The 5’ external transcribed spacer (5’ ETS) of pre-ribosomal RNA, although highly variable in size and sequence, has been shown to be critical for the initiation of rRNA processing. This study further examined the 5’ ETS in Schizosaccharomyces pombe with respect to structural elements that underlie rRNA maturation. Initially, the 5’ ETS/18S rRNA junction region was examined by mutational analyses to detect cis-acting elements critical to known cleavage sites. The results indicated that sequence/structure in the junction region does not direct or strongly influence cleavage at the 5’ end of 18S rRNA. Systematic mutations also were used to examine the significance of previously suggested putative ribosomal protein binding sites or U3 snoRNA binding sites as well as other stem-loop sequences of regions IV, V and VI in the 5’ ETS. The results indicated that the putative U3 snoRNA binding sites were less critical than previously anticipated but have identified elements in regions IV and V with significant influence on the production of mature ribosomal RNA. In vitro studies of interactions between these elements and the U3 snoRNA or cellular protein also were initiated. The results of electrophoretic mobility shift assays indicated a strong interaction between region IV and the U3 snoRNA, suggesting that region IV probably contributes to the function of an important structure in the nucleolar precursor particle, which together with region V and probably other hairpins, may act to organize a stable processing domain. In contrast to the previous studies, which suggested as many as six intermediate cleavage sites in the 5’ ETS of S. pombe, re-examination of termini using hybridization and ligation-mediated RT-PCR indicated only two major cleavage sites. In general the 5’ ETS sequence mutants did not seem to influence the rRNA processing profile significantly but could dramatically affect the quantity of the product, an observation that provided further evidence of quality control, which helps ensure that only functional RNA is incorporated into mature ribosomes. Taken together the results illustrated that various sequence/structural elements in the 5’ ETS could influence or be critical for the maturation of rRNA. The results also support the possibility that the precursor molecule is first organized into one or more processing domains that direct the actual maturation processes. / This study was supported by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada.

No description available.

Le ribosome est un macro complexe moléculaire en charge de la synthèse de toutes lesprotéines de la cellule. Depuis les premiers essais de reconstruction in vitro d’un ribosome procaryote,des générations de chercheurs se sont succédées durant plusieurs décennies pour tenter d’éluciderles voies par lesquelles les ribosomes sont assemblés par la cellule. Un regain d’intérêt pour l’étude dela biogenèse du ribosome est advenu récemment suite à la mise en évidence de maladies liées à desmutations dans des acteurs de la biogenèse du ribosome mais également, et surtout, suite à la miseen évidence du rôle fondamental du ribosome dans les processus de transformation oncogénique.Le ribosome est composé de deux sous-unités, une petite et une grande, formées, ellesmêmes,d’un assemblage intriqué d’ARN ribosomique et de protéines ribosomiques. La formation d’unribosome, appelée biogenèse du ribosome, est un processus complexe, intégré et extrêmementhiérarchisé impliquant, chez la levure, plus 200 facteurs accessoires. Bien que les principes sousjacentsà la biogenèse du ribosome eucaryote établis à partir d’études réalisées chez la levure semblentconservés chez l’Homme, de nombreux éléments suggèrent qu’elle y soit plus complexe. Ainsi, latransposition directe chez l’Homme des connaissances acquises chez la levure quant à la biogenèse duribosome serait, tout du moins partiellement, inexacte.Au cours de ma thèse, j’ai poursuivi différents objectifs s’intégrant tous dans le cadre de labiogenèse du ribosome eucaryote. D’une part, chez la levure, j’ai poursuivi la caractérisation du rôlede la protéine Las1 dans la biogenèse de la grande sous-unité ribosomique. D’autre part, chezl’Homme, mon objectif premier a été de participer à l’identification de nouveaux facteurs accessoiresimpliqués dans la biogenèse du ribosome et à la caractérisation fonctionnelle de certains d’entre eux.Dans un second temps, je me suis