Analyse de la localisation génomique et identification de nouvelles fonctions des sous-unités Rpb4/Rpb7 de l’ARN polymérase II et des facteurs TFIIF, TFIIS et UBR5

Grâce à un grand nombre d’études biochimiques, génétiques et structurales effectuées dans les dernières années, des avancements considérables ont été réalisés et une nouvelle vision du processus par lequel la machinerie transcriptionnelle de l’ARN polymérase II (Pol II) décode l’information génétique a émergé. De nouveaux indices ont été apportés sur la diversité des mécanismes de régulation de la transcription, ainsi que sur le rôle des facteurs généraux de transcription (GTFs) dans cette diversification. Les travaux présentés dans cette thèse amènent de nouvelles connaissances sur le rôle des GTFs humains dans la régulation des différentes étapes de la transcription. Dans la première partie de la thèse, nous avons analysé la fonction de la Pol II et des GTFs humains, en examinant de façon systématique leur localisation génomique. Les patrons obtenus par immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) des versions de GTFs portant une étiquette TAP (Tandem-Affinity Purification) indiquent de nouvelles fonctions in vivo pour certains composants de cette machinerie et pour des éléments structuraux de la Pol II. Nos résultats suggèrent que TFIIF et l’hétérodimère Rpb4–Rpb7 ont une fonction spécifique pendant l’étape d’élongation transcriptionnelle in vivo. De plus, notre étude amène une première image globale de la fonction des GTFs pendant la réaction transcriptionnelle dans des cellules mammifères vivantes. Deuxièmement, nous avons identifié une nouvelle fonction de TFIIS dans la régulation de CDK9, la sous-unité kinase du facteur P-TEFb (Positive Transcription Elongation Factor b). Nous avons identifié deux nouveaux partenaires d’interaction pour TFIIS, soit CDK9 et la E3 ubiquitine ligase UBR5. Nous montrons que UBR5 catalyse l’ubiquitination de CDK9 in vitro. De plus, la polyubiquitination de CDK9 dans des cellules humaines est dépendante de UBR5 et TFIIS. Nous montrons aussi que UBR5, CDK9 and TFIIS co-localisent le long du gène  fibrinogen (FBG) et que la surexpression de TFIIS augmente les niveaux d’occupation par CDK9 de régions spécifiques de ce gène, de façon dépendante de UBR5. Nous proposons que TFIIS a une nouvelle fonction dans la transition entre les étapes d’initiation et d’élongation transcriptionnelle, en régulant la stabilité des complexes CDK9-Pol II pendant les étapes précoces de la transcription.

Étude de l’interaction Ikaros/voie de signalisation Notch au cours de l'érythropoïèse

