Die Kryptosporidiose stellt aufgrund ihres zoonotischen Charakters und der Entwicklung chronischer Durchfälle bei Immunsupprimierten ein hohes Gesundheitsrisiko für den Menschen, aber ebenso für Tiere dar. Derzeit verfügbare Therapeutika ermöglichen keine zuverlässige Bekämpfung klinischer Symptome oder eine Erregerelimination, daher ist die Erforschung neuer Therapieansätze dringend notwendig. CDPK stellen in diesem Zusammenhang interessante Zielmoleküle dar, da sie zwar in Pflanzen und Protisten einschließlich Apikomplexa, jedoch nicht in Pilzen und Säugetieren vorkommen. Trotz der Entdeckung vielversprechender neuer Wirkstoffe gegen CpCDPK1 in den letzten Jahren ist zur Lokalisation und Funktion von CDPK in C. parvum wenig bekannt.Diese Arbeit belegt die Transkription von sechs CpCDPK in vitro und beschreibt erstmals die Länge der 3’UTR von CpCDPK. Die Translation wurde durch den Nachweis spezifischen Proteins in Sporozoiten im Immunoblot sowie die Lokalisation von CpCDPK1 mit Hilfe der Immunfluoreszenz belegt. Möglicherweise wird die CpCDPK1 durch N-Myristoylierung an Membranen gebunden, an die Oberfläche von Zoiten gebracht und sezerniert. Eine Rolle des Enzyms im Invasions- und Egressmechanismus des Parasiten wird diskutiert.

Zusammenfassung Yauhen Karliuk Einfluss der 3' nichttranslatierten Region von Chikungunya-Virus auf die Replikation in verschiedenen Stechmückenarten Institut für Tierhygiene und Öffentliches Veterinärwesen der Veterinärmedizinischen Fakultät, Universität Leipzig Eingereicht im Februar 2022 52 Seiten, 7 Abbildungen, 116 Literaturangaben, 1 Publikation Schlüsselwörter: Chikungunya-Virus; 3′ UTR; direct repeats (DRs); CHIKV 3́ UTR-Deletionsmutante; Vektorkompetenz; Aedes vexans; Culex pipiens Einleitung: Arthropoden-übertragene Viren (Arboviren) spielen weltweit eine große Rolle für die Gesundheit von Menschen und Tieren. Das Chikungunya-Virus (CHIKV) wird v.a. durch Stechmücken der Gattung Aedes übertragen. Die Hauptvektoren sind Aedes aegypti (Ae. aegypti) und Aedes albopictus (Ae. albopictus), wobei letzterer sich zunehmend auch in gemäßigten Breiten etabliert. Ziele der Untersuchungen: Zum einen sollte untersucht werden, ob auch die Stechmückenarten Aedes vexans (Ae. vexans) und Culex pipiens molestus (Cx. pipiens), die in gemäßigten Klimazonen vorkommen, als CHIKV-Vektoren fungieren können. Zum anderen sollte der Einfluss von Deletionen der Sequenzwiederholungen (DR) in der 3‘ nichttranslatierten Region (3‘ UTR) auf die virale Replikation in Zellkultur und in Stechmücken untersucht werden. Tiere, Material und Methoden: Zunächst wurde eine CHIKV 3́ UTR-Deletionsmutante mit einer Deletion von DR1a und DR2a in der 3́ UTR (CHIKV-ΔDR) hergestellt und diese bezüglich der Wachstumskinetik mit Chikungunya-Wildtyp-Virus (CHIKV-WT) in C6/36- und Aag2-Stechmückenzellen sowie in BHK-21/J- Wirbeltier-Zellen verglichen. Um die Vektorkompetenz von beiden Viren in Stechmücken zu untersuchen, wurden Ae. aegypti, Ae. albopictus, Ae. vexans und Cx. pipiens in einem Insektarium gezüchtet. Bei den Infektionsexperimenten im S3-Labor wurden insgesamt 27 Ae. aegypti, 20 Ae. albopictus, 78 Ae. vexans und 62 Cx. pipiens Stechmücken verwendet. In diesen Experimenten wurden diese mit CHIKV-ΔDR und CHIKV-WT sowohl oral mit je 1x 10^6 PFU/ml über eine Fütterungsmembran als auch intrathorakal mit je 200 PFU (zur Umgehung der Mitteldarmbarriere) infiziert und an verschiedenen Tagen nach der Infektion und in verschiedenen Körperteilen sowie im Speichel auf virale RNA mittels Real-Time Reverser Transkription-Polymerase Kettenreaktion (RT-PCR) untersucht. Unterschiede in der Virusreplikation wurden entweder mit Mann-Whitney- oder Fisher’s Exakt-Test überprüft. Das Signifikanzniveau lag bei p < 0,05. Ergebnisse: Beide Viren, das CHIKV-WT und das CHIKV-ΔDR, zeigten ein vergleichbares Wachstum in Wirbeltier-Zellen (BHK-21/J) und