Face à un environnement changeant, la cellule a dû développer des systèmes de régulation lui permettant de s’adapter et d’assurer son développement et sa survie. Ces systèmes de régulation s’organisent autour de réseaux de régulation transcriptionnelle permettant l’expression des gènes codant pour les protéines dont la cellule a besoin. Dans la plupart des réseaux trancriptionnels, la régulation de la transcription des gènes est « raffinée » par la présence de circuits de rétroaction positifs et négatifs à l’origine de deux types de comportements différents: la multistabilité d’une part, et les comportements homéostatiques ou oscillants d’autre part. Deux réseaux de régulation transcriptionnelle de complexité différente ont été étudiés au cours de cette thèse :le réseau p53-Mdm2 impliqué dans l'arrêt de la croissance cellulaire, la réparation de l’ADN et l’apoptose chez les mammifères, et le réseau de facteurs transcriptionnels GATA impliqué dans la régulation du catabolisme de l’azote chez la levure Saccharomyces cerevisiae. L’analyse théorique du réseau p53-Mdm2 a eu pour principal objectif de reproduire et d’interpréter les données expérimentales disponibles dans la littérature concernant la réponse oscillante de la p53 lorsque l’ADN de la cellule est endommagé. L’analyse théorique des comportements du réseau GATA, quant à elle, a été couplée à une étude expérimentale dans les milieux de qualité intermédiaire en azote peu investigués jusqu’à présent. Pour analyser les propriétés dynamiques de ces deux réseaux, plusieurs approches complémentaires, se situant à différents niveaux de description, ont été utilisées: l’approche logique, différentielle et stochastique.<p>La première partie de cette thèse a été consacrée à l’étude du réseau p53-Mdm2 pour lequel nous avons développé un modèle simple composé d’un circuit de rétroaction positif imbriqué dans un circuit de rétroaction négatif. Les résultats de notre analyse logique montrent que les principales propriétés dynamiques du réseau peuvent être résumées par un petit nombre de diagrammes de bifurcation logique. Ces scénarios de bifurcations diffèrent par la séquence d’activation du circuit positif et négatif composant le réseau et dépendent d’une part de l’affinité de la p53 pour ses gènes cibles et d’autre part de son activité transcriptionnelle. Nous proposons que différents stress et types cellulaires pourraient correspondre à différents scénarios de bifurcation et donc conduire à des réponses différentes après irradiation. Cette première analyse qualitative nous a permis de rendre compte de différents aspects de la dynamique du réseau observés expérimentalement, tels que le changement de fréquence des oscillations en cours de réponse, les oscillations de longue durée de la p53 ou l’amortissement rapide des oscillations à l’échelle d’une population de cellules. Pour nous affranchir des fortes non-linéarités inhérentes au traitement logique, nous avons ensuite traduit le modèle logique en un modèle différentiel et montré que les principaux comportements présentés par le modèle logique sont conservés, suggérant que la structure du réseau détermine dans une large mesure les principales potentialités dynamiques du système. L’analyse des propriétés de bifurcation du modèle différentiel en fonction du niveau de dommage à l’ADN nous a également permis de mettre en évidence la présence de deux régimes oscillants d’amplitude, de valeur moyenne et de fréquence nettement différentes, séparés par une zone de bicyclicité où ces deux régimes coexistent. Cette propriété permet d’expliquer l’existence des deux fréquences d’oscillation différentes qui ont été observées expérimentalement en fonction de la dose d’irradiation. Enfin l’analyse stochastique de notre modèle nous a, en particulier, permis de rendre compte de l’augmentation du nombre de cellules oscillant à des fréquences élevées lorsque la dose d’irradiation augmente, observée expérimentalement.