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Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Trabalhos recentes indicam que a maior parte do transcriptoma de células de mamíferos é composto por RNAs não-codificadores de proteínas (ncRNAs). Nosso grupo tem identificado e caracterizado ncRNAs longos (>200 nt), sem splicing, expressos em regiões intrônicas de genes codificadores de proteína. Contudo, a biogênese, processamento e localização sub-celular desta classe de RNAs permanecem desconhecidos. Este trabalho teve como objetivos i) investigar a contribuição da RNA Polimerase II (RNAP II) na transcrição de ncRNAs intrônicos, ii) avaliar a meia-vida destes ncRNAs em relação a mRNAs, e iii) verificar a distribuição sub-celular de ncRNAs intrônicos. Os resultados obtidos indicaram que ncRNAs intrônicos são predominantemente transcritos pela RNAP II a partir de regiões promotoras funcionalmente semelhantes as que controlam a transcrição de mRNAs. Ensaios de estabilidade revelaram que, em média, ncRNAs intrônicos possuem meia-vida igual ou maior (3,4h a 4,2h) do que mRNAs (3,1h). A maior parte dos ncRNAs intrônicos possui estrutura cap 5\', sugerindo que sejam estabilizados para desempenhar papéis na biologia da célula que não dependam de um rápido turnover. A maior parte dos ncRNAs intrônicos é exportada para o citoplasma, indicando que devam exercer alguma função biológica neste compartimento. Em conjunto, este trabalho fornece informações novas a respeito da biogênese, estabilidade e localização sub-celular ncRNAs intrônicos expressos em células humanas, contribuindo para avançar o conhecimento sobre esta classe de transcritos celulares. / Recent studies have shown that most of the mammalian transcriptome is comprised of non-coding RNAs (lncRNAs). Our group has identified and characterized long (>200 nt), unspliced lncRNAs expressed in intronic regions of protein coding genes. However, the biogenesis, processing, stability and subcellular localization of members from this RNA class remain unknown. The aims of this work were i) to investigate the contribution of RNA Polymerase II (RNAP II) to the transcription of intronic, ii) to evaluate the half-life of these ncRNAs relative to mRNAs, and iii) determine their subcellular distribution. Our results indicate that intronic ncRNAs are predominantly transcribed by RNAP II from promoter regions functionally similar to those that control the transcription of mRNAs. Stability assays revealed that intronic ncRNAs have an average half-life equal or greater (3.4h to 4.2h) than mRNAs (3.1h). The majority of intronic ncRNAs have 5\' cap modification suggesting that these transcripts are stabilized, possibly to exert roles in the biology of the cell that does not depend on a rapid turnover. Although intronic ncRNAs do not encode proteins, most of these transcripts are transported to the cytoplasm which indicates that they may perform some biological function in this compartment. Altogether, this study reveals with novel information regarding the biogenesis, stability and subcellular localization of intronic ncRNAs expressed in human cells, thus contributing to advance the knowledge on this class of cellular transcripts.

Nos eucariotos, a evolução dos sistemas de transporte molecular foi essencial pois seu alto grau de compartimentalização requer mecanismos com maior especificidade para a localização de proteínas. Com o estabelecimento das mitocôndrias e plastídeos como organelas da célula eucariota, grande parte dos genes específicos para sua atividade e manutenção foram transferidos ao núcleo. Após a transferência gênica, a maioria das proteínas passaram a ser codificadas pelo núcleo, sintetizadas no citosol e direcionadas às organelas por uma maquinaria complexa que envolve receptores nas membranas das organelas, sequências de direcionamento nas proteínas e proteínas citossólicas que auxiliam o transporte. A importação depende em grande parte de uma sequência na região N-terminal das proteínas que contém sinais reconhecidos pelas membranas organelares. No entanto, muito ainda não é compreendido sobre o transporte de proteínas organelares e fatores ainda desconhecidos podem influenciar o direcionamento sub-celular. O objetivo deste trabalho foi a caracterização da General Regulatory Factor 9 (GRF9), uma proteína da família 14-3-3 de Arabidopsis thaliana potencialmente envolvida no direcionamento de proteínas organelares, e a geração de um genótipo para ser utilizado na obtenção de uma população mutante para genes que afetam o direcionamento da proteína Tiamina Monofosfato Sintetase (TH-1). Após experimentos in vivo e in planta, foi observado que GRF9 interage com as proteínas duplo-direcionadas Mercaptopyruvate Sulfurtransferase1 (MST1) e a Thiazole Biosynthetic Enzyme (THI1), e com a proteína direcionada aos cloroplastos TH-1. Experimentos de deleção e interação in vivo mostraram que a região Box1 de GRF9 é essencial para a interação com THI1 e MST1. Com a finalidade de dar continuidade a caracterização da GRF9 e para realização de testes com relação a sua função no direcionamento de proteínas organelares foi gerada uma linhagem homozigota que superexpressa GRF9. Plantas expressando o transgene TH-1 fusionado a Green Fluorescent Protein (GFP) em genótipo deficiente na TH-1 (CS3469/TH-1-GFP) foram obtidas para a geração de população mutante que possibilitará a descoberta de componentes genéticos ainda desconhecidos e