La régulation de la transcription est un processus complexe qui a évolué pendant des millions d’années permettant ainsi aux cellules de s’adapter aux changements environnementaux. Notre laboratoire étudie le rôle de la rapamycine, un agent immunosuppresseur et anticancéreux, qui mime la carence nutritionelle. Afin de comprendre les mécanismes impliqués dans la réponse a la rapamycine, nous recherchons des mutants de la levure Saccaromyces cerevisiae qui ont un phenotype altérée envers cette drogue. Nous avons identifié le gène RRD1, qui encode une peptidyl prolyl isomérase et dont la mutation rend les levures très résistantes à la rapamycine et il semble que se soit associé à une réponse transcriptionelle alterée. Mon projet de recherche de doctorat est d’identifier le rôle de Rrd1 dans la réponse à la rapamycine. Tout d’abord nous avons trouvé que Rrd1 interagit avec l’ARN polymérase II (RNAPII), plus spécifiquement avec son domaine C-terminal. En réponse à la rapamycine, Rrd1 induit un changement dans la conformation du domaine C-terminal in vivo permettant la régulation de l’association de RNAPII avec certains gènes. Des analyses in vitro ont également montré que cette action est directe et probablement liée à l’activité isomérase de Rrd1 suggérant un rôle pour Rrd1 dans la régulation de la transcription. Nous avons utilisé la technologie de ChIP sur micropuce pour localiser Rrd1 sur la majorité des gènes transcrits par RNAPII et montre que Rrd1 agit en tant que facteur d’élongation de RNAPII. Pour finir, des résultats suggèrent que Rrd1 n’est pas seulement impliqué dans la réponse à la rapamycine mais aussi à differents stress environnementaux, nous permettant ainsi d’établir que Rrd1 est un facteur d’élongation de la transcription requis pour la régulation de la transcription via RNAPII en réponse au stress. / Transcriptional regulation is a complex process that has evolved over millions of years of evolution. Cells have to sense environmental conditions and adapt to them by altering their transcription. Herein, we study the role of rapamycin, an immunosuppressant and anticancer molecule that mimics cellular starvation. To understand how the action of rapamycin is mediated, we analyzed gene deletion mutants in the yeast Saccharomyces cerevisiae that have an altered response to this drug. Deletion of RRD1, a gene encoding a peptidyl prolyl isomerase, causes strong resistance to rapamycin and this was associated with a role of Rrd1 in the transcriptional response towards rapamycin. The main focus of my PhD was therefore to unravel the role of Rrd1 in response to rapamycin. First, we discovered that Rrd1 interacts with RNA polymerase II (RNAPII), more specifically with its C-terminal domain and we showed that in response to rapamycin, Rrd1 alters the structure of this C-terminal domain. This phenomenon was confirmed to be directly mediated by Rrd1 in vitro, presumably through its peptidyl prolyl isomerase activity. Further, we demonstrated that Rrd1 is capable of altering the occupancy of RNAPII on genes in vivo and in vitro. With the use of ChIP on chip technology, we show that Rrd1 is actually a transcription elongation factor that is associated with RNAPII on actively transcribed genes. In addition, we demonstrate that Rrd1 is indeed required to regulate the expression of a large subset of genes in response to rapamycin. This data let us propose a novel mechanism by which Rrd1 regulates RNAPII during transcription elongation. Finally, we provide evidence that Rrd1 is not only required for an efficient response towards rapamycin but to a larger variety of environmental stress conditions, thus establishing Rrd1 as a transcriptional elongation factor required to fine tune the transcriptional stress response of RNAPII.