concentré sur l’implication de deux particules ribonucléoprotéiquesnucléolaires, appelées snoRNP, dans la biogenèse du ribosome mais également dans le développementtumoral. Finalement, le dernier objectif de ma thèse a été de participer, dans le cadre d’un projettransverse réalisé chez la levure et chez l’Homme, à l’étude d’une protéine en charge d’une desmodifications que portent les ARN ribosomiques.Pris ensemble, les différents objectifs que j’ai poursuivis au cours de ma thèse, permettent desavancées fondamentales dans la connaissance du processus de la biogenèse du ribosome chez leseucaryotes mais aussi dans la caractérisation de l’impact clinique de certains acteurs de cette voie. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

RNA provides the framework for the assembly of some of the most intricate macromolecular complexes within the cell, including the spliceosome and the mature ribosome. The assembly of these complexes relies on the coordinated association of RNA with hundreds of trans-acting protein factors. While some of these trans-acting factors are RNA binding proteins (RBPs), others are adaptor proteins, and others still, function as both. Defects in the assembly of these complexes results in a number of human pathologies including neurodegeneration and cancer. Here, we demonstrate that Silencing Defective 2 (SDE2) is both an RNA binding protein and also a trans-acting adaptor protein that functions to regulate RNA splicing and ribosome biogenesis. SDE2 depletion leads to widespread changes in alternative splicing, defects in ribosomal biogenesis, and ultimately complete loss of cell viability. Our data highlight SDE2 as a previously uncharacterized essential gene required for the assembly and maturation of some of the most fundamental processes in mammalian cells.

Despite the existence of various molecular marker systems there are still limitations in distinguishing between closely related species based on molecular divergence, especially when hybridization events have occurred in the past. The characterisation of plant small nucleolar RNA (snoRNA) genes and their organisation into multigene clusters provides a potential nuclear marker system which could help in resolving the phylogenetic history of plants and might be applicable in DNA barcoding. Using closely and distantly related Senecio species, I investigated a combination of fragment length and sequence variation of snoRNA genes/snoRNA gene clusters to assess the utility of this marker system for barcoding and resolving species relationships. SnoRNA gene and gene cluster sequences identified in Arabidopsis thaliana were used to find homologues in other species and subsequently used for the design of universal primers. Most of the universal primer pairs designed were successful in amplifying snoRNA fragments in most Senecio species and fragment length variation between and within species could be detected. Furthermore, the combination of some fragment length datasets produced by different primer pairs enabled the separation of species and the detection of reticulate evolution indicating a high potential of snoRNA gene/gene cluster fragment length polymorphisms (SRFLPs) for phylogenetic reconstructions in Senecio and other plant genera. Most of the examined gene clusters showed a similar gene order in Senecio and Arabidopsis. However, the majority of these clusters appeared to exhibit more copies in Senecio, some of which were distinguishable by a combined sequencing/fragment profiling approach, and shown to be putative single copy regions with the potential to be used as co-dominant markers. However, a high number of paralogues and possible differences in copy number between species excludes these regions from being used in DNA barcoding. This is because specific primers would have to be developed for specific copies which would preclude development of a universal application for barcoding. None of the regions showed enough sequence variation to delimit distinctly closely related Senecio species and were therefore also considered to be unsuitable for DNA barcoding. Although most snoRNA genes and gene clusters might be inapplicable for DNA barcoding, they are likely to be valuable for phylogenetic studies of species groups, genera and families. On this scale, specific primers might act universally and the number of paralogous copies is likely to be equal across the species group of interest.

