Histone H2B-R95A mutant identifies the pheromone pathway that signals cell cycle arrest during rapamycin response

La rapamycine est un immunosuppresseur utilisé pour traiter plusieurs types de maladies dont le cancer du rein. Son fonctionnement par l’inhibition de la voie de Tor mène à des changements dans des processus physiologiques, incluant le cycle cellulaire. Chez Saccharomyces cerevisiae, la rapamycine conduit à une altération rapide et globale de l’expression génique, déclenchant un remodelage de la chromatine. Nous proposons que les modifications des histones peuvent jouer un rôle crucial dans le remodelage de la chromatine en réponse à la rapamycine. Notre objectif principal est d’identifier d’une banque de mutants d’histone les variantes qui vont échouer à répondre à la rapamycine dans une tentative de réaliser une caractérisation des modifications d’histone critiques pour la réponse à cette drogue. Ainsi, nous avons réalisé un criblage d’une banque de mutants d’histone et identifié plusieurs mutants d‘histone dont la résistance à la rapamycine a été altérée. Nous avons caractérisé une de ces variantes d’histone, à savoir H2B, qui porte une substitution de l’alanine en arginine en position 95 (H2B-R95A) et démontré que ce mutant est extrêmement résistant à la rapamycine, et non à d’autres drogues. Des immunoprécipitations ont démontré que H2B-R95A est défectueux pour former un complexe avec Spt16, un facteur essentiel pour la dissociation de H2A et H2B de la chromatine, permetant la réplication et la transcription par les ADN et ARN polymérases, respectivement. Des expériences de ChIP-Chip et de micropuce ont démontré que l’arginine 95 de H2B est requise pour recruter Spt16 afin de permettre l’expression d’une multitude de gènes, dont certains font partie de la voie des phéromones. Des évidences seront présentées pour la première fois démontrant que la rapamycine peut activer la voie des phéromones et qu’une défectuosité dans cette voie cause la résistante à cette drogue.

Role of histone methylation in the regulation of COX-2, iNOS, and mPGES-1 gene expression in human chondrocytes: Implication for Osteoarthritis

L'arthrose (OA) est une maladie articulaire dégénérative, classée comme la forme la plus fréquente au monde. Elle est caractérisée par la dégénérescence du cartilage articulaire, l’inflammation de la membrane synoviale, et le remodelage de l’os sous-chondral. Ces changements structurels et fonctionnels sont dues à de nombreux facteurs. Les cytokines, les prostaglandines (PG), et les espèces réactives de l'oxygène sont les principaux médiateurs impliqués dans la pathophysiologie de l'OA. L'interleukine-1β (IL-1β) est une cytokine pro-inflammatoire majeure qui joue un rôle crucial dans l'OA. L'IL-1β induit l'expression de la cyclooxygénase-2 (COX-2), la microsomale prostaglandine E synthase-1 (mPGES-1), la synthase inductible de l'oxyde nitrique (iNOS), ainsi que leurs produits la prostaglandine E2 (PGE2) et l'oxyde nitrique (NO). Ce sont des médiateurs essentiels de la réponse inflammatoire au cours de l'OA qui contribuent aux mécanismes des douleurs, de gonflement, et de destruction des tissus articulaires. Les modifications épigénétiques jouent un rôle très important dans la régulation de l’expression de ces gènes pro-inflammatoires. Parmi ces modifications, la méthylation/ déméthylation des histones joue un rôle critique dans la régulation des gènes. La méthylation/ déméthylation des histones est médiée par deux types d'enzymes: les histones méthyltransférases (HMT) et les histones déméthylases (HDM) qui favorisent l’activation et/ou la répression de la transcription. Il est donc nécessaire de comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent l’expression des gènes de la COX-2, la mPGES-1, et l’iNOS. L'objectif de cette étude est de déterminer si la méthylation/déméthylation des histones contribute à la régulation de l’expression des gènes COX-2, mPGES-1, et iNOS dans des chondrocytes OA humains induits par l'IL-1β. Nous avons montré que la méthylation de la lysine K4 de l'histone H3 (H3K4) par SET-1A contribue à l’activation des gènes COX-2 et iNOS dans les chondrocytes humains OA induite par l'IL-1β. Nous avons également montré que la lysine K9 de l’histone H3 (H3K9) est déméthylée par LSD1, et que cette déméthylation contribue à l’expression de la mPGES-1 induite par IL-1β dans les chondrocytes humains OA. Nous avons aussi trouvé que les niveaux d'expression des enzymes SET-1A et LSD1 sont élevés au niveau du cartilage OA. Nos résultats montrent, pour la première fois, l'implication de la méthylation/ déméthylation des histones dans la régulation de l’expression des gènes COX-2, mPGES-1, et iNOS. Ces données suggèrent que ces mécanismes pourraient être une cible potentielle pour une intervention pharmacologique dans le traitement de la physiopathologie de l'OA.