<p>La deuxième partie de notre thèse a été consacrée à l’étude du réseau de facteurs GATA chez la levure S.cerevisiae. Ce réseau, constitué des activateurs Gln3 et Nil1 et des répresseurs Dal80 et Gzf3, comporte plusieurs circuits de rétroaction positifs et négatifs interconnectés. Dans le but d’aider à comprendre le rôle et le fonctionnement du réseau GATA, nous avons effectué une analyse théorique et expérimentale de son comportement dynamique en fonction de la qualité de la source azotée. L’analyse différentielle montre la possibilité d’un comportement bistable dans les milieux de qualité intermédiaire en azote et d’oscillations amorties suite à un transfert nutritionnel d’une condition azotée à une autre, lorsque l’activation des gènes du réseau par Gln3 et Nil1 est synergique ou lorsque le gène Gln3 est supprimé. Gzf3 serait le répresseur clef impliqué dans la bistabilité tandis que Dal80 serait le répresseur clef impliqué dans les comportements oscillants. L’analyse stochastique nous a permis d’étudier l’effet des fluctuations moléculaires sur ces comportements et les distributions de variables importantes du système dans une population de cellules. Pour le modèle synergique de la souche sauvage et celui du mutant gln3°, elle a montré l’existence, dans des milieux de qualité intermédiaire en azote, de deux populations de cellules qui coexistent :une population où l’expression de Dal80 est réprimée, une autre où son expression est activée. Enfin, l’étude de la dynamique du couplage entre la protéine fluorescente Gfp, sous le contrôle du promoteur de DAL80, et le réseau GATA montre que, pour des ordres de grandeur physiologique de la vitesse de disparition de la Gfp, la bimodalité présente au niveau du réseau GATA devrait se refléter au niveau de la Gfp.<p>Les comportements bistables et oscillants mis en évidence dans notre étude théorique du réseau GATA ont ensuite été testés expérimentalement en suivant la Gfp sous le contrôle du promoteur de DAL80 en fonction de la concentration de la source azotée glutamine. Cette étude expérimentale nous a permis de mettre en évidence l’existence d’oscillations amorties de la fluorescence de la protéine de fusion Dal80-Gfp. De telles oscillations cependant n’ont pas été observées dans les expériences réalisées sur les autres souches testées pour lesquelles le gène de la Gfp est fusionné au promoteur de DAL80. Notre étude expérimentale montre également l’existence, chez la souche sauvage, d’une population unique de cellules fluorescentes quelle que soit la concentration du milieu extérieur en glutamine testé (0.2mM à 10mM). Un modèle additif où l’activation des gènes du réseau par Gln3 et Nil1 n’est pas synergique serait donc en meilleur accord avec nos observations. Chez les souches où le facteur Gln3 est inactivé, par contre, deux populations cellulaires, l’une de forte fluorescence et constituée de cellules de grande taille, l’autre de plus faible fluorescence et constituée de cellules de taille plus petite, coexistent pour des concentrations intermédiaires du milieu extérieur en glutamine. La forte corrélation observée entre la taille et la fluorescence des cellules suggère que le comportement bimodal observé au niveau de la fluorescence est lié au comportement bimodal observé au niveau de la taille. Enfin, un modèle phénoménologique de la croissance cellulaire nous a permis de reproduire l’existence de deux populations cellulaires de taille distincte.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La vitesse de réplication du HIV-1(Human Immunodeficiency Virus type 1), qui semble corrélée de manière directe à la vitesse de progression de la maladie vers le stade SIDA, est essentiellement contrôlée au niveau transcriptionnel. La transcription du HIV-1 est régulée par la structure chromatinienne, des éléments agissant en cis localisés dans les LTRs, des facteurs de transcription agissant en trans et par la protéine virale trans-activatrice Tat (revu dans Quivy et al. 2007, Bisgrove et al. 2005, Rohr et al. 2003, Rabson and Graves 1997). En plus de l’enhancer localisé dans le LTR5’ du HIV-1, un enhancer intragénique, localisé dans le gène pol du HIV-1, inductible par le phorbol 12-myristate 13-acétate (PMA) a été identifié. La localisation progressive de l’activité enhancer a permis de définir deux domaines distincts et indépendants dans cet enhancer intragénique :les fragments 5103 et 5105 localisés respectivement dans la partie centrale du gène pol et dans une région couvrant la fin du gène pol, le gène vif, le gène vpr et le premier exon codant des gènes tat et rev (Verdin et al. 1990). Les fragments 5103 et 5105 se comportent tous deux comme des enhancers inductibles par le PMA lorsqu’ils sont clonés en amont du promoteur de la thymidine