Development of a binary positive and negative protein fragment complementation assay using yeast cytosine deaminase

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

Development of a binary positive and negative protein fragment complementation assay using yeast cytosine deaminase

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

Dissection du processus d’export des ARNm nucléaires par des approches de molécules uniques chez Saccharomyces cerevisae

Enfermer le porteur de l’information génétique dans le noyau a obligée la cellule a créé un système de transport complexe, qui permet l’export d’un ARNm du noyau au cytoplasme. Le mécanisme général de l’export des ARNm est encore mal connu, même si les facteurs principaux ont été découverts il y a longtemps. De récents progrès en microscopie nous ont permis d’étudier directement le comportement des ARNm durant le processus d’export. Durant ma maitrise, nous avons été capables de localiser et suivre des ARNm en temps réel pour la première fois chez Saccharomyces cerevisiae. Nous avons créé un gène rapporteur en mettant le gène GLT1 sous le contrôle du promoteur GAL1. Nous avons aussi marqué l’ARNm de GLT1 avec plusieurs boucles PP7. L’ARNm sera visible après l’attachement de plusieurs protéines PP7-GFP aux boucles. En utilisant la technique d’imagerie en cellules vivantes, nous sommes capable de visualiser et suivre chaque ARNm, depuis son relâchement du site de transcription jusqu’à l’export. Une fois relâché du site de transcription, l’ARNm diffuse librement dans le nucléoplasme, mais une fois à la périphérie nucléaire, il commence à « scanner » l’enveloppe nucléaire avant d’être exporté. Nous avons trouvé que le « scanning » dépend de la présence des Myosin Like Proteins (Mlp1p et Mlp2p), protéines qui forment le panier nucléaire, car suite à la délétion de MLP1 et MLP2, les ARNm n’étaient plus capable de « scanner ». Nous avons également trouvé que la partie C-terminale de Mlp1p était nécessaire au « scanning ». De plus, suite à la délétion du gène TOM1, gène codant pour une ubiquitine ligase, les ARNm ont un comportement similaire aux ARNm d’une souche ∆mlp1/mlp2, suggérant que le « scanning » permet à Tom1p d’ubiquitiner Yra1p, ce qui causera son relâchement de l’ARNm. Également, nous avons montré que les ARNm endogènes MDN1 et CBL2 scannent aussi la périphérie nucléaire. Ensemble, nos résultats suggèrent que le scanning est un processus par lequel passent tout les ARNm nucléaire lorsqu’ils se retrouvent à la périphérie du noyau, pour initier plusieurs étapes de réarrangements nécessaires à leurs export. De plus, nous avons examiné le rôle de Yhr127p, une protéine nouvellement identifiée qui se lie à l’ARN. Après avoir marqué cette protéine avec la GFP, nous avons montré qu’elle forme des foci dans le noyau et que ces derniers vont disparaitre suite à l’arrêt de la transcription. La délétion de YHR127 à conduit à une augmentation de la transcription de quelques gènes spécifiques, mais n’affecte pas la capacité de la cellule à exporter les ARNm. Nos résultats suggèrent que cette protéine joue un rôle dans la régulation de la transcription et/ou dans la stabilité de l’ARNm.

Dried yeast (Saccharomyces cerevisae) as a protein source for horses

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Análise por técnica de RDA (Representational Difference Analysis) da expressão gênica diferencial, para a identificação de fatores genéticos associados à produção de etanol em linhagem de Saccharomyces cerevisae

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Busca de parceiros físicos das proteínas ADAM23 e MX1, utilizando o sistema de duplo híbrido em Saccharomyces cerevisae