Hygromycin A (HygA) binds to the large ribosomal subunit and inhibits its peptidyl transferase (PT) activity. The presented structural and biochemical data indicate that HygA does not interfere with the initial binding of aminoacyl-tRNA to the A site, but prevents its subsequent adjustment such that it fails to act as a substrate in the PT reaction. Structurally we demonstrate that HygA binds within the peptidyl transferase center (PTC) and induces a unique conformation. Specifically in its ribosomal binding site HygA would overlap and clash with aminoacyl-A76 ribose moiety and, therefore, its primary mode of action involves sterically restricting access of the incoming aminoacyl-tRNA to the PTC. / Bizkaia:Talent and the European Union's Seventh Framework Program (Marie Curie Actions; COFUND; to S.C., A.S., T.K.); Marie Curie Actions Career Integration Grant (PCIG14-GA-2013-632072 to P.F.); Ministerio de Economía Y Competitividad (CTQ2014-55907-R to P.F., S.C.); FIRB Futuro in Ricerca from the Italian Ministero dell'Istruzione, dell'Universitá e della Ricerca (RBFR130VS5_001 to A.F.); Peruvian Programa Nacional de Innovación para la Competitividad y Productividad (382-PNICP-PIBA-2014 (to P.M. and A.F.)). Funding for open access charge: Institutional funding. / Revisión por pares

La régulation de la transcription est un processus complexe qui a évolué pendant des millions d’années permettant ainsi aux cellules de s’adapter aux changements environnementaux. Notre laboratoire étudie le rôle de la rapamycine, un agent immunosuppresseur et anticancéreux, qui mime la carence nutritionelle. Afin de comprendre les mécanismes impliqués dans la réponse a la rapamycine, nous recherchons des mutants de la levure Saccaromyces cerevisiae qui ont un phenotype altérée envers cette drogue. Nous avons identifié le gène RRD1, qui encode une peptidyl prolyl isomérase et dont la mutation rend les levures très résistantes à la rapamycine et il semble que se soit associé à une réponse transcriptionelle alterée. Mon projet de recherche de doctorat est d’identifier le rôle de Rrd1 dans la réponse à la rapamycine. Tout d’abord nous avons trouvé que Rrd1 interagit avec l’ARN polymérase II (RNAPII), plus spécifiquement avec son domaine C-terminal. En réponse à la rapamycine, Rrd1 induit un changement dans la conformation du domaine C-terminal in vivo permettant la régulation de l’association de RNAPII avec certains gènes. Des analyses in vitro ont également montré que cette action est directe et probablement liée à l’activité isomérase de Rrd1 suggérant un rôle pour Rrd1 dans la régulation de la transcription. Nous avons utilisé la technologie de ChIP sur micropuce pour localiser Rrd1 sur la majorité des gènes transcrits par RNAPII et montre que Rrd1 agit en tant que facteur d’élongation de RNAPII. Pour finir, des résultats suggèrent que Rrd1 n’est pas seulement impliqué dans la réponse à la rapamycine mais aussi à differents stress environnementaux, nous permettant ainsi d’établir que Rrd1 est un facteur d’élongation de la transcription requis pour la régulation de la transcription via RNAPII en réponse au stress. / Transcriptional regulation is a complex process that has evolved over millions of years of evolution. Cells have to sense environmental conditions and adapt to them by altering their transcription. Herein, we study the role of rapamycin, an immunosuppressant and anticancer molecule that mimics cellular starvation. To understand how the action of rapamycin is mediated, we analyzed gene deletion mutants in the yeast Saccharomyces cerevisiae that have an altered response to this drug. Deletion of RRD1, a gene encoding a peptidyl prolyl isomerase, causes strong resistance to rapamycin and this was associated with a role of Rrd1 in the transcriptional response towards rapamycin. The main focus of my PhD was therefore to unravel the role of Rrd1 in response to rapamycin. First, we discovered that Rrd1 interacts with RNA polymerase II (RNAPII), more specifically with its C-terminal domain and we showed that in response to rapamycin, Rrd1 alters the structure of this C-terminal domain. This phenomenon was confirmed to be directly mediated by Rrd1 in vitro, presumably through its peptidyl prolyl isomerase activity. Further, we demonstrated that Rrd1 is capable of altering the occupancy of RNAPII on genes in vivo and in vitro. With the use of ChIP on chip technology, we show that Rrd1 is actually a transcription elongation factor that is associated with RNAPII on actively transcribed genes. In addition, we demonstrate that Rrd1 is indeed required to regulate the expression of a large subset of genes in response to rapamycin. This data let us propose a novel mechanism by which Rrd1 regulates RNAPII during transcription elongation. Finally, we provide evidence that Rrd1 is not only required for an efficient response towards rapamycin but to a larger variety of environmental stress conditions, thus establishing Rrd1 as a transcriptional elongation factor required to fine tune the transcriptional stress response of RNAPII.