kinase dans un vecteur rapporteur en cellules HeLa. Notre laboratoire a précédemment identifié trois sites de liaison pour les facteurs de transcription AP-1 dans le fragment 5103 (Van Lint et al. 1991). <p><p>Au cours de notre thèse, nous avons poursuivi la caractérisation de ces sites de liaison AP-1 et avons montré que les facteurs c Fos, JunB et JunD interagissent in vitro avec ces motifs. Pour chaque site, nous avons identifié des mutations qui abolissent la liaison des facteurs AP-1 sans altérer la séquence en acides aminés sous-jacente de la transcriptase inverse. Par des expériences de transfection transitoire, nous avons démontré que les sites AP 1 intragéniques sont entièrement responsables de l’activité enhancer PMA-dépendante du fragment 5103. De plus, l’activité PMA-inductible du fragment 5103 est inhibée par le mutant dominant négatif A-Fos à condition que les sites ne soient pas mutés. A l’inverse, l’expression ectopique de dimères forcés AP-1 affecte positivement l’activité enhancer du fragment 5103. Enfin, nous avons étudié le rôle biologique des sites AP-1 intragéniques dans la réplication virale et avons montré que ces sites contribuent positivement à l’infectivité du virus.<p><p>Durant la seconde partie de notre thèse, nous avons entamé la caractérisation physique et fonctionnelle du fragment 5105. Nos résultats de transfection transitoire montrent que l’activité PMA inductible du fragment 5105 est localisée dans le dernier tiers de ce dernier :le sous fragment 5105.3. L’analyse bioinformatique de cette région a permis de mettre en évidence un site de liaison pour les facteurs AP-1 in vitro. Des mutations ponctuelles permettent d’abolir la liaison des facteurs à leur site mais altèrent la séquence en acides aminés sous-jacente codant pour les protéines Tat et Rev. Nous avons montré que ce site est impliqué dans l’activité transcriptionnelle de ce fragment. L’expression ectopique du mutant dominant négatif A-Fos inhibe l’activité transcriptionnelle PMA-inductible du fragment 5105. Une analyse bioinformatique plus large nous a ensuite permis d’identifier in vitro, par retard de migration sur gel, 5 sites de liaison pour le facteur YY1 et 2 sites de liaison pour le facteur PU.1 dont les implications pour le virus restent encore à déterminer.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Hox transcription factors are extensively investigated in diverse fields of molecular and evolutionary biology. Hox genes belong to the family of homeobox transcription factors characterised by a 60 amino acids region called homeodomain. These genes are evolutionary conserved and play crucial roles in the development of animals. In particular, they are involved in the specification of segmental identity, and in the tetrapod limb differentiation. In vertebrates, this family of genes can be divided into 14 groups of homology. Common methods to classify Hox proteins focus on the homeodomain. Classification is however hampered by the high conservation of this short domain. Since phylogenetic tree reconstruction is time-consuming, it is not suitable to classify the growing number of Hox sequences. The first goal of this thesis is therefore to design an automated approach to classify vertebrate Hox proteins in their groups of homology. This approach classifies Hox proteins on the basis of their scores for a combination of protein generalised profiles. The resulting program, HoxPred, combines predictive accuracy and time efficiency. We used this program to detect and classify Hox genes in several teleost fish genomes. In particular, it allowed us to clarify the evolutionary history of the HoxC1a genes in teleosts. Overall, HoxPred could efficiently contribute to the bioinformatics toolbox commonly used to annotate vertebrate Hox sequences. This program was then evaluated in non-vertebrate species. Although not intended for the classification of Hox proteins in distantly related species, HoxPred showed a high accuracy in bilaterians. It has also given insights into the evolutionary relationships between bilaterian posterior Hox genes, which are notoriously difficult to classify with phylogenetic trees.