erreichten einen Titer von 5x 10^8 PFU/ml. Das Wachstum beider Viren war auch in von Ae. albopictus abgeleiteten C6/36- Stechmückenzellen effizient, wobei CHIKV-WT ein um knapp eine Log-Stufe höheres Wachstum zeigte als CHIKV-ΔDR. In unseren Experimenten zeigte CHIKV-WT ein weniger effizientes Wachstum in von Ae. aegypti abgeleiteten Aag2-Stechmückenzellen, als in Ae. albopictus abgeleiteten C6/36-Stechmückenzellen, obwohl Ae. aegypti als Hauptvektor für CHIKV-WT gilt. In einer intrathorakalen und oralen Infektion konnten sowohl die bekannten CHIKV-Vektoren Ae. aegypti und Ae. albopictus als auch die einheimische Stechmückenarten Ae. vexans und Cx. pipiens erfolgreich infiziert werden. Bei einer intrathorakalen Infektion mit Umgehung der Mitteldarmbarriere wurde bei Ae. vexans oder Cx. pipiens eine effizientere Virusreplikation beobachtet als bei einer oralen Infektion. CHIKV-WT zeigte eine signifikant höhere Replikation in Ae. vexans im Vergleich zu CHIKV-ΔDR am Tag 7 und am Tag 14 nach der Infektion. Bei Cx. pipiens wurden signifikante Unterschiede für CHIKV-WT im Vergleich zu CHIKV-ΔDR nur am Tag 7 beobachtet. Schlussfolgerungen: Das beeinträchtigte Wachstum in C6/36- und Aag2-Zellen von CHIKV-ΔDR deutet darauf hin, dass die deletierten Sequenzwiederholungen spezifisch mit noch unbekannten Faktoren in Stechmückenzellen interagieren. Dennoch konnte CHIKV-ΔDR die bekannten CHIKV-Vektoren Ae. aegypti und Ae. albopictus problemlos nach intrathorakaler und oraler Infektion infizieren. Die Mitteldarm-Entweichungsbarriere scheint also nicht der einzige Faktor zu sein, der die Vektorkompetenz von Stechmücken beeinflusst. Auch die Replikationskinetik des Virus in den Sekundärgeweben scheint bei den verschiedenen Stechmückenarten unterschiedlich zu sein. Zwar umfassten unsere Studien zur oralen Infektion mit CHIKV nur einige einheimische Ae. vexans und Cx. pipiens Stechmücken, jedoch deuten die Ergebnisse darauf hin, dass diese Stechmücken potenziell als Vektoren für CHIKV dienen können.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 2 2.1 Alphaviren 2 2.1.1 Klassifikation 2 2.1.2 Virusmorphologie und Genomaufbau 2 2.1.3 Virusreplikation 4 2.2 Chikungunya-Virus 5 2.2.1 Übertragungszyklus 5 2.2.2 Epidemiologie 7 2.2.3 Genotypen und die 3′ UTR Region 9 2.2.4 Chikungunya-Fieber 12 2.3 Stechmücken 13 2.3.1 Taxonomie und Stechmückenarten in Deutschland 13 2.3.2 Allgemeine Morphologie, Biologie und Ökologie 14 2.3.2.1 Eiablage und Schlüpfen der Larven 15 2.3.2.2 Aquatische Entwicklungsstadien 16 2.3.2.3 Adulte 17 2.3.2.4 Flugverhalten und Überwinterungsstrategien 19 2.3.3 Arboviren in Deutschland 20 3 Publikation 26 3.1 Stellungnahme zum Eigenanteil an den Arbeiten zur Publikation 26 3.2 Publikation 27 4 Diskussion 42 5 Zusammenfassung 49 6 Summary 51 7 Literaturverzeichnis 53 8 Danksagung 66

L’oestradiol joue un rôle important dans la reproduction en général, particulièrement dans la croissance folliculaire chez la vache. La production de l’œstradiol nécessite l’expression du gène CYP19A1 suite à la stimulation des cellules de granulosa par l’hormone folliculostimulante (FSH) ou le facteur de croissance insulinique de type 1 (IGF-1). Chez la vache, il existe six promoteurs (1.1 ; 1.2 ; 1.3 ; 1.4 ; 1.5 et 2) qui dirigent la transcription du gène CYP19A1 dans les cellules de la granulosa. Le principal promoteur qui dirige la transcription au niveau de l’ovaire (cellules de granulosa) est le promoteur 2 (P2). Cependant, l’effet de la FSH et de l’IGF-1 sur l’activation de ces promoteurs d’aromatase demeure mal connu. De plus, la demi-vie du transcrit CYP19A1 est très courte avec une région 3’UTR relativement longue. L’analyse de la séquence 3’UTR montre la présence des motifs ARE (séquence riche en AU), des études antérieur montrent que ces séquences impliquent dans la régulation de la stabilité ou la dégradation de l’ARNm, ce