L'unité structurale de la chromatine, nommée nucléosome, est composée d'un double brin d'ADN enroulé autour d'un octamère d'histone, et subit une pléthore de modifications post-traductionnelles. Les conséquences biologiques de l’acétylation des lysines et de l’isomérisation des liaisons peptidyl-prolyl ont été étudiées à travers une analyse à l’échelle atomique par RMN de systèmes d'intérêt reconstitués in vitro. Les liaisons peptidyl-prolyl du domaine N-terminal de l'histone H3 sont substrats in vitro d’une isomérase chez S. cerevisiae nommée Fpr4p, laquelle exerce un contrôle catalyse-dépendant de la transcription. La résolution de la structure du domaine catalytique de Fpr4p, à partir de contraintes géométriques mesurées par RMN, révéla un domaine canonique de la famille FKBP (FK506-binding protein). Grâce à l'analyse de la séquence primaire et aux expériences RMN, nous proposons un modèle structural préliminaire de Fpr4p entière. L'analyse fonctionnelle est réalisée grâce à trois décapeptides construits à partir de la séquence primaire de H3 chez S. cerevisiae. Ils sont tous substrats de Fpr4p et la catalyse est équivalente pour Pro16 et Pro30. La proportion à l'équilibre du conformère cis fut déterminée pour les trois peptides et celle-ci n'est pas affectée par l'activité catalytique de Fpr4p. Les structures en solution des substrats en conformation trans ont été résolues par spectroscopie RMN, et seront utilisées pour des appariements moléculaires in silico sur le domaine catalytique de Fpr4p. Pour étudier le rôle biologique de l'acétylation des histones, une méthodologie de production de protéines acétylées a été développée. Le protocole repose sur la mutation d'une lysine en cystéine d'une protéine recombinante, suivie d'une alkylation contrôlée exploitant la nucléophilie du groupe thiol préalablement introduit. La production de l'agent alkylant adéquat est simple, rapide, réalisable dans un laboratoire de biologie et permet différents marquages isotopiques du groupe acétyle. L'alkylation d'une protéine repliée fut réalisée avec succès en conditions natives. Le dimère d'histone H2A-H2B, un intermédiaire de l'assemblage du nucléosome et siège d'acétylation in vivo, fut reconstruit in vitro. Les déplacements chimiques des domaines N et C-terminaux de H2A sont cohérents avec un état intrinsèquement déstructuré bien que leurs dynamiques moléculaires ne soient pas équivalentes. / The structural unit of chromatin, the nucleosome, is composed of double-stranded DNA wrapped around a histone octamer and is subject to a plethora of post-translational modifications. The biological consequences of peptidyl-prolyl isomerization and lysine acetylation were investigated at atomic scale through analysis of in vitro reconstituted systems by NMR. Peptidyl-prolyl bonds of histone H3 N-terminal domain are substrates in vitro of an isomerase from S. cerevisiae named Fpr4p, which underlies transcriptional control dependent on its catalytic activity. The solution structure of the catalytic domain of Fpr4p was calculated based on restraints from NMR spectroscopy, and reveals a canonical catalytic domain belonging to the FK506-binding protein (FKBP) family. Based on primary sequence analysis and NMR experiments, a preliminary structural model of full length Fpr4p is also presented. Functional analyses were performed with three decapeptides designed from the primary sequence from the N-terminal tail of S. cerevisiae histone H3. All three constitute substrates of Fpr4p, with equivalent catalysis observed for Pro16 and Pro30. The equilibrium proportion of the cis-proline conformer has been determined for all three decapeptides, and these populations are unaffected by Fpr4p catalytic activity. Structural ensembles of the substrates with proline in the trans conformation were determined by using NMR spectroscopy, and will be subsequently used for in silico molecular docking onto Fpr4p. To study a second form of histone regulation, a semi-synthetic method to produce acetylated protein was developed. The protocol relies on the site-specific mutation of lysine to cysteine in recombinant proteins followed by controlled alkylation thanks to nucleophilicity of the introduced thiol. The production of the required alkylation reagent is easy, quick, and suitable for biology laboratory and allows diverse isotopic labeling within the acetyl group. Alkylation of folded proteins has also been achieved in native conditions. As one target of acetylation in vivo, the histone H2A-H2B dimer is an intermediate of nucleosome assembly and was reconstituted in vitro. Chemical shift values of the N- and C-terminal domains of H2A are in agreement with an intrinsically disordered state although they display differences in dynamic mobility.

