubiquitine ligase MDM2 par la protéine kinase RSK dans les mélanomes

La voie de signalisation Ras/MAPK (Ras/mitogen-activated protein kinase) régule une variété de protéines intracellulaires qui jouent un rôle important dans la croissance et la prolifération cellulaire. La régulation inappropriée de cette voie de signalisation conduit au développement de nombreux cancers comme le mélanome, qui est caractérisé par des mutations activatrices au niveau des gènes NRAS et BRAF. La protéine kinase RSK (p90 ribosomal S6 kinase) est un composant central de la voie Ras/MAPK, mais son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire n’est pas bien compris. RSK a été montrée pour participer à la résistance des mélanomes aux chimiothérapies, mais le mécanisme moléculaire reste encore à élucider. Nous montrons à l’aide d’un anticorps phospho-spécifique que MDM2 est phosphorylée en réponse à des agonistes et des mutations oncogéniques activant spécifiquement la voie Ras/MAPK. En utilisant des méthodes in vitro et in vivo, nous avons constaté que RSK phosphoryle directement MDM2 sur les Sérines 166 et 186, ce qui suggère que MDM2 est un substrat de RSK. La mutagénèse dirigée envers ces sites nous indique que ces résidus régulent l’ubiquitination de MDM2, suggérant que RSK régule la stabilité de MDM2 et de p53. De plus, nous avons observé que l’inhibition de RSK conduit à une augmentation du niveau protéique de p53 après un dommage à l’ADN dans les cellules de mélanomes. En conclusion, nos travaux suggèrent un rôle important de la protéine kinase RSK dans la régulation de MDM2 et de sa cible, p53. L’étude de ces mécanismes moléculaires aidera à mieux définir le rôle de RSK dans la croissance tumorale, mais également dans la résistance aux agents chimiothérapeutiques.

Assembling novel protein folds from super-secondary structural fragments

The results of applying a fragment-based protein tertiary structure prediction method to the prediction of 14 CASP5 target domains are described. The method is based on the assembly of supersecondary structural fragments taken from highly resolved protein structures using a simulated annealing algorithm. A number of good predictions for proteins with novel folds were produced, although not always as the first model. For two fold recognition targets, FRAGFOLD produced the most accurate model in both cases, despite the fact that the predictions were not based on a template structure. Although clear progress has been made in improving FRAGFOLD since CASP4, the ranking of final models still seems to be the main problem that needs to be addressed before the next CASP experiment

Endothelin-1 promotes phosphorylation of CREB transcription factor in primary cultures of neonatal rat cardiac myocytes: implications for the regulation of c-jun expression.

Cardiac myocyte hypertrophy is associated with an increase in expression of immediate early genes (e.g. c-jun) via activation of pre-existing transcription factors. The activity of CREB transcription factor is regulated through phosphorylation of Ser-133 by one of several protein kinases (e.g. protein kinase A (PKA), p90 ribosomal S6 kinases (RSKs) and the related kinase, MSK1). A cell-permeable form of cAMP, hypertrophic agonists (endothelin-1 (ET-1), phenylephrine (PE)) and hyperosmotic shock all promoted phosphorylation of CREB(Ser-133) in rat neonatal cardiac myocytes. The response to endothelin-1 required the extracellular signal-regulated kinase cascade which stimulates both RSKs and MSK1. Phosphorylation of CREB(Ser-133) in response to ET-1 was not associated with any increase in DNA binding to a consensus cAMP-response element (CRE). The rat c-jun promoter contains elements which may bind either c-Jun/ATF2 or CREB/ATF1 dimers. Using extracts from rat cardiac myocytes, we identified at least two complexes which bind to the most proximal of these elements, one of which contained CREB and the other c-Jun. Thus, phosphorylation and activation of CREB in cardiac myocytes may be effected by a range of different stimuli to influence the expression of immediate early genes such as c-jun.

