Functional dissection of the ash2 and ash1 transcriptomes provides insights into the transcriptional basis of wing phenotypes and reveals conserved protein interactions

Background: The trithorax group (trxG) genes absent, small or homeotic discs 1 (ash1) and 2 (ash2) were isolated in a screen for mutants with abnormal imaginal discs. Mutations in either gene cause homeotic transformations but Hox genes are not their only targets. Although analysis of double mutants revealed that ash2 and ash1 mutations enhance each other's phenotypes, suggesting they are functionally related, it was shown that these proteins are subunits of distinct complexes.Results: The analysis of wing imaginal disc transcriptomes from ash2 and ash1 mutants showed that they are highly similar. Functional annotation of regulated genes using Gene Ontology allowed identification of severely affected groups of genes that could be correlated to the wing phenotypes observed. Comparison of the differentially expressed genes with those from other genome-wide analyses revealed similarities between ASH2 and Sin3A, suggesting a putative functional relationship. Coimmunoprecipitation studies and immunolocalization on polytene chromosomes demonstrated that ASH2 and Sin3A interact with HCF (host-cell factor). The results of nucleosome western blots and clonal analysis indicated that ASH2 is necessary for trimethylation of the Lys4 on histone 3 (H3K4).Conclusion: The similarity between the transcriptomes of ash2 and ash1 mutants supports a model in which the two genes act together to maintain stable states of transcription. Like in humans, both ASH2 and Sin3A bind HCF. Finally, the reduction of H3K4 trimethylation in ash2 mutants is the first evidence in Drosophila regarding the molecular function of this trxG gene.

Études des modifications post-traductionnelles de Khd1p et de leur rôle dans la régulation de la traduction de l'ARNm ASH1 chez la levure Saccharomyces cerrevisiae

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La voie de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 : une concertation entre Khd1, Puf6 et Loc1

La localisation des ARNm par transport dirigé joue un rôle dans le développement, la motilité cellulaire, la plasticité synaptique et la division cellulaire asymétrique. Chez la levure Saccharomyces cerevisiæ, la localisation d’ARNm est un phénomène dont les mécanismes de régulation sont conservés auprès de nombreux autres organismes. Lors de la division de la levure, plus d’une trentaine de transcrits sont localisés par transport actif à l’extrémité du bourgeon de la cellule-fille. Parmi ceux-ci, l’ARNm ASH1 est le mieux caractérisé et constitue le modèle utilisé dans cette étude. Pour exercer sa fonction, la protéine Ash1 doit être produite uniquement après la localisation de l’ARNm ASH1. Pour ce faire, les mécanismes de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 empêchent son expression durant le transport. Ce projet de recherche vise à étudier les mécanismes de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 par les répresseurs traductionnels connus, soit Khd1, Puf6 et Loc1. Les études antérieures se sont penchées sur ces facteurs de manière individuelle. Cependant, dans cette étude, nous avons exploré la présence d’une collaboration entre ceux-ci. Ainsi, nous avons voulu déterminer si les répresseurs traductionnels peuvent être intégrés en une seule voie de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1. De plus, nous avons cherché à identifier le mécanisme de recrutement des répresseurs traductionnels sur l’ARNm ASH1, qui correspond au point initial des voies de régulations de l’ARNm ASH1. Nos résultats montrent que les répresseurs traductionnels de l’ARNm ASH1, soit Khd1 et Puf6, font partie d’une même voie de régulation de la traduction. Le rôle du facteur nucléaire Loc1 dans la voie de régulation de la traduction, quant à elle, a été examinée à partir d’expériences permettant l’étude du mécanisme de recrutement des répresseurs traductionnels dans le noyau. Ainsi, nos travaux montrent que Puf6 et Loc1 sont associés de manière ARN-dépendant avec la machinerie de transcription, notamment au facteur d’élongation de la transcription Spt4-Spt5/DSIF. Par ailleurs, notre laboratoire a précédemment montré que la localisation nucléaire de la protéine de liaison à l’ARN She2 est essentielle au recrutement des facteurs Loc1 et Puf6 sur l’ARNm ASH1. Des expériences d’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) supportent l’hypothèse que le recrutement de Loc1 est essentiel à celui de Puf6, qui s’effectue ultérieurement. Ainsi, à partir des résultats de cette étude et des résultats publiés précédemment dans notre laboratoire, nous avons élaboré un modèle de recrutement coordonné des facteurs She2, Loc1 et Puf6 sur l’ARNm ASH1 naissant. De manière générale, cette étude a permis d’établir la présence d’une seule voie de régulation de la traduction de l’ARNm ASH1 et une meilleure connaissance du recrutement des facteurs de répression traductionnelle sur celui-ci.

