Un mécanisme évolutif très important pour l'acquisition de nouvelles fonctions protéiques est la duplication génique. Les protéines paralogues résultantes subissent une divergence fonctionnelle permettant à leur gène d'être retenus dans le génome. Les événements de duplication étant à l'origine de l'expansion de la famille des domaines SH3, une compréhension de la divergence des propriétés de liaison de ceux-ci sur les protéines paralogues est essentielle pour saisir leur implication dans diverses fonctions cellulaires. La liaison des domaines SH3 peut être très spécifique ou elle peut reconnaître des groupes canoniques de peptides riches en proline. Ainsi, l'objectif de ce projet de maîtrise est d'améliorer notre compréhension sur l'évolution des propriétés de liaison des domaines SH3 portés par des paralogues. En utilisant des données sur les interactions physiques entre les protéines in vivo, nous avons établi que les domaines SH3 des myosines de type I de Saccharomyces cerevisiae, un organisme modèle, montraient une divergence fonctionnelle. Puis, les domaines SH3 ont été échangés entre les paralogues et les domaines ancestraux pré-duplications ont été insérés dans les paralogues. Cette expérience a révélé que le domaine SH3 présent au moment de la duplication montre le même profil d'interaction que les SH3 existants, mais que les SH3 plus anciens perdent graduellement leurs interactions. Ensuite, l'arrimage moléculaire des SH3s avec leurs peptides de liaison prédits ainsi que la caractérisation des interactions des SH3s libres montrent que l'affinité ne diminue pas avec le domaine ancestral. Ces résultats sont confirmés par le patron de PPIs des domaines SH3 libre de contexte protéique. Cela a permis de déterminer que la propriété de liaison n'est pas le facteur principal qui influence sur les interactions des domaines SH3 présent sur des paralogues, mais que c'est leur protéine hôte. Nos résultats s'accordent avec la recherche récente qui suggère que les domaines protéiques ne sont pas des éléments isolés dans une protéine, contrairement à la croyance répandue. / A very important evolutionary mechanism for the acquisition of new protein functions is gene duplication. The resulting paralogous proteins undergo functional divergence allowing them to be retained in the genome. Since duplication events are responsible for the expansion of the SH3 domain family, an understanding of the divergence of the binding properties of SH3 domains on paralogous proteins is essential to grasp their involvement in various cellular functions. The binding of SH3 domains can be very specific or it can recognize canonical groups of proline-rich peptides. The objective of this master project is to improve our understanding of the evolution of the binding properties of SH3 domains carried by paralogs. Using data on physical interactions between proteins in vivo, we established that the SH3 domains of the type I myosins from Saccharomyces cerevisiae, a model organism, show functional divergence. Then, the SH3 domains were exchanged between paralogs and the pre-duplication ancestral domains were inserted into the paralogs. This experiment showed that the SH3 domain at the time of duplication displays the same interaction profile as the extant SH3s, but, as the SH3s get older, they gradually lose their interactions. Next, molecular docking of the SH3s with their predicted binding peptides and characterization of the free SH3s PPIs shows that the affinity does not decrease with the ancestral domain. Those results are confirmed by the PPI network of the SH3 domains free of a protein context. These experiments determined that the host protein is the primary factor influencing paralogous SH3 domain interactions instead of the SH3 binding preferences. Our results are consistent with recent research suggesting that protein domains are not isolated elements in a protein, contrary to popular belief.

Thèse (M.SC.)--Université Laval, 2004. / Titre de l'écran-titre (visionné le 18 janvier 2005). Bibliogr.

Les changements des niveaux d'expression au cours de l'évolution sont d'une grande importance biologique et sont notamment influencés par des évènements récurrents de duplication de gènes. Ce projet de maîtrise visait donc à caractériser et à expliquer la divergence d'expression à l'intérieur des paires de paralogues de la levure Saccharomyces cerevisiae, qui en possède des centaines. Étant donné que l'abondance d'une protéine reflète l'effet combiné de la transcription et de la traduction, nous nous sommes intéressés à l'évolution de l'efficacité de ces deux processus. L'analyse d'un ensemble de données publié a révélé une prédominance de la divergence transcriptionnelle chez les gènes dupliqués. De tels patrons d'évolution pourraient être dus à l'effet de la sélection, ou encore à un biais dans l'apparition des mutations. Nous avons donc considéré deux causes potentielles : un compromis évolutif récemment décrit entre le coût et la précision de l'expression ainsi qu'une plus grande fréquence - ou de plus grands effets - des mutations agissant sur la transcription. L'évolution in silico de paires de paralogues a montré que l'un et l'autre de ces mécanismes pourraient expliquer la divergence observée. Nous avons aussi exploré l'impact potentiel d'une variété de contraintes mutationnelles, soulignant ainsi l'importance de les mesurer afin de comprendre l'évolution de l'expression génique. En mettant en évidence que les paralogues divergent principalement au niveau de la transcription, ces travaux contribuent à améliorer notre compréhension de l'évolution de l'expression génique et du rôle qu'y jouent les duplications de gènes, tout en identifiant plusieurs directions futures de recherche. / Expression level changes throughout evolution are of great biological significance and for instance occur through recurrent gene duplication events. This project's objective was thus to characterize and explain the expression divergence within the paralog pairs of the yeast Saccharomyces cerevisiae. As the cellular abundance of a protein is influenced by both transcription and translation, we studied these two processes. The analysis of a published set of transcription and translation efficiencies first revealed that the divergence of yeast duplicates was mostly transcriptional. Such evolutionary patterns could either be due to selection or to a mutational bias. Accordingly, we considered two potential causes: a recently described evolutionary trade-off between the cost and the precision of expression, and a higher frequency - or larger effects - for mutations acting on transcription. The in silico evolution of paralog pairs showed that both mechanisms are consistent with the observed divergence patterns. We also explored the potential impact of a few types of mutational constraints, thus underscoring the importance of measuring them to fully understand the evolution of gene expression. By highlighting that paralogs mostly diverge in transcription, this work improves our understanding of the evolution of gene expression, especially regarding how gene duplication contributes to it, while also identifying future research directions.