La phosphorylation constitue un mécanisme de régulation de la fonction biologique des protéines lié au contrôle des associations inter-moléculaires, de l'activité enzymatique ou de la liaison de ligands. L'isomérisation des liaisons Ser/Thr-Pro après phosphorylation par des kinases spécifiques, souvent impliquées dans le contrôle du cycle cellulaire, se présente comme un nouveau mode de régulation. Ces deux mécanismes de signalisation sont étroitement liés par l'intermédiaire d'enzymes catalysant l'isomérisation cis/trans des prolines au niveau de motifs Ser/Thr-Pro phosphorylés telles que les peptidyl-prolyl cis/trans isomérases de la famille de Pin1. Elles jouent un rôle cellulaire essentiel mais leur rôle moléculaire exact est encore mal connu. Les interactions moléculaires entre Pin1 et de nombreuses phospho-protéines mitotiques indiquent un rôle dans la régulation du cycle cellulaire et dans l'oncogénèse, et font de Pin1 une cible pharmacologique émergente dans le traitement des cancers. Récemment, des interactions avec la protéine microtubulaire Tau dans sa forme pathologique hyperphosphorylée, au niveau d'un site unique centré autour du motif Thr231-Pro232, pourraient impliquer Pin1 dans la régulation de la liaison de Tau aux microtubules et dans les phénomènes de neurodégénérescence observés dans la maladie d'Alzheimer.<br /><br />Nous avons ciblé les interactions entre Pin1 et la protéine Tau comme modèle de substrats pour une étude détaillée des mécanismes intervenant à l'échelle moléculaire, sur base de substrats peptidiques, qui permettraient d'expliquer le rôle fonctionnel de Pin1. L'interaction avec les substrats au travers des motifs Ser/Thr-Pro phosphorylés est double : un domaine de liaison WW permet la liaison du substrat et un domaine catalytique PPIase (peptidyl-prolyl isomérase) catalyse l'isomérisation cis/trans des prolines. Un criblage par RMN des différents motifs phospho-Ser/Thr-Pro au sein de la protéine Tau a permis de déterminer un nouveau site d'interaction centré autour du motif Thr212-Pro213, phosphorylé uniquement dans la forme pathologique de Tau. <br /><br />Nous avons étendu l'investigation des interactions avec Pin1 à l'échelle de la protéine Tau entière. Comme pour la plupart des régions protéiques impliquées dans les interactions avec Pin1, la protéine Tau se caractérise par une absence de structure globale qui limite considérablement les études par RMN. Un fragment peptidique de 40 acides aminés comprenant les sites Thr231 et Thr212 phosphorylés a permis de montrer un rôle régulateur du domaine WW dans l'activité enzymatique. Une première étude avec une protéine mutante mimant l'état phosphorylé de Tau a montré une interaction avec le domaine catalytique de Pin1 et a nécessité la mise au point préalable d'une technique d'attribution de la protéine Tau par RMN que nous avons appelé « mapping peptidique ».<br /><br />La phosphorylation du domaine WW de Pin1 est associée à l'inhibition de la liaison des substrats et joue un rôle dans la régulation de l'activité de Pin1 in vivo. La forme non phosphorylée active de Pin1 est retrouvée majoritairement dans les cellules cancéreuses et la forme phosphorylée inactive dans les cellules saines. Nous avons envisagé de cibler les interactions entre Pin1 et les phospho-peptides avec la synthèse de molécules organiques mimant le dipeptide phosphoThr-Pro et la mise en œuvre d'un test de criblage par RMN pour l'obtention d'inhibiteurs ciblant le domaine WW de Pin1 qui pourraient mimer la forme inactive de la protéine.

