La synthèse translésionnelle (TLS) est un processus important pour franchir des lésions de l’ADN au cours de la duplication du génome dans les cellules humaines. Le modèle « d’échange de polymérases » suggère que la polymérase réplicative est transitoirement remplacée par une polymérase spécialisée, qui va franchir le dommage et permettre de continuer la synthèse d’ADN. Ces ADN polymérases spécialisées appelées Pol êta (η), iota (ι), kappa (κ), zêta (ζ), et Rev1 ont été bien caractérisées pour leur capacité à franchir différents types de lésions in vitro. Un concept en émergence est que ces enzymes pourraient également être requises pour répliquer des zones spécifiques du génome qui sont « difficiles à répliquer ». Polζ est constituée d’au moins 2 sous-unités : Rev3 qui est la sous-unité catalytique et Rev7 sous-unité augmentant l’activité de Rev3L. Jusqu'ici, la fonction la mieux caractérisée de Polζ était de sa capacité à catalyser l'extension d'un mésappariement en face d'une lésion d'ADN. Cependant, il a été montré que la sous unité catalytique Rev3 de levure et humaine interagissent avec les deux sous-unités accessoires de Polδ que sont pol31 et pol32 chez la levure et p50 et p66 chez l’humain. Il a aussi été mis en évidence que Rev3L est importante pour la réplication des sites fragiles (SFCs) dans les cellules humaines, zones connues pour être à l’origine d’une instabilité génétique et pour être répliquées de manière tardive (en G2/M). Tout ceci suggère que Polζ pourrait jouer un rôle dans la réplication du génome non endommagé, et plus spécifiquement lorsque des barrières naturelles (e.g. ADN non-B) entravent la progression normale des fourches de réplication.Chez la levure S. cerevisiae, l’inactivation du gène rev3 est viable et conduit à une diminution de la mutagenèse spontanée ou induite par des agents génotoxiques suggérant que Polζ est impliquée dans le franchissement mutagène des lésions endogènes ou induite. En revanche, l’inactivation du gène Rev3L chez la souris est embryonnaire létale alors que la plupart des autres ADN polymérases spécialisées ne sont pas vitales. Ceci suggère que Polζ a acquis des fonctions essentielles au cours de l’évolution qui restent inconnues à ce jour. Les fibroblastes embryonnaires murins (MEF) Rev3L-/- présente une grande instabilité génétique spontanée associée une forte augmentation de cassures et de translocations chromosomiques indiquant que Polζ est directement impliquée dans le maintien de la stabilité du génome. Afin de clarifier le rôle de cette polymérase spécialisée au cours de la réplication du génome, nous avons entrepris de procéder à une étude sur les relations structure/fonction/localisation de la protéine Rev3. Notre étude met en évidence que la progression en phase S des cellules Rev3L-/- est fortement perturbée, notamment en fin de phase S. Dans ces cellules invalidées pour Rev3L, on constate des changements dans le programme de réplication et plus particulièrement dans des régions de transition (TTR) répliquées à partir du milieu de la phase S. Nous montrons aussi un enrichissement global en marques épigénétiques répressives (marques associées à l’hétérochromatine et méthylation de l’ADN) suggérant qu’un ralentissement de la progression de la fourche de réplication à des loci particuliers peut promouvoir une hétérochromatinisation lorsque Rev3L est invalidé. De manière intéressante, nous constatons une diminution de l’expression de plusieurs gènes impliqués dans le développement qui pourrait peut-être expliquer la létalité embryonnaire constatée en absence de Rev3L. Enfin, nous mettons en évidence une interaction directe entre la protéine d’organisation de l’hétérochromatine HP1α et Rev3L via un motif PxVxL. Tout ceci nous suggère fortement que Polζ pourrait assister les ADN polymérases réplicatives Polδ et Polε dans la réplication des domaines compactés de la chromatine en milieu et fin de phase S. / DNA polymerase zeta (Polζ) is a key player in Translesion DNA synthesis (TLS). Polζ is unique among TLS polymerases in mammalian cells, because inactivation of the gene encoding its catalytic subunit (Rev3L) leads to embryonic lethality in the mouse. However little is known about its biological functions under normal growth conditions.Here we show that S phase progression is impaired in Rev3L-/- MEFs with a delay in mid and late S phase. Genome-wide profiling of replication timing revealed that Rev3L inactivation induces changes in the temporal replication program, mainly in particular genomic regions in which the replication machinery propagates a slower velocity. We also highlighted a global enrichment of repressive histone modifications as well as hypermethylation of major satellites DNA repeats in Rev3L-deficient cells, suggesting that fork movements can slow down or stall in specific locations, and a delay in restarting forks could promote heterochromatin formation in Rev3L-depleted cells. As a direct or indirect consequence, we found that several genes involved in growth and development are down-regulated in Rev3L-/- MEFs, which might potentially explain the embryonic lethality observed in Rev3L KO mice. Finally we discovered that HP1α directly interacts and recruits Rev3L to pericentromeric heterochromatin. We therefore propose that Polζ has been co-opted by evolution to assist DNA polymerase ε and δ in duplicating condensed chromatin domains during mid and late S phase.