qui est fort probable que la courte demi-vie de l’ARNm CYP19A1 est sous le contrôle post-transcriptionel. L’objectif de la thèse visait à étudier la régulation de l’expression du gène CYP19A1 chez la vache. Il y a deux thèmes soit étude de la régulation transcriptionnelle ciblant le promoteur et soit étude de la régulation post-transcriptionnelle impliquant la région 3’non traduite (3’UTR). Le premier objectif vise à étudier la régulation transcriptionnelle du gène CYP19A1. Nous avons étudié l'activité du promoteur ovarien bovin dans deux modèles de cellules de la granulosa, les cellules lutéinisées et nonlutéinisées in vitro, suite à une stimulation des cellules par la FSH ou IGF-1. Nous avons également évalué la voie de signalisation impliquée dans la régulation des différents promoteurs en utilisant un RT-PCR et un gène rapporteur (les différents promoteurs d’aromatase ont été insérés dans le vecteur pGL3promoter en amont du gène exprimant la luciférase). Les résultats de RT-PCR démontrent que la FSH et l’IGF-1 augmentent les concentrations d’ARNm provenant des deux promoteurs 2 et 1.1 dans les cellules de la granulosa non lutéinisées. Des expériences subséquentes ont montré que la FSH stimule le promoteur 2 via la voie PKA tandis que l'IGF-1 stimule le promoteur 2 via la voie PKC. La FSH et l’IGF-1 stimulent l’expression du promoteur 1.1 via la voie PI3K. L’analyse de l’activité luciférase démontre que dans les cellules de granulosa lutéinisées, la FSH stimule le promoteur 1.1 de façon dose dépendante et ne semble y avoir aucun effet significatif sur le promoteur 2. Nous avons donc comparé l’activité du promoteur PII/P2 humain, du rat, de la chèvre et de la vache dans les cellules de granulosa bovine lutéinisées. Le résultat le plus significatif est que le promoteur 2 bovine (et caprine) dépend de plusieurs facteurs de transcription (NR5A2, FOXL2) comparé au promoteur PII humain et celui du promoteur proximal du rat qui dépendent principalement de l'AMPc. En effet, nos résultats ont démontré une expression raisonnablement robuste du P2 bovine lorsque les cellules sont traitées à la forskoline, NR5A2 et FOXL2. Le facteur FOXL2 semble déterminer l'activité du promoteur 2 chez le ruminant. Le deuxième objectif vise à étudier la régulation post-transcriptionnelle du gène CYP19A1. Pour ce faire, nous avons déterminé la séquence minimale de l'ARNm CYP19A1 requise pour la régulation de sa demi-vie. Différents séquences de la région 3’UTR ont été insérés dans le vecteur pGL3promoter en aval du gène exprimant la luciférase ou soit dans le vecteur pGEMTeasy. Le vecteur pGL3promoter a été transfecté dans les cellules de granulosa lutéinisées pour évaluer l'impact de la séquence 3'UTR sur l'expression du gène rapporteur de la luciférase, alors que le vecteur pGEMTeasy a été utilisé pour la transcription in vitro afin de générer de l’ARNm. Ce dernier sera utilisé en réaction croisée au UV avec des extraits protéiques pour démontrer l’association du complexe ARNm/protéine. L’analyse de l’activité luciférase a permis d’identifier une séquence de 200 pb située entre 926 et 1134 pb de la région 3'UTR de l’ARNm CYP19A1 qui a réduit significativement l’activité de la luciférase. Selon les analyses de la réaction croisée au UV, une ou plusieurs protéines de 66 et 80 kDA se lient spécifiquement à la séquence de 200 pb qui réduit l’activité de luciférase. Cette protéine s'exprime dans les cellules de granulosa, mais n’a pas été détectée dans d'autres tissus comme le foie et le cœur. Par ailleurs, l’utilisation du gène rapporteur sensible à la FSH a suscité l’intérêt d'une compagnie pharmaceutique qui vend de l’equine chorionic gonadotropin (eCG) pour lui permettre de distinguer facilement l’eCG ayant une forte activité FSH et donc, avoir un produit commercial plus efficace et de meilleure qualité. Dans cette étude, nous avons développé un