Transcription of the ribosomal genes accounts for the majority of transcription in the cell due to the constant high demand for ribosomes. The number of proteins synthesized correlates with an effective ribosomal biogenesis, which is regulated by cell growth and proliferation. In the work presented in this thesis, we have investigated the ribosomal RNA genes 45S and 5S rRNA, which are transcribed by RNA Pol I and RNA Pol III, respectively. The focus of this work is the chromatin remodelling complex B-WICH, which is composed of WSTF, the ATPase SNF2h and NM1. We have studied in particular its role in ribosomal gene transcription. We showed in Study I that B-WICH is required to set the stage at rRNA gene promoters by remodelling the chromatin into an open, transcriptionally active configuration. This results in the binding of histone acetyl transferases to the genes and subsequent histone acetylation, which is needed for ribosomal gene activation. Study II investigated the role of B-WICH in transcription mediated by RNA polymerase III. We showed that B-WICH is essential to create an accessible chromatin atmosphere at 5S rRNA genes, which is compatible with the results obtained in Study 1. In this case, however, B-WICH operates as a licensing factor for c-Myc and the Myc/Max/Mxd network. Study III confirmed the importance and the function of the B-WICH complex as an activator of ribosomal genes. We demonstrated that B-WICH is important for the remodelling of the rDNA chromatin into an active, competent state in response to extracellular stimuli, and that the association of the B-WICH complex to the rRNA gene promoter is regulated by proliferative and metabolic changes in cells. The work presented in this thesis has confirmed that the B-WICH complex is an important regulator and activator of Pol I and Pol III transcription. We conclude that B-WICH is essential for remodelling the rDNA chromatin into a transcriptionally active state, as required for efficient ribosomal gene transcription. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 2: Manuscript. Paper 3: Manuscript.</p><p> </p>

L’ARN polymérase III synthétise de nombreux petits ARN non traduits, dont les ARNt et l’ARNr 5S, essentiels à la croissance de toute cellule. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la régulation de la transcription par l’ARN polymérase III chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Nous avons détecté Sub1 sur les gènes de classe III in vivo. Nous avons également observé que Sub1 est capable de stimuler la transcription par l’ARN III reconstituée in vitro avec les facteurs TFIIIB et TFIIIC recombinants et avec l’ARN Pol III purifiée. Sub1 stimule deux étapes de la transcription : l’initiation et la réinitiation facilitée. Des expériences supplémentaires nous montrent que la protéine interagit directement avec TFIIIB et TFIIIC. Enfin, nous avons pu constater que la délétion de Sub1 dans la levure conduit à une diminution de la transcription par l’ARN Pol III en phase exponentielle de croissance. Par la suite, nous avons cherché à déterminer quel lien pouvait exister entre l’activateur Sub1 et le répresseur Maf1 de la transcription par l’ARN Pol III. Enfin, nous avons également souhaité identifier d’autres éléments pouvant interagir avec la protéine Sub1 au cours de sa fonction de régulateur. / RNA polymerase III synthetizes many small untranslated RNA, including tRNA and 5S rRNA which are essential to cell growth. In this work, we took an interest in RNA polymerase III transcription regulation in the baker’s yeast, Saccharomyces cerevisiae. We have detected Sub1 on all class III genes in vivo. We also observed that Sub1 is able to stimulate RNA polymerase III transcription which has been reconstituted in vitro with TFIIIB et TFIIIC recombinants factors and purified RNA polymerase III. Sub1 stimulates two steps of RNA polymerase III transcription : initiation and facilitated reinitiation. Supplementary experiments established that Sub1 directly interacts with TFIIIB and TFIIIC transcription factors. Finally, we showed that Sub1 deletion in yeast leads to a decrease in RNA polymerase III transcription during exponential phase. Then, we tried to determine which link could exist between Sub1, the activator, and Maf1, the repressor of RNA polymerase III transcription. Furthermore, we attempted to identify other elements which could interact with Sub1 during transcription regulation.