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

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

Characterization of Histone H2A Derived Antimicrobial Peptides, Harriottins, from Sicklefin Chimaera Neoharriotta pinnata (Schnakenbeck, 1931) and Its Evolutionary Divergence with respect to CO1 and Histone H2A

Antimicrobial peptides (AMPs) are humoral innate immune components of fishes that provide protection against pathogenic infections. Histone derived antimicrobial peptides are reported to actively participate in the immune defenses of fishes. Present study deals with identification of putative antimicrobial sequences from the histone H2A of sicklefin chimaera, Neoharriotta pinnata. A 52 amino acid residue termed Harriottin-1, a 40 amino acid Harriottin-2, and a 21 mer Harriottin-3 were identified to possess antimicrobial sequence motif. Physicochemical properties andmolecular structure ofHarriottins are in agreement with the characteristic features of antimicrobial peptides, indicating its potential role in innate immunity of sicklefin chimaera. The histone H2A sequence of sicklefin chimera was found to differ from previously reported histone H2A sequences. Phylogenetic analysis based on histone H2A and cytochrome oxidase subunit-1 (CO1) gene revealed N. pinnata to occupy an intermediate position with respect to invertebrates and vertebrates

Histone H4 gene expression and morphological changes on shoot apices of strawberry (Fragaria x ananassa Duch.) during floral induction

To investigate flower induction in June-bearing strawberry plants, morphological changes in shoot apices and Historic H4 expression in the central zone during flower initiation were observed. Strawberry plants were placed under flower inducible, short-day conditions (23 degrees C/17 degrees C, 10 h day length) for differing number of days (8, 16, 20, 24 or 32 days) and then these plants were transferred to non-inducible, long-day conditions (25 degrees C/20 degrees C, 14 h day length). The shoot apices of plants placed under short-day conditions for 8 days were flat, similar to shoot apices of plants in the vegetative phase of development, and Histone H4 was not expressed in the central zone during the experimental period. On the other hand, the shoot apices of plants placed under short-day conditions for 16 days remained flat, similar to shoot apices of plants placed under short-day conditions for 8 days, but Histone H4 was expressed in the central zone at the end of the short-day treatment. Morphological changes in the shoot apices of these plants were observed 8 days after the change in day-length. These plants developed differentiated flower organs after they were grown for another 30 days under long-day conditions. These results indicate that changes in the expression pattern of the Histone H4 gene occur before morphological changes during flower induction and that the expression of the gene in the central zone can be used as one of the indicators of the flowering process in strawberries. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

The structure and mechanism of serine acetyltransferase from Escherichia coli

Serine acetyltransferase (SAT) catalyzes the first step of cysteine synthesis in microorganisms and higher plants. Here we present the 2.2 Angstrom crystal structure of SAT from Escherichia coli, which is a dimer of trimers, in complex with cysteine. The SAT monomer consists of an amino-terminal alpha-helical domain and a carboxyl- terminal left-handed beta-helix. We identify His(158) and Asp(143) as essential residues that form a catalytic triad with the substrate for acetyl transfer. This structure shows the mechanism by which cysteine inhibits SAT activity and thus controls its own synthesis. Cysteine is found to bind at the serine substrate site and not the acetyl-CoA site that had been reported previously. On the basis of the geometry around the cysteine binding site, we are able to suggest a mechanism for the O-acetylation of serine by SAT. We also compare the structure of SAT with other left-handed beta-helical structures.

Diallyl disulfide-induced apoptosis in a breast-cancer cell line (MCF-7) may be caused by inhibition of histone de-acetylation

The health benefits of garlic have been proven by epidemiological and experimental studies. Diallyl disulphide (DADS), the major organosulfur compound found in garlic oil, is known to lower the incidence of breast cancer both in vitro and in vivo. The studies reported here demonstrate that DADS induces apoptosis in the MCF-7 breast-cancer cell line through interfering with cell-cycle growth phases in a way that increases the sub-G0 population and substantially halts DNA synthesis. DADS also induces phosphatidylserine (PS) translocation from the inner to the outer leaflet of the plasma membrane and activates caspase-3. Further studies revealed that DADS modulates the cellular levels of Bax, Bcl-2, Bcl-xL and Bcl-w in a dose-dependent manner, suggesting the involvement of Bcl-2 family proteins in DADS induced apoptosis. Histone deacetylation inhibitors (HDACi) are known to suppress cancer growth and induce apoptosis in cancer cells. Here it is shown that DADS has HDACi properties in MCF-7 cells as it lowers the removal of an acetyl group from an acetylated substrate and induces histone-4 (H4) hyper-acetylation. The data thus indicate that the HDACi properties of DADS may be responsible for the induction of apoptosis in breast cancer cells.