responsáveis pelo direcionamento de proteínas aos cloroplastos. / In Eukaryotes, the evolution of molecular transport in the cell was essential due to their increase in compartmentalization, which requires more specific mechanisms for the correct localization of proteins. With the establishment of mitochondria and plastids as organelles, a great number of their genes, either specific for their metabolic functions or maintenance of their own transcription/translation processes, were transferred to the nucleus of the cell. These transfers caused most of the organellar proteins to be coded by the nucleus, then synthesized in the cytosol and targeted to the organelles by a complex machinery which involves membrane receptors in the organelles, targeting sequences in the proteins, and cytosolic proteins which assist them with the transport. Protein import depends greatly on an N-terminal sequence in proteins which has recognizable signals for the organellar membrane receptors. However, much is still not understood about the transport of organellar proteins, and unknown factors may still influence subcellular targeting. The goal of this work was the characterization of General Regulatory Factor 9 (GRF9), a protein of the 14-3-3 family in Arabidopsis thaliana potentially involved in the targeting of organellar proteins, and generating a genotype to be used in obtaining a mutant population for genes affecting the targeting of the protein Thiamine Requiring 1 (TH-1). After in vivo and in planta experiments it was observed that GRF9 interacts with the dual-targeted proteins Mercaptopyruvate Sulfurtransferase1 (MST1) and Thiazole Biosynthetic Enzyme (THI1), and with the chloroplast targeted protein TH-1. Deletion experiments followed by in vivo interaction assays showed that Box 1 region of GRF9 is essential for the interaction with THI1 and MST1. For the continuing characterization of GRF9 and for following tests of its function in the targeting of organellar proteins, a homozygous line was generated overexpressing GRF9. Plants expressing the transgene TH-1 fused to the Green Fluorescent Protein (GFP) in a TH-1 deficient genotype (CS3469/TH-1-GFP) were obtained for the generation of a mutant population which will allow the discovery of genetic components still unknown responsible for targeting proteins to the chloroplasts.

Trabalhos recentes indicam que a maior parte do transcriptoma de células de mamíferos é composto por RNAs não-codificadores de proteínas (ncRNAs). Nosso grupo tem identificado e caracterizado ncRNAs longos (>200 nt), sem splicing, expressos em regiões intrônicas de genes codificadores de proteína. Contudo, a biogênese, processamento e localização sub-celular desta classe de RNAs permanecem desconhecidos. Este trabalho teve como objetivos i) investigar a contribuição da RNA Polimerase II (RNAP II) na transcrição de ncRNAs intrônicos, ii) avaliar a meia-vida destes ncRNAs em relação a mRNAs, e iii) verificar a distribuição sub-celular de ncRNAs intrônicos. Os resultados obtidos indicaram que ncRNAs intrônicos são predominantemente transcritos pela RNAP II a partir de regiões promotoras funcionalmente semelhantes as que controlam a transcrição de mRNAs. Ensaios de estabilidade revelaram que, em média, ncRNAs intrônicos possuem meia-vida igual ou maior (3,4h a 4,2h) do que mRNAs (3,1h). A maior parte dos ncRNAs intrônicos possui estrutura cap 5\', sugerindo que sejam estabilizados para desempenhar papéis na biologia da célula que não dependam de um rápido turnover. A maior parte dos ncRNAs intrônicos é exportada para o citoplasma, indicando que devam exercer alguma função biológica neste compartimento. Em conjunto, este trabalho fornece informações novas a respeito da biogênese, estabilidade e localização sub-celular ncRNAs intrônicos expressos em células humanas, contribuindo para avançar o conhecimento sobre esta classe de transcritos celulares. / Recent studies have shown that most of the mammalian transcriptome is comprised of non-coding RNAs (lncRNAs). Our group has identified and characterized long (>200 nt), unspliced lncRNAs expressed in intronic regions of protein coding genes. However, the biogenesis, processing, stability and subcellular localization of members from this RNA class remain unknown. The aims of this work were i) to investigate the contribution of RNA Polymerase II (RNAP II) to the transcription of intronic, ii) to evaluate the half-life of these ncRNAs relative to mRNAs, and iii) determine their subcellular distribution. Our results indicate that intronic ncRNAs are predominantly transcribed by RNAP II from promoter regions functionally similar to those that control the transcription of mRNAs. Stability assays revealed that intronic ncRNAs have an average half-life equal or greater (3.4h to 4.2h) than mRNAs (3.1h). The majority of intronic ncRNAs have 5\' cap modification suggesting that these transcripts are stabilized, possibly to exert roles in the biology of the cell that does not depend on a rapid turnover. Although intronic ncRNAs do not encode proteins, most of these transcripts are transported to the cytoplasm which indicates that they may perform some biological function in this compartment. Altogether, this study reveals with novel information regarding the biogenesis, stability and subcellular localization of intronic ncRNAs expressed in human cells, thus contributing to advance the knowledge on this class of cellular transcripts.