système de bioessai à la FSH basé sur la transfection des cellules avec un récepteur à la FSH et un gène rapporteur colorimètrique qui permet d’estimer l’activité de la FSH dans le sérum de la jument et qui pourrait être applicable au niveau de la ferme/industrie. / Oestradiol plays an important role in reproduction in general, particularly during follicular growth. Production of estradiol requires the expression of CYP19A1 following stimulation of granulosa cells by follicle-stimulating hormone (FSH) and insulin like growth factor-1 (IGF-1). In cows, there are six promoters (1.1, 1.2, 1.3, 1.4 and 1.5 and 2) that direct transcription of CYP19A1, and promoter 2 (P2) is the major promoter used in granulosa cells. However the effect of FSH and IGF-1 on the activation of these promoters of aromatase remains unclear. Further, the CYP19A1 gene has a very short half-life and a long 3' non-translated region (3'UTR) that suggests post-transcriptional as well as transcriptional regulation. The aim of my PhD project is to study the regulation of the CYP19A1 gene in the cow. This summary is divided into two parts, the transcriptional regulation involving the promoter region and the post-transcriptional regulation involving the 3'UTR. The first part of my project was to study the transcriptional regulation of CYP19A1 gene; we measured the expression of the different promoters in luteinized or nonluteinized bovine granulosa cells following stimulation of cells with FSH or IGF-1. The results of RT-PCR showed that FSH and IGF-1 increases mRNA levels from both promoters 2 and 1.1 in non luteinized granulosa cells. Subsequent experiments showed that FSH stimulates the promoter 2 via the PKA pathway and IGF-1 stimulated promoter 2 via the PKC pathway. FSH and IGF-1 stimulate the expression of 1.1 via the PI3K pathway. In subsequent studies in luteinized cells with luciferase reporter genes driven by the specific CYP19A1 promoters, FSH stimulated promoter 1.1 in a dose dependent manner but that promoter 2 was weakly activated and not responsive to FSH. We then compared the activity of human, rat, goat and bovine promoters in luteinised bovine granulosa cells. The most significant result is that the bovine (and caprine) P2 depends on several transcription factors (NR5A2, FOXL2) whereas the human and rat promoters largely depend on cAMP. In fact, these data demonstrate a reasonably robust expression of the bovine P2 when treated with forskolin, NR5A2 and FOXL2. FOXL2 appears to be a determinant of promoter activity in ruminants. The second part of my project was to study the post-transcriptional regulation of the CYP19A1 gene. The objective was to identify the elements required for the regulation of the half-life of CYP19A1 mRNA. To do so, we generated and inserted different fragments of the 3'UTR region of CYP19A1 mRNA in the pGL3promoter vector downstream of the luciferase gene, which was then transfected into luteinized granulosa cells to assess the impact of the 3'UTR sequence on the expression of luciferase reporter gene. We identified a sequence of 200 bp between 926 and 1134 bp of the 3'UTR region of CYP19A1 mRNA that significantly reduced luciferase activity. The same fragments were inserted into the pGEMTeasy vector for in vitro transcription and the generation of mRNA for UV crosslinking with protein extracts to demonstrate the presence of mRNA/protein complexes. We detected protein complexes of 66 and 80KDA that specifically bound to the 200 pb probe. This protein is expressed in granulosa cells but not in other tissues such as the liver and heart. The use of reporter gene attracted the interest of a company producing equine chorionic gonadotropin (eCG), and an interest was expessed in developing this system to measure the FSH-like bioactivity in eCG, and therefore have a more effective commercial product. In this study, we developed a FSH bioassay system based on the transfection of cells with an the FSH receptor and a colorimetric reporter gene to estimate the activity of FSH in the serum of the mare ; these results may be applicable at the farm / industry.