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 1997. / Vita. Includes bibliographical references (leaves [68]-77).

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 1997. / Vita. Includes bibliographical references (leaves [131]-144).

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Dans les cellules eucaryotes, la transcription de l’ADN nucléaire est effectuée grâce à trois ARN Polymérases ADN dépendantes (Pol). La Pol I transcrit les ARN ribosomaux, la Pol II produit essentiellement des ARN messagers et des micro ARN alors que la Pol III transcrit des petits ARN non traduits impliqués dans une variété de processus cellulaires essentiels tels que la traduction, l’épissage ou la régulation de la transcription. L’ARN Polymérase III humaine est un complexe enzymatique constitué de 17 sous-unités dont la plupart sont apparentées à des sous-unités de la Pol I et/ou la Pol II. Une de ces sous-unités, hRPC32 est présente sous forme de deux paralogues α et β codés par deux gènes différents où hRPC32β est exprimée de façon ubiquitaire alors que hRPC32α est exprimée spécifiquement dans les cellules transformées ou non différenciées. Au sein de la Pol III, hRPC32α/β, hRPC62 et hRPC39 forment un sous-complexe ternaire stable dissociable de l’enzyme. Ces trois sous-unités sont spécifiques à la Pol III et sont impliquées dans l’étape d’initiation de la transcription. L’objectif de ce travail de thèse est d’éclaircir les mécanismes de fonctionnement du sous-complexe hRPC62-hRPC39-hRPC32α/β. Le travail réalisé a permis, dans un premier temps, de cartographier les domaines d’interaction entre la sous-unité hRPC62 et les deux paralogues α et β de la sous-unité hRPC32. Ensuite, nous avons mené une analyse biochimique des activités enzymatiques des protéines recombinantes de hRPC62 et hRPC39. Cette analyse a montré que hRPC62 possède des homologies fonctionnelles avec TFIIEα, un facteur de transcription de l’ARN Polymérase II récemment décrit comme étant un homologue structural de la sous-unité hRPC62. Ces données supportent le modèle suggérant que certaines sous-unités des ARN Polymérases peuvent être considérées comme des facteurs de transcription recrutés de façon permanente à l’enzyme. / In eukaryotes, nuclear transcription is carried out by DNA dependent RNA polymerases (Pol) I, II and III. Pol I transcribes ribosomal RNA’s, Pol II produces essentially messenger and micro RNA’s whereas Pol III transcribes small untranslated RNA’s involved in a variety of cellular processes such as translation, splicing or the regulation of transcription. Human Pol III is a multi-subunit enzyme composed of 17 subunits. The majority of these subunits are homologous or closely related to Pol II and/or Pol I subunits. However, five subunits are specific to Pol III with no counterparts in Pol I or Pol II. One of the Pol III specific subunits, hRPC32 has two paralogues, α and β, expressed from two different genes. hRPC32β is expressed ubiquitously while hRPC32α expression is specific to transformed or non-differentiated cells. Within the Pol III enzyme, hRPC32α or β associate with two other Pol III specific subunits, hRPC62 and hRPC39, to form stable ternary sub-complexes thought to be implicated in transcription initiation. The purpose of this work was to clarify the functional mechanism of hRPC32α/β-hRPC62-hRPC39 sub-complexes. In this study, we first mapped the protein-protein interaction of hRPC62 with hRPC32α and hRPC32β. Second, we performed a biochemical study of hRPC62 and hRPC39 enzymatic activities. This analysis showed that hRPC62 has functional homologies with TFIIEα, a Pol II transcription factor recently described as a structural homolog of hRPC62. These results support the model that certain RNA polymerase subunits can be considered as transcription factors that have been stably recruited to the enzyme.