The citrulline-nitric oxide (NO) cycle, comprised of the enzymes argininosuccinate synthase (AS), argininosuccinate lyase (AL) and endothelial nitric oxide synthase (eNOS), is responsible for the regulated production of endothelial NO. Although most studies have focused on eNOS to uncover important regulatory mechanisms, we and others have determined that AS is an essential and regulated step in endothelial NO production. AS is rate limiting for endothelial NO production and is the primary source of arginine, the substrate for eNOS-mediated NO production, despite saturating intracellular levels of arginine and available arginine transport systems. AS is essential for endothelial cell viability and its expression is regulated coordinately with eNOS by TNF and thiazolidenediones with concomitant effects on NO production. Given the importance of AS for endothelial health, we explored three independent regulatory mechanisms. In Chapter One, the functional consequences of altered AS expression due to overexpression, insulin, VEGF and ceramide were studied. We demonstrated that overexpression of AS leads to enhanced NO production and that insulin, VEGF and ceramide coordinately regulate the expression of AS and eNOS. In Chapter Two, the first post-translational modifications of AS in the endothelium were characterized. We determined that AS is an endogenous phosphoprotein in the endothelium, described several levels of biological significance of AS phosphorylation, identified 7 sites of AS phosphorylation and began to uncover the direct impact of phosphorylation on AS function. Finally, in Chapter Three, endothelial AS subcellular localization was defined and important protein interactions were identified including caveolin-1 and HSP90. The work presented in this dissertation demonstrates that multiple mechanisms regulate the function of AS, often coordinately with eNOS, and have a direct impact on nitric oxide production. Our findings suggest that the global understanding of the citrulline-NO cycle as a metabolic unit will unravel new paradigms that will re-define our understanding of the regulation of vascular function by NO.

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Nos eucariotos, a evolução dos sistemas de transporte molecular foi essencial pois seu alto grau de compartimentalização requer mecanismos com maior especificidade para a localização de proteínas. Com o estabelecimento das mitocôndrias e plastídeos como organelas da célula eucariota, grande parte dos genes específicos para sua atividade e manutenção foram transferidos ao núcleo. Após a transferência gênica, a maioria das proteínas passaram a ser codificadas pelo núcleo, sintetizadas no citosol e direcionadas às organelas por uma maquinaria complexa que envolve receptores nas membranas das organelas, sequências de direcionamento nas proteínas e proteínas citossólicas que auxiliam o transporte. A importação depende em grande parte de uma sequência na região N-terminal das proteínas que contém sinais reconhecidos pelas membranas organelares. No entanto, muito ainda não é compreendido sobre o transporte de proteínas organelares e fatores ainda desconhecidos podem influenciar o direcionamento sub-celular. O objetivo deste trabalho foi a caracterização da General Regulatory Factor 9 (GRF9), uma proteína da família 14-3-3 de Arabidopsis thaliana potencialmente envolvida no direcionamento de proteínas organelares, e a geração de um genótipo para ser utilizado na obtenção de uma população mutante para genes que afetam o direcionamento da proteína Tiamina Monofosfato Sintetase (TH-1). Após experimentos in vivo e in planta, foi observado que GRF9 interage com as proteínas duplo-direcionadas Mercaptopyruvate Sulfurtransferase1 (MST1) e a Thiazole Biosynthetic Enzyme (THI1), e com a proteína direcionada aos cloroplastos TH-1. Experimentos de deleção e interação in vivo mostraram que a região Box1 de GRF9 é essencial para a interação com THI1 e MST1. Com a finalidade de dar continuidade a caracterização da GRF9 e para realização de testes com relação a sua função no direcionamento de proteínas organelares foi gerada uma linhagem homozigota que superexpressa GRF9. Plantas expressando o transgene TH-1 fusionado a Green Fluorescent Protein (GFP) em genótipo deficiente na TH-1 (CS3469/TH-1-GFP) foram obtidas para a geração de população mutante que possibilitará a descoberta de componentes genéticos ainda desconhecidos e responsáveis pelo direcionamento de proteínas aos cloroplastos. / In Eukaryotes, the evolution of molecular transport in the cell was essential due to their increase in compartmentalization, which