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:59:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LeonardoGoll.pdf: 2578520 bytes, checksum: e4dc5f18aad72bd8d62d5803fed3c4ef (MD5) Previous issue date: 2012-02-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / TheColeopterahave a large variationof the sex determinationsystem, being the Xypmechanism considered ancestorfor thisorder. The presenceof a argyrophilous material associated with thesexbivalent is described asresponsible formaintenance andassociation of thesechromosomes.However,there is no consensus in the literature about the nature ofthisargyrophilous material. In addition,few species have been studied using fluorescence in situhybridization (FISH) tothe location of the multigene families, which areuseful and can elucidate the variation in the karyotype and genomic organization of several species.To date,there is no cytogenetic analysis in the genus Lagria.Thus, theaim of this study was tocharacterizecytogeneticallyLagriavillosa, throughconventional andmolecularcytogenetics, forinvestigating the mechanism ofassociationofsex chromosomesXyp,through analysis of nature of argyrophilous material in the lumen of sex bivalent. Additionally, thechromosomalmapping of 5S rDNA multigene families, 18S rDNA and histone H3 genes in L. villosa, was carried out, and showing for the first timein Coleoptera, that genes 18S and 5S DNAs are interspersed. In addition, the analysis oftesticular cellsshowed 2n=18=16+Xypand formulameiotic 2n=8II+Xyp.In this workwe discuss thepossible mechanismsevolvingin the association ofXypsex chromosomes,where it is consideredthat the combination ofsynaptonemalcomplex proteinsmayparticipate in thecorrect segregationofchromosomes.In addition, the fiber-FISH technique with dual probes (18S and 5S) was used for better resolution mapping of these regions in L. villosa, showing that the two DNAs are closely interspersed with varying amounts of both classes of DNA. Association between the two rDNA families have been reported for other species and different hypotheses are raised about the functional organization in these families. / Os Coleoptera apresentam grande variação quanto aos sistemas de determinação sexual, sendo o mecanismo cromossômico do tipo Xyp considerado ancestral para esta ordem. A presença de uma substância argirofílica associada ao bivalente sexual é descrita como sendo a responsável pela manutenção e associação desses cromossomos, porém não existe um consenso na literatura sobre a natureza desse material. Além disso, poucas espécies têm sido analisadas utilizando a Hibridação in situ Fluorescente (FISH) para a localização das famílias multigênicas, as quaissão úteis marcadores e podem elucidar a variação do cariótipo e a organização genômica de diversas espécies.Até o presente momento, não existe análise citogenética em espécies do gênero Lagria. Desta forma, o objetivo desse trabalho foi caracterizar citogeneticamente Lagria villosa, através da citogenética convencional e molecular, investigando o mecanismo de associação dos cromossomos sexuais Xyp, através da análise da natureza do material argirofílico presente no lúmen do bivalente sexual. Adicionalmente, realizou-se o mapeamento cromossômico das famílias multigênicasDNAr 5S, DNAr18S e genes de histona H3 em L. villosa, mostrando pela primeira vez uma associação intercalar dosgenes DNAs 5S e 18S em Coleoptera. Além disso, aanálise de células testiculares evidenciou 2n=18=16+Xype fórmula meiótica 2n=8II+Xyp.No presente trabalho são discutidos os possíveis mecanismos evolvidos na associação dos cromossomos sexuais Xyp, onde é considerado que a associação de proteínas do complexo sinaptonêmico pode participar da correta segregação desses cromossomos. Além disso, atécnica de fiber-FISH com dupla sonda (18S e 5S) foi utilizada para uma melhor resolução do mapeamento dessas regiões genômicas em L. villosa, mostrando que os dois DNAs estão intimamente intercalados com quantidades variáveis de ambas as classes de DNA. Associação entre as duas famílias DNArtem sido relatadopara outras espécies e diferentes hipóteses são levantadas sobre a organização funcional dessas famílias.