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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In vertebrate oocytes, meiotic progression is driven by the sequential translational activation of maternal messenger RNAs stored in the cytoplasm. This activation is mainly induced by the cytoplasmic elongation of their poly(A) tails, which is mediated by the cytoplasmic polyadenylation element (CPE) present in their 3’ untranslated regions (3´ UTRs). Sequential, phase-specific translation of these maternal mRNAs is required to complete the two meiotic divisions. Although the earlier polyadenylation events in prophase I and metaphase I are driven by the CPE-binding protein 1 (CPEB1), 90% of this protein is degraded by the anaphase promoting complex in the first meiotic division. The low levels of CPEB1 during interkinesis and in metaphase II raise the question of how the cytoplasmic polyadenylation required for the second meiotic division is achieved. In this work, we demonstrate that CPEB1 activates the translation of the maternal mRNA encoding CPEB4, which, in turn, recruits the cytoplasmic poly(A) polymerase GLD2 to “late” CPE-regulated mRNAs driving the transition from metaphase I to metaphase II, and, therefore, replacing CPEB1 for “late” meiosis polyadenylation.

Topologie und Regulation der Manduca sexta V-ATPase Die V-ATPase im Mitteldarm der Tabakschwärmerraupen von Manduca sexta besteht aus zwölf Untereinheiten, von denen vier den membranständigen Vo- und acht den cytosolischen V1-Komplex bilden. Das Enzym energetisiert unter ATP-Verbrauch eine Protonentranslokation über die Gobletzellapikalmembran, wobei eine Potentialdifferenz von etwa 250 mV aufgebaut wird. Durch diese Spannung wird ein elektrogener K+/2H+-Antiport getrieben und indirekt ein K+/Aminosäure-Symport, wodurch die Nährstoffversorgung der Raupen gesichert wird. Da die V-ATPase sehr viel ATP verbraucht, erscheint es ökonomisch, diese in Hungerperioden durch die Dissoziation des Enzyms in den cytosolische V1- und den Vo-Komplex, abzuschalten. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob auch die Biosynthese der V-ATPase Untereinheiten in Hungerperioden reduziert wird und was eventuellen Änderungen von Transkriptionsraten zugrunde liegt. Mit Ausnahme der Untereinheit D waren die Transkriptmengen aller V-ATPase Untereinheiten in Hungerperioden erniedrigt. Am stärksten betraf dies die Untereinheit G, was auch für den Anstieg der Transkriptmengen nach erneuter Futterzufuhr galt. Da Hungerperioden auch in der Entwicklung von Raupen während der Häutungen vorkommen, wurde exemplarisch die Biosynthese von drei, die verschiedenen Bereiche der V-ATPase (V1-Kopf: Untereinheit B, V1-Stiel: Untereinheit G, Vo-Komplex: Untereinheit d) repräsentierenden Untereinheiten, untersucht. In allen drei Fällen konnte eine Reduktion der Transkriptmengen in der Mitte der Häutungsphase festgestellt werden, welche zu ihrem Ende hin wieder aufgehoben wurde. Der Abfall und Anstieg der mRNA-Mengen korrelierte mit den Titern der beiden Häutungshormone der Insekten: negativ mit dem Titer des Ecdysons und positiv mit dem des Juvenilhormons. Die Injektion von 20-Hydroxyecdyson in fressende Raupen hatte die Reduktion der Transkriptmengen zur Folge, während Juvenilhormon III fast keinen Einfluss ausübte. Darüberhinaus war zu beobachten, dass sich nach Injektion von 20-Hydroxyecdyson die V1-Komplexe von den apikalen Gobletzellmembranen ablösten. Um auch den Einfluss der Häutungshormone auf die Promotoraktivität zu untersuchen, und dadurch auf Unterschiede in der RNA-Stabilität zu schließen, wurden ca. 1 kb lange 5`-Bereiche stromaufwärts vom