The Sun is the ultimate energy source on Earth. Photosynthetic organisms are able to catalyze the conversion of solar energy to chemical energy by a reaction called photosynthesis. In plants, this process occurs inside a green organelle called the chloroplast. The protein complexes involved in the photosynthetic light reactions are situated in the thylakoid membrane, which encloses a tiny space called lumen. The Peptidyl-Prolyl cis-trans Isomerase (PPIase) family is the most abundant protein family in the thylakoid lumen. The three PPIase subfamilies, cyclophilins, FKBPs (FK506 binding proteins) and parvulins form a group by their enzymatic activity despite lack of sequence similarity between the subfamilies. Cyclophilins and FKBPs, collectively called immunophilins, were originally discovered as the targets of the immunosuppressive drugs cyclosporine A and FK506, respectively. By suppressing the immune response in humans, these immunophilin-drug complexes revolutionized the field of organ transplantation by preventing graft rejection. Cis-trans isomerization of peptide bonds preceding the amino acid proline is the rate-limiting step of protein folding and several immunophilins have been shown to be important for catalysis of protein folding in vivo. PPIases have been found to be part of large protein complexes as well as in functions such as signalling, protein secretion, RNA processing and cell cycle control. A picture is therefore emerging in which the actual interaction between the PPIase and its target is perhaps more important than the PPIase activity. In the present work, PPIases have been characterized in the chloroplast thylakoid lumen of Spinacia oleracea (spinach) and Arabidopsis thaliana (Arabidopsis). The most active PPIase in the spinach lumen was identified as the cyclophilin TLP20. AtCYP20-2, the Arabidopsis homologue of TLP20, was found to be upregulated at high light and attached to the thylakoid membrane, more precisely to the outer regions of photosystem II supercomplexes. In Arabidopsis, up to 5 cyclophilins and 11 FKBPs were predicted to reside in the lumen. Of these 16 immunophilins, only 2 were identified as active PPIases and significant differences were observed between the two plant species. AtCYP20-2, like TLP20, is an active isomerase although AtFKBP13 is the most active PPIase in the lumen of Arabidopsis. Mutant Arabidopsis plants deficient in AtCYP20-2 displayed no phenothypical changes or decrease in total lumenal PPIase activity. Being the only active PPIase in the mutants, the redox sensitive AtFKBP13 is proposed to compensate for the lack of AtCYP20-2 by oxidative activation. In agreement with the experimental data, the sequence analyses of catalytic domains of lumenal immunophilins demonstrate that only AtCYP20-2 and AtFKBP13 possess the amino acids found essential for PPIase activity in earlier studies of human cyclophilin A and FKBP12. It is concluded that with the exception of AtCYP20-2 and AtFKBP13 most immunophilins in the lumen of Arabidopsis lost their PPIase activity on peptide substrates and developed other specialized functions.