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-04-27Bitstream added on 2014-06-13T21:01:36Z : No. of bitstreams: 1 araujo_d_dr_rcla.pdf: 1858376 bytes, checksum: dbeb43d42be45d0e0d9524437faa5d74 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Dentre todas as ordens de aracnideos conhecidas taxonomicamente, Araneae e a segunda mais diversa, com numero de especies menor somente em relacao a Acari. Atualmente, 39.725 especies ja foram descritas, sendo que centenas de novas descricoes sao feitas a cada ano em diversas familias de aranhas. O conhecimento citogenetico sobre a ordem restringe-se a analise de 638 especies (ca 2%) do total descrito do ponto de vista taxonomico. Este trabalho tem como objetivos fornecer uma compilacao dos dados citogeneticos existentes para a ordem na literatura ate a presente data, bem como caracterizar e estabelecer as estrategias de diferenciacao cromossomica em 13 especies de aranhas pertencentes ao grupo das haploginas, clado que corresponde a somente 3.257 especies (ca 8%) do total da ordem e a apenas 41 especies (ca 6%) do total cariotipado ate os dias atuais. Aliado a baixa representatividade dos dados cariologicos, outros pontos que fazem das haploginas um grupo interessante para estudos sao a predominancia de cromossomos meta/submetacentricos e de sistemas cromossomicos de determinacao sexual simples e multiplos, muitas vezes incluindo um cromossomo Y, ambas caracteristicas raras entre os outros clados de Araneae. As especies analisadas pertencem a tres familias de haploginas, Pholcidae (Mesabolivar luteus e Micropholcus fauroti), Sicariidae (Loxosceles amazonica, Loxosceles gaucho, Loxosceles hirsuta, Loxosceles intermedia, Loxosceles laeta, Loxosceles puortoi, Loxosceles similis e Sicarius tropicus) e Scytodidae (Scytodes fusca, Scytodes globula e Scytodes itapevi). Em Pholcidae, os resultados ineditos para os dois generos mostraram... / Mesabolivar luteus (Keyserling 1891) and Micropholcus fauroti (Simon 1887) specimens were collected in Ubatuba and Rio Claro, both in the state of São Paulo, Brazil. Mesabolivar luteus showed 2n(.) = 15 = 14 + X and 2n(.) = 16 = 14 + XX in mitotic metaphases and 7II + X in diplotenic cells. During late prophase I, all bivalents presented a ring shape, evidencing two chiasmata per bivalent. In this species, some diplotenic cells appear in pairs, maybe due to specific characteristics of the intercellular bridges. The metaphases II showed n = 7 or n = 8 = 7 + X chromosomes. Micropholcus fauroti evidenced 2n(.) = 17 = 16 + X in spermatogonial metaphases and 8II+X in diplotenic cells, with only one chiasma per bivalent, contrasting with M. luteus. In both species, all chromosomes were metacentrics. The X sexual chromosome was the largest element and appeared as a univalent during meiosis I. These are the first cytogenetical data for the genera Mesabolivar and Micropholcus. Additionally, M. luteus is the first chromosomally analyzed species of the New World clade and the observed diploid number for M. fauroti had not yet been recorded in Pholcidae.

La sénescence cellulaire est une réponse à un stress des cellules de mammifère caractérisée par un arrêt durable du cycle cellulaire. Celle-ci peut être déclenchée par un dysfonctionnement des télomères, des stress génotoxiques et l’activation d’oncogènes. La sénescence constitue une puissante ligne de défense contre le développement de cancers et intervient aussi dans le vieillissement. Les cellules en sénescence réorganisent leur génome par l’assemblage en hétérochromatine sous forme de SAHFs (senescence-associated heterochromatin foci). Nous avons mis en évidence que la désacétylation globale de H4-K16Ac par la désacétylase SIRT2 est impliquée dans l’assemblage de l’hétérochromatine en sénescence. De plus, nous avons identifié une accumulation de variants d’histones H2A et H2B spécifiquement dans des cellules en sénescence présentant des dommages persistants à l’ADN. Ces variants d’histone pourraient avoir des fonctions spécifiques dans ces cellules et pourraient représenter un biomarqueur du vieillissement in vivo.Mes travaux apportent des éléments pour la compréhension des rôles de l’information épigénétique dans la sénescence cellulaire. / Cellular senescence is a stress response of mammalian cells characterized by a stable cell proliferation arrest. It can be triggered by telomere dysfunction, genotoxic stress and oncogene activation. Cellular senescence acts as a natural barrier against cancer development and is involved in ageing. Senescent cells reorganize their genome by the assembly of chromatin into senescence-associated heterochromatin foci (SAHF). We showed that SIRT2-mediated global deacetylation of H4-K16Ac is involved in heterochromatin assembly in senescence. Moreover, we identified the accumulation with time of specific H2A and H2B variants in senescence triggered by persistent DNA damage signaling. These histone variants could have specific functions in senescent cells and could be a useful ageing biomarker in vivo.This work provides novel insights into chromatin modification and epigenetic regulation in cellular senescence.