A metilação de ilhas CpG em regiões regulatórias de vários genes tem sido descrita como um processo importante no silenciamento de genes supressores de tumor e diretamente envolvida no processo de carcinogênese de uma série de tumores. O estudo desses genes afetados pela metilação em tumores visa identificar possíveis marcadores moleculares para o diagnóstico, prognóstico e tratamento de tumores, além de possibilitar a descoberta de fatores importantes no processo biológico do câncer. Os genes MX1 e ADAM23 foram identificados como diferencialmente metilados em linhagens celulares provenientes de carcinoma de cabeça e pescoço. Neste sentido, ao estudar o perfil diferencial de metilação de genes em carcinomas de células escamosas de cabeça e pescoço, o gene MX1 foi identificado como diferencialmente expresso. Dessa forma, para elucidar a função destes genes no controle da carcinogênese, o presente estudo buscou identificar ligantes celulares das proteínas MX1 e ADAM23 por meio de rastreamentos de duplo-híbrido, usando bibliotecas de cDNA de cérebro fetal humano. Os rastreamentos com a proteína ADAM23 não geraram resultados positivos por isso não são aqui discutidos. Foi realizado rastreamento com a proteína MX1, que resultou em aproximadamente 1,0x106 transformantes, dos quais 74 foram confirmados pelo ensaio de duplo-híbrido e codificam para 9 ligantes já conhecidos e 21novos ligantes prováveis de MX1. Entre esses novos ligantes prováveis estão proteínas que já haviam sido descritas como ligantes de MX1, incluindo a própria proteína MX1, o que valida os resultados obtidos com este rastreamento. Além disso, grande parte dos ligantes identificados são fatores envolvidos no processo de SUMOilação de proteínas, na formação de corpúsculos nucleares denominados PML-NB e uma série de proteínas relacionadas ao controle da transcrição e apoptose... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)

Busca de parceiros físicos da proteína CRABP2, utilizando o sistema de duplo-híbrido em Saccharomyces cerevisae

A metilação de ilhas CpG em regiões regulatórias de vários genes tem sido descrita como um processo importante no silenciamento de genes supressores de tumor e diretamente envolvida no processo de carcinogênese de uma série de tumores. O estudo desses genes afetados pela metilação em tumores visa à procura de marcadores moleculares para o diagnóstico, prognóstico e tratamento de tumores, e também a caracterização do seu papel no processo biológico do câncer. O nosso grupo de pesquisa participou de um Projeto Temático que visa a identificação de genes metilados em tumores de cabeça e pescoço (processo 03/09497-3) e foi então proposta a utilização do sistema de duplo-híbrido de levedura como ferramenta no início da análise funcional destes genes. Dessa maneira, utilizando como isca o gene CRABP2 identificado como diferencialmente metilado em câncer de cabeça e pescoço, foi realizado o rastreamento de duplo-híbrido para a identificação de interações físicas proteína-proteína. Foram rastreados aproximadamente 2,1x105 transformantes neste sistema, dos quais 550 foram inicialmente positivos para His+. Desses, 182 transformantes confirmaram a marca His+ e foram testados para -galactosidase. Em seguida, 19 foram selecionados para passar pela etapa do “plasmid linkage”. Após esse teste, 9 clones confirmaram a ligação dos marcadores His+ e β-gal+ com a presença do plasmídeo LEU2 . Assim, após o sequenciamento dos insertos contidos nos clones identificados, ciclina D3 (CCND3), alfa-macroglobulina 2 (A2M) (2 clones), canal aniônico dependente de voltagem 2 (VDAC2), tubulina alfa 1 (TUBA1), tubulina alfa 2 (TUBA2), tubulina beta (TUBB), fator de ligação ao “enhancer” do gene interleucina 2 (ILF2) e desoxi-hipusina sintase (DHPS) emergiram como ligantes de CRABP2

Dissecting cell cycle protein complexes using the pptimized yeast cytosine deaminase protein-fragment complementation assay “You too can play with an edge”