Startcodon der drei verwendeten Gene mvB, mvG und mvd in Reportergenassays getestet. Hierbei wurde als Reportergen eine Luciferase verwendet, die unter der Kontrolle der jeweiligen 5`-Region der V-ATPase Untereinheit stand. Nach Transfektion von Sf21-Zellen konnte wie auch in den vorangegangenen Experimenten gezeigt werden, dass 20-Hydroxyecdyson die Promotoraktivität aller drei V-ATPase-Gene nach einem kurzzeitigen Anstieg bei den Genen mvB und mvG über einen längeren Zeitraum negativ beeinflusst und nach 48 h zu einer Reduktion auf 30-50% gegenüber der Kontrolle führt.Im Gegensatz dazu führte die Anwesenheit von Juvenilhormon III zur Aktivitätssteigerung von mvG um den Faktor 3, während die Aktivität der anderen 5`-Bereiche nicht signifikant verändert wurde.Zusammen mit den Daten der Transkriptmengen unter Juvenilhormon III Einfluss könnte dies der erste Hinweis auf eine reduzierte Stabilität der mRNA der Untereinheit G sein. Des Weiteren wurde in der vorliegenden Arbeit die Nukleotidsequenz der bei der Insekten V-ATPase lange Zeit nicht nachweisbaren Untereinheit a des Vo-Komplexes aufgeklärt. Neben einer ubiquitär vorkommenden Isoform konnte auch eine Teilsequenz einer Malpighigefäß spezifischen Isoform nachgewiesen werden. Antikörper gegen den in dieser Arbeit exprimierten cytoplasmatischen N-Terminus wurden eingesetzt, um die Untereinheit in der Immunhistochemie sowie in den gebildeten Komplexen der Vernetzungsexperimente nachzuweisen. Die durch Kupfer(II)-chlorid induzierte Vernetzung von Cysteinresten der Untereinheiten des V1Vo-Holoenzyms führte zu der Identifizierung von drei Banden, wobei diese wahrscheinlich aus verschiedenen Subkomplexen der Untereinheiten a, A, B, C, E und G aufgebaut waren. Durch diese Ergebnisse und den Daten aus dem Verdau des V1Vo-Holoenzyms mit Trypsin konnte ein neues Modell der V-ATPase erstellt werden, dass sich erheblich von den bisherigen Modellen unterscheidet, insbesondere in der Lokalisation der Untereinheiten des Stators.

Multidrug resistance protein 2 (MRP2) is the second member the C subfamily in the superfamily of adenosine triphosphate (ATP)-binding cassette (ABC) efflux transporters. MRP2 is a critical player for generation of bile acidindependent bile flow and biliary excretion of glutathione, glucuronate and sulfate conjugates of endo- and xenobiotics. Dysfunctional expression of MRP2 is associated with Dubin-Johnson Syndrome. Pathological and physiological states or xenobiotics change the MRP2 expression level. Under some conditions, expression of the human MRP2 and rat Mrp2 proteins are regulated at the translation level. There are several transcription initiation sites in MRP2/Mrp2 gene. The 5’ untranslated regions (5’UTRs) of MRP2/Mrp2 contains multiple translation start codons. The focus of this study, therefore, was investigation of the translational regulatory mechanisms mediated by the upstream open reading frames (uORF) of MRP2/Mrp2. Using in vitro translation assays and transient cotransfection assays in HepG2 cells, we showed that the rat uORF1 starting at position -109 (relative to the ATG of Mrp2) and the human uORF2 starting at position -105 (relative to the ATG of MRP2) are two major cis-acting inhibitors of translation among the rat and human multiple uORFs, respectively. Translational regulation mediated by the uORFs in the rat Mrp2 mRNA is a combined effect of the leaky scanning model and the reinitiation model, and also results from interaction of the multiple uORFs. In addition, by Ribonuclease Protection Assays (RPA), we detected multiple transcription initiation sites of MRP2/Mrp2 gene in tissues. We also found that the relative abundance of the rat Mrp2 mRNA isoforms with different 5’UTRs differed in the rat liver, kidney, jejunum, ileum, placenta, and lung. This is the first study on the translational regulatory mechanisms of the MRP2/Mrp2 gene.

