Phosphorylation du CTD de l'ARN polymérase II et impact de l'histone H2A.Z sur le positionnement des nucléosomes chez S. cerevisiae

La phosphorylation du domaine C-terminal de l’ARN polymérase II permet à ce complexe protéique d’exécuter la transcription des gènes, en plus de coupler à la transcription des événements moléculaires comme la maturation des ARNm. Mes résultats montrent que même si cette phosphorylation suit un patron similaire à l’ensemble des gènes, il existe des exceptions pouvant être dues à des mécanismes alternatifs de phosphorylation du CTD. Le présent ouvrage s’intéresse également au rôle qu’occupe la variante d’histone H2A.Z dans l’organisation de la chromatine. Des études précédentes on montré que le positionnement de certains nucléosomes le long de l’ADN serait influencé par H2A.Z et aurait une influence sur la capacité de transcrire les gènes. Par une approche génomique utilisant les puces à ADN, j’ai cartographié l’impact de la délétion de H2A.Z sur la structure des nucléosomes. Enfin, des résultats intéressants sur la dynamique d’incorporation de H2A.Z à la chromatine ont été obtenus.

The euchromatic and heterochromatic landscapes are shaped by antagonizing effects of transcription on H2A.Z deposition

A role for variant histone H2A.Z in gene expression is now well established but little is known about the mechanisms by which it operates. Using a combination of ChIP-chip, knockdown and expression profiling experiments, we show that upon gene induction, human H2A.Z associates with gene promoters and helps in recruiting the transcriptional machinery. Surprisingly, we also found that H2A.Z is randomly incorporated in the genome at low levels and that active transcription antagonizes this incorporation in transcribed regions. After cessation of transcription, random H2A.Z quickly reappears on genes, demonstrating that this incorporation utilizes an active mechanism. Within facultative heterochromatin, we observe a hyper accumulation of the variant histone, which might be due to the lack of transcription in these regions. These results show how chromatin structure and transcription can antagonize each other, therefore shaping chromatin and controlling gene expression.

Étude de la variante d’histone H2A.Z et du cycle de phosphorylation de l’ARN polymérase II chez Saccharomyces cerevisiae

La chromatine est plus qu’un système d’empaquetage de l’ADN ; elle est le support de toutes les réactions liées à l’ADN dans le noyau des cellules eucaryotes et participe au contrôle de l’accès de l’ARN polymérase II (ARNPolII) à l’ADN. Responsable de la transcription de tous les ARNm des cellules eucaryotes, l’ARNPolII doit, suivant son recrutement aux promoteurs des gènes, transcrire l’ADN en traversant la matrice chromatinienne. Grâce au domaine C-terminal (CTD) de sa sous-unité Rpb1, elle coordonne la maturation de l’ARNm en cours de synthèse ainsi que les modifications de la chromatine, concomitantes à la transcription. Cette thèse s’intéresse à deux aspects de la transcription : la matrice, avec la localisation de la variante d’histone H2A.Z, et la machinerie de transcription avec le cycle de phosphorylation du CTD de l’ARNPolII. Suivant l’introduction, le chapitre 2 de cette thèse constitue un protocole détaillé et annoté de la technique de ChIP-chip, chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Cette technique phare dans l’étude in vivo des phénomènes liés à l’ADN a grandement facilité l’étude du rôle de la chromatine dans les phénomènes nucléaires, en permettant de localiser sur le génome les marques et les variantes d’histones. Ce chapitre souligne l’importance de contrôles adéquats, spécifiques à l’étude de la chromatine. Au chapitre 3, grâce à la méthode de ChIP-chip, la variante d’histone H2A.Z est cartographiée au génome de la levure Saccharomyces cerevisiae avec une résolution d’environ 300 paires de bases. Nos résultats montrent que H2A.Z orne un à deux nucléosomes au promoteur de la majorité des gènes. L’enrichissement de H2A.Z est anticorrélé à la transcription et nos résultats suggèrent qu’elle prépare la chromatine pour l’activation des gènes. De plus H2A.Z semble réguler la localisation des nucléosomes. Le chapitre suivant s’intéresse à la transcription sous l’angle de la machinerie de transcription en se focalisant sur le cycle de phosphorylation de l’ARN polymérase II. Le domaine C-terminal de sa plus large sous-unité est formé de répétitions d’un heptapeptide YSPTSPS dont les résidus peuvent être modifiés au cours de la transcription. Cette étude localise les marques de phosphorylation des trois résidus sérine de manière systématique dans des souches mutantes des kinases et phosphatases. Nos travaux confirment le profil universel des marques de phosphorylations aux gènes transcrits. Appuyés par des essais in vitro, ils révèlent l’interaction complexe des enzymes impliqués dans la phosphorylation, et identifient Ssu72 comme la phosphatase de la sérine 7. Cet article appuie également la notion de « variantes » des marques de phosphorylation bien que leur étude spécifique s’avère encore difficile. La discussion fait le point sur les travaux qui ont suivi ces articles, et sur les expériences excitantes en cours dans notre laboratoire.

