The transcriptional network activated by Cln3 cyclin at the G1-to-S transition of the yeast cell cycle

Background: The G1-to-S transition of the cell cycle in the yeast Saccharomyces cerevisiae involves an extensive transcriptional program driven by transcription factors SBF (Swi4-Swi6) and MBF (Mbp1-Swi6). Activation of these factors ultimately depends on the G1 cyclin Cln3. Results: To determine the transcriptional targets of Cln3 and their dependence on SBF or MBF, we first have used DNA microarrays to interrogate gene expression upon Cln3 overexpression in synchronized cultures of strains lacking components of SBF and/or MBF. Secondly, we have integrated this expression dataset together with other heterogeneous data sources into a single probabilistic model based on Bayesian statistics. Our analysis has produced more than 200 transcription factor-target assignments, validated by ChIP assays and by functional enrichment. Our predictions show higher internal coherence and predictive power than previous classifications. Our results support a model whereby SBF and MBF may be differentially activated by Cln3. Conclusions: Integration of heterogeneous genome-wide datasets is key to building accurate transcriptional networks. By such integration, we provide here a reliable transcriptional network at the G1-to-S transition in the budding yeast cell cycle. Our results suggest that to improve the reliability of predictions we need to feed our models with more informative experimental data.

Fonction de la protéine Ceroid lipofuscinosis neuronal 5 (CLN5) dans le tri et le recyclage à l’endosome

Le tri et le transport efficace des hydrolases acides vers le lysosome jouent un rôle critique pour la fonction des cellules. Plus de 50 maladies humaines sont dues à des mutations des enzymes lysosomales, des protéines régulant des processus-clés du transport vers le lysosome ou des enzymes effectuant des modifications posttraductionnelles importantes pour la fonction du lysosome. L’objectif de cette thèse est d’identifier des protéines et des mécanismes permettant à la cellule de réguler le transport des enzymes vers le lysosome. Nous avons formulé l’hypothèse que des protéines mutées dans des maladies lysosomales et dont les fonctions étaient inconnues pouvaient jouer un rôle dans le transport vers le lysosome. Les céroïdes-lipofuscinoses neuronales forment une famille de maladies lysosomales rares mais sont aussi les maladies neurodégénératives infantiles les plus fréquentes. Plusieurs gènes impliqués dans les NCL encodent des protéines aux fonctions inconnues. Les travaux présentés dans cette thèse ont identifié la protéine « ceroid lipofuscinosis neuronal-5 » (CLN5) qui est localisée à l’endosome et au lysosome comme élément nécessaire au recrutement et à l’activation de rab7. Rab7 est une protéine Rab-clé qui contrôle le trafic à l’endosome tardif. Cette petite GTPase est impliquée dans le recrutement de retromer, un complexe protéique qui régule le trafic de l’endosome vers l’appareil de Golgi des récepteurs de tri lysosomal comme sortilin et le récepteur du mannose-6-phosphate. Dans les cellules où CLN5 est déplété, les récepteurs de tri lysosomal sont moins recyclés plus rapidement dégradés. En utilisant des expériences de photomarquage nous avons aussi pu démontrer que Rab7 est moins activées en l’absence de CLN5. Pour exécuter leur fonction les protéines rabs doivent être recrutée à la membrane et activées par l’échange d’une molécule de GDP pour une molécule de GTP. Le recrutement des Rabs à la membrane nécessite une modification posttraductionnelle lipidique pour être facilités. En utilisant un modèle de levures nous avons démontré que l’homologue de Rab7, Ypt7 est palmitoylée. Nous avons aussi démontré que la palmitoyltransférase Swif1 est nécessaire au recrutement de Ypt7 à la membrane. Nous avons aussi remarqué que les sous- unités de retromer chez la levure sont moins recrutées lorsque les palmitoyltransférases sont déplétées. Dans les cellules de mammifères nous avons démontré que Rab7 est également palmitoylé et que cette palmitoylation est possiblement effectuée par les palmitoyltransférases DHHC1 et DHHC8. La palmitoylation de Rab7 a lieu sur les cystéines en C-terminal qui sont nécessaires au recrutement membranaire et qui auparavant étaient uniquement décrites comme prénylées. En utilisant la méthode de « click chemistry » nous avons découvert que lorsque la prénylation de Rab7 est bloquée le niveau de palmitoylation augmente. Pour caractériser l’interaction entre CLN5 et Rab7 nous avons performé des expériences afin d’établir définitivement la topologie de cette protéine. Nous avons ainsi démontré que CLN5 est une protéine hautement glycosylée qui est initialement traduite en protéine transmembranaire et subséquemment clivée par un membre de la famille des peptidase de peptide signal (SPP). Cette protéine soluble peut alors possiblement interagir avec CLN3 qui est aussi palmitoylée pour recruter et activer Rab7. Nos études suggèrent pour la première fois que CLN5 pourrait être un recruteur et un activateur de Rab7 qui agirait avec la protéine CLN3 pour séquestrer Rab7 avec les autres récepteurs palmitoylés et permettre leur recyclage vers l’appareil de Golgi.