La méthylation de l'ADN est un processus vital pour le développement des mammifères. Sa distribution anormale,notamment au niveau des régions répétées du génome, est une signature pathologique. La découverte de maladies héréditaires touchant la stabilité du génome a permis des avancées considérables dans l'identification des acteurs et des mécanismes. Nous avons choisi d'étudier le syndrome ICF (Immunodéficience, instabilité Centromérique et anomalies Faciales), première maladie génétique identifiée avec des défauts de la méthylation de l’ADN, liés à une instabilité chromosomique. Lorsque j'ai commencé ma thèse, des mutations dans les gènes DNMT3B et ZBTB24 avaient été décrites comme causes génétiques du syndrome. Cependant, d'autres causes génétiques restaient inconnues. Nos travaux ont permis d'identifier deux nouveaux gènes, CDCA7 et HELLS, dont les mutations sont responsables du syndrome. J'ai montré que leur perte de fonction dans les cellules somatiques entraîne un défaut de méthylation des répétitions centromériques, suggérant leur rôle dans le maintien de la méthylation de l'ADN. Par conséquent, l'étude de l'étiologie d'une maladie génétique rare a permis d'identifier de nouveaux « gardiens » de la stabilité du génome, avec des fonctions jusqu'alors insoupçonnées dans les processus de méthylation de l'ADN et dans le développement. Au cours de mon doctorat, j'ai établi des cartes de méthylation des cellules de patients ICF afin d'identifier les cibles communes et distinctes de ces facteurs, ainsi que leurs caractéristiques génomiques et épigénomiques. Contrairement aux mutations de DNMT3B,celles de ZBTB24, CDCA7 et HELLS affectent la méthylation dans des régions pauvres en CpG, dans des régions intergéniques et dans des répétitions d'ADN intercalées. Plus généralement, ce sont les régions d'hétérochromatine qui sont les plus touchées et en particulier des clusters des gènes codants et non codants, dont certains sont exprimés de manière monoallélique. Pour mieux caractériser le rôle de ZBTB24 dans le développement et la méthylation de l'ADN,nous avons généré un modèle murin mutant qui nous a permis de monter que ZBTB24 était essentielle pour le développement embryonnaire précoce. De plus, ZBTB24 jouerait un rôle dans l'établissement de la méthylation des séquences répétées de l'ADN, à la fois en tandem ou intercalé. Fait intéressant, ZBTB24 semble être également impliqué dans l'établissement de la marque répressive H3K9me3, suggérant un rôle de la protéine dans le "dialogue" entre la méthylation de l'ADN et celle des histones. Dans l'ensemble, mon travail met l'accent sur la façon dont la méthylation de l'ADN et les marques d'hétérochromatine sont établies et maintenues à des gènes uniques et des répétitions de l'ADN, et fournit de nouveaux acteurs et mécanismes à considérer dans les études sur le maintien de la stabilité du génome. / DNA methylation is an essential process for the development of mammals. Its abnormal distribution, particularly at the level of the repeated regions of the genome, is a pathological signature. The discovery of hereditary diseases affecting DNA methylation and the stability of the genome allowed a considerable progress in the identification of their actors and mechanisms. We chose to study the ICF (Immunodeficiency, Centromeric Instability and Facial Abnormalities) syndrome, the first genetic disorder identified with defects in the distribution of DNA methylation, linked to chromosomal instability. When I started my PhD, mutations in two genes had been described to cause the ICF syndrome: DNMT3B and ZBTB24. However, the genetic origin of a subset of ICF patients remained unknown. We identified mutations in CDCA7 and HELLS as causative of the ICF syndrome. I showed that their loss of function in somatic cells results in the loss of DNA methylation at centromeric repeats, strongly suggestive of a role DNA methylation maintenance. Hence, the study of the aetiology of a genetic disease provided new candidate “guardians” of DNA repeats and genome stability, with virtually unknown functions but with exciting potential roles in the DNA methylation machinery and in development. During my PhD, I established methylation maps in ICF patients cells to identify common and distinct targets of these factors, as well as their genomic and epigenomic characteristics. In contrast to DNMT3B mutations, those in ZBTB24, CDCA7 and HELLS affect methylation at CpG-poor regions in intergenic genomic locations and at interspersed DNA repeats, and more generally, at genomic locations with heterochromatic features. Their integrity is required for the methylated status of coding and non-coding clusters of genes, some of which are expressed in a monoallelic manner. To better characterize the role of ZBTB24 in development and DNA methylation pathways, we generated a mouse model carrying mutations in ZBTB24. We showed that ZBTB24 is essential for early development, while it seemed to be dispensable for in vitro differentiation of murine ES cells. We implicated ZBTB24 in the establishment of DNA methylation at DNA repeats, both in tandem or interspersed, in differentiating ES cells. Interestingly, ZBTB24 seems to be also implicated in the establishment of the repressive mark H3K9me3 suggesting that ZBTB24 may indirectly control DNA methylation through an interplay with histone marks. As a whole, our work sheds light on how DNA methylation and heterochromatin marks are established and maintained at unique genes and DNA repeats, and provides new actors and mechanisms to consider in studies of the maintenance of genome stability.

