Regulation of DLK-1 kinase activity by calcium-mediated dissociation from an inhibitory isoform.

MAPKKK dual leucine zipper-bearing kinases (DLKs) are regulators of synaptic development and axon regeneration. The mechanisms underlying their activation are not fully understood. Here, we show that C. elegans DLK-1 is activated by a Ca(2+)-dependent switch from inactive heteromeric to active homomeric protein complexes. We identify a DLK-1 isoform, DLK-1S, that shares identical kinase and leucine zipper domains with the previously described long isoform DLK-1L but acts to inhibit DLK-1 function by binding to DLK-1L. The switch between homo- or heteromeric DLK-1 complexes is influenced by Ca(2+) concentration. A conserved hexapeptide in the DLK-1L C terminus is essential for DLK-1 activity and is required for Ca(2+) regulation. The mammalian DLK-1 homolog MAP3K13 contains an identical C-terminal hexapeptide and can functionally complement dlk-1 mutants, suggesting that the DLK activation mechanism is conserved. The DLK activation mechanism is ideally suited for rapid and spatially controlled signal transduction in response to axonal injury and synaptic activity.

Computational Methods for RNA Structure Validation and Improvement.

With increasing recognition of the roles RNA molecules and RNA/protein complexes play in an unexpected variety of biological processes, understanding of RNA structure-function relationships is of high current importance. To make clean biological interpretations from three-dimensional structures, it is imperative to have high-quality, accurate RNA crystal structures available, and the community has thoroughly embraced that goal. However, due to the many degrees of freedom inherent in RNA structure (especially for the backbone), it is a significant challenge to succeed in building accurate experimental models for RNA structures. This chapter describes the tools and techniques our research group and our collaborators have developed over the years to help RNA structural biologists both evaluate and achieve better accuracy. Expert analysis of large, high-resolution, quality-conscious RNA datasets provides the fundamental information that enables automated methods for robust and efficient error diagnosis in validating RNA structures at all resolutions. The even more crucial goal of correcting the diagnosed outliers has steadily developed toward highly effective, computationally based techniques. Automation enables solving complex issues in large RNA structures, but cannot circumvent the need for thoughtful examination of local details, and so we also provide some guidance for interpreting and acting on the results of current structure validation for RNA.

Inhibition of Advanced Glycation and Absence of Galectin-3 Prevent Blood-Retinal Barrier Dysfunction during Short-Term Diabetes

Breakdown of the inner blood-retinal barrier (iBRB) occurs early in diabetes and is central to the development of sight-threatening diabetic macular edema (DME) as retinopathy progresses. In the current study, we examined how advanced glycation end products (AGEs) forming early in diabetes could modulate vasopermeability factor expression in the diabetic retina and alter inter-endothelial cell tight junction (TJ) integrity leading to iBRB dysfunction. We also investigated the potential for an AGE inhibitor to prevent this acute pathology and examined a role of the AGE-binding protein galectin-3 (Gal-3) in AGE-mediated cell retinal pathophysiology. Diabetes was induced in C57/BL6 wild-type (WT) mice and in Gal-3(-/-) transgenic mice. Blood glucose was monitored and AGE levels were quantified by ELISA and immunohistochemistry. The diabetic groups were subdivided, and one group was treated with the AGE-inhibitor pyridoxamine (PM) while separate groups of WT and Gal-3(-/-) mice were maintained as nondiabetic controls. iBRB integrity was assessed by Evans blue assay alongside visualisation of TJ protein complexes via occludin-1 immunolocalization in retinal flat mounts. Retinal expression levels of the vasopermeability factor VEGF were quantified using real-time RT-PCR and ELISA. WT diabetic mice showed significant AGE -immunoreactivity in the retinal microvasculature and also showed significant iBRB breakdown (P < .005). These diabetics had higher VEGF mRNA and protein expression in comparison to controls (P < .01). PM-treated diabetics had normal iBRB function and significantly reduced diabetes-mediated VEGF expression. Diabetic retinal vessels showed disrupted TJ integrity when compared to controls, while PM-treated diabetics demonstrated near-normal configuration. Gal-3(-/-) mice showed significantly less diabetes-mediated iBRB dysfunction, junctional disruption, and VEGF expression changes than their WT counterparts. The data suggests an AGE-mediated disruption of iBRB via upregulation of VEGF in the diabetic retina, possibly modulating disruption of TJ integrity, even after acute diabetes. Prevention of AGE formation or genetic deletion of Gal-3 can effectively prevent these acute diabetic retinopathy changes.