A yeast model for the study of Batten disease

Although the CLN3 gene for Batten disease, the most common inherited neurovisceral storage disease of childhood, was identified in 1995, the function of the corresponding protein still remains elusive. We previously cloned the Saccharomyces cerevisiae homologue to the human CLN3 gene, designated BTN1, which is not essential and whose product is 39% identical and 59% similar to Cln3p. We report that btn1-Δ deletion yeast strains are more resistant to d-(−)-threo-2-amino-1-[p-nitrophenyl]-1,3-propanediol (denoted ANP), a phenotype that is complemented in yeast by the human CLN3 gene. Furthermore, the severity of Batten disease in humans and the degree of ANP resistance in yeast are related when the equivalent amino acid replacements in Cln3p and Btn1p are compared. These results indicate that yeast can be used as a model for the study of Batten disease.

Transcript leader regions of two Saccharomyces cerevisiae mRNAs contain internal ribosome entry sites that function in living cells

In higher eukaryotes, translation of some mRNAs occurs by internal initiation. It is not known, however, whether this mechanism is used to initiate the translation of any yeast mRNAs. In this report, we identify naturally occurring nucleotide sequences that function as internal ribosome entry sites (IRESes) within the 5′ leader sequences of Saccharomyces cerevisiae YAP1 and p150 mRNAs. When tested in the 5′ untranslated regions of monocistronic reporter genes, both leader sequences enhanced translation efficiency in vegetatively growing yeast cells. Moreover, when tested in the intercistronic region of dicistronic mRNAs, both sequences were shown to contain IRESes that functioned in living cells. The activity of the p150 leader was much greater than that of the YAP1 leader. The second cistron was not expressed in control dicistronic constructs that lacked these sequences or contained the 5′ leader sequence of the CLN3 mRNA in the intercistronic region. Further analyses of the p150 IRES revealed that it contained several nonoverlapping segments that were able independently to mediate internal initiation. These results suggested a modular composition for the p150 IRES that resembled the composition of IRESes contained within some cellular mRNAs of higher eukaryotes. Both YAP1 and p150 leaders contain several complementary sequence matches to yeast 18S rRNA. The findings are discussed in terms of our understanding of internal initiation in higher eukaryotes.

The cyclin-dependent kinase inhibitor p40SIC1 imposes the requirement for Cln G1 cyclin function at Start.

In yeast, commitment to cell division (Start) is catalyzed by activation of the Cdc28 protein kinase in late G1 phase by the Cln1, Cln2, and Cln3 G1 cyclins. The Clns are essential, rate-limiting activators of Start because cells lacking Cln function (referred to as cln-) arrest at Start and because CLN dosage modulates the timing of Start. At or shortly after Start, the development of B-type cyclin Clb-Cdc28 kinase activity and initiation of DNA replication requires the destruction of p40SIC1, a specific inhibitor of the Clb-Cdc28 kinases. I report here that cln cells are rendered viable by deletion of SIC1. Conversely, in cln1 cln2 cells, which have low CLN activity, modest increases in SIC1 gene dosage cause inviability. Deletion of SIC1 does not cause a general bypass of Start since (cln-)sic1 cells remain sensitive to mating pheromone-induced arrest. Far1, a pheromone-activated inhibitor of Cln-Cdc28 kinases, is dispensable for arrest of (cln-)sic1 cells by pheromone, implying the existence of an alternate Far1-independent arrest pathway. These observations define a pheromone-sensitive activity able to catalyze Start only in the absence of p40SIC1. The existence of this activity means that the B-type cyclin inhibitor p40SIC1 imposes the requirement for Cln function at Start.