<p><p>As transcription factors, Hox proteins regulate target genes by specifically binding DNA on cis-regulatory elements. Only a few of these target genes have been identified so far. The second goal of this work was to evaluate whether it is possible to apply computational approaches to detect Hox cis-regulatory elements in genomic sequences. Regulatory Sequence Analysis Tools (RSAT) is a suite of bioinformatics tools dedicated to the detection of cis-regulatory elements in genomes. We participated to the development of matrix-based pattern matching approaches in RSAT. After having performed a statistical validation of the pattern-matching scores, we focused on a study case based on the vertebrate HoxB1 protein, which binds DNA with its cofactors Pbx and Meis. This study aimed at predicting combinations of cis-regulatory elements for these three transcription factors. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La grande famille des facteurs de transcription Ets est caractérisée par un domaine de liaison à l’ADN, le domaine ETS, qui présente une structure de type hélice-tour-hélice ailé et qui reconnaît la séquence nucléotidique GGAA/T. Ces facteurs sont des protéines modulaires, dont les domaines sont structurellement conservés, régulent la transcription de leurs gènes cibles. L’action régulatrice de ces facteurs de transcription, ainsi que leur spécificité, dépendent de leurs sites d’expression, du taux auquel ils sont exprimés ainsi que des modifications post-traductionnelles qui les touchent. Au sein de la famille Ets, les trois membres du groupe PEA3 - Erm, Pea3 et Er81 - sont impliqués dans divers processus tant physiologiques tels que le développement des neurones sensitifs et moteurs que pathologiques tels que la croissance et l’invasion tumorale ou l’apparition de métastases, au niveau mammaire notamment.<p><p>Notre travail a eu pour ambition de mieux comprendre les relations structure/fonction des membres du groupe PEA3, et plus particulièrement de Erm. <p><p>\ / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les protéines de la Famille Ets sont des facteurs de transcription qui reconnaissent par l'intermédiaire d'un domaine de liaison à l'ADN, appelé le domaine ETS, une séquence nucléotidique centrée sur un core consensus 5'-GGAA/T-3'. Le gène fev, un membre de cette famille, a été isolé chez l'humain après avoir été identifié dans une tumeur de Ewing chez l'enfant comme le résultat d'une translocation chromosomique. Une étude préliminaire de 1997 indiquait que chez l'Homme, Fev possède une expression tissulaire restreinte au petit intestin et à la prostate "adulte". Dans la première partie de ce travail, nous avons observé une surexpression de l'ARNm de ce facteur de transcription dans une large série d'adénocarcinomes prostatiques de différenciation variable en comparaison au profil d'expression observé dans un groupe témoin de prostates hyperplasiées. En recherchant des lignées cellulaires qui expriment ce facteur, nous avons mis en évidence la présence de ce messager dans la lignée humaine d'origine prostatique LNCaP. De même, les lignées humaines d'origine hématopoïétiques Dami/HEL92.1.7, K-562, KU-812 F et U-937 expriment ce facteur. Parallèlement, nous avons réalisé l'étude de l'expression de Fev dans le cerveau humain. En effet, chez le rat et chez la souris, l'homologue de Fev (mPet-1/Pet-1) est exprimé spécifiquement dans les neurones sérotoninergiques. Nous avons ainsi montré sur le cerveau humain que l'ARNm de Fev est exclusivement exprimé dans les noyaux du raphé qui contiennent les neurones sérotoninergiques. Il est co-exprimé avec deux marqueurs de ces neurones, la SERT/5-HTT et la TPH2.<p>Parallèlement, nos travaux de caractérisation fonctionnelle de la protéine Fev ont permis de définir ce facteur comme un répresseur transcriptionnel. En effet, ce facteur possède un domaine carboxy-terminal riche en résidus alanines qui lui confère, en partie, sa fonction de répresseur de la transcription (répression active); la délétion de cette région conduisant à une réduction drastique de l'effet répresseur. Parallèlement, nous avons montré que le domaine ETS de Fev est responsable d'une activité répressive passive par l'occupation des sites de liaison aux facteurs Ets. Néanmoins, nous ne connaissons pas, à l'heure actuelle, les gènes-cibles spécifiques qui sont directement réprimés par Fev dans les cellules dans lesquelles le gène est normalement exprimé. Nous avons tenté de développer, par établissement de clones stables, des modèles cellulaires où le gène d'intérêt est surexprimé, mais ces tentatives furent infructueuses. Cet effet drastique de Fev est conféré par la partie carboxy-terminale. Il est ainsi probable que la surexpression de ce répresseur transcriptionnel spécifique de certains gènes cibles de la famille Ets provoque des effets sur la survie des cellules en régulant des gènes indispensables à la croissance cellulaire, et ainsi empêchant la prolifération de clones cellulaires.<p> / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