Les ARN sont des molécules aux propriétés diverses interagissant les uns avec les autres dans le but de médier des fonctions spécifiques. L’évaluation de l’abondance relative des ARN est une étape cruciale à la compréhension de la stoechiométrie nécessaire à ces fonctions. Cependant, plusieurs biais et limitations s’imposent avec l’utilisation de différentes techniques d’évaluation, dont le séquençage d’ARN (RNA-Seq), qui sont problématiques dans l’estimation de l’abondance de différents types d’ARN. De récentes études ont exposé les avantages d’un protocole novateur de RNA-Seq qui utilise une rétrotranscriptase thermostable d’intron de groupe II (TGIRT) d’origine bactérienne afin de réduire ces biais. Ce mémoire fait la comparaison entre différentes techniques de RNA-Seq afin d’élucider si l’utilisation de TGIRT en RNA-Seq offre une représentation plus juste du transcriptome. Les comparaisons avec les valeurs d’abondance de différents types d’ARN décrites dans la littérature ainsi qu’obtenues expérimentalement par notre groupe pointent au fait que TGIRT donne une meilleure estimation de l’abondance relative des ARN, et plus particulièrement des ARN hautement structurés. Cette meilleure estimation de l’ensemble de la composition du transcriptome permet de faire des observations sur les rapports d’abondance entre des ARN codants et non-codants fonctionnellement apparentés. Notamment, des ratios d’expression constants entre les ARN non-codants associés à des RNP et les ARNm codants pour leur facteurs protéiques ont été observés. Ceci suggère la présence d’une régulation transcriptionnelle commune nécessaire à la stoechiométrie de ces complexes. Une forte disparité dans l’expression des snoRNA et de leurs gènes hôtes, dépendant du type de snoRNA et de gène hôte a par ailleurs été constatée, corroborant une régulation distincte de la stabilité de ces transcrits. Dans l’ensemble, nos données suggèrent que la méthode TGIRT-Seq est la plus appropriée dans l’évaluation du transcriptome entier et ouvre donc la voie à des analyses plus holistiques par RNA-Seq en donnant une estimation plus juste de l’abondance relative des transcrits d’ARN. / Abstract : RNA are molecules with a wide range of properties that can interact with one another to mediate specific function. The evaluation of RNA abundance is a crucial step in understanding the stoichiometry needed for these functions. However, many limitations and biases come with the use of different techniques, including RNA sequencing (RNA-Seq), which affects the estimation of the abundance of different RNA types. Recent studies have exposed the advantages of a new RNA-Seq protocol using a thermostable group II intron reverse transcriptase (TGIRT) of bacterial origin to reduce these biases. This thesis makes the comparison between different RNA-Seq techniques to elucidate if the use of TGIRT in RNA-Seq offers a more representative depiction of the transcriptome. The comparisons with the abundance values given in literature and obtained experimentally by our group agree with the fact that TGIRT gives a better estimation of the relative abundance of RNA, especially highly structured RNA. This better estimation of the transcriptomic landscape allows many observations on the abundance relations between coding and non-coding RNA that are functionally related. Namely, constant expression ratios between RNP associated noncoding RNA and the mRNA that codes for their associated proteins have been observed. This suggests the presence of a common transcriptional regulation which is necessary for the stoichiometry of these complexes. A strong disparity in the expression of snoRNA and their host genes depending on snoRNA and host gene types has also been observed and corroborate a distinct regulation of these transcripts’ stability. In summary, our data suggest that the TGIRT-Seq method is the most appropriate to evaluate the transcriptome and thus opens the way to more holistic RNA-Seq analyses by giving a better estimation of RNA transcripts relative abundance.