Les organismes eucaryotes possèdent plusieurs mécanismes de contrôle qualité en vue d'assurer leur survie en condition de stress. La réponse aux protéines mal repliées (UPR) est un mécanisme à la base de différents volets ayant pour but de ramener l'organisme vers l'homéostasie. L'étude qui suit vise à caractériser plus en profondeur un volet de cette réponse qui est lié non pas à la présence de protéines mal repliées, mais plutôt à des défauts dans l'homéostasie des lipides de la cellule. Notre étude a mis en évidence qu'une forme précise de la protéine à ancrage GPI modèle Yps1p est relâchée de manière importante dans des souches mutantes connues pour déclencher ce volet de la réponse UPR. Nous avons aussi montré que cette relâche ne semble pas être causée par le déclenchement de l'UPR et que des phospholipases sont responsables du clivage de l'ancrage GPI. Une défaillance ou une insuffisance de l'UPR est associée à plusieurs pathologies humaines, dont le diabète de type 2, d'où l'intérêt d'en étudier les différentes facettes.

No description available.

La mort cellulaire programmée est un processus par lequel les cellules participent activement à leur propre mort. Ce mécanisme est très important au niveau du développement et de la survie de tous les organismes et est régulé par une panoplie de protéines. Parmi les protéines régulatrices figurent la protéine ±Bax Inhibitor-1¿ que l'on retrouve autant chez les cellules animales que végétales. Cette protéine est surtout connue et identifiée par son effet inhibiteur de l'action de la protéine Bax, protéine principalement retrouvée dans les cellules animales qui, lorsque surexprimée, active la mort cellulaire. L'analyse des séquences d'acides aminés de BI-1 provenant de cinq différentes espèces de plantes suggère l'existence de sept domaines transmembranaires avec la présence de résidus chargés dans certains domaines ce qui laisse supposer des interactions avec d'autres molécules. / D'un autre côté, le haut niveau de conservation de l'extrémité C-terminale à travers l'évolution dénote son importance fonctionnelle potentielle. Suite à ces constatations, l'étude de la relation entre la structure et la fonction de la protéine BI-1 a été entreprise afin d'identifier des sites potentiellement importants dans la séquence de la protéine BI-1 qui lui permet de contrer l'action de Bax. Nous avons démontré, par délétion graduelle de l'extrémité C-terminale, que cette région est importante pour la fonction de BI-1. Cette extrémité délètée, d'aussi peu que quatre acides aminés, modifie la fonction de la protéine et une délétion de onze acides aminés abolit complètement son effet cytoprotecteur. Nous avons aussi établi, par mutagenèse dirigée, que deux acides aminés chargés sur quatre dans le septième domaine transmembranaire sont importants pour la fonction de BI-1. Finalement, nous avons proposé, suite à l'étude par mutagenèse aléatoire, l'importance possible du cinquième domaine transmembranaire dans la fonction de la protéine BI-1. Nous pouvons donc conclure que la capacité de BI-1 à inhiber l'effet létal de Bax dépend de sa structure.

La transcription est le processus biologique qui permet l'expression des gènes et donc est essentielle à la vie cellulaire. Ce phénomène nécessite une régulation très fine via de nombreux signaux cellulaires menant à un contrôle de la dynamique chromatinienne. Chez Saccharomyces cerevisiae, le complexe histone acétyltransférase NuA4 participe à cette régulation en acétylant les queues N-terminales des histones H4 et H2A. La chromatine est alors plus relâchée, ce qui facilite l'accès de toute la machinerie transcriptionnelle. Lors de cette étude, nous avons abordé deux aspects distincts de la fonction de NuA4. D'une part, la sous-unité Yng2, homologue de suppresseur de tumeur humain impliqué entre autres dans la régulation de p53, est connue pour interférer dans plusieurs processus cellulaires. In vivo, le mutant Ayng2 entraîne une diminution de l'acétylation de H4 et de la transcription dépendante de NuA4. La création de mutations ponctuelles dans le domaine ± Plant HomeoDomain ¿ (PHD) et la région polybasique de la protéine provoque la perte d'interactions spécifiques avec la modification post-traductionnelle H3K4me3 et les phosphatidylinositol phosphates. L'étude fonctionnelle de ces mutants révèle une répercussion sur l'activité de NuA4 et la transcription. D'autre part, les sous-unités EaO, 5 et 7 existent majoritairement hors de NuA4 sous la forme d'un trimère. Des tests de sensibilité mettent en évidence une corrélation entre ce trimère et la transcription. De plus, le trimère serait présent à la région codante de gènes transcrits suggérant un rôle dans l'élongation transcriptionnelle.