Les habitats sur le substrat de serpentine représentent un environnement hostile pour le développement des plantes. Ils sont caractérisés par un faible nombre d’espèces mais un haut niveau d’endémisme. Cette étude présente pour la première fois une série des données sur la taille du génome, du nombre chromosomique, du niveau de ploïdie, de l’affinité pour le substrat, du cycle de vie, du type et de la forme de croissance des serpentinophytes dans l’extrême nord-ouest de la zone de serpentine dans les Balkans. Les 308 taxons des plantes étudiées comprennent appartenant à 213 genres, dont la taille du génome est donnée pour la première fois pour 28 genres et 99 espèces. En utilisant les critères de Leitch, plus de la moitié des taxons (55.63%) appartiennent au groupe des très petits génomes, 22.19% aux petits, 18.75% aux moyens, 3.13% aux grands, et seulement 0.31% aux très grands génomes. Concernant l'affinité au substrat, la majorité d’espèces (171) sont indifférentes ou des serpentinophytes facultatives (103). Selon le type de cycle de vie, ~ 4% des espèces sont annuelles, 88.31% pérennes, dont 57% possèdent de très petits génomes. Les hémicryptophytes représentent une forme de vie dominante (48.38%), tandis que les phanérophytes représentent 17%, les chaméphytes 15%, les thérophyte 9% et les géophytes 9%. Il est évident que le stress hydrique, les températures élevées et la présence de métaux lourds dans les habitats sur la serpentine jouent une haute pression sélective et favorisent des espèces pérennes à très petits génomes.Le Narcissus poeticus (Amaryllidaceae), serpentinophyte facultative, est l’ancêtre des narcisses cultivés. C'est la première étude de N. poeticus et de sa rhizosphère dans les populations naturelles. Il montre une tolérance au pH du sol qui varie du 4.64 à 7.85. Les concentrations totales de nickel, de cobalt et de magnésium sont plus élevées dans les sols sur serpentine que dans ceux sur calcaires. Narcissus poeticus est caractérisé par une plus grande accumulation de manganèse, de nickel et de magnésium dans ses parties aériennes. Le cobalt, par contre, a une concentration totale uniforme dans toutes les parties de la plante. Une autre caractéristique inhabituelle de N. poeticus est son plus grand rapport molaire Ca/Mg dans les parties souterraines, probablement dû à sa forme de vie (géophytes) et une dormance estivale. Il est évident que, même si N. poeticus accumule certaines quantités de métaux lourds estimés (Mn, Ni, Co, Fe), il n'est pas pour autant un hyperaccumulateur.Une partie importante de ce travail concerne la variabilité de la structure chromosomique, la taille du génome, le niveau de ploïdie et la présence de chromosomes B dans 13 populations naturelles de N. poeticus poussant sur différents substrats géologiques et dans différentes conditions environnementales. La technique de la cytométrie en flux a été utilisée pour estimer la taille du génome, l’hybridation in situ fluorescente (FISH) pour la cartographie physique de l'ADNr, le fluorochrome banding pour l'organisation de l’hétérochromatine et la coloration au nitrate d’argent pour estimer l'activité des gènes ribosomiques. L’organisation des gènes ribosomiques et l’existence des triploïdes naturels ont été rapportés ici pour la première fois. Présence des individus portant de chromosomes B (dans 9 populations sur 13) et de translocations chromosomiques a été détectée. Un système particulier de chromosomes B présente trois différents morphotypes. Le submétacentrique type, le plus fréquent, possède quatre paternes différents dans l’organisation de l’hétérochromatine et de l'ADNr. La coloration à l’AgNO3 a montré que le nombre de nucléoles formés augmente en présence des chromosomes B portant des gènes ribosomiques, dont l’activité est ainsi prouvée. Les résultats obtenus démontrent que N. poeticus possède un génome dynamique avec la quantité d’ADN variable en raison de la présence de polyploïdie, de chromosomes B et de réarrangements chromosomiques. Il semble que les modifications observées reflètent la réponse du génome à différentes conditions environnementales où les individus portant les chromosomes B pourraient avoir des avantages sélectifs. / Habitats on serpentine substrate present a hostile environment for the plants development. They are characterized by a small number of species, but high levels of endemism. This study shows for the first time a series of data on genome size, chromosome number, ploidy level, the affinity to the substrate, the life cycle, the type and form of growth in the extreme northwest region of serpentine area in the Balkans. The sample includes 308 taxa belonging to 213 genera, with new values recorded for 28 genera and 99 species. Using Leitch’s criteria, more than half of estimated