requires more specific mechanisms for the correct localization of proteins. With the establishment of mitochondria and plastids as organelles, a great number of their genes, either specific for their metabolic functions or maintenance of their own transcription/translation processes, were transferred to the nucleus of the cell. These transfers caused most of the organellar proteins to be coded by the nucleus, then synthesized in the cytosol and targeted to the organelles by a complex machinery which involves membrane receptors in the organelles, targeting sequences in the proteins, and cytosolic proteins which assist them with the transport. Protein import depends greatly on an N-terminal sequence in proteins which has recognizable signals for the organellar membrane receptors. However, much is still not understood about the transport of organellar proteins, and unknown factors may still influence subcellular targeting. The goal of this work was the characterization of General Regulatory Factor 9 (GRF9), a protein of the 14-3-3 family in Arabidopsis thaliana potentially involved in the targeting of organellar proteins, and generating a genotype to be used in obtaining a mutant population for genes affecting the targeting of the protein Thiamine Requiring 1 (TH-1). After in vivo and in planta experiments it was observed that GRF9 interacts with the dual-targeted proteins Mercaptopyruvate Sulfurtransferase1 (MST1) and Thiazole Biosynthetic Enzyme (THI1), and with the chloroplast targeted protein TH-1. Deletion experiments followed by in vivo interaction assays showed that Box 1 region of GRF9 is essential for the interaction with THI1 and MST1. For the continuing characterization of GRF9 and for following tests of its function in the targeting of organellar proteins, a homozygous line was generated overexpressing GRF9. Plants expressing the transgene TH-1 fused to the Green Fluorescent Protein (GFP) in a TH-1 deficient genotype (CS3469/TH-1-GFP) were obtained for the generation of a mutant population which will allow the discovery of genetic components still unknown responsible for targeting proteins to the chloroplasts.

O estudo da reprodução sexual de plantas e uma área de crescente interesse devido a importância de sementes e frutos em nossa dieta diária, ambos resultantes do desenvolvimento de partes do pistilo, apos fertilização. O objetivo deste trabalho foi caracterizar um novo gene F-box expresso no pistilo de N. tabacum. Proteínas F-box atuam na interação proteína-proteína, geralmente direcionando proteínas alvo para degradação pela via ubiquitina-proteassomo. Foram identificados cinco genes de função desconhecida que codificam putativas proteínas F-box, em duas bibliotecas de cDNAs de estigmas/estiletes de N. tabacum (DEPAOLI, 2006; QUIAPIM et al., 2009) previamente construídas em nosso laboratório. A expressão de cada um destes genes foi analisada nos diferentes órgãos de N. tabacum, por qRT-PCR. O clone 085H05 da biblioteca TOBEST (QUIAPIM et al., 2009) apresentou expressão preferencial nos órgãos florais. Este clone foi selecionado para uma caracterização funcional mais detalhada. O padrão de expressão deste gene foi avaliado no estigma/estilete durante os 12 estádios do desenvolvimento floral de N. tabacum (KOLTUNOW et al., 1990). O resultado revelou que sua expressão e regulada durante o desenvolvimento, atingindo o maior nível de expressão na antese (estádio 12). Isto sugere que este gene esteja envolvido no desenvolvimento do estigma/estilete. A sequência codificadora do gene correspondente a 085H05 foi determinada e, apos amplificação e clonagem, este gene foi denominado S/S_F-box (Stigma/Style_F-box). Para compreender a função da proteína de S/S_F-box, plantas transgênicas de superexpressao e de silenciamento (por RNAi) deste gene foram geradas. As plantas de RNAi apresentaram o estilete e o ovário reduzidos quando comparados ao controle SR1. Em concordância, as plantas de superexpressao produziram flores com o estilete mais alongado do que o controle, alem do estigma e do ovário de maior tamanho. Altas concentrações de exudato foram observadas na superfície do estigma destas plantas, a partir do estádio 7 tardio. No controle SR1, concentrações equivalentes apenas são observadas nos estádios finais do desenvolvimento. Os fenótipos observados nas plantas transgênicas sugerem que a proteína codificada por S/S_F-box esteja envolvida com o desenvolvimento do pistilo e com o controle do tamanho deste órgão. Adicionalmente, as plantas de RNAi apresentaram o fenótipo de perda da dominância apical. Os níveis de expressão do gene S/S_F-box foram avaliados em