Inhibition of histone deacetylase 2 increases apoptosis and p21(Cip1/WAF1) expression, independent of histone deacetylase 1

Histone deacetylases ( HDACs) 1 and 2 share a high degree of homology and coexist within the same protein complexes. Despite their close association, each possesses unique functions. We show that the upregulation of HDAC2 in colorectal cancer occurred early at the polyp stage, was more robust and occurred more frequently than HDAC1. Similarly, while the expression of HDACs1 and 2 were increased in cervical dysplasia and invasive carcinoma, HDAC2 expression showed a clear demarcation of high-intensity staining at the transition region of dysplasia compared to HDAC1. Upon HDAC2 knockdown, cells displayed an increased number of cellular extensions reminiscent of cell differentiation. There was also an increase in apoptosis, associated with increased p21(Cip1/WAF1) expression that was independent of p53. These results suggest that HDACs, especially HDAC2, are important enzymes involved in the early events of carcinogenesis, making them candidate markers for tumor progression and targets for cancer therapy.

Aminoarabinose is essential for lipopolysaccharide export and intrinsic antimicrobial peptide resistance in Burkholderia cenocepacia

One common mechanism of resistance against antimicrobial peptides in Gram-negative bacteria is the addition of 4-amino-4-deoxy-l-arabinose (l-Ara4N) to the lipopolysaccharide (LPS) molecule. Burkholderia cenocepacia exhibits extraordinary intrinsic resistance to antimicrobial peptides and other antibiotics. We have previously discovered that unlike other bacteria, B. cenocepacia requires l-Ara4N for viability. Here, we describe the isolation of B. cenocepacia suppressor mutants that remain viable despite the deletion of genes required for l-Ara4N synthesis and transfer to the LPS. The absence of l-Ara4N is the only structural difference in the LPS of the mutants compared with that of the parental strain. The mutants also become highly sensitive to polymyxin B and melittin, two different classes of antimicrobial peptides. The suppressor phenotype resulted from a single amino acid replacement (aspartic acid to histidine) at position 31 of LptG, a protein component of the multi-protein pathway responsible for the export of the LPS molecule from the inner to the outer membrane. We propose that l-Ara4N modification of LPS provides a molecular signature required for LPS export and proper assembly at the outer membrane of B. cenocepacia, and is the most critical determinant for the intrinsic resistance of this bacterium to antimicrobial peptides.

Interfacing cellular networks of S. cerevisiae and E. coli: Connecting dynamic and genetic information

Background: In recent years, various types of cellular networks have penetrated biology and are nowadays used omnipresently for studying eukaryote and prokaryote organisms. Still, the relation and the biological overlap among phenomenological and inferential gene networks, e.g., between the protein interaction network and the gene regulatory network inferred from large-scale transcriptomic data, is largely unexplored.

Results: We provide in this study an in-depth analysis of the structural, functional and chromosomal relationship between a protein-protein network, a transcriptional regulatory network and an inferred gene regulatory network, for S. cerevisiae and E. coli. Further, we study global and local aspects of these networks and their biological information overlap by comparing, e.g., the functional co-occurrence of Gene Ontology terms by exploiting the available interaction structure among the genes.

Conclusions: Although the individual networks represent different levels of cellular interactions with global structural and functional dissimilarities, we observe crucial functions of their network interfaces for the assembly of protein complexes, proteolysis, transcription, translation, metabolic and regulatory interactions. Overall, our results shed light on the integrability of these networks and their interfacing biological processes.