Abstract: Recent advances in Next-Generation Sequencing protocols have opened a variety of ways to generate data. However, each newly developed methodology is most suited to represent a certain phenomenon or molecule. The object of this analysis is to identify the most appropriate way to generate and process data to study the snoRNAs, or small nucleolar RNA. Recently, snoRNAs have been revealed as taking part in a variety of unexpected alternative functions such as splicing, resistance to oxidative shock and chromatin unwinding. Finding a method to generate and treat a large quantity of data containing snoRNAs and their potential interactors could highlight some of their unexplored roles within the cell. To tackle the problem, a new protocol was put forward. This new pipeline relies on a reverse transcriptase isolated from a bacterial group II intron which boasts a better representation of structured small RNAs such as tRNAs and snoRNAs. Indeed, when compared to data created by using the standard small RNA preparation protocol, the sequencing data generated through the group II intron retrotranscriptase gives a much fairer representation. These improvements are also present in the bioinformatics pipeline. The workflow was changed to facilitate the detection of ncRNAs. These modifications rescue millions of reads, further increasing the power of the analysis. Ultimately, such corrections increase the predictive power of sequencing data. / Des avancées récentes dans le domaine du séquençage de prochaine génération ont ouvert une panoplie de façons de générer des données. Toutefois, chaque nouvelle méthode dévelopée est souvent appropriée à la caractérisation d’un seul type de phénomène ou de molécules. L’objectif de cette analyse est d’identifier la manière la plus appropriée de générer et traiter les données pour étudier les petits ARNs nucléolaires, snoRNAs. Récemment, ceux-ci ont été révélés comme des acteurs dans une variété de fonctions alternatives comme l’épissage alternatif, la résistance au choc oxidatif et l’état de la chromatine. Il est donc impératif de trouver une méthode qui puisse traiter une large quantité de données contenant les snoRNAs et leurs intéracteurs pour découvrir les rôles encore inexplorés des snoRNAs. Dans cette optique, un nouveau protocole a été élaboré. Cette nouvelle suite d’analyses s’appuie sur une reverse transcriptase isolée d’un intron de groupe II bactérien qui affiche une meilleure représentation des petits ARNs structurés comme les tRNAs et les snoRNAs. En effet, quand les données générées à travers la méthode de préparation des libraries pour petits ARNs standard est comparée à celle basée sur la reverse transcriptase bactérienne, cette dernière donne une meilleure représentation du compte des espèces. Ces avancées sont aussi présentes dans la méthode d’analyse informatique. La suite d’outils a été modifiée afin de permettre une meilleure détection des petits ARN non-codants. Ces modifications permettent de récupérer des millions de lectures par ensemble de données ce qui augmente le pouvoir prédictif de l’analyse.

La biogenèse des ribosomes matures et fonctionnels est notamment dépendante de petites particules ribonucléoprotéiques composées d’ARN et de protéines, les snoRNP (small nucleolar RiboNucleoProteins). Celles-ci sont subdivisées en deux familles : les snoRNP à boîtes C/D et les snoRNP à boîtes H/ACA. Ces deux classes de snoRNP catalysent des modifications chimiques, respectivement de 2’-O-méthylation et de pseudouridylation, sur des positions spécifiques des ARN ribosomiques (ARNr), ou sont impliquées dans des clivages du long ARNr précurseur. Les snoRNP à boîtes C/D sont composées d’un snoARN à boîtes C/D servant de guide pour cibler la position à modifier, et d’un jeu invariant de quatre protéines : Snu13p/SNU13, Nop1p/Fibrillarine, Nop56p/NOP56 et Nop58p/NOP58 (levure/Homme). Ces snoRNP sont produites par la cellule grâce à la présence de plusieurs complexes protéiques constituant une machinerie pour leur assemblage. Outre plusieurs facteurs protéiques déjà connus dans la biogenèse de snoRNP à boîtes C/D comme les protéines Rsa1p/NUFIP, Hit1p/ZNHIT3 et les protéines du complexe R2TP, d’autres protéines pourraient compléter cette machinerie. Parmi ces facteurs additionnels, la protéine Bcd1p/ZNHIT6, pour Box C/D snoRNA protein 1, est essentielle pour maintenir spécifiquement la stabilité in vivo des snoARN à boîtes C/D, et des associations ont pu être identifiées entre Bcd1p/ZNHIT6 avec différents partenaires protéiques de la machinerie d’assemblage de ces particules. Toutefois, l’étape d’assemblage où Bcd1p/ZNHIT6 intervient et la fonction qu’elle y accomplit demeurent inconnues. L’utilisation d’outils in vivo et in vitro chez la levure S. cerevisiae et chez les mammifères nous ont permis de progresser dans la compréhension de la fonction de Bcd1p/ZNHIT6 dans l’assemblage des snoRNP à boîtes C/D. Bcd1p est un facteur d’assemblage recruté de manière co-transcriptionnelle sur les loci codant les snoARN à boîtes C/D et est requis pour le recrutement des complexes d’assemblage sur les snoARN en cours de transcription. Plus spécifiquement, Bcd1p affecte l’interaction de Nop58p avec le facteur d’assemblage