Les protéines sont les produits finaux de la machinerie génétique. Elles jouent des rôles essentiels dans la définition de la structure, de l'intégrité et de la dynamique de la cellule afin de promouvoir les diverses transformations chimiques requises dans le métabolisme et dans la transmission des signaux biochimique. Nous savons que la doctrine centrale de la biologie moléculaire: un gène = un ARN messager = une protéine, est une simplification grossière du système biologique. En effet, plusieurs ARN messagers peuvent provenir d’un seul gène grâce à l’épissage alternatif. De plus, une protéine peut adopter plusieurs fonctions au courant de sa vie selon son état de modification post-traductionelle, sa conformation et son interaction avec d’autres protéines. La formation de complexes protéiques peut, en elle-même, être déterminée par l’état de modifications des protéines influencées par le contexte génétique, les compartiments subcellulaires, les conditions environmentales ou être intrinsèque à la croissance et la division cellulaire. Les complexes protéiques impliqués dans la régulation du cycle cellulaire sont particulièrement difficiles à disséquer car ils ne se forment qu’au cours de phases spécifiques du cycle cellulaire, ils sont fortement régulés par les modifications post-traductionnelles et peuvent se produire dans tous les compartiments subcellulaires. À ce jour, aucune méthode générale n’a été développée pour permettre une dissection fine de ces complexes macromoléculaires. L'objectif de cette thèse est d'établir et de démontrer une nouvelle stratégie pour disséquer les complexes protéines formés lors du cycle cellulaire de la levure Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae). Dans cette thèse, je décris le développement et l'optimisation d'une stratégie simple de sélection basée sur un essai de complémentation de fragments protéiques en utilisant la cytosine déaminase de la levure comme sonde (PCA OyCD). En outre, je décris une série d'études de validation du PCA OyCD afin de l’utiliser pour disséquer les mécanismes d'activation des facteurs de transcription et des interactions protéine-protéines (IPPs) entre les régulateurs du cycle cellulaire. Une caractéristique clé du PCA OyCD est qu'il peut être utilisé pour détecter à la fois la formation et la dissociation des IPPs et émettre un signal détectable (la croissance des cellules) pour les deux types de sélections. J'ai appliqué le PCA OyCD pour disséquer les interactions entre SBF et MBF, deux facteurs de transcription clés régulant la transition de la phase G1 à la phase S. SBF et MBF sont deux facteurs de transcription hétérodimériques composés de deux sous-unités : une protéine qui peut lier directement l’ADN (Swi4 ou Mbp1, respectivement) et une protéine commune contenant un domain d’activation de la transcription appelée Swi6. J'ai appliqué le PCA OyCD afin de générer un mutant de Swi6 qui restreint ses activités transcriptionnelles à SBF, abolissant l’activité MBF. Nous avons isolé des souches portant des mutations dans le domaine C-terminal de Swi6, préalablement identifié comme responsable dans la formation de l’interaction avec Swi4 et Mbp1, et également important pour les activités de SBF et MBF. Nos résultats appuient un modèle où Swi6 subit un changement conformationnel lors de la liaison à Swi4 ou Mbp1. De plus, ce mutant de Swi6 a été utilisé pour disséquer le mécanisme de régulation de l’entrée de la cellule dans un nouveau cycle de division cellulaire appelé « START ». Nous avons constaté que le répresseur de SBF et MBF nommé Whi5 se lie directement au domaine C-terminal de Swi6. Finalement, j'ai appliqué le PCA OyCD afin de disséquer les complexes protéiques de la kinase cycline-dépendante de la levure nommé Cdk1. Cdk1 est la kinase essentielle qui régule la progression du cycle cellulaire et peut phosphoryler un grand nombre de substrats différents en s'associant à l'une des neuf protéines cycline régulatrice (Cln1-3, Clb1-6). Je décris une stratégie à haut débit, voir à une échelle génomique, visant à identifier les partenaires d'interaction de Cdk1 et d’y associer la cycline appropriée(s) requise(s) à l’observation d’une interaction en utilisant le PCA OyCD et des souches délétées pour chacune des cyclines. Mes résultats nous permettent d’identifier la phase(s) du cycle cellulaire où Cdk1 peut phosphoryler un substrat particulier et la fonction potentielle ou connue de Cdk1 pendant cette phase. Par exemple, nous avons identifié que l’interaction entre Cdk1 et la γ-tubuline (Tub4) est dépendante de Clb3. Ce résultat est conforme au rôle de Tub4 dans la nucléation et la croissance des faisceaux mitotiques émanant des centromères. Cette stratégie peut également être appliquée à l’étude d'autres IPPs qui sont contrôlées par des sous-unités régulatrices.