taxa (55.63%) belong to the group of very small genomes, 22.19% small, 18.75% intermediary, 3.13% large and only 0.31% to very large genomes. Regarding the affinity to the substrate, the majority of species (171) were indifferent or facultative serpentinophytes (103). Concerning the life cycle, ~ 4% of species are annuals and 88.31% perennials, and 57% had very small genomes. Hemicryptophytes represent a dominant life form (48.38%), phanerophytes 17%, 1chamaephytes5%, therophytes 9% and geophytes 9%. It is clear that the water stress, high temperatures and presence of heavy metals in serpentine habitats have the high selective pressure and favor perennial species with very small genome.The Narcissus poeticus (Amaryllidaceae), facultative serpentinophyte, is the ancestor of cultivated daffodils. This is the first study of N. poeticus and its rhizosphere in natural populations. It shows tolerance to soil pH ranging from 4.64 to 7.85. Serpentine soils have total concentrations of nickel, cobalt and magnesium highest, compared with calcareous soils. Narcissus poeticus is characterized by the greater accumulation of manganese, nickel and magnesium in the aerial parts of plant. Against the cobalt has a uniform total concentration in all parts of the plant. Another unusual feature of N. poeticus is the highest molar ratio Ca / Mg in the underground parts, probably du to his life form (geophytes) and summer dormancy. It is obvious that although N. poeticus accumulate certain amounts of estimated heavy metals (Mn, Ni, Co, Fe), it does not a hyperaccumulator.An important part of this work concerns the variability of the chromosome structure, genome size, the ploidy level and the presence of B chromosomes in 13 natural populations growing on different soils and under different environmental conditions. The technique of flow cytometry was used to estimate the genome size, fluorescent in situ hybridization (FISH) for the physical mapping of rDNA, the fluorochrome banding for the organization of heterochromatin and silver staining to estimate the activity of ribosomal genes. Organization of ribosomal genes and natural triploids have been reported here for the first time. Presence of individuals carrying B chromosomes (in 9 / 13 populations) and chromosomal translocations were detected. A particular system of B chromosomes presents three different morphotypes. The most common submetacentric type shows four different patterns in the organization of heterochromatin and rDNA. The AgNO3 staining showed that the number of nucleoli formed increases in the presence of B chromosomes carrying ribosomal genes, which proved their activity. The obtained results show that N. poeticus has a dynamic genome with the variable amount of DNA due to the presence of polyploidy, B chromosomes and chromosomal rearrangements. It seems that the observed changes reflect the response of the genome to different environmental conditions in which individuals carrying B chromosomes may have some selective advantages / Habitati na serpentinskim substratima predstavljaju nepovoljne uvjete za razvoj biljaka. Karakteriziraju se sa malim brojem vrsta, ali prisustvom velikog broja endema. U ovoj studiji se po prvi put prezentira serija podataka o veličini genoma serpentinofita, njihovom hromosomskom broju, nivou ploidije, sklonosti ka supstratu, tipu životnog ciklusa i životne forme na krajnjem sjeverozapadnom dijelu serpentinskog područja Balkanskog poluostrva. Uzorak je obuhvatao 308 svojti iz 213 rodova, sa novim vrijednostima za 28 rodova i 99 vrsta. Prema Leitch-evim kriterijima, više od polovine analiziranih svojti (55.63%) pripadale su grupi vrlo malih genoma, 22.19% malim, 18.75% srednjim, 3.13% velikim i samo 0.31% vrlo velikim genomima. U odnosu na sklonost ka supstratu, glavnina vrsta (171) su bile indiferentne ili fakultativne serpentinofite (103). U zavisnosti od životnog ciklusa, ~ 4% vrsta su bile jednogodišnje, a 88.31% višegodišnje, od kojih je 57% imalo vrlo male genome. Hemikriptofite su predstavljale dominantnu životnu formu (48.38%), koju slijede fanerofite (17%), hamefite (15%), terofite (9%) i geofite (9%). Iz dobivenih rezultata proizilazi da vodni stres, visoke temperature i prisustvo teških metala u serpentinskim habitatima imaju visok selektivni pritisak i favoriziraju višegodišnje vrste sa vrlo malim genomom.Narcissus poeticus (Amaryllidaceae), fakultativna serpentinofita, je predak kultiviranih narcisa. Ovo je prva studija o N. poeticus i njegovoj rizosferi u prirodnim populacijama. Ova vrsta pokazuje toleranciju na promjene pH vrijednosti u dijapazonu od 4.64 do 7.85. Totalne koncentracije nikla, kobalta i magnezija u serpenitnskim tlima su bile veće nego u krečnjačkim. Narcissus poeticus se karakterizirao većom akumulacijom