L'organisation du cytosquelette d'actine chez Saccharomyces cerevisiae nécessite plusieurs protéines dont la profiline, impliquée dans la polymérisation des filaments d'actine. Les cellules pfy1 [delta] présentent un phénotype anormal; les granules corticaux sont dépolarisés et il y a absence de câbles d'actine visibles. Le gène SYP1 a été identifié en tant que suppresseur de la souche pfy1 [delta]. Nous avons étudié SYP1 dans le but de lui attribuer une fonction cellulaire. La surexpression de SYP1 dans les souches bni1 [delta], cdc10 [delta], chs5 [delta], end3 [delta] et sla2 [delta] provoque un retard important de la croissance tandis qu'elle corrige le défaut de bourgeonnement de la souche arf3 [delta] ainsi que le défaut d'endocytose des souches ede1 [delta], sla1 [delta] et sac6 [delta]. La localisation cellulaire dans des souches mutantes révèle que Syp1p est délocalisée dans les souches bni1 [delta], cdc10 [delta], cdc12-6, chs1 [delta] et cla4 [delta]. Ces résultats nous permettent de conclure que Syp1p joue un rôle dans l'organisation du cytosquelette d'actine ainsi que dans l'endocytose.

Cette étude visait à vérifier la capacité de deux levures utilisées dans certaines applications alimentaires à dégrader le xylène commercial; deux approches ont été envisagées à savoir l'utilisation du xylène comme seule source de carbone ou encore la biotransformation du xylène en présence d'une autre source de carbone facilement assimilable par les levures. Pour ce faire, l'influence du xylène sur la croissance de Saccharomyces cerevisiae et de Kluyveromyces marxianus ainsi que la tolérance de ces levures en présence de cet hydrocarbure aromatique toxique ont été déterminées. Nos résultats ont démontré que les deux souches pouvaient croître jusqu'à une concentration de 25% (v/v) de xylène dans le milieu. Cette tolérance n'a été observée que lorsque le milieu contenait une source de carbone facilement métabolisable par les levures. Pour ce qui est de vérifier la capacité des levures à dégrader le xylène, un système à deux phases a été conçu et il était composé d'huile de silicone pour la phase organique et d'un milieu à base de sels minéraux (MBS) et de perméat de lactosérum ou de glucose (selon la souche testée) pour la phase aqueuse. Malheureusement, les conditions expérimentales utilisées dans cette étude n'ont pas permis de démontrer la capacité des levures à dégrader le xylène.

Chez S.cerevisiae, NuA4 est un complexe Histone acetyltransferase (HAT) de 1,3 MDa contenant 13 sous unités. Esal, seule HAT essentielle chez la levure, est la sous-unité catalytique qui acétyle les histones H4 et H2A et une des six protéines essentielles du complexe. De plus, six protéines sont présentes dans d'autres complexes de modification (SAGA, Sin3/Rpd3) et de remodelage ATP- dépendant de la chromatine (Ino80 et Swrl) et deux sous-groupes ont été identifiés comme ayant une activité cellulaire indépendante et distincte de NuA4 (PiccoloNuA4 et le trimère Eaf5/7/3). Cette organisation modulaire de NuA4 correspond aux multiples besoins de recrutements et de régulation d'Esal par la cellule lors des événements de réparation, de transcription et de replication de la chromatine. Chez l'humain, le complexe Tip60 est l'orthologue de NuA4 et regroupe les activités de modification de la chromatine de NuA4 et de Swrl. L'organisation spatiale de NuA4 présente donc beaucoup d'intérêt. Au sein du laboratoire du professeur Jacques Côté, je concentre mon travail sur la production et la purification du complexe NuA4. Avec nos échantillons hautement purifiés, les techniques d'analyse par microscopie électronique (EM) et de reconstitution informatique, réalisées par nos collaborateurs Johnathan Chittuluru et Francisco Asturias, permettent, avec une forte résolution, de visualiser le complexe en 3D. Les atouts majeurs associés à cette technique sont aussi de visualiser les interactions du complexe avec un nucléosome et de localiser les sous-unités dans le complexe (par deletion ou étiquetage). Dès lors, ces résultats apportent des indications pertinentes sur NuA4 et ces différents modules qui par recrutement ou interaction directe avec les histones participent à la régulation dynamique de la chromatine.