Le complexe condensine est le moteur de la condensation mitotique des chromosomes, un processus essentiel à la stabilité du génome au cours de la division cellulaire. De nombreuses données publiées indiquent qu’il existe des liens fonctionnels étroits entre le processus de transcription des gènes et le processus d’organisation des chromosomes par condensine. Ces données sont toutefois souvent contradictoires et aucun modèle ne fait actuellement consensus pour expliquer les liens entre transcription et condensine. Au cours de cette thèse, nous avons montré chez la levure Schizosaccharomyces pombe qu’en l’absence de l’hélicase à ADN/ARN Sen1, condensine s’accumule spécifiquement à proximité des gènes transcrits par l’ARN Polymérase III. Nous avons utilisé ces observations pour mieux comprendre les liens entre transcription par l’ARN polymérase III et le positionnement de condensine. Nos données montrent que Sen1 est un cofacteur de l’ARN Polymérase III impliqué dans la terminaison de la transcription. Ce résultat est important car il démontre que les modèles existants qui affirment que l’ARN polymérase III termine de transcrire de façon autonome sont erronés. Nous avons ensuite démontré que les défauts de terminaison de l’ARN polymérase III observés en l’absence de Sen1 suffisent entièrement à expliquer l’accumulation de condensine en ces sites. Cette observation importante démontre que le contrôle de qualité de la transcription est directement impliqué dans le positionnement de condensine sur les chromosomes en mitose. Nos résultats nous permettent de proposer qu’au-delà d’un certain seuil, la densité en ARN polymérases est un obstacle à la translocation de condensine sur les chromosomes. / The condensin complex is a key driver of chromosome condensation in mitosis. The condensin-dependent assembly of highly compacted chromosomes is essential for the faithful transmission of the genome during cell division. Many independent studies have established that gene transcription impacts the association of condensin with chromosomes, but the molecular mechanisms involved are still unclear. This is especially true as a number of sometimes contradictory mechanisms have been proposed so far. Here, we show in Schizosaccharomyces pombe that condensin accumulates specifically in the vicinity of a subset of RNA polymerase III-transcribed genes in the absence of the conserved DNA/RNA helicase Sen1. We demonstrate that Sen1 is a cofactor of RNA polymerase III (RNAPIII) required for efficient transcription termination. These results are important because they fundamentally challenge the pre-existing view that RNAPIII terminates transcription autonomously. Strikingly, we show that the RNAPIII transcription termination defects are directly responsible for the accumulation of condensin in the absence of Sen1. This indicates that the quality control of transcription impacts the distribution of condensin on mitotic chromosomes. We propose that above a certain density threshold, the accumulation of RNAPIII constitutes a barrier for the translocation of condensin on chromosomes.

7SK RNA is a highly abundant noncoding RNA in mammalian cells whose function in transcriptional regulation has only recently been elucidated. Despite its highly conserved sequence throughout vertebrates, all attempts to discover 7SK RNA homologues in invertebrate species have failed so far. Here we report on a combined experimental and computational survey that succeeded in discovering 7SK RNAs in most of the major deuterostome clades and in two protostome phyla: mollusks and annelids. Despite major efforts, no candidates were found in any of the many available ecdysozoan genomes, however. The additional sequence data confirm the evolutionary conservation and hence functional importance of the previously described 3´ and 5´ stemloop motifs, and provide evidence for a third, structurally well-conserved domain.

Thesis advisor: Abhishek Chatterjee / Thesis advisor: Jia Niu / Directed Evolution has emerged as an invaluable tool for advancing protein functions in both research and industry. Our lab has pioneered a directed evolution platform in mammalian cells, utilizing an AAV delivery vector to package a DNA library and linking the biomolecule of interest to AAV production. During my tenure in Prof. Chatterjee's lab, I focused on harnessing our lab’s directed evolution platform, known as Virus-Assisted Directed Evolution of tRNA (VADER), to develop highly efficient tRNAs for genetic code expansion. Additionally, I contributed to the development of the AAV-based selection platform, termed Virus-Assisted Mutational Profiling (VAMP), as a profiling tool. Through the utilization of VAMP, I conducted comprehensive profiling of tRNA and RNA polymerase III promoter sequences. This enabled me to gain insights into regions of flexibility and evolution, ultimately leading to the construction of improved constructs with enhanced activity relative to the starting sequence. / Thesis (PhD) — Boston College, 2024. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Chemistry.