Ação imunomodulatória da β-glucana e Saccharomyces cerevisiae em ratos (Rattus rattus) da linhagem Wistar imunossuprimidos pela administração experimental de dexametasona

Pós-graduação em Medicina Veterinária - FCAV

Determinação do teor de zinco no casco e soro sangüíneo, da produção de leite e contagem de células somáticas em bovinos leiteiros suplementados com Saccharomyces cerevisiae

Pós-graduação em Medicina Veterinária - FMVZ

Desempenho e hematologia de tilápias-do-nilo alimentadas com Saccharomyces cerevisiae e vacinadas contra Streptococcus agalactiae

The objective of this work was to evaluate the inter-relationship between dietary supplementation with Saccharomyces cerevisiae cell wall and vaccination against Streptococcus agalactiae, and its effect on the productive performance and hematological variables of Nile tilapia (Oreochromis niloticus). Eighty-four Nile tilapia were distributed in 12 fiber boxes (n=7), in a 2x2x3 factorial arrangement, corresponding to two levels of supplementation with yeast cell wall, two types of inoculation, and three evaluation times. Fish were fed during 77 days. Vaccination of fish was done 60 days after feeding started. Fifteen days after vaccination, all fish were subjected to challenge with live strain of S. agalactiae, and 6, 24, and 48 hours after the challenge, blood was collected from the caudal vein for evaluations. Fish fed with supplemented diets show greater weight gain and specific growth rate, and the interaction between the diet and vaccination effects results in higher hematocrit, hemoglobin, and leukocyte rates.

A linear programming approach for estimating the structure of a sparse linear genetic network from transcript profiling data

Background: A genetic network can be represented as a directed graph in which a node corresponds to a gene and a directed edge specifies the direction of influence of one gene on another. The reconstruction of such networks from transcript profiling data remains an important yet challenging endeavor. A transcript profile specifies the abundances of many genes in a biological sample of interest. Prevailing strategies for learning the structure of a genetic network from high-dimensional transcript profiling data assume sparsity and linearity. Many methods consider relatively small directed graphs, inferring graphs with up to a few hundred nodes. This work examines large undirected graphs representations of genetic networks, graphs with many thousands of nodes where an undirected edge between two nodes does not indicate the direction of influence, and the problem of estimating the structure of such a sparse linear genetic network (SLGN) from transcript profiling data. Results: The structure learning task is cast as a sparse linear regression problem which is then posed as a LASSO (l1-constrained fitting) problem and solved finally by formulating a Linear Program (LP). A bound on the Generalization Error of this approach is given in terms of the Leave-One-Out Error. The accuracy and utility of LP-SLGNs is assessed quantitatively and qualitatively using simulated and real data. The Dialogue for Reverse Engineering Assessments and Methods (DREAM) initiative provides gold standard data sets and evaluation metrics that enable and facilitate the comparison of algorithms for deducing the structure of networks. The structures of LP-SLGNs estimated from the INSILICO1, INSILICO2 and INSILICO3 simulated DREAM2 data sets are comparable to those proposed by the first and/or second ranked teams in the DREAM2 competition. The structures of LP-SLGNs estimated from two published Saccharomyces cerevisae cell cycle transcript profiling data sets capture known regulatory associations. In each S. cerevisiae LP-SLGN, the number of nodes with a particular degree follows an approximate power law suggesting that its degree distributions is similar to that observed in real-world networks. Inspection of these LP-SLGNs suggests biological hypotheses amenable to experimental verification. Conclusion: A statistically robust and computationally efficient LP-based method for estimating the topology of a large sparse undirected graph from high-dimensional data yields representations of genetic networks that are biologically plausible and useful abstractions of the structures of real genetic networks. Analysis of the statistical and topological properties of learned LP-SLGNs may have practical value; for example, genes with high random walk betweenness, a measure of the centrality of a node in a graph, are good candidates for intervention studies and hence integrated computational – experimental investigations designed to infer more realistic and sophisticated probabilistic directed graphical model representations of genetic networks. The LP-based solutions of the sparse linear regression problem described here may provide a method for learning the structure of transcription factor networks from transcript profiling and transcription factor binding motif data.