Isolée d'une bactérie, Streptomyces alboniger, la puromycine est un nucléoside antibiotique naturel présentant une analogie structurale avec l'adénosine terminale de l’extrémité 3’ de l'ARNt aminoacylé. Cette similarité confère à cette molécule la faculté de pouvoir s'insérer dans le site A (actif) du ribosome et d'inhiber la synthèse des protéines. Cependant, du fait de la formation d'un produit toxique lors de sa métabolisation, la puromycine n'a jamais été employée à des fins thérapeutiques chez l'homme. Néanmoins, utilisée en tant qu'outil synthétique, elle a largement contribué à une meilleure compréhension du mécanisme du transfert peptidique. Au travers de cette thèse, six analogues carbobicycliques (deux en série ribo et quatre en série 2'-désoxy), mimant de façon optimale les conformations extrêmes nord ou sud de la puromycine, ont été synthétisés puis testés dans le ribosome. Outre confirmer que la présence d'un groupement 2'-hydroxyle améliorait l'activité inhibitrice, ces expériences in vitro ont apporté une preuve que, dans le site actif, le déplacement de l'équilibre conformationnel du ribofuranose de l'adénosine terminale de l'ARNt aminoacylé – analogue structural de la puromycine – en faveur de son conformère nord pourrait être directement impliqué dans la catalyse ribosomale du transfert peptidique. Par ailleurs, un projet annexe sur le développement de nouveaux antipaludiques potentiels a permis la synthèse, en série xylo, de la puromycine et de son métabolite naturel le puromycine aminonucléoside. Ces composés ont été testés sur les souches 3D7 et Dd2 du parasite Plasmodium falciparum. / Puromycin, a natural antibiotic nucleoside isolated from the bacterium Streptomyces alboniger, has been used to approach and to clear up the understanding of the mechanism of protein biosynthesis. In fact, its structural similarity to the 3' terminal 3'-O-aminoacyl adenylate moiety of aminoacyl-tRNA explains its activity in the ribosomal A site causing the inhibition of the protein synthesis. Since its metabolism generates a toxic product, puromycin cannot be used as therapeutical purposes for humans. During this PhD work, six carbobicyclic analogues of puromycin, conformationally restricted into the northern or southern conformations with the help of a cyclopropane moiety, were synthesized (two ribo-derivatives and four in the 2'-deoxy ribo-series) then tested for pep¬tidyl transfer efficiency in ribosomes. In addition to confirming that the 2'-hydroxyl function is necessary to improve the inhibition properties, these enzymological tests brought an evidence that the conformational switching: southern to northern, occurring in the A site, could directly be involved in the ribosomal catalysis of the peptidyl transfer. Besides, a side project on the elaboration of potential antimalarial compounds provided new xylo-analogues of puromycin and its natural metabolite PAN. These derivatives were tested on the 3D7 and Dd2 strains of the Plasmodium falciparum parasite

Pin1 is an enzyme central to cell signaling pathways because it catalyzes the cis–trans isomerization of the peptide ω-bond in phosphorylated serine/threonine-proline motifs in many proteins. This regulatory function makes Pin1 a drug target in the treatment of various diseases. The effects of phosphorylation on Pin1 substrates and the basis for Pin1 recognition are not well understood. The conformational consequences of phosphorylation on Pin1 substrate analogues and the mechanism of recognition by the catalytic domain of Pin1 were determined using molecular dynamics simulations. Phosphorylation perturbs the backbone conformational space of Pin1 substrate analogues. It is also shown that Pin1 recognizes specific conformations of its substrate by conformational selection. Dynamical correlated motions in the free Pin1 enzyme are present in the enzyme of the enzyme–substrate complex when the substrate is in the transition state configuration. This suggests that these motions play a significant role during catalysis. These results provide a detailed mechanistic understanding of Pin1 substrate recognition that can be exploited for drug design purposes and further our understanding of the subtleties of post-translational phosphorylation and cis–trans isomerization. Results from accelerated molecular dynamics simulations indicate that catalysis occurs along a restricted path of the backbone configuration of the substrate, selecting specific subpopulations of the conformational space of the substrate in the active site of Pin1. The simulations show that the enzyme–substrate interactions are coupled to the state of the prolyl peptide bond during catalysis. The transition-state configuration of the substrate binds better than the cis and trans states to the catalytic domain of Pin1. This suggests that Pin1 catalyzes its substrate by noncovalently stabilizing the transition state. These results suggest an atomistic detail understanding of the catalytic mechanism of Pin1 that is necessary for the design of novel inhibitors and the treatment of several diseases. Additionally, a set of constant force biased molecular dynamics simulations are presented to explore the kinetic properties of a Pin1 substrate and its unphosphorylated analogue. The simulations indicate that the phosphorylated Pin1 substrate isomerizes slower than the unphosphorylated analogue. This is due to the lower diffusion constant for the phosphorylated Pin1 substrate.