Chez les eucaryotes, l’ARN polymérase (RNAP) III transcrit les ARN de transferts, l’ARN ribosomique 5S, et plusieurs douzaines d’autres ARNs non traduits. Le génome des mammifères contient plusieurs milliers d’éléments répétés, les SINEs. In vitro, leur transcription dépend de la RNAP III. Le taux de transcription de la RNAP III détermine la croissance et la prolifération cellulaires, sa dérégulation a été associée à de nombreux cancers. Afin de caractériser la distribution sur l’ensemble du génome de la RNAP III et de ses facteurs de transcription TFIIIB et TFIIIC, nous avons développé un protocole très spécifique de ChIP-seq en tandem. Nous avons déterminé l’ensemble des gènes liés par la RNAP III dans les cellules souches embryonnaires de souris. Cet ensemble est bien inférieur au nombre de gènes prédits dans le génome. Nous avons également observé la RNAP III et ses facteurs de transcription liés à 30 régions non annotées, seule une d’entre elles est conservée chez l’humain. Un très faible nombre de SINEs sur un demi-million prédits est associé à la RNAP III. Notre étude révèle de nombreux sites liés uniquement par TFIIIC, nommés « extra-TFIIIC loci », ETC chez la levure. Ces sites sont associés à la protéine CTCF, et à la cohésine. La cohésine occupe les sites liés par CTCF, et contribue à la formation de boucles ADN, associées à la répression ou à l’activation de l’expression des gènes. Ces données suggèrent que TFIIIC peut jouer un rôle dans l’organisation de l’architecture chromosomique chez les souris. Nous avons également démontré que TCEA1, l’isoforme ubiquitaire de TFIIS, le facteur d’élongation de la RNAP II, est associée aux gènes actifs de classe III. Ceci suggére que TFIIS est un facteur de transcription de classe III. Finalement, la distribution de TFIIS aux gènes de classe II indique que le recrutement de TFIIS n’est pas suffisant pour contrôler la transition de la RNAP II pausée en 5’ des gènes en élongation. / In eukaryotes, RNA polymerase (RNAP) III transcribes the tRNAs, the 5S ribosomal RNA and a half a dozen known untranslated RNA. Mammalian genome contains several thousand of repeated elements, the Short interspersed repetitive elements (SINE). In vitro, they are transcribed by RNAP III. RNAP III transcription levels determine cell growth and proliferation and, importantly, its deregulation is associated with cancer. Looking at the genome-wide distribution of RNAP III and its transcription factors, TFIIIB and TFIIIC, we develop a highly specific tandem ChIP-sequencing method. We have determined the set of genes that are transcribed by RNAP III in mouse embryonic stem cells. We discovered that not all known class III genes were transcribed in ES cells. We also observed that RNAP III and its transcription factors were present at thirty unannotated sites on the mouse genome, only one of which was conserved in human. Only a couple of hundreds of SINEs out of more than half a million are associated with RNAP III in mouse ES cells. Our study reveals numerous ‘TFIIIC-only’ sites, called ETC for extra-TFIIIC loci in yeast. These sites are correlated with association of CTCF and the cohesin. Cohesin has been shown to occupy sites bound by CTCF and to contribute to DNA loop formation associated with gene repression or activation. This observation suggests that TFIIIC may play a role in chromosome organization in mouse. We also demonstrated that TCEA1, the ubiquitous isoform of TFIIS RNAP II elongation factor, is associated with active class III genes suggesting that TFIIS is a RNAP III transcription factor in mammals. Finally, the distribution of TFIIS on RNAP II-transcribed genes indicated that its recruitment does not control the transition of RNAP II paused at genes 5’ end into elongation.