The identification of p130cas-binding proteins and their role in cellular transformation

Adaptor proteins play an important role in signal transduction by regulating the establishment and maintenance of functionally important protein complexes. A recently described member of this group of proteins is p130cas (CAS), which contains numerous sequence motifs predicted to be involved in mediating protein-protein interactions. We propose that adaptor molecules like CAS may help determine the response of a cell to a particular signal by interacting with specific subsets of cellular proteins. To test this hypothesis, we have identified potential binding partners of CAS that may play a rote in cellular transformation by the oncoproteins v-SRC and/or v-CRK. We show that individual domains of CAS associate with specific subsets of proteins in vitro, and that many of these interactions are dependent on the state of tyrosine-phosphorylation of CAS. Sequences necessary for interacting with the focal adhesion kinase pp125FAK (FAK), v-SRC and v-CRK have been mapped to distinct regions of CAS. In addition, the identification of a number of putative CAS-binding partners that are present in crk-transformed cell extracts but undetectable in normal and src-transformed cell extracts supports a model in which unique protein complexes are formed in response to different signals.

Identification of a BRCA1-mRNA Splicing Complex Required for Efficient DNA Repair and Maintenance of Genomic Stability

Mutations within BRCA1 predispose carriers to a high risk of breast and ovarian cancers. BRCA1 functions to maintain genomic stability through the assembly of multiple protein complexes involved in DNA repair, cell-cycle arrest, and transcriptional regulation. Here, we report the identification of a DNA damage-induced BRCA1 protein complex containing BCLAF1 and other key components of the mRNA-splicing machinery. In response to DNA damage, this complex regulates pre-mRNA splicing of a number of genes involved in DNA damage signaling and repair, thereby promoting the stability of these transcripts/proteins. Further, we show that abrogation of this complex results in sensitivity to DNA damage, defective DNA repair, and genomic instability. Interestingly, mutations in a number of proteins found within this complex have been identified in numerous cancer types. These data suggest that regulation of splicing by the BRCA1-mRNA splicing complex plays an important role in the cellular response to DNA damage.

Endosomal signaling and oncogenesis

The endosomal system provides a route whereby nutrients, viruses, and receptors are internalized. During the course of endocytosis, activated receptors can accumulate within endosomal structures and certain signal-transducing molecules can be recruited to endosomal membranes. In the context of signaling and cancer, they provide platforms within the cell from which signals can be potentiated or attenuated. Regulation of the duration of receptor signaling is a pivotal means of refining growth responses in cells. In cancers, this is often considered in terms of mutations that affect receptor tyrosine kinases and maintain them in hyperactivated states of dimerization and/or phosphorylation. However, disruption to the regulatory control exerted by the assembly of protein complexes within the endosomal network can also contribute to disease among which oncogenesis is characterized in part by dysregulated growth, enhanced cell survival, and changes in the expression of markers of differentiation. In this chapter, we will discuss the role of proteins that regulate in endocytosis as tumor suppressors or oncogenes and how changing the fate of internalized receptors and concomitant endosomal signaling can contribute to cancer.

Novel functional interaction between the plasma membrane Ca2+ pump 4b and the proapoptotic tumor suppressor Ras-associated factor 1 (RASSF1)