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1) est responsable de la pandémie du SIDA (syndrome de l’immunodéficience acquise). Des souches virales résistantes aux antirétroviraux actuellement utilisés apparaissent rapidement. Il est donc important d’identifier de nouvelles cibles dans le cycle de réplication du VIH-1 pour développer de nouveaux agents contre ce virus. La traduction des protéines de structure et des enzymes du VIH-1 est une étape essentielle du cycle de réplication virale. Ces protéines sont exprimées à partir de l’ARN messager (ARNm) pleine-longueur (ARNmPL) à la fin du cycle de réplication. L’ARNmPL du VIH-1 peut utiliser un mode d’initiation de la traduction coiffe-dépendant, comme la majorité des ARNm cellulaires, mais peut aussi utiliser un mode d’initiation alternatif, car sa région 5’ non-traduite (5’UTR) contient un site interne d’entrée du ribosome (IRES), ce qui lui permet d’initier la traduction suivant un mode IRES-dépendant. L’initiation IRES-dépendante permet à l’ARNmPL d’être traduit quand l’initiation coiffe-dépendante est inhibée. L’activité de l’IRES de la région 5’UTR de l’ARNmPL du VIH-1 (IRES5’UTR) est faible dans des conditions physiologiques, mais est stimulée lorsque la cellule est arrêtée à la transition G2/M du cycle cellulaire, un arrêt qu’induit l’infection par le VIH-1. Une grande portion de l’IRES5’UTR, que nous nommons IRES5’UTRc, est présente dans tous les ARNm viraux et a une activité semblable à celle de l’ IRES5’UTR, ce qui indique que le mode IRES-dépendant peut être utilisé par tous les messagers du VIH-1. Lors de mes études doctorales, j’ai caractérisé le fonctionnement de l’IRES5’UTR du VIH-1. J’ai transfecté des cellules lymphocytaires Jurkat T, dérivées des cibles naturelles du VIH-1, avec un vecteur dual-luciférase contenant les séquences codantes des luciférases de la Renilla (Rluc) et de la luciole (Fluc) séparées par la région 5’UTR de l’ARNmPL du VIH-1. La traduction de la Rluc est coiffe-dépendante alors que celle de la Fluc dépend de l’IRES5’UTR. J’ai d’abord effectué une analyse mutationnelle et j’ai identifié trois régions qui stimulent l’activité de l’IRES5’UTR et une tige-boucle qui réprime l’activité de cet IRES, que j’ai nommée IRENE (IRES negative element). J’ai montré que l’effet répresseur d’IRENE est aboli lorsque les cellules sont soumises à un stress oxydatif, un type de stress induit lors d’une infection par le VIH-1. Nous proposons que IRENE maintiendrait l’IRES5’UTR dans une conformation peu active dans des conditions physiologiques. On sait que les IRES sont activés par divers facteurs cellulaires, appelés ITAF (IRES trans-acting factors). Nous proposons que l’IRES5’UTR adopterait une conformation active suite à la liaison d’un ITAF exprimé ou relocalisé lors d’un stress oxydatif. Ces travaux ont fait l’objet d’une publication (Gendron et al., 2011, Nucleic Acids Research, 39, 902-912). J’ai ensuite étudié l’effet de la protéine virale Tat sur l’activité de l’IRES5’UTR. En plus de son rôle essentiel dans la transactivation de la transcription des ARNm viraux, Tat stimule leur traduction coiffe-dépendante, en empêchant l’inhibition d’un facteur d’initiation canonique, eIF2, induite par la protéine kinase modulée par l’ARN double-