Optimisation of chemoenzymatic processes in asymmetric synthesis

This thesis describes the optimisation of chemoenzymatic methods in asymmetric synthesis. Modern synthetic organic chemistry has experienced an enormous growth in biocatalytic methodologies; enzymatic transformations and whole cell bioconversions have become generally accepted synthetic tools for asymmetric synthesis. Biocatalysts are exceptional catalysts, combining broad substrate scope with high regio-, enantio- and chemoselectivities enabling the resolution of organic substrates with superb efficiency and selectivity. In this study three biocatalytic applications in enantioselective synthesis were explored and perhaps the most significant outcome of this work is the excellent enantioselectivity achieved through optimisation of reaction conditions improving the synthetic utility of the biotransformations. In the first chapter a summary of literature discussing the stereochemical control of baker’s yeast (Saccharomyces Cerevisae) mediated reduction of ketones by the introduction of sulfur moieties is presented, and sets the work of Chapter 2 in context. The focus of the second chapter was the synthesis and biocatalytic resolution of (±)-trans-2-benzenesulfonyl-3-n-butylcyclopentanone. For the first time the practical limitations of this resolution have been addressed providing synthetically useful quantities of enantiopure synthons for application in the total synthesis of both enantiomers of 4-methyloctanoic acid, the aggregation pheromone of the rhinoceros beetles of the genus Oryctes. The unique aspect of this enantioselective synthesis was the overall regio- and enantioselective introduction of the methyl group to the octanoic acid chain. This work is part of an ongoing research programme in our group focussed on baker’s yeast mediated kinetic resolution of 2-keto sulfones. The third chapter describes hydrolase-catalysed kinetic resolutions leading to a series of 3-aryl alkanoic acids. Hydrolysis of the ethyl esters with a series of hydrolases was undertaken to identify biocatalysts that yield the corresponding acids in highly enantioenriched form. Contrary to literature reports where a complete disappearance of efficiency and, accordingly enantioselection, was described upon kinetic resolution of sterically demanding 3-arylalkanoic acids, the highest reported enantiopurities of these acids was achieved (up to >98% ee) in this study through optimisation of reaction conditions. Steric and electronic effects on the efficiency and enantioselectivity of the biocatalytic transformation were also explored. Furthermore, a novel approach to determine the absolute stereochemistry of the enantiopure 3-aryl alkanoic acids was investigated through combination of co-crystallisation and X-ray diffraction linked with chiral HPLC analysis. The fourth chapter was focused on the development of a biocatalytic protocol for the asymmetric Henry reaction. Efficient kinetic resolution in hydrolase-mediated transesterification of cis- and trans- β-nitrocyclohexanol derivatives was achieved. Combination of a base-catalysed intramolecular Henry reaction coupled with the hydrolase-mediated kinetic resolution with the view to selective acetylation of a single stereoisomer was investigated. While dynamic kinetic resolution in the intramolecular Henry was not achieved, significant progress in each of the individual elements was made and significantly the feasibility of this process has been demonstrated. The final chapter contains the full experimental details, including spectroscopic and analytical data of all compounds synthesised in this project, while details of chiral HPLC analysis are included in the appendix. The data for the crystal structures are contained in the attached CD.

The IQGAP-myosin light chain interaction: what is its function?

The first members of the IQGAP family of proteins were
characterised over 15 years ago. It is now known that these molecules act
at the interface between cellular signalling pathways and the actin
cytoskeleton. They bind to a diverse range of signalling molecules –
including those involved in calcium, GTPase, kinase and growth factor
signalling. One intriguing interaction is that between mammalian
IQGAP1 and the myosin essential light chain isoform, Mlc1sa. Although
this has been demonstrated in vitro, its in vivo role is not known. Indeed,
it would be tempting to dismiss it as an experimental artefact, except for
the existence of a parallel interaction in the budding yeast,
Saccharomyces cerevisae. In this organism, the IQGAP-like protein
(Iqg1p) interacts with a myosin essential light chain (Mlc1p). This interaction is critical for the correct execution of cytokinesis. IQGAP-like
proteins also play key roles in cytokinesis in other fungi. Recent work
implicating mammalian IQGAP1 in cytokinesis may help explain the role
of the interaction in higher eukarytotes.

Produção de bioetanol a partir de resíduos agroindustriais

Dissertação de mest., Energias Renováveis e Gestão de Energia, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2012