Plasma membrane calmodulin-dependent calcium ATPases (PMCAs) are enzymatic systems implicated in the extrusion of calcium from the cell. We and others have previously identified molecular interactions between the cytoplasmic COOH-terminal end of PMCA and PDZ domain-containing proteins. These interactions suggested a new role for PMCA as a modulator of signal transduction pathways. The existence of other intracellular regions in the PMCA molecule prompted us to investigate the possible participation of other domains in interactions with different partner proteins. A two-hybrid screen of a human fetal heart cDNA library, using the region 652-840 of human PMCA4b (located in the catalytic, second intracellular loop) as bait, revealed a novel interaction between PMCA4b and the tumor suppressor RASSF1, a Ras effector protein involved in H-Ras-mediated apoptosis. Immunofluorescence co-localization, immunoprecipitation, and glutathione S-transferase pull-down experiments performed in mammalian cells provided further confirmation of the physical interaction between the two proteins. The interaction domain has been narrowed down to region 74-123 of RASSF1C (144-193 in RASSF1A) and 652-748 of human PMCA4b. The functionality of this interaction was demonstrated by the inhibition of the epidermal growth factor-dependent activation of the Erk pathway when PMCA4b and RASSF1 were co-expressed. This inhibition was abolished by blocking PMCA/RASSSF1 association with an excess of a green fluorescent protein fusion protein containing the region 50-123 of RASSF1C. This work describes a novel protein-protein interaction involving a domain of PMCA other than the COOH terminus. It suggests a function for PMCA4b as an organizer of macromolecular protein complexes, where PMCA4b could recruit diverse proteins through interaction with different domains. Furthermore, the functional association with RASSF1 indicates a role for PMCA4b in the modulation of Ras-mediated signaling.

Influence of speciation in the bioavailability of cadmium to an isopod

Devido às actividades antropogénicas várias substâncias químicas têm sido introduzidas no meio ambiente em concentrações que de outro modo não ocorreriam de forma tão elevada naturalmente. Assim, o conhecimento acerca das características de um químico, tais como, o potencial para se acumular em diferentes níveis tróficos, a sua mobilidade dentro do ecossistema, a toxicidade específica e a bioacumulação, é fundamental para compreender os seus efeitos nos ecossistemas. Esta tese investiga a influência de especiação, na biodisponibilidade do cádmio (Cd) para o isópode Porcellio dilatatus, incluindo os efeitos de especiação do metal: (i) na assimilação do Cd, (ii) no modo como o Cd se distribui internamente no organismo, e (iii) como a sobrevivência e a reprodução são afectadas em isópodes terrestres. Num primeiro ensaio laboratorial avaliou-se a importância da transferência trófica na assimilação do Cd em P. dilatatus. Para tal analisou-se a eficiência de assimilação (EA) do Cd em isópodes, adicionado superficialmente ao alimento (alface) na forma de Cd(NO3)2 e contaminando o meio de crescimento da alface. A hipótese era de que a alface contaminada biologicamente através do cultivo em meio hidropónico contaminado teria uma maior proporção de complexos com proteína ou