Étude de l'influence du variant d'histone H2A.Z sur l'organisation des nucléosomes aux enhancers liés par le récepteur alpha de l'oestrogène

L'identité et la réactivité cellulaires sont établies, maintenues et modulées grâce à l'orchestration de programmes transcriptionnels spécifiques. Les éléments régulateurs, des régions particulières de la chromatine responsables de l'activation ou de la répression des gènes, sont au coeur de cette opération. Ces dernières années, de nombreuses études ont révélé le rôle central des « enhancers » dans ce processus. En effet, des centaines de milliers « enhancers » seraient éparpillés dans le génome humain, majoritairement dans sa portion non-codante, et contrairement au promoteur, leur activation varierait selon le type ou l'état cellulaire ou en réponse à une stimulation physiologique, pathologique ou environnementale. Les « enhancers » sont, en quelque sorte, des carrefours où transitent une multitude de protéines régulées par les signaux intra- et extra-cellulaires et un dialogue s'établit entre ces diverses protéines et la chromatine. L'identification des « enhancers ainsi qu'une compréhension de leur mode de fonctionnement sont donc cruciales, tant au plan fondamental que clinique. La chromatine joue un rôle indéniable dans l'activité des éléments régulateurs, tant par sa composition que par sa structure, en régulant, entre autres, l'accessibilité de l'ADN. En effet, l'ADN des régions régulatrices est bien souvent masqué par un nucléosome occlusif, lequel doit être déplacé ou évincé afin de permettre la liaison des protéines régulatrices, notamment les facteurs de transcription (FTs). Toutefois, la contribution de la composition de la chromatine à ce processus reste incomprise. Le variant d'histone H2A.Z a été identifié comme une composante de la chromatine aux régions accessibles, dont des « enhancers » potentiels. Toutefois son rôle y est inconnu, bien que des études récentes suggèrent qu'il pourrait jouer un rôle important dans la structure de la chromatine à ces régions. Par ailleurs, un lien étroit existe entre H2A.Z et la voie de signalisation des oestrogènes (notamment la 17-[beta]-estradiol (E2)). Ainsi, H2A.Z est essentiel à l'expression de plusieurs gènes cibles de l'E2. Les effets de l'E2 sont en partie exercés par un FT, le récepteur alpha des oestrogènes (ER[alpha]), lequel se lie à l'ADN suite à son activation, et ce majoritairement à des « enhancers », et permet l'établissement d'un programme transcriptionnel spécifique. Cette thèse vise à définir le rôle d'H2A.Z aux « enhancers », et plus particulièrement son influence sur l'organisation des nucléosomes aux « enhancers » liés par ER[alpha]. D'abord, mes travaux effectués à l'échelle du génome ont démontré qu'H2A.Z n'est présent qu'à certains ER[alpha]-« enhancers » actifs. Cette particularité a fait en sorte que nous avons pu comparer directement les « enhancers » actifs occupés par H2A.Z à ceux non-occupés, afin de mettre en évidence sa relation à l'environnement chromatinien. Étonnamment, il est apparu qu'H2A.Z n'introduit pas une organisation unique ou particulière des nucléosomes aux « enhancers ». Par ailleurs, nos résultats montrent qu'H2A.Z joue un rôle crucial dans la régulation de l'activité des « enhancers ». En effet, nous avons observé que suite à leur activation par l'E2, les « enhancers » occupés par H2A.Z recrutent l'ARN polymérase II (ARNPII) et produisent un transcrit. Ils recrutent également RAD21, une composante du complexe cohésine impliqué, entre autres, dans des interactions chromosomiques entre « enhancers » et promoteurs. De façon intéressante, nous avons mis en évidence que ces trois évènements, connus pour leur importance dans l'activité des « enhancers », sont dépendants d'H2A.Z. Ainsi, la présence d'H2A.Z à l' « enhancer » pourrait permettre un environnement chromatinien favorable à trois aspects clés de l'activité des « enhancers » : la présence de l'ARNPII, la transcription et la formation d'une boucle d'interaction, et par la suite, de par la proximité « enhancer »-promoteur ainsi créée, augmenter la concentration d'ARNPII à proximité du promoteur favorisant l'expression du gène cible. Un tel rôle central d'H2A.Z dans l'activité d' « enhancers » spécifiques pourrait participer à un mécanisme épigénétique ciblé de la régulation de l'expression des gènes.