plantas que tiveram aumento na produção de auxina no estigma/estilete (plantas STIG1prom::iaaM), revelando que este gene não e regulado, a nível transcricional, por este hormônio. Experimentos de localização subcelular, realizados por expressão transitória da sequência de S/S_F-box fusionada a sequência dos genes repórteres GFP e YFP (S/S_F-box::GFP; S/S_F-box::YFP), indicaram que a proteína S/S_F-box esta localizada no citoplasma e no núcleo celular. Adicionalmente, foi realizado o screening de uma biblioteca de cDNAs de estigma/estilete, construída no sistema de duplo-hibrido, para investigar proteínas candidatas a interagirem com a proteína de S/S_F-box. Os resultados indicaram interação da proteína S/S_F-box com SKP1, confirmando a participação de S/S_F-box no complexo SCF, que promove a degradação de proteínas alvo pela via ubiquitina-proteassomo. Duas proteínas candidatas a alvo foram identificadas: os fatores de transcrição VOZ1 e SIP1, ambos envolvidos com a proliferação celular. Em suma, e possível propor que a proteína codificada por S/S_F-box tenha função relacionada a proliferação celular e ao desenvolvimento dos órgãos vegetais, incluindo o pistilo. / The study of sexual reproduction in plants is an area of increasing interest due to the importance of seeds and fruits in our daily diet, both resulting from the development of parts of the pistil, after fertilization. The aim of this study was to characterize a new F-box gene expressed in the N. tabacum pistil. F-box proteins act in protein-protein interactions, generally directing target proteins to degradation via ubiquitin-proteasome. Five genes of unknown function coding for putative F-box proteins were identified at two cDNAs libraries from N. tabacum stigmas/styles (DEPAOLI, 2006; QUIAPIM et al., 2009), previously constructed in our laboratory. The expression of each of these genes was analyzed in the different N. tabacum organs, by qRT-PCR. The 085H05 clone from the TOBEST library (QUIAPIM et al., 2009) showed preferential expression in floral organs. This clone was select for a more detailed functional characterization. The expression pattern of this gene was evaluated in the stigma/style during the 12 N. tabacum flower developmental stages (KOLTUNOW et al., 1990). The result revealed that its expression is regulated during development, reaching the highest expression level at anthesis (stage 12). It suggests that this gene is involved in the stigma/style development. The coding sequence of the gene corresponding to 085H05 was determined and, after amplification and cloning, the gene was named S/S_F-box (Stigma/Style_F-box). To understand the S/S_F-box protein function, transgenic plants either overexpressing or silencing (by RNAi) the S/S_F-box gene were generated. The RNAi plants showed reduced style and ovary when compared to the control SR1. In accordance, the overexpressing plants produced flowers with a style more elongated than the control, besides an ovary and a stigma of larger size. High concentrations of exudate were observed on the stigma surface of these plants, since the later stage 7. In the control SR1, equivalent concentrations are only observed at the later stages of development. The phenotypes observed in the transgenic plants suggest that the protein encoded by S/S_F-box is involved with pistil development and with the control of pistil size. Additionally, the RNAi plants showed the phenotype of loss of apical dominance. The expression levels of the S/S_F-box gene were evaluated in plants with increased auxin production in the stigma/style (plants STIG1prom::iaaM), showing that this gene is not transcriptionally regulated by this hormone. Subcellular localization experiments, carried out by transient expression of the S/S_F-box sequence fused to the reporter genes GFP and YFP V (S/S_F-box::GFP; S/S_F-box::YFP), showed that the S/S_F-box protein is localized in the cytoplasm and in the nucleus. Additionally, the screening of a stigma/style cDNA library constructed on the yeast two hybrid system was performed, to investigate candidate proteins for S/S_F-box protein interaction. The results indicated interaction between S/S_Fbox and the SKP1 protein, confirming the involvement of the S/S_F-box protein in the SCF complex, which promotes degradation of target proteins via ubiquitin-proteasome. Two candidates for target proteins were identified: the transcription factors VOZ1 and SIP1, both involved in cell proliferation. In summary, it is possible to propose that the protein encoded by S/S_F-box has functions related to cell proliferation and organ development, including the pistil.