conjugado na forma de Cd (ex. Cd cisteína). A EA de Cd foi maior entre os isópodes que foram alimentados com o sal (71%, SE = 7%), do que entre os isópodes que se alimentaram de alface contaminada biologicamente (52%, SE = 5%), demonstrando-se assim num teste laboratorial que é provável que a especiação do Cd influencie a taxa de assimilação e acumulação do Cd. Na experiência alimentar que se seguiu, estudou-se em detalhe a especiação do metal comparando as EA do Cd conjugado com cisteína (Cd(Cys)2) e na forma de Cd(NO3)2, com os quais se contaminou gelatina com alface. A utilização de Cd-cisteína, proporcionou uma forma experimental para explorar a biodisponibilidade do Cd complexado dentro do tecido biológico. Como esperado, a EA de Cd em isópodes alimentados com nitrato de Cd (64%, SE = 5%) foi maior do que no caso de isópodes alimentados com o conjugado de cisteína (20%, SE = 3%). De seguida estudou-se a distribuição subcelular das espécies de Cd assimilado através de um processo de fraccionamento. Supunha-se que as diferenças de especiação de Cd reflectiria diferentes estratégias de compartimentalização, com consequências ao nível da detoxificação, armazenamento celular e distribuição subcelular do metal. O “sequestro” na forma de metal biologicamente detoxificado (BDM = proteínas estáveis ao calor - HSP e grânulos ricos em metal - RMG) foi maior nos isópodes alimentados com Cd(NO3)2, sugerindo que são mais eficientes na detoxificação de Cd (22%) do que quando alimentados com Cd(Cys)2 (15%). Foi também demonstrado que os isópodes alimentados com Cd(Cys)2 possuíam níveis de armazenamento de Cd superior nas fracções sensíveis ao metal (MSF = organelos e proteínas desnaturadas pelo calor - HDP) consideradas fracções potencialmente vulneráveis e afectando os isópodes em termos de toxicidade. As diferentes distribuições internas que se seguiram à assimilação e detoxificação das diferentes espécies de Cd foram finalmente avaliadas em termos da sobrevivência e reprodução dos isópodes. O tratamento com Cd(Cys)2 teve maior mortalidade, provavelmente devido à maior disponibilidade de Cd ingerido com implicações ao nível dos processos fisiológicos. Os isópodes alimentados com Cd(NO3)2 armazenaram o Cd nos MRG, como estratégia de detoxificação, sendo mais eficientes a detoxificar o Cd ainda que aumentando a concentração total do metal que se tornou menos tóxico para o isópode. Desta forma, o Cd nos grânulos não estava disponível para os processos fisiológicos e deixou de ser tóxico. Isso poderia estar relacionado com a resistência e tolerância aos metais devido à capacidade dos isópodes compartimentalizarem o Cd no hepatopâncreas, que actua como um mecanismo de detoxificação e contribui para a tolerância a altos níveis de cádmio. Em termos de parâmetros reprodutivos, observou-se uma redução de gestações e duração da gestação na presença de ambas as espécies de metal, mas no caso do Cd(Cys)2 as gravidezes não se concluíram. O número de jovens produzido por fêmeas alimentadas com Cd(NO3)2 foi menor do que no controlo, mas os pesos dos juvenis foram superiores. Finalmente sugere-se assim que esta abordagem seja considerada em estudos do movimento trófico de metais nas cadeias alimentares dado que se espera que a especiação de metais implique diferentes fluxos, dentro de uma dada cadeia trófica.