The amino acid proline is unique – within a polypeptide chain, proline adopts either a cis or trans peptide bond conformation while all other amino acids are sterically bound primarily in the trans configuration. In proteins, the isomeric state of a single proline can have dramatic consequences on structure and function. Consequently, cis-trans interconversion confers both barrier and opportunity – on one hand, isomerization is a rate limiting step in de novo protein folding and on the other can be utilized as a post-translational regulatory switch. Peptidyl-prolyl isomerases (PPIs) are a ubiquitous superfamily that catalyzes the interconversion between conformers. Although pervasive, the functions and substrates of most PPIs are unknown. The two largest subfamilies, FKBPs and cyclophilins, are the intracellular receptors of clinically relevant immunosuppressant drugs that also show promise in the treatment of neurodegenerative disorders and cancer. Therefore, narrowing the knowledge gap has significant potential to benefit human health. FKBP25 is a high-affinity binder of the PPI inhibitor rapamycin and is one of few nuclear-localized isomerases. While it has been shown to bind DNA and associate with chromatin, its function has remained largely uncharacterized. I hypothesized that FKBP25 targets prolines in nuclear proteins to regulate chromatin-templated processes. To explore this, I performed high-throughput transcriptomic and proteomic studies followed by detailed molecular characterizations of FKBP25’s function. Here, I discover that FKBP25 is a multifunctional protein required for the maintenance of genomic stability. In Chapter 2, I characterize the unique N-terminal Basic Tilted Helical Bundle (BTHB) domain of FKBP25 as a novel dsRNA binding module that recruits FKBP25’s prolyl isomerase activity to pre-ribosomal particles in the nucleolus. In Chapter 3, I show for the first time that FKBP25 associates with the mitotic spindle apparatus and acts to stabilize the microtubule cytoskeleton. In this chapter, I also present evidence that this function influences the stress response, cell cycle, and chromosomal stability. Additionally, I characterize the regulation of FKBP25’s localization and nucleic acid binding activity throughout the cell cycle. Finally, in Chapter 4, I uncover a role for FKBP25 in the repair of DNA double-stranded breaks. Importantly, this function requires FKBP25’s catalytic activity, identifying for the first time a functional requirement for cis-trans prolyl isomerization by FKBP25. Collectively, this work identifies FBKP25 as a multifunctional protein that is required for the maintenance of genomic stability. The knowledge gained contributes to the exploration of PPIs as important drug targets. / Graduate

Among the peptidyl prolyl isomerases, the Cyclophilin family of proteins has been linked to various cellular activities such as regulation of homeostasis, mitochondrial permeability, and cell death. Their functionality spans throughout the cell and throughout all cell types as different isoforms. Previous studies done on Cyclophilin A revealed an interesting contact ensemble when bound to a substrate. Because of the similarity of CypA to its homologues, it is believed that they too will exhibit the same contact dynamics. We have defined the dynamics of cyclophilin isoforms through Molecular Dynamics simulations and determined their contact dynamics, characterizing their contact ensembles, and their relative dynamical conservation to each other.