The myosin motor, Myo4p, binds Ash1 mRNA via the adapter protein, She3p

In Saccharomyces cerevisiae, mRNA encoding the cell-fate determinant Ash1p is localized to the distal tip of daughter cells. Five SHE genes are required for proper Ash1 mRNA localization, one of which encodes the myosin Myo4p. We show that three of the five She proteins, She2p, She3p, and Myo4p, colocalize with Ash1 mRNA in vivo and coimmunoprecipitate with Ash1 mRNA from cell extracts. We also find that She3p binds to Myo4p in the absence of RNA and She2p is required for binding She3p-Myo4p to Ash1 mRNA. These results suggest that She3p acts as an adapter protein that docks the myosin motor onto an Ash1–She2p ribonucleoprotein complex.

Étude des éléments impliqués dans le transport et la régulation traductionnelle de l'ARNm ASH1 chez la levure Saccharomyces cerevisiae

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Étude des éléments impliqués dans le transport et la régulation traductionnelle de l'ARNm ASH1 chez la levure Saccharomyces cerevisiae

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Conserved chromosomal clustering of genes governed by chromatin regulators in Drosophila

BACKGROUND: The trithorax group (trxG) and Polycomb group (PcG) proteins are responsible for the maintenance of stable transcriptional patterns of many developmental regulators. They bind to specific regions of DNA and direct the post-translational modifications of histones, playing a role in the dynamics of chromatin structure. RESULTS: We have performed genome-wide expression studies of trx and ash2 mutants in Drosophila melanogaster. Using computational analysis of our microarray data, we have identified 25 clusters of genes potentially regulated by TRX. Most of these clusters consist of genes that encode structural proteins involved in cuticle formation. This organization appears to be a distinctive feature of the regulatory networks of TRX and other chromatin regulators, since we have observed the same arrangement in clusters after experiments performed with ASH2, as well as in experiments performed by others with NURF, dMyc, and ASH1. We have also found many of these clusters to be significantly conserved in D. simulans, D. yakuba, D. pseudoobscura and partially in Anopheles gambiae. CONCLUSION: The analysis of genes governed by chromatin regulators has led to the identification of clusters of functionally related genes conserved in other insect species, suggesting this chromosomal organization is biologically important. Moreover, our results indicate that TRX and other chromatin regulators may act globally on chromatin domains that contain transcriptionally co-regulated genes.

Conserved chromosomal clustering of genes governed by chromatin regulators in Drosophila

Background: The trithorax group (trxG) and Polycomb group (PcG) proteins are responsible for the maintenance of stable transcriptional patterns of many developmental regulators. They bind to specific regions of DNA and direct the post-translational modifications of histones, playing a role in the dynamics of chromatin structure.Results: We have performed genome-wide expression studies of trx and ash2 mutants in Drosophila melanogaster. Using computational analysis of our microarray data, we have identified 25 clusters of genes potentially regulated by TRX. Most of these clusters consist of genes that encode structural proteins involved in cuticle formation. This organization appears to be a distinctive feature of the regulatory networks of TRX and other chromatin regulators, since we have observed the same arrangement in clusters after experiments performed with ASH2, as well as in experiments performed by others with NURF, dMyc, and ASH1. We have also found many of these clusters to be significantly conserved in D. simulans, D. yakuba, D. pseudoobscura and partially in Anopheles gambiae.Conclusion: The analysis of genes governed by chromatin regulators has led to the identification of clusters of functionally related genes conserved in other insect species, suggesting this chromosomal organization is biologically important. Moreover, our results indicate that TRX and other chromatin regulators may act globally on chromatin domains that contain transcriptionally co-regulated genes.

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

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

Ash1p is a site-specific DNA-binding protein that actively represses transcription

ASH1 encodes a protein that is localized specifically to the daughter cell nucleus, where it has been proposed to repress transcription of the HO gene. Using Ash1p purified from baculovirus-infected insect cells, we have shown that Ash1p binds specific DNA sequences in the HO promoter. DNase I protection analyses showed that Ash1p recognizes a consensus sequence, YTGAT. Mutation of this consensus abolishes Ash1p DNA binding in vitro. We have shown that Ash1p requires an intact zinc-binding domain in its C terminus for repression of HO in vivo and that this domain may be involved in DNA binding. A heterologous DNA-binding domain fused to an N-terminal segment of Ash1p functions as an active repressor of transcription. Our studies indicate that Ash1p is a DNA-binding protein of the GATA family with a separable transcriptional repression domain.