Peptidoglycan assembly machines: The Staphylococcus aureus Penicillin-Binding Proteins

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Assemblage oligomérique des récepteurs couplés aux protéines G avec les RAMPs

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) constituent la plus grande classe de récepteurs membranaires impliqués dans la transmission des signaux extracellulaires. Traditionnellement, la transmission de la signalisation par les RCPGs implique l’activation d’une protéine G hétéro-trimérique qui pourra à son tour moduler l’activité de divers effecteurs intracellulaires. Ce schéma classique de signalisation s’est complexifié au fils des années et l’on sait maintenant qu’en plus d’interagir avec les protéines G, les RCPGs s’associent avec une panoplie d’autres protéines afin de transmettre adéquatement les signaux extracellulaires. En particulier, la découverte d’une famille de protéines transmembranaires modulant la fonction des RCPGs, baptisées protéines modifiant l’activité des récepteurs (« receptor activity-modifying proteins » ; RAMPs), a changé la façon de concevoir la signalisation par certains RCPGs. Dans le cas du récepteur similaire au récepteur de la calcitonine (« calcitonin-like receptor » ; CLR), l’association avec les RAMPs permet l’acheminement à la surface cellulaire du récepteur tout en modulant ses propriétés pharmacologiques. Lorsqu’il est associé avec RAMP1, le CLR fonctionne comme un récepteur du peptide relié au gène de la calcitonine (« calcitonin gene-related peptide » ; CGRP), alors qu’il devient un récepteur de l’adrénomedulline lorsqu’il interagit avec RAMP2 ou RAMP3. D’autre part, en plus d’interagir avec des protéines accessoires transmembranaires telles les RAMPs, les RCPGs peuvent aussi s’associer entre eux pour former des oligomères de récepteurs. Dans cette thèse, nous nous sommes penchés sur les interactions entre les RCPGs et les RAMPs, et plus particulièrement sur l’interrelation entre ce type d’association RCPG/RAMP et l’assemblage en oligomères de récepteurs, en utilisant le récepteur du CGRP comme modèle d’étude. Une première étude nous a tout d’abord permis de confirmer l’interaction entre le récepteur CLR et RAMP1, dans un contexte de cellules vivantes. Nous avons démontré que ce complexe CLR/RAMP1 active la protéine G et recrute la protéine de signalisation -arrestine suite à une stimulation par le CGRP. Ensuite, nous avons déterminé que même s’il doit obligatoirement former un hétéro-oligomère avec les RAMPs pour être actif, le CLR conserve malgré tout sa capacité à interagir avec d’autres RCPGs. En plus d’observer la présence d’homo-oligomère de CLR, nous avons constaté que tout comme les RCPGs, les RAMPs peuvent eux-aussi s’associer entre eux pour former des complexes oligomériques pouvant comprendre différents sous-types (RAMP1/RAMP2 et RAMP1/RAMP3). Cette observation de la présence d’homo-oligomères de CLR et de RAMP1, nous a amené à nous questionner sur la stœchiométrie d’interaction du complexe CLR/RAMP1. Dans une deuxième étude ayant pour but d’établir la composition moléculaire du récepteur CGRP1 in vivo, nous avons développé une nouvelle approche permettant l’étude de l’interaction entre trois protéines dans un contexte de cellules vivantes. Cette technique baptisée BRET/BiFC, est basée sur le transfert d’énergie de résonance de bioluminescence entre un donneur luminescent, la Renilla luciférase, et un accepteur fluorescent, la protéine fluorescente jaune (YFP), reconstituée suite au ré-assemblage de ces deux fragments. En utilisant cette approche, nous avons pu déterminer que le récepteur CGRP1 est constitué d’un homo-oligomère de CLR interagissant avec un monomère de RAMP1. En démontrant un assemblage oligomérique asymétrique pour le récepteur CGRP1 à partir d’une nouvelle approche biophysique, nous croyons que les travaux présentés dans cette thèse ont contribué à élargir nos connaissances sur le fonctionnement de la grande famille des RCPGs, et seront utile à la poursuite des recherches sur les complexes protéiques impliqués dans la signalisation.

Molecular mechanisms for a switch-like mating decision in Saccharomyces cerevisiae