Rsa1p, suggérant une fonction dans le recrutement de Nop58p dans une pré-snoRNP en cours d’assemblage. Ce travail a permis d’apporter des informations importantes permettant d’expliquer le caractère essentiel de Bcd1p dans la fonction et la biogenèse des snoRNP à boîtes C/D / Ribosome biogenesis is especially dependent on the action of small RNA/proteins complexes called small nucleolar ribonucleoproteins (snoRNPs). They are divided into two main families: the so-called box C/D snoRNPs and box H/ACA snoRNPs. Each category performs specific enzymatic processes, 2’-O-methylation and pseudouridylation, respectively, and induces target-specific chemical modification on rRNAs. Few snoRNPs are also essential for pre-rRNA processing. The box C/D snoRNPs are formed by the association of a box C/D snoRNA with a set of four invariant proteins: Snu13p/SNU13, Nop1p/Fibrillarine, Nop56p/NOP56 and Nop58p/NOP58 (yeast/Human). Biogenesis of these RNPs relies on the action of several proteins complexes which constitute a dedicated assembly machinery. Rsa1p/NUFIP, Hit1p/ZNHIT3, and components of the R2TP complex are the best characterized protein actors of this machinery. Additional protein factors probably participate in box C/D snoRNP biogenesis; Bcd1p/ZNHIT6 (Box C/D snoRNA protein 1) is such a candidate as it is essential for the in vivo stability of box C/D snoRNAs, and it was found associated with proteins involved in this machinery in yeast and Human. However, the mechanism governing the recruitment of this protein towards the biogenesis of box C/D snoRNP, and the step of the assembly process relying on the presence of Bcd1p are still unknown. In S. cerevisiae and Human, in vivo and in vitro tools allowed us to improve the understanding of the functions of Bcd1p/ZNHIT6 in box C/D snoRNP assembly. Bcd1p is an assembly factor that is recruited co-transcriptionally on box C/D snoRNA loci, and is required for the recruitment of assembly complexes on nascent snoRNAs. Bcd1p is important for Nop58p association with the assembly factor Rsa1p, which suggests that its primary function is to recruit Nop58p to nascent pre-snoRNPs. This work evidenced important information on the essential role of Bcd1p in C/D snoRNP biogenesis and function

The increasing demand on healthcare from pregnancies complicated by gestational diabetes (GDM) and obesity is caused in large part by fetal macrosomia (FM). Alterations to the vasculature of the placenta leading to changes to nutrient flux may be more frequent when GDM and obesity occur concomitantly. However, the impact of obesity as an independent comorbidity is poorly understood. The current study sought to characterise structural and functional changes in placenta from pregnancies complicated by GDM and/or obesity and examine the involvement of miRs in this phenomenon, as the phenotype of vascular smooth muscle (VSM) has been documented to be influenced by microRNA (miR) expression. Patients were stratified according to the presence or absence of GDM and/or obesity, which resulted in four groups. Morphometric analysis of CD31 immuno-stained placentas showed that pregnancies complicated by GDM or obesity both had a higher mean sum ratio of the area of the lumen compared to the endothelium. No relationship was found with FM. The ratio increased with maternal body mass index (BMI) in all pregnancies. Immunohistochemistry with a panel of VSM markers suggested an altered phenotype of VSM in pregnancies complicated by GDM and/or obesity. RT-QPCR and immunoblotting showed a higher expression of smooth muscle myosin (SM-MHC), h-caldesmon (HC) and alpha smooth muscle actin (ASMA) in pregnancies complicated by obesity, consistent with a greater contractile capacity. This was most marked when obesity occurred without GDM.Studies were conducted on two miRs, miR-145, which is associated with VSM in many vascular tissues, and the snoRNA-derived species miR-664a-3p, which microarray studies had shown to be higher in placentas from pregnancies complicated by GDM. Dicer and dyskerin, components of the snoRNA-derived miR biogenesis pathway, were increased and reduced respectively in GDM placenta. However, studies in cultured placental villous explants suggested that neither miR species was regulated by glucose, insulin or IGF-I. Placental mesenchymal cells are the developmental precursors of VSM. In primary culture, these cells expressed both miRs. To determine the function of miR-664a-3p, a nucleofection protocol was developed in a fetal mesenchymal cell line, WI38, and applied to first-trimester placental mesenchymal cells. Preliminary proteomic analysis after nucleofection-mediated knockdown of miR-664a-3p suggested a series of novel candidate target proteins for this uncharacterised miR species. Blood vessel structure and VSM phenotype are both altered in pregnancies complicated by GDM and/or obesity. The significance of apparently higher level of contractile proteins with wider vessel lumens in obesity requires further investigation. Translational regulation by miRs including miR-145 and miR-664a-3p is implicated in these alterations. In future, targeted therapies that alter miR levels in the placenta may be useful in control of fetal overgrowth such as FM.

