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.

Yeast screens identify the RNA polymerase II CTD and SPT5 as relevant targets of BRCA1 interaction.

BRCA1 has been implicated in numerous DNA repair pathways that maintain genome integrity, however the function responsible for its tumor suppressor activity in breast cancer remains obscure. To identify the most highly conserved of the many BRCA1 functions, we screened the evolutionarily distant eukaryote Saccharomyces cerevisiae for mutants that suppressed the G1 checkpoint arrest and lethality induced following heterologous BRCA1 expression. A genome-wide screen in the diploid deletion collection combined with a screen of ionizing radiation sensitive gene deletions identified mutants that permit growth in the presence of BRCA1. These genes delineate a metabolic mRNA pathway that temporally links transcription elongation (SPT4, SPT5, CTK1, DEF1) to nucleopore-mediated mRNA export (ASM4, MLP1, MLP2, NUP2, NUP53, NUP120, NUP133, NUP170, NUP188, POM34) and cytoplasmic mRNA decay at P-bodies (CCR4, DHH1). Strikingly, BRCA1 interacted with the phosphorylated RNA polymerase II (RNAPII) carboxy terminal domain (P-CTD), phosphorylated in the pattern specified by the CTDK-I kinase, to induce DEF1-dependent cleavage and accumulation of a RNAPII fragment containing the P-CTD. Significantly, breast cancer associated BRCT domain defects in BRCA1 that suppressed P-CTD cleavage and lethality in yeast also suppressed the physical interaction of BRCA1 with human SPT5 in breast epithelial cells, thus confirming SPT5 as a relevant target of BRCA1 interaction. Furthermore, enhanced P-CTD cleavage was observed in both yeast and human breast cells following UV-irradiation indicating a conserved eukaryotic damage response. Moreover, P-CTD cleavage in breast epithelial cells was BRCA1-dependent since damage-induced P-CTD cleavage was only observed in the mutant BRCA1 cell line HCC1937 following ectopic expression of wild type BRCA1. Finally, BRCA1, SPT5 and hyperphosphorylated RPB1 form a complex that was rapidly degraded following MMS treatment in wild type but not BRCA1 mutant breast cells. These results extend the mechanistic links between BRCA1 and transcriptional consequences in response to DNA damage and suggest an important role for RNAPII P-CTD cleavage in BRCA1-mediated cancer suppression.

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.

Raman spectroscopy of some complex arsenate minerals—implications for soil remediation

The application of spectroscopy to the study of contaminants in soils is important. Among the many contaminants is arsenic, which is highly labile and may leach to non-contaminated areas. Minerals of arsenate may form depending upon the availability of specific cations for example calcium and iron. Such minerals include carminite, pharmacosiderite and talmessite. Each of these arsenate minerals can be identified by its characteristic Raman spectrum enabling identification.

Abstracting and correlating heterogeneous events to detect complex scenarios

The research presented in this thesis addresses inherent problems in signaturebased intrusion detection systems (IDSs) operating in heterogeneous environments. The research proposes a solution to address the difficulties associated with multistep attack scenario specification and detection for such environments. The research has focused on two distinct problems: the representation of events derived from heterogeneous sources and multi-step attack specification and detection. The first part of the research investigates the application of an event abstraction model to event logs collected from a heterogeneous environment. The event abstraction model comprises a hierarchy of events derived from different log sources such as system audit data, application logs, captured network traffic, and intrusion detection system alerts. Unlike existing event abstraction models where low-level information may be discarded during the abstraction process, the event abstraction model presented in this work preserves all low-level information as well as providing high-level information in the form of abstract events. The event abstraction model presented in this work was designed independently of any particular IDS and thus may be used by any IDS, intrusion forensic tools, or monitoring tools. The second part of the research investigates the use of unification for multi-step attack scenario specification and detection. Multi-step attack scenarios are hard to specify and detect as they often involve the correlation of events from multiple sources which may be affected by time uncertainty. The unification algorithm provides a simple and straightforward scenario matching mechanism by using variable instantiation where variables represent events as defined in the event abstraction model. The third part of the research looks into the solution to address time uncertainty. Clock synchronisation is crucial for detecting multi-step attack scenarios which involve logs from multiple hosts. Issues involving time uncertainty have been largely neglected by intrusion detection research. The system presented in this research introduces two techniques for addressing time uncertainty issues: clock skew compensation and clock drift modelling using linear regression. An off-line IDS prototype for detecting multi-step attacks has been implemented. The prototype comprises two modules: implementation of the abstract event system architecture (AESA) and of the scenario detection module. The scenario detection module implements our signature language developed based on the Python programming language syntax and the unification-based scenario detection engine. The prototype has been evaluated using a publicly available dataset of real attack traffic and event logs and a synthetic dataset. The distinct features of the public dataset are the fact that it contains multi-step attacks which involve multiple hosts with clock skew and clock drift. These features allow us to demonstrate the application and the advantages of the contributions of this research. All instances of multi-step attacks in the dataset have been correctly identified even though there exists a significant clock skew and drift in the dataset. Future work identified by this research would be to develop a refined unification algorithm suitable for processing streams of events to enable an on-line detection. In terms of time uncertainty, identified future work would be to develop mechanisms which allows automatic clock skew and clock drift identification and correction. The immediate application of the research presented in this thesis is the framework of an off-line IDS which processes events from heterogeneous sources using abstraction and which can detect multi-step attack scenarios which may involve time uncertainty.

Managing infrastructure transitions : a complex adaptive systems perspective

Engineering assets such as roads, rail, bridges and other forms of public works are vital to the effective functioning of societies {Herder, 2006 #128}. Proficient provision of this physical infrastructure is therefore one of the key activities of government {Lædre, 2006 #123}. In order to ensure engineering assets are procured and maintained on behalf of citizens, government needs to devise the appropriate policy and institutional architecture for this purpose. The changing institutional arrangements around the procurement of engineering assets are the focus of this paper. The paper describes and analyses the transition to new, more collaborative forms of procurement arrangements which are becoming increasingly prevalent in Australia and other OECD countries. Such fundamental shifts from competitive to more collaborative approaches to project governance can be viewed as a major transition in procurement system arrangements. In many ways such changes mirror the shift from New Public Management, with its emphasis on the use of market mechanisms to achieve efficiencies {Hood, 1991 #166}, towards more collaborative approaches to service delivery, such as those under network governance arrangements {Keast, 2007 #925}. However, just as traditional forms of procurement in a market context resulted in unexpected outcomes for industry, such as a fragmented industry afflicted by chronic litigation {Dubois, 2002 #9}, the change to more collaborative forms of procurement is unlikely to be a panacea to the problems of procurement, and may well also have unintended consequences. This paper argues that perspectives from complex adaptive systems (CAS) theory can contribute to the theory and practice of managing system transitions. In particular the concept of emergence provides a key theoretical construct to understand the aggregate effect that individual project governance arrangements can have upon the structure of specific industries, which in turn impact individual projects. Emergence is understood here as the macro structure that emerges out of the interaction of agents in the system {Holland, 1998 #100; Tang, 2006 #51}.