mangana, nikla i magnezija u nadzemnim dijelovima biljke. Suprotno, kobalt je imao skoro istu totalnu koncentraciju u svim dijelovima biljke. Druga neuobičajena karakteristika N. poeticus je najveći iskazani molarni odnos Ca/Mg u podzemnim dijelovima, vjerovatno zbog njegove životne forme (geofita) i ljetne dormancije. Očito je da iako N. poeticus akumulira određene količine istraživanih teških metala (Mn, Ni, Co, Fe) on se ne moze smatrati nije njihovim hiperakumulatorom.Važan dio ove studije se odnosi na varijabilnost hromosomske strukture, veličine genoma, nivoa ploidije i prisustva B-hromosoma u 13 prirodnih populacija N. poeticus koje rastu na različitim geološkim supstratima i pod različitim okolišnim uslovima. Korištena je tehnika protočne citometrije za određivanje veličine genoma, fluorescentna in situ hibridizacija (FISH) za fizicko mapiranje rDNK, fluorohrom banding za organizaciju heterohromatina i bojenje srebrenim nitratom za utvrđivanje aktivnosti ribozomalnih gena. Organizacija ribosomalnih gena i prisustvo prirodnih triploida su u ovoj studiji saopćeni po prvi put. Uočeno je prisustvo individua koje nose B-hromosome (u 9 od 13 populacija) i hromosomske translokacije. Poseban sistem B-hromosoma je predstavljen sa tri različita morfotipa. Najčešći submetacentrični tip pokazuje četiri različita obrasca u organizaciji heterohromatina i rDNK. Bojenje s AgNO3 je pokazalo da se formirani broj nukleolusa povećava u prisustvu B-hromosoma koji nose ribosomalne gene, što potvrđuje njihovu aktivnost. Dobiveni rezultati pokazuju da N. poeticus ima dinamičan genom sa različitom količinom DNK usljed prisustva poliploidije, B-hromosoma i hromosomskih rearanžmana. Uočene promjene najvjerovatnije odražavaju odgovor genoma na različite okolišne uslove u kojima individue koje posjeduju B-hromosome imaju izvjesnu selektivnu prednost.

In eukaryotes, the defined loci on each chromosome, the centromeres, accomplish the critical task of correct cell division. In some organisms, centromeres are composed of a euchromatic central core region embedded in a stretch of heterochromatin and the inheritance and maintenance of centromeres are controlled by dynamic epigenetic phenomena. Although the size of centromeres differs between organisms, its organization, and the placement of euchromatic and heterochromatic regions is conserved from the fission yeast, Schizosaccharomyces pombe, to humans, Homo sapiens. However, relatively little is known about centromeres in the filamentous fungi from the Ascomycota, representing the largest group of fungi and fungal pathogens. Further, studies from humans, flies, yeast and plants have shown that the inheritance of centromeres is not strictly guided by centromeric DNA content, which is highly AT-rich, repetitive and constantly evolving. Therefore, it is difficult to align ans assemble the sequenced contigs of centromeric regions of higher eukaryotes, including most filamentous fungi. A genetic technique, tetrad (or octad) analysis has helped to map the centromeres of the filamentous fungus Neurospora crassa early on. The research presented in this dissertation used N. crassa as a model to focus on characterizing different features of centromeres with an emphasis on the centromere-specific histone H3 (CenH3) protein. Data included here represent the first study on centromere-specific proteins in Neurospora, and demonstrate that the central core of the centromeres are heterochromatic, showing enrichment of silent histone marks, which is in contrast to the centromere arrangement in fission yeast. The CenH3 protein, whose deposition on the genome licenses formation or maintenance of centromeres, shows highly divergent N-terminal regions and a conserved histone fold domain (HFD) in all eukaryotes. This bipartite nature of CenH3 is also observed in the Ascomycota, which provides an opportunity for functional complementation assays by replacing Neurospora CenH3 (NcCenH3) with CenH3 genes from other species within the Ascomycota. The results from this experimental approach provide good measures for (1) determining the specific regions of CenH3 required for the assembly of centromeres during meiotic and mitotic cell divisions and (2) analyzing the resistance to changes in the organization of centromeres in N. crassa. The genetic analysis showed that the divergent N-terminal region is essential for the proper assembly of centromeres, and that the conserved carboxy-terminus of CenH3 is important for the process of meiosis but not mitotic cell division. ChIP-seq analyses suggest that the observed loss of Podospora anserina CenH3 (PaCenH3- GFP) from certain N. crassa centromeres does not result in obvious phenotypic defects, e.g. diminished growth or evidence for aneuploidy. Further, the low enrichment of PaCenH3-GFP at certain centromeres is possibly predetermined during meiosis, which results in irreversible and progressive decreases in enrichment. It remains to be determined if this process is random as far as selection of centromeres is concerned. Together the results presented here suggest that during meiosis more stringent structural requirements for centromere assembly apply and that these are dependent on CenH3, and that depletion of CenH3 from centromeres does not critically affect mitosis in the asynchronously dividing nuclei of Neurospora hyphae. / Graduation date: 2013