Cwc24p, a novel Saccharomyces cerevisiae nuclear ring finger protein, affects pre-snoRNA U3 splicing

U3 snoRNA is transcribed from two intron-containing genes in yeast, snR17A and snR17B. Although the assembly of the U3 snoRNP has not been precisely determined, at least some of the core box C/D proteins are known to bind pre-U3 co-transcriptionally, thereby affecting splicing and 3 `-end processing of this snoRNA. We identified the interaction between the box C/D assembly factor Nop17p and Cwc24p, a novel yeast RING finger protein that had been previously isolated in a complex with the splicing factor Cef1p. Here we show that, consistent with the protein interaction data, Cwc24p localizes to the cell nucleus, and its depletion leads to the accumulation of both U3 pre-snoRNAs. U3 snoRNA is involved in the early cleavages of 35 S pre-rRNA, and the defective splicing of pre-U3 detected in cells depleted of Cwc24p causes the accumulation of the 35 S precursor rRNA. These results led us to the conclusion that Cwc 24p is involved in pre-U3 snoRNA splicing, indirectly affecting pre-rRNA processing.

Utp25p, a nucleolar Saccharomyces cerevisiae protein, interacts with U3 snoRNP subunits and affects processing of the 35S pre-rRNA

In eukaryotes, pre-rRNA processing depends on a large number of nonribosomal trans-acting factors that form intriguingly organized complexes. Two intermediate complexes, pre-40S and pre-60S, are formed at the early stages of 35S pre-rRNA processing and give rise to the mature ribosome subunits. Each of these complexes contains specific pre-rRNAs, some ribosomal proteins and processing factors. The novel yeast protein Utp25p has previously been identified in the nucleolus, an indication that this protein could be involved in ribosome biogenesis. Here we show that Utp25p interacts with the SSU processome proteins Sas10p and Mpp10p, and affects 18S rRNA maturation. Depletion of Utp25p leads to accumulation of the pre-rRNA 35S and the aberrant rRNA 23S, and to a severe reduction in 40S ribosomal subunit levels. Our results indicate that Utp25p is a novel SSU processome subunit involved in pre-40S maturation.

Structure, Dynamics, and RNA Interaction Analysis of the Human SBDS Protein

Shwachman-Bodian-Diamond syndrome is an autosomal recessive genetic syndrome with pleiotropic phenotypes, including pancreatic deficiencies, bone marrow dysfunctions with increased risk of myelodysplasia or leukemia, and skeletal abnormalities. This syndrome has been associated with mutations in the SBDS gene, which encodes a conserved protein showing orthologs in Archaea and eukaryotes. The Shwachman-Bodian-Diamond syndrome pleiotropic phenotypes may be an indication of different cell type requirements for a fully functional SBDS protein. RNA-binding activity has been predicted for archaeal and yeast SBDS orthologs, with the latter also being implicated in ribosome biogenesis. However, full-length SBDS orthologs function in a species-specific manner, indicating that the knowledge obtained from model systems may be of limited use in understanding major unresolved issues regarding SBDS function, namely, the effect of mutations in human SBDS on its biochemical function and the specificity of RNA interaction. We determined the solution structure and backbone dynamics of the human SBDS protein and describe its RNA binding site using NMR spectroscopy. Similarly to the crystal structures of Archaea, the overall structure of human SBDS comprises three well-folded domains. However, significant conformational exchange was observed in NMR dynamics experiments for the flexible linker between the N-terminal domain and the central domain, and these experiments also reflect the relative motions of the domains. RNA titrations monitored by heteronuclear correlation experiments and chemical shift mapping analysis identified a classic RNA binding site at the N-terminal FYSH (fungal, Yhr087wp, Shwachman) domain that concentrates most of the mutations described for the human SBDS. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Sdo1p, the yeast orthologue of Shwachman-Bodian-Diamond syndrome protein, binds RNA and interacts with nuclear rRNA-processing factors

The Shwachman-Bodian-Diamond syndrome protein (SBDS) is a member of a highly conserved protein family of not well understood function, with putative orthologues found in different organisms ranging from Archaea, yeast and plants to vertebrate animals. The yeast orthologue of SBDS, Sdo1p, has been previously identified in association with the 60S ribosomal subunit and is proposed to participate in ribosomal recycling. Here we show that Sdo1p interacts with nucleolar rRNA processing factors and ribosomal proteins, indicating that it might bind the pre-60S complex and remain associated with it during processing and transport to the cytoplasm. Corroborating the protein interaction data, Sdo1p localizes to the nucleus and cytoplasm and co-immunoprecipitates precursors of 60S and 40S subunits, as well as the mature rRNAs. Sdo1p binds RNA directly, suggesting that it may associate with the ribosomal subunits also through RNA interaction. Copyright (C) 2009 John Wiley & Sons, Ltd.