LFY of Arabidopsis is a member of a unique plant specific transcription factor family. It is involved in giving meristem a determinate floral fate by the activation of floral organ identity genes and preventing inflorescence meristem identity. RFL is a homolog of FLO/LFY in rice. Studies from our lab on rice RFL, based on the effects of knockdown or overexpression, showed its major functions are in timing the conversion of SAM to IM and to prevent the premature conversion of branch meristem to spikelets. Additionally roles in vegetative axillary meristem specification have been also been identified in laboratory. Here, we attempt to delineate molecular pathways directly regulated by RFL as a transcription factor controlling inflorescence and floral development in rice. Part I: Identification of global target genes bound by RFL in developing rice inflorescences We carried out ChIP sequencing of the DNA bound by RFL in panicles (01.-0.3cm stage) using anti-RFL antibody. DNA sequences in one library pool were analyses by the MACS algorithm (FDR<0.01), to find 8000 binding sites while the SPP algorithm identified 5000 enriched peaks. These mapped to 2500 or 2800 gene-associated loci respectively, 617 of which were common loci to both pipelines. Several RFL bound gene loci were homologs of Arabidopsis thaliana LFY gene targets. Such gene targets underscore conserved downstream targets for LFY-proteins in evolutionarily very distinct species. AtLFY is known to bind variants of CCANT/G cis element classified as primary, inflorescence or seedling type. We scanned for these three types of cis elements at 123 RFL bound genes with likely functions in flowering. For a few of these 123 rice loci we find one of these cis motifs (p-value<0.001) in RFL bound ChIP-seq data. To validate these targets of RFL, we adopted in vitro DNA-protein binding assays with bacterially purified RFL protein. We confirm RFL target interactions with some genes implicated in flowering time, others in photoperiod triggered flowering, circadian rhythm, gibberellin hormone pathway, inflorescence development and branching. The in vitro experiments hint different RFL-DNA binding properties as compared to Arabidopsis LFY. We report binding to sequences at rice gene loci that are unique targets. Part II: Pathways regulated by RFL for reproductive transition and panicle development To co-relate DNA binding of RFL to target loci with changes in their gene expression, expression studies were taken up for selected set of genes implicated in rice flowering transition and panicle architecture. To study in planta and tissue specific gene regulation by RFL we raised RFL dsRNAi transgenics. Comparative transcript analysis in these RFL partial knockdown lines and matched wild type tissues reveal that RFL is an activator for some genes and repressor for other gene targets. We also examined if the gene expression effects of RFL knockdown can be reversed by induced complementation with an RFL-GR protein. We raised transgenics plants with a T-DNA ubi:RFL-GR, 35S CaMV:amiR RFL for these experiments. In planta target gene transcript levels were assessed in various conditions conditions. These studies validate rice RFL as an activator of some panicle architecture genes. Part III: Analysis of endogenous RFL protein in WT rice tissues Studies in Arabidopsis and in petunia with LFY and AFL, respectively, implicate these some abnormal mobility as compared to their predicted molecular weight when overexpressed. We studied endogenous RFL protein abundance in planta, adopting western analysis with anti-RFL antibody. We consistently identify two prominent cross reacting bands in different tissues which can be also be pulled-down from whole nuclear extracts of panicle and axillary meristem tissues. We speculate on likely modifications and possible functions for the same.