Changes in histone acetylation and methylation that are important for persistent but not transient expression of CCR4 in human CD4(+) T cells

Although regulation of CXCR3 and CCR4 is related to Th1 and Th2 differentiation, respectively, many CXCR3(+) and CCR4(+) cells do not express IFN-gamma and/or IL-4, suggesting that the chemokine receptor genes might be inducible by mechanisms that are lineage-independent. We investigated the regulation of CXCR3 versus IFNG, and CCR4 versus IL4 in human CD4(+) T cells by analyzing modifications of histone H3. In naive cord-blood cells, under nonpolarizing conditions not inducing IL4, CCR4 was induced to high levels without many of the activation-associated changes in promoter histone H3 found for both IL4 and CCR4 in Th2 cells. Importantly, CCR4 expression was stable in Th2 cells, but fell in nonpolarized cells after the cells were rested; this decline could be reversed by increasing histone acetylation using sodium butyrate. Patterns of histone H3 modifications in CXCR3(+) CCR4(-) and CXCR3(-) CCR4(+) CD4(+) T-cell subsets from adult blood matched those in cells cultured under polarizing conditions in vitro. Our data show that high-level lineage-independent induction of CCR4 can occur following T-cell activation without accessibility-associated changes in histone H3, but that without such changes expression is transient rather than persistent.

Biochemical characterization of serine acetyltransferase and cysteine desulfhydrase from Leishmania major

Cysteine metabolism exhibits atypical features in Leishmania parasites. The nucleotide sequence annotated as LmjF32.2640 encodes a cysteine desulfhydrase, which specifically catalyzes the breakdown of cysteine into pyruvate, NH(3) and H(2)S. Like in other pathogens, this capacity might be associated with regulatory mechanisms to control the intracellular level of cysteine, a highly toxic albeit essential amino acid, in addition to generate pyruvate for energy production. Besides, our results provide the first insight into the biochemical properties of Leishmania major serine acetyltransferase (SAT), which is likely involved in the two routes for de novo synthesis of cysteine in this pathogen. When compared with other members of SAT family, the N-terminal region of L. major homologue is uniquely extended, and seems to be essential for proper protein folding. Furthermore, unlike plant and bacterial enzymes, the carboxy-terminal-C(10) sequence stretch of L major SAT appears not to be implicated in forming a tight bi-enzyme complex with cysteine synthase. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

A new genotype of Trypanosoma cruzi associated with bats evidenced by phylogenetic analyses using SSU rDNA, cytochrome b and Histone H2B genes and genotyping based on ITS1 rDNA

We characterized 15 Trypanosoma cruzi isolates from bats captured in the Amazon, Central and Southeast Brazilian regions. Phylogenetic relationships among T. cruzi lineages using SSU rDNA, cytochrome b, and Histone H2B genes positioned all Amazonian isolates into T. cruzi I (TCI). However, bat isolates from the other regions, which had been genotyped as T. cruzi II (TC II) by the traditional genotyping method based on mini-exon gene employed in this study, Were not nested within any of the previously defined TCII sublineages, constituting a new genotype designated as TCbat. Phylogenetic analyses demonstrated that TCbat indeed belongs to T. cruzi and not to other closely related bat trypanosomes of the subgenus Schizotrypanum, and that although separated by large genetic distances TO-tat is closest to lineage TCI. A genotyping method targeting ITS1 rDNA distinguished TCbat from established T. cruzi lineages, and from other Schizotrypanum species. In experimentally infected mice, TCbat lacked virulence and yielded loss parasitaemias. Isolates of TCbat presented distinctive morphological features and behaviour in triatomines. To date, TCbat genotype wall found only in bats from anthropic environments of Central and Southeast Brazil. Our findings indicate that the complexity of T. cruzi is larger than currently known, and confirmed bats as important reservoirs and potential source of T. cruzi infections to humans.

Cytogenetic Mapping of rRNAs and Histone H3 Genes in 14 Species of Dichotomius ( Coleoptera, Scarabaeidae, Scarabaeinae) Beetles

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Chromosome Mapping of H1 Histone and 5S rRNA Gene Clusters in Three Species of Astyanax (Teleostei, Characiformes)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Cytogenetic Mapping of 5S and 18S rRNAs and H3 Histone Genes in 4 Ancient Proscopiidae Grasshopper Species: Contribution to Understanding the Evolutionary Dynamics of Multigene Families

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)