Les changements évolutifs nous instruisent sur les nombreuses innovations permettant à chaque organisme de maximiser ses aptitudes en choisissant le partenaire approprié, telles que les caractéristiques sexuelles secondaires, les patrons comportementaux, les attractifs chimiques et les mécanismes sensoriels y répondant. L'haploïde de la levure Saccharomyces cerevisiae distingue son partenaire en interprétant le gradient de la concentration d'une phéromone sécrétée par les partenaires potentiels grâce à un réseau de protéines signalétiques de type kinase activées par la mitose (MAPK). La décision de la liaison sexuelle chez la levure est un événement en "tout–ourien", à la manière d'un interrupteur. Les cellules haploïdes choisissent leur partenaire sexuel en fonction de la concentration de phéromones qu’il produit. Seul le partenaire à proximité sécrétant des concentrations de phéromones égales ou supérieures à une concentration critique est retenu. Les faibles signaux de phéromones sont attribués à des partenaires pouvant mener à des accouplements infructueux. Notre compréhension du mécanisme moléculaire contrôlant cet interrupteur de la décision d'accouplement reste encore mince. Dans le cadre de la présente thèse, je démontre que le mécanisme de décision de la liaison sexuelle provient de la compétition pour le contrôle de l'état de phosphorylation de quatre sites sur la protéine d'échafaudage Ste5, entre la MAPK, Fus3, et la phosphatase,Ptc1. Cette compétition résulte en la dissociation de type « intérupteur » entre Fus3 et Ste5, nécessaire à la prise de décision d'accouplement en "tout-ou-rien". Ainsi, la décision de la liaison sexuelle s'effectue à une étape précoce de la voie de réponse aux phéromones et se produit rapidement, peut-être dans le but de prévenir la perte d’un partenaire potentiel. Nous argumentons que l'architecture du circuit Fus3-Ste5-Ptc1 génère un mécanisme inédit d'ultrasensibilité, ressemblant à "l'ultrasensibilité d'ordre zéro", qui résiste aux variations de concentration de ces protéines. Cette robustesse assure que l'accouplement puisse se produire en dépit de la stochasticité cellulaire ou de variations génétiques entre individus.Je démontre, par la suite, qu'un évènement précoce en réponse aux signaux extracellulaires recrutant Ste5 à la membrane plasmique est également ultrasensible à l'augmentation de la concentration de phéromones et que cette ultrasensibilité est engendrée par la déphosphorylation de huit phosphosites en N-terminal sur Ste5 par la phosphatase Ptc1 lorsqu'elle est associée à Ste5 via la protéine polarisante, Bem1. L'interférence dans ce mécanisme provoque une perte de l'ultrasensibilité et réduit, du même coup, l'amplitude et la fidélité de la voie de réponse aux phéromones à la stimulation. Ces changements se reflètent en une réduction de la fidélité et de la précision de la morphologie attribuable à la réponse d'accouplement. La polarisation dans l'assemblage du complexe protéique à la surface de la membrane plasmique est un thème général persistant dans tous les organismes, de la bactérie à l'humain. Un tel complexe est en mesure d'accroître l'efficacité, la fidélité et la spécificité de la transmission du signal. L'ensemble de nos découvertes démontre que l'ultrasensibilité, la précision et la robustesse de la réponse aux phéromones découlent de la régulation de la phosphorylation stoichiométrique de deux groupes de phosphosites sur Ste5, par la phosphatase Ptc1, un groupe effectuant le recrutement ultrasensible de Ste5 à la membrane et un autre incitant la dissociation et l'activation ultrasensible de la MAPK terminal Fus3. Le rôle modulateur de Ste5 dans la décision de la destinée cellulaire étend le répertoire fonctionnel des protéines d'échafaudage bien au-delà de l'accessoire dans la spécificité et l'efficacité des traitements de l'information. La régulation de la dynamique des caractères signal-réponse à travers une telle régulation modulaire des groupes de phosphosites sur des protéines d'échafaudage combinées à l'assemblage à la membrane peut être un moyen général par lequel la polarisation du destin cellulaire est obtenue. Des mécanismes similaires peuvent contrôler les décisions cellulaires dans les organismes complexes et peuvent être compromis dans des dérèglements cellulaires, tel que le cancer. Finalement, sur un thème relié, je présente la découverte d'un nouveau mécanisme où le seuil de la concentration de phéromones est contrôlé par une voie sensorielle de nutriments, ajustant, de cette manière, le point prédéterminé dans lequel la quantité et la qualité des nutriments accessibles dans l'environnement déterminent le seuil à partir duquel la levure s'accouple. La sous-unité régulatrice de la kinase à protéine A (PKA),Bcy1, une composante clé du réseau signalétique du senseur aux nutriments, interagit directement avec la sous-unité α des petites protéines G, Gpa1, le premier effecteur dans le réseau de réponse aux phéromones. L'interaction Bcy1-Gpa1 est accrue lorsque la cellule croit en présence d'un sucre idéal, le glucose, diminuant la concentration seuil auquel la décision d'accouplement est activée. Compromettre l'interaction Bcy1-Gpa1 ou inactiver Bcy1 accroît la concentration seuil nécessaire à une réponse aux phéromones. Nous argumentons qu'en ajustant leur sensibilité, les levures peuvent intégrer le stimulus provenant des phéromones au niveau du glucose extracellulaire, priorisant la décision de survie dans un milieu pauvre ou continuer leur cycle sexuel en choisissant un accouplement.

Supercomplexes multifonctionnels chez les mitochondries, et chez E. coli

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