Le cancer du sein est la principale cause de mortalité par cancer chez la femme. Deux des facteurs de transcription de la famille Fos, Fra-1 et Fra-2, sont surexprimés dans les cancers du sein agressifs et contribuent au phénotype tumoral en favorisant entre autres, la prolifération, la motilité et l'invasivité. De façon surprenante, les mécanismes moléculaires via lesquels Fra-1 et Fra-2 (et plus généralement le complexe transcriptionnel AP-1 dont ils sont des constituants) gouvernent la transcription de leurs gènes cibles sont quasi-inconnus. Dans ce contexte, en combinant diverses approches (immunoprécipitation de chromatine, interférence à l'ARN…), j'ai étudié les mécanismes moléculaires par lesquels Fra-1 et Fra-2 contrôlent la transcription dérégulée du gène de l'urokinase ou uPA (sérine protéase cruciale dans la progression tumorale et l'établissement de métastases) qui est l'un des nouveaux marqueurs utilisés en clinique pour la mise en place des choix thérapeutiques. Mes travaux montrent de façon originale que (i) Fra-1 et Fra-2 agissent de façon non redondante et coopèrent pour réguler l'expression d'uPA via leur fixation sur un enhancer AP-1 localisé à -1,9 kb du site d'initiation de la transcription (TSS), (ii) Fra-2 est nécessaire au recrutement de RNA Pol II au niveau de l'enhancer, tandis que Fra-1 stimule le passage de RNA Pol II de sa forme initiatrice à sa forme élongatrice et (iii) que la polymérase recrutée à l'enhancer rejoint le TSS par un mécanisme de « tracking », très rarement décrit dans la littérature, en produisant de petits ARNs non codants, bidirectionnels et instables. / Breast cancer is the most frequent malignant disease among women. Two transcription factors, Fra-1 and Fra-2, belonging to the Fos family members, are overexpressed in aggressive breast cancers and contribute to the tumorigenic phenotype by favoring proliferation, motility and invasion. Surprisingly, the molecular mechanisms governed by Fra-1 and Fra-2 (and more generally by the AP-1 transcriptional complex, which they are components of) for the transcription of their target genes are still largely unknown. In this context, by combining different approaches (chromatin immunoprecipitation, RNA interference…), I studied the molecular mechanisms orchestrated by Fra-1 and Fra-2 for the expression of the urokinase (or uPA) gene (encoding a serine protease crucial for tumor progression and metastasis), which is one of the new diagnostic markers now taken into consideration for deciding therapeutic strategies. Interestingly, my results show that (i) Fra-1 and Fra-2 have non redundant functions and cooperate for the transcriptional regulation of uPA through their binding to AP-1 enhancer located 1.9 kb upstream of the transcriptional start site (TSS), (ii) Fra-2 is required for the recruitment of RNA Pol II on this enhancer while Fra-1 allows the conversion of RNA Pol II initiating form into its elongating form and (iii) enhancer-recruited RNA Pol II reaches the TSS by a tracking mechanism, mechanism very rarely described in the literature, during which it synthetizes small, unstable bidirectional, non coding RNAs.

6 Abstract Transcription factors play a key role in the management of cell growth and differ- entiation and their deregulation is associated with many cancers. TEAD proteins utilise highly conserved DNA binding domain to recognise specific DNA sequences. This domain could facilitate new drug design and development. The goal of this master thesis includes recombinant preparation of DNA binding domain of transcriptional factor TEAD4 extended by a part of an unstruc- tured variable sequence, which connects this domain with transactivation domain. Purification steps include affinity chromatography followed by size exclusion chro- matography. The characterization of produced protein was performed by mass spectrometry and finally, native gel electrophoresis was used to prove the ability of the produced protein to bind DNA. During purification steps, a fragmentation from C-terminus was observed. Based on analysis of the mass spectra, three most represented forms of produced protein were described all of which were fragmented. The most abundant form (55%) consisted of amino acids 30-131 from TEAD4 protein. Second most abun- dant form (18%) consisted of amino acids 30-144 and the third form consisted of amino acids 30-81. Native gel electrophoresis verified the ability to bind DNA, the efficiency was however lower...