Quantification of gammaH2AX foci in response to ionising radiation

DNA double-strand breaks (DSBs), which are induced by either endogenous metabolic processes or by exogenous sources, are one of the most critical DNA lesions with respect to survival and preservation of genomic integrity. An early response to the induction of DSBs is phosphorylation of the H2A histone variant, H2AX, at the serine-139 residue, in the highly conserved C-terminal SQEY motif, forming gammaH2AX(1). Following induction of DSBs, H2AX is rapidly phosphorylated by the phosphatidyl-inosito 3-kinase (PIKK) family of proteins, ataxia telangiectasia mutated (ATM), DNA-protein kinase catalytic subunit and ATM and RAD3-related (ATR)(2). Typically, only a few base-pairs (bp) are implicated in a DSB, however, there is significant signal amplification, given the importance of chromatin modifications in DNA damage signalling and repair. Phosphorylation of H2AX mediated predominantly by ATM spreads to adjacent areas of chromatin, affecting approximately 0.03% of total cellular H2AX per DSB(2,3). This corresponds to phosphorylation of approximately 2000 H2AX molecules spanning approximately 2 Mbp regions of chromatin surrounding the site of the DSB and results in the formation of discrete gammaH2AX foci which can be easily visualized and quantitated by immunofluorescence microscopy(2). The loss of gammaH2AX at DSB reflects repair, however, there is some controversy as to what defines complete repair of DSBs; it has been proposed that rejoining of both strands of DNA is adequate however, it has also been suggested that re-instatement of the original chromatin state of compaction is necessary(4-8). The disappearence of gammaH2AX involves at least in part, dephosphorylation by phosphatases, phosphatase 2A and phosphatase 4C(5,6). Further, removal of gammaH2AX by redistribution involving histone exchange with H2A.Z has been implicated(7,8). Importantly, the quantitative analysis of gammaH2AX foci has led to a wide range of applications in medical and nuclear research. Here, we demonstrate the most commonly used immunofluorescence method for evaluation of initial DNA damage by detection and quantitation of gammaH2AX foci in gamma-irradiated adherent human keratinocytes(9)

Mutations in SRCAP, Encoding SNF2-Related CREBBP Activator Protein, Cause Floating-Harbor Syndrome

Floating-Harbor syndrome (FHS) is a rare condition characterized by short stature, delayed osseous maturation, expressive-language deficits, and a distinctive facial appearance. Occurrence is generally sporadic, although parent-to-child transmission has been reported on occasion. Employing whole-exome sequencing, we identified heterozygous truncating mutations in SRCAP in five unrelated individuals with sporadic MS. Sanger sequencing identified mutations in SRCAP in eight more affected persons. Mutations were de novo in all six instances in which parental DNA was available. SRCAP is an SNF2-related chromatin-remodeling factor that serves as a coactivator for CREB-binding protein (CREBBP, better known as CBP, the major cause of Rubinstein-Taybi syndrome [RTS]). Five SRCAP mutations, two of which are recurrent, were identified; all are tightly clustered within a small (111 codon) region of the final exon. These mutations are predicted to abolish three C-terminal AT-hook DNA-binding motifs while leaving the CBP-binding and ATPase domains intact. Our findings show that SRCAP mutations are the major cause of FHS and offer an explanation for the clinical overlap between FHS and RTS.