La pseudouridylation, l'isomérisation du résidu urine (U) en pseudouridine ([PSI]) est la modification post-transcriptionnelle la plus fréquemment retrouvée dans les ARN. Elle est catalysée par une enzyme ARN:PSI-synthase. Chez les archées et les eucaryotes, cette activité est également portée par des particules ribonucléoprotéiques à boîtes H/ACA (RNP H/ACA). Chez les archées, le complexe comprend quatre protéines invariables dont l'ARN:PSI-synthase aCBF5 et trois protéines partenaires L7Ae, aNOP10 et aGAR1, ainsi qu'un ARN guide qui cible par appariement de bases la position de l'uridine à modifier de l'ARN substrat. Le rôle des partenaires a pu être identifié par des analyses structure-fonction basées sur des approches biochimiques, biophysiques et radiocristallographiques. Au cours de ce travail, nous avons démontré l'existence de disparités fonctionnelles entre les ARN guides d'un même organisme, et l'importance de l'interaction entre L7Ae et aNOP10 pour le positionnement correct de l'ARN substrat. Nous avons testé in vitro l'assemblage et l'activité de particules reconstituées en présence d'ARN guides non conventionnels. L'étude sur la dynamique de l'ARN substrat lors de la pseudouridylation a également été abordée et a permis de déterminer que aGAR1 n'était pas nécessaire pour le mécanisme de turnover de la particule, que la température jouait un rôle crucial pour cette activité, et que la nature du nucléotide cible ainsi que la longueur de l'ARN substrat étaient des éléments importants pour la sélection de cet ARN. Nous avons également mis au point une nouvelle technique basée sur le phénomène de FRET permettant de suivre l'association de l'ARN substrat à la RNP H/ACA / Pseudouridylation reaction that consists in the isomerization of uridines (U) into pseudouridines (PSI) is the most frequent post-transcriptional modification found in RNAs. It is catalyzed by enzymes with RNA:PSI-synthase activity. In Archaea and Eukarya, ribonucleoprotein particles, the so-called box H/ACA RNPs, possess such activity. In Archaea, the box H/ACA complex comprises four invariable proteins namely the RNA:PSI-synthase aCBF5 and three protein partners L7Ae, aNOP10 and aGAR1, and specific to each RNP, an RNA acting as a guide to secure by base pairing the RNA substrate and define the position to be modify. During these last years, several crystal structures of components of archaeal H/ACA RNP and fully assembled RNP have been resolved. Complementary biochemical and biophysical studies allowed detailed structure-function analyses to identify the role of the different components. During this work we identified functional differences between two RNA guides expressed in the same archaea, and demonstrated that the interaction between L7Ae and aNOP10 is important for a correct positioning of substrate RNA. We also tested in vitro the assembly and activity of RNP reconstituted on H/ACA-like guide RNAs. We investigated dynamics of substrate RNA during the pseudouridylation. We found that aGAR1 was not necessary for the turnover of the particle, that the temperature was crucial for such activity, and that the chemical structure of the targeted residue and length of the substrate RNA were important determinants for substrate selectivity. Finally, we have also developed a new technic based on FRET adapted to monitor binding of the susbtrate RNA to the box H/ACA RNP enzyme