Purification and analysis of protein synthetic initiation factors from Volvox Carteri

Volvox carteri, a multi-celled green algae, can grow synchronously given a sixteen hour light period followed by an eight hour dark period, a cycle which is repeated for a 48 hour growth cycle total. Near the end of each light period, reproductive cells divide rapidly resulting in the differentiation of ceIls. When the dark period begins, this differentiation stops and the cells remain dormant with little protein synthesis or differentiation occurring. Immediately after the lights come back on, however, the cells again undergo rapid protein synthesis and complete their differentiation. Previous studies have concluded that Volvox carteri discontinue protein synthesis during the dark phase due to regulation at the translational level and not the transcriptional level. Therefore, the inhibition of protein synthesis does not lie in the transfer of the protein coding sequence from DNA to mRNA, but rather in the transfer of this information from the mRNA to the ribosomes. My research examined this translational regulation to determine the factor(s) causing the discontinuation of protein synthesis during the dark phase. Evidence from other research further suggests that the control of translation lies in the initiation step rather than the elongation step. Eukaryotic initiation factors aid in the binding of the ribosomal subunits to the mRNA to initiate protein synthesis. It is known that initiation factors can be modified by phosphorylation, regulating their activity. Therefore, my study focused upon isolating some of these initiation factors in order to determine whether or not such modifications are responsible for the inhibition of dark phase protein synthesis in Volvox carteri.

Genetic interactions of yeast eukaryotic translation initiation factor 5a (eIF5A) reveal connections to poly(A)-binding protein and protein kinase C signaling

The highly conserved eukaryotic translation initiation factor eIF5A has been proposed to have various roles in the cell, from translation to mRNA decay to nuclear protein export. To further our understanding of this essential protein, three temperature-sensitive alleles of the yeast TIF51A gene have been characterized. Two mutant eIF5A proteins contain mutations in a proline residue at the junction between the two eIFSA domains and the third, strongest allele encodes a protein with a single mutation in each domain, both of which are required for the growth defect. The stronger tif51A alleles cause defects in degradation of short-lived mRNAs, supporting a role for this protein in mRNA decay. A multicopy suppressor screen revealed six genes, the overexpression of which allows growth of a tif51A-1 strain at high temperature; these genes include PAB1, PKC1, and PKC1 regulators WSC1, WSC2, and WSC3. Further results suggest that eIFSA may also be involved in ribosomal synthesis and the WSC/PKC1 signaling pathway for cell wall integrity or related processes.

Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus latency-associated nuclear antigen 1 mimics Epstein-Barr virus EBNA1 immune evasion through central repeat domain effects on protein processing

Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus (KSHV/human herpesvirus 8 [HHV8]) and Epstein-Barr virus (EBV/HHV4) are distantly related gammaherpesviruses causing tumors in humans. KSHV latency-associated nuclear antigen 1 (LANA1) is functionally similar to the EBV nuclear antigen-1 (EBNA1) protein expressed during viral latency, although they have no amino acid similarities. EBNA1 escapes cytotoxic lymphocyte (CTL) antigen processing by inhibiting its own proteosomal degradation and retarding its own synthesis to reduce defective ribosomal product processing. We show here that the LANA1 QED-rich central repeat (CR) region, particularly the CR2CR3 subdomain, also retards LANA1 synthesis and markedly enhances LANA1 stability in vitro and in vivo. LANA1 isoforms have half-lives greater than 24 h, and fusion of the LANA1 CR2CR3 domain to a destabilized heterologous protein markedly decreases protein turnover. Unlike EBNA1, the LANA1 CR2CR3 subdomain retards translation regardless of whether it is fused to the 5′ or 3′ end of a heterologous gene construct. Manipulation of sequence order, orientation, and composition of the CR2 and CR3 subdomains suggests that specific peptide sequences rather than RNA structures are responsible for synthesis retardation. Although mechanistic differences exist between LANA1 and EBNA1, the primary structures of both proteins have evolved to minimize provoking CTL immune responses. Simple strategies to eliminate these viral inhibitory regions may markedly improve vaccine effectiveness by maximizing CTL responses. Copyright © 2007, American Society for Microbiology. All Rights Reserved.