In eukaryotes the genome adopts a non-random spatial organisation, which is important for gene regulation. However, very little is known about the driving forces behind nuclear organisation. In the simple model eukaryote fission yeast, Schizosaccharomyces pombe, it has been known for a long time that transcriptionally repressed heterochromatin localise to the nuclear membrane (NM); the centromeres attaches to spindle pole body (SPB), while the telomeres are positioned at the NM on the opposite side of the nucleus compared to the SPB. Studies presented in this thesis aimed at advancing our knowledge of nuclear organisation in Schizosaccharomyces pombe. We show that the heterochromatic mating-type region localises to the NM in the vicinity of the SPB. This positioning was completely dependent on Clr4, a histone methyl transferase crucial for the formation of heterochromatin. Additional factors important for localisation were also identified: the chromo domain protein Swi6, and the two boundary elements IR-L and IR-R surrounding this locus. We further identify two other chromo domain proteins; Chp1 and Chp2, as crucial factors for correct subnuclear localisation of this region. From these results we suggest that the boundary elements together with chromodomain proteins in balanced dosage and composition cooperate in organising the mating-type chromatin. Gene regulation can affect the subnuclear localisation of genes. Using nitrogen starvation in S. pombe as a model for gene induction we determined the subnuclear localisation of two gene clusters repressed by nitrogen: Chr1 and Tel1. When repressed these loci localise to the NM, and this positioning is dependent on the histone deacetylase Clr3. During induction the gene clusters moved towards the nuclear interior in a transcription dependent manner. The knowledge gained from work presented in this thesis, regarding nuclear organisation in the S. pombe model system, can hopefully aid to a better understanding of human nuclear organisation.

Clonally variant gene expression (CVGE) is a common survival strategy used by many pathogens, including the malaria parasite Plasmodium falciparum. Among the genes that show CVGE are several members of the clag and eba families. The active or repressed state of clag3.1, clag3.2 and eba‐140 is transmitted epigenetically and is controlled by the euchromatic or heterochromatic state of bistable chromatin domains, characterised by H3K9ac and H3K9me respectively. Both of these modifications are maintained throughout the asexual cycle to transmit epigenetic memory. We have characterised CVGE on a genome‐wide level and found that it is widespread. Using clag3.2 in proof‐of‐principle experiments, we demonstrate that CVGE for genes other than var can be reproduced in an episomal system and provide preliminary evidence that CVGE is regulated by the spontaneous formation of facultative heterochromatin. The mutually exclusive expression of clag3.1 and clag3.2 is also addressed, including the characterisation of a neighbouring noncoding RNA. / La variació clonal en l'expressió gènica (CVGE) és una estratègia de supervivència comú utilitzada per molts patògens, incloent el paràsit de la malària Plasmodium falciparum. Entre els gens que mostren CVGE hi ha diversos membres de les famílies clag i eba. L'estat actiu o inactiu de clag3.1, clag3.2 i eba‐140 es transmet epigenèticament i és controlat per l'estat eucromatínic o heterocromatínic de dominis de cromatina biestables, caracteritzats respectivament per H3K9ac i H3K9me. Ambdues modificacions es mantenen durant tot el cicle asexual per transmetre la informació epigenètica. També hem caracteritzat la CVGE a nivell de tot el genoma, i hem vist que afecta un gran nombre de gens. Experiments preliminars amb clag3.2 ens demostren que la CVGE de gens diferents que var es pot reproduir en un sistema episomal I proporcionen evidència preliminar de què la CVGE està regulada per la formació espontània d’heterocromatina facultativa. També s’ha estudiat l'expressió mútuament exclusiva de clag3.1 i clag3.2, incloent la caracterització d’un ARN no‐codificant veí.

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