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Disruptions of the endoplasmic reticulum (ER) cause perturbations in protein folding and result in a cellular condition known as ER stress. ER stress and the accumulation of unfolded protein activate the unfolded protein response (UPR) which is a cellular attempt to remedy the toxic accumulation of unfolded proteins. The UPR is implemented through three ER stress sensors PERK, ATF6, and IRE1. Phosphorylation of the α-subunit of eIF2 by PERK during ER stress represses protein synthesis and also induces preferential translation of ATF4, a transcriptional activator of stress response genes. Early UPR signaling involves translational and transcriptional changes in gene expression that is geared toward stress remedy. However, prolonged ER stress that is not alleviated can trigger apoptosis. This dual signaling nature of the UPR is proposed to mimic a 'binary switch' and the regulation of this switch is a key topic of this thesis. Adaptive gene expression aimed at balancing protein homeostasis encompasses the first phase of the UPR. In this study we show that the PERK/eIF2~P/ATF4 pathway facilitates both the synthesis of ATF6 and trafficking of ATF6 from the ER to the Golgi where ATF6 is activated. Liver-specific depletion of PERK significantly lowers expression of survival genes, leading to reduced expression of protein chaperones. As a consequence, loss of PERK in the liver sensitizes cells to stress which ultimately leads to apoptosis. Despite important roles in survival, PERK signaling is often extended to the vii activation of other downstream transcription factors such as CHOP, a direct target of ATF4-mediated transcription. Accumulation of CHOP is a hallmark of the second phase in the binary switch model where CHOP is shown to be required for full activation of apoptosis. Here the transcription factor ATF5 is found to be induced by CHOP and that loss of ATF5 improves the survival of cells following changes in protein homeostasis. Taken together this study highlights the importance of UPR signaling in determining the balance between cell survival and cell death. A topic that is important for understanding the more complex pathological conditions of diseases such as diabetes, cancer, and neurodegeneration.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The class IV alcohol dehydrogenase (ADH7, µ-ADH, σ-ADH) efficiently metabolizes ethanol and retinol. ADH7 is expressed mainly in the upper gastrointestinal tract with no expression in the liver unlike the other ADHs, and is implicated in various diseases including alcoholism, cancer and fetal alcohol syndrome. Genome wide studies have identified significant associations between ADH7 variants and alcoholism and cancer, but the causative variants have not been identified. Due to its association with two important metabolic pathways and various diseases, this dissertation is focused on studying ADH7 regulation and the effects of variants on this regulation using cell systems that replicate endogenous ADH7 expression. We identified elements regulating ADH7 transcription and observed differences in the effects of variants on gene expression. A7P-G and A7P-A, two promoter haplotypes differing in a single nucleotide at rs2851028, had different transcriptional activities and interacted with variants further upstream. A sequence located 12.5 kb upstream (7P10) can function as an enhancer. These complex interactions indicate that the effects of variants in the ADH7 regulatory elements depend on both sequence and cellular context, and should be considered in interpretation of the association of variants with alcoholism and cancer. The mechanisms governing the tissue-specific expression of ADH7 remain unexplained however. We identified an intergenic region (iA1C), located between ADH7 and ADH1C, having enhancer blocking activity in liver-derived HepG2 cells. This enhancer blocking function was cell- and position- dependent with no activity seen in CP-A esophageal cells. iA1C had a similar effect on the ectopic SV40 enhancer. The CCCTC-binding factor (CTCF) bound iA1C in HepG2 cells but not in CP-A cells. Our results suggest that in liver-derived cells, iA1C blocks the effects of downstream ADH enhancers and thereby contributes to the cell specificity of ADH7 expression. Thus, while genetic factors determine level of ADH7 transcriptional activity, iA1C helps determine the cell specificity of transcription.