Endoplasmic reticulum quality control of asialoglycoprotein receptor H2a involves a determinant for retention and not retrieval

The human asialoglycoprotein receptor H2a subunit contains a charged pentapeptide, EGHRG, in its ectodomain that is the only sequence absent from the H2b alternatively spliced variant. H2b exits the endoplasmic reticulum (ER) even when singly expressed, whereas H2a gives rise to a cleaved soluble secreted ectodomain fragment; uncleaved membrane-bound H2a molecules are completely retained and degraded in the ER. We have inserted the H2a pentapeptide into the sequence of the H1 subunit (H1i5), which caused complete ER retention but, unexpectedly, no degradation. This suggests that the pentapeptide is a determinant for ER retention not colocalizing in H2a with the determinant for degradation. The state of sugar chain processing and the ER localization of H1i5, which was unchanged at 15°C or after treatment with nocodazole, indicate ER retention and not retrieval from the cis-Golgi or the intermediate compartment. H1i5 folded similarly to H1, and both associated to calnexin. However, whereas H1 dissociated with a half time of 45 min, H1i5 remained bound to the chaperone for prolonged periods. The correct global folding of H2a and H1i5 and of other normal precursors and unassembled proteins and the true ER retention, and not exit and retrieval, suggest a difference in their quality control mechanism compared with that of misfolded proteins, which does involve retrieval. However, both pathways may involve calnexin.

Encyclopedia contributions : entries S-Z in Oxford Companion to Australian Gardens

Shelton, E.M. (p.548); Sherwood Arboretum (p.550); Soutter, William (pp.563-4); Styles (pp.575-6); Summer-House (579-580); Trapnell, W.G. (p.602); Tropical Gardens (pp.604-5);Verandah Gardening (p.614); Wickham Park (p.642); Wijaya, Made (p.642); Williams, George (p.644); Williams Keith A (p.644).

Book review: ‘Anterior Eye Disease and Therapeutics A-Z' [2nd ed.] Edition, by A. Bruce and M. Loughnan. Churchill Livingstone (Elsevier), Edinburgh 2011

With the ever-increasing emphasis on ocular disease recognition in the practice of optometry and especially anterior eye disease management and therapeutics, any book addressing such issues is bound to have a captive audience. This second edition of Anterior Eye Disease and Therapeutics A–Z provides a succinct yet comprehensive coverage of this topic.

Using pulse transit delay in Z-scan to discriminate between excited-state absorption and other nonlinear processes in ZnO nanocones

We report a new approach that uses the single beam Z-scan technique, to discriminate between excited state absorption (ESA) and two and three photon nonlinear absorption. By measuring the apparent delay or advance of the pulse in reaching the detector, the nonlinear absorption can be unambiguously identified as either instantaneous or transient. The simple method does not require a large range of input fluences or sophisticated pulse-probe experimental apparatus. The technique is easily extended to any absorption process dependent on pulse width and to nonlinear refraction measurements. We demonstrate in particular, that the large nonlinear absorption in ZnO nanocones when exposed to nanosecond 532 nm pulses, is due mostly to ESA, not pure two-photon absorption.

Five-level Z-source diode-clamped inverter

This study proposes a five-level Z-source diode-clamped inverter designed with two intermediate Z-source networks connected between the dc input sources and rear-end inverter circuitry. By partially shorting the Z-source networks, new operating states not previously reported for two-level Z-source inverter are introduced here for operating the proposed inverter with voltage buck-boost energy conversion ability and five-level phase voltage switching. These characteristic features are in fact always ensured at the inverter terminal output by simply adopting a properly designed carrier modulation scheme, which always inserts two partial shoot-through states per half carrier cycle for smooth balanced operation. Theoretical findings and practical issues identified are eventually verified by constructing a scaled down laboratory prototype for testing.