Tout au long de la vie d’un individu, il existe un nombre optimal de cellules à produire et de progéniteurs à conserver en réserve. On parle de maintien de l’homéostasie tissulaire. De façon générale, l’organisme a cinq possibilités pour réguler l’homéostasie : l’autorenouvellement et la quiescence, souvent utilisés pour maintenir un ‘pool’ fonctionnel de progéniteurs, la différenciation qui permet de produire des cellules effectrices, l’apoptose et la sénescence, qui permettent de limiter la production de cellules ou encore d’en faire diminuer le nombre quand elles sont en excès. La régulation de ces quatre mécanismes peut se faire de façon extrinsèque en passant par différentes voies de signalisation combinées à l’action intrinsèque de facteurs de transcription comme Ikaros et GATA1. Le facteur de transcription Ikaros joue un rôle critique dans le devenir des cellules progénitrices et la différenciation des lignages hématopoïétiques. Cependant, il demeure surtout connu pour son influence sur la voie Notch dans les cellules lymphoïdes, notamment les lymphocytes T. Les cellules érythroïdes sont hautement sensibles à l’environnement et donc, particulièrement adaptées à l’étude des régulations de l’homéostasie. Les résultats de différentes études ont permis de démontrer qu’Ikaros et la voie Notch influencent l’érythropoïèse. Cependant le détail de leurs actions demeure en grande partie inconnu à ce jour. Au cours de notre étude nous avons voulu déterminer l’action d’Ikaros dans le maintien de l’homéostasie des cellules érythroïdes et si son rôle passe par un dialogue avec la voie Notch. Nous avons voulu décrypter les mécanismes de régulation transcriptionnelle utilisés par Ikaros et par Notch au cours de l’érythropoïèse et leurs effets. Notre étude montre qu’Ikaros réprime à l’aide de GATA1 le gène Hes1, une cible importante de la voie Notch, en recrutant un complexe de la famille Polycomb, le PRC2 ii (Polycomb Repressive Complex 2). Cette répression permet la promotion de la différenciation des cellules érythroïdes. Au niveau du maintien de l’homéostasie par régulation de l’apoptose, Ikaros est connu pour cibler l’anti-apoptotique Bcl2l1 dans les lymphocytes. Puisque Gata-1, partenaire préférentiel d’Ikaros cible Bcl2l1 dans les cellules érythroïdes, nous avons caractérisé leur effet sur l’expression de Bcl2l1. Nous avons découvert qu’Ikaros active de façon directe Bcl2l1 et qu’il recrute sur le gène deux complexes partenaires d’élongation : un de la famille SET1/MLL, et le complexe P-TEFb-NuRD. En l’absence d’Ikaros, le fragment intracellulaire de Notch (NICD) et son cofacteur RBP-J remplacent Ikaros et favorisent l’hyper-activation de l’expression de Bcl2l1. Ceci est associé à la modification du complexe d’élongation recruté, ainsi qu’à la mise en place de modifications épigénétiques distinctes de celles observées avec Ikaros ce qui modifie l’élongation transcriptionnelle du gène. Ikaros et Notch sont fréquemment mutés ou présentent des fonctions altérées dans les leucémies. Notre étude montre un dialogue Ikaros/Notch influençant aussi bien la différenciation que l’apoptose et met en évidence l’existence d’un circuit génétique dont le dérèglement pourrait favoriser l’apparition d’une hématopoïèse maligne.

CDK9 a potential target for drug development

The family of Cyclin-Dependent Kinases (CDKs) can be subdivided into two major functional groups based on their roles in cell cycle and/or transcriptional control. CDK9 is the catalytic subunit of positive transcription elongation factor b (P-TEFb). CDK9 is the kinase of the TAK complex (Tat-associated kinase complex), and binds to Tat protein of HIV, suggesting a possible role for CDK9 in AIDS progression. CDK9 complexed with its regulatory partner cyclin T1, serves as a cellular mediator of the transactivation function of the HIV Tat protein. P-TEFb is responsible for the phosphorylation of the carboxyl-terminal domain of RNA Pol II, resulting in stimulation of transcription. Furthermore, the complexes containing CDK9 induce the differentiation in distinct tissue. The CDK9/cyclin T1 complex is expressed at higher level in more differentiated primary neuroectodermal and neuroblastoma tumors, showing a correlation between the kinase expression and tumor differentiation grade. This may have clinical and therapeutical implications for these tumor types. Among the CDK inhibitors two have shown to be effective against CDK9: Roscovitine and Flavopiridol. These two inhibitors prevented the replication of human immunodeficiency virus (HIV) type 1 by blocking Tat transactivation of the HIV type 1 promoter. These compounds inhibit CDKs by binding to the catalytic domain in place of ATP, preventing transfer of a phosphate group to the substrate. More sensitive therapeutic agents of CDK9 can be designed, and structural studies can add information in the understanding of this kinase. The major features related to CDK9 inhibition will be reviewed in this article.

Will diverse Tat interactions lead to novel antiretroviral drug targets?

More than fifteen years following the description of Tat as a critical HIV gene expression regulatory protein, additional roles for Tat in HIV replication have been described, including reverse transcription. Tat achieves function through direct interaction with viral proteins, including reverse transcriptase, and numerous cellular proteins including cyclin T1, RNA polymerase 11, protein kinase R (PKR), p300/CBP, and P/CAF. Despite our advanced knowledge of how Tat operates, this has not yet resulted in the discovery of effective agents capable of targeting various Tat functions. Nevertheless, Tat remains an attractive, virus-specific molecule and detailed understanding of specific protein interaction holds promise for future drug discovery.

Cyclin-dependent kinase 9 activity regulates neutrophil spontaneous apoptosis

Neutrophils are the most abundant leukocyte and play a central role in the immune defense against rapidly dividing bacteria. However, they are also the shortest lived cell in the blood with a lifespan in the circulation of 5.4 days. The mechanisms underlying their short lifespan and spontaneous entry into apoptosis are poorly understood. Recently, the broad range cyclin-dependent kinase (CDK) inhibitor R-roscovitine was shown to increase neutrophil apoptosis, implicating CDKs in the regulation of neutrophil lifespan. To determine which CDKs were involved in regulating neutrophil lifespan we first examined CDK expression in human neutrophils and found that only three CDKs: CDK5, CDK7 and CDK9 were expressed in these cells. The use of CDK inhibitors with differing selectivity towards the various CDKs suggested that CDK9 activity regulates neutrophil lifespan. Furthermore CDK9 activity and the expression of its activating partner cyclin T1 both declined as neutrophils aged and entered apoptosis spontaneously. CDK9 is a component of the P-TEFb complex involved in transcriptional regulation and its inhibition will preferentially affect proteins with short half-lives. Treatment of neutrophils with flavopiridol, a potent CDK9 inhibitor, increased apoptosis and caused a rapid decline in the level of the anti-apoptotic protein Mcl-1, whilst Bcl2A was unaffected. We propose that CDK9 activity is a key regulator of neutrophil lifespan, preventing apoptosis by maintaining levels of short lived anti-apoptotic proteins such as Mcl-1. Furthermore, as inappropriate inhibition of neutrophil apoptosis contributes to chronic inflammatory diseases such as Rheumatoid Arthritis, CDK9 represents a novel therapeutic target in such diseases.

Electronic states of trans-polyacetylene, poly(p-phenylene vinylene) and sp-hybridised carbon species in amorphous hydrogenated carbon probed by resonant Raman scattering

Inclusions of sp-hybridised, trans-polyacetylene [trans-(CH)x] and poly(p-phenylene vinylene) (PPV) chains are revealed using resonant Raman scattering (RRS) investigation of amorphous hydrogenated carbon (a-C:H) films in the near IR – UV range. The RRS spectra of trans-(CH)x core Ag modes and the PPV CC-H phenylene mode are found to transform and disperse as the laser excitation energy ћωL is increased from near IR through visible to UV, whereas sp-bonded inclusions only become evident in UV. This is attributed to ћωL probing of trans-(CH)x chain inhomogeneity and the distribution of chains with varying conjugation length; for PPV to the resonant probing of phelynene ring disorder; and for sp segments, to ћωL probing of a local band gap of end-terminated polyynes. The IR spectra analysis confirmed the presence of sp, trans-(CH)x and PPV inclusions. The obtained RRS results for a-C:H denote differentiation between the core Ag trans-(CH)x modes and the PPV phenylene mode. Furthermore, it was found that at various laser excitation energies the changes in Raman spectra features for trans-(CH)x segments included in an amorphous carbon matrix are the same as in bulk trans-polyacetylene. The latter finding can be used to facilitate identification of trans-(CH)x in the spectra of complex carbonaceous materials.

Are combination forecasts of S&P 500 volatility statistically superior?

Forecasting volatility has received a great deal of research attention, with the relative performances of econometric model based and option implied volatility forecasts often being considered. While many studies find that implied volatility is the pre-ferred approach, a number of issues remain unresolved, including the relative merit of combining forecasts and whether the relative performances of various forecasts are statistically different. By utilising recent econometric advances, this paper considers whether combination forecasts of S&P 500 volatility are statistically superior to a wide range of model based forecasts and implied volatility. It is found that a combination of model based forecasts is the dominant approach, indicating that the implied volatility cannot simply be viewed as a combination of various model based forecasts. Therefore, while often viewed as a superior volatility forecast, the implied volatility is in fact an inferior forecast of S&P 500 volatility relative to model-based forecasts.

The jump component of S&P 500 volatility and the VIX index

Much research has investigated the differences between option implied volatilities and econometric model-based forecasts. Implied volatility is a market determined forecast, in contrast to model-based forecasts that employ some degree of smoothing of past volatility to generate forecasts. Implied volatility has the potential to reflect information that a model-based forecast could not. This paper considers two issues relating to the informational content of the S&P 500 VIX implied volatility index. First, whether it subsumes information on how historical jump activity contributed to the price volatility, followed by whether the VIX reflects any incremental information pertaining to future jump activity relative to model-based forecasts. It is found that the VIX index both subsumes information relating to past jump contributions to total volatility and reflects incremental information pertaining to future jump activity. This issue has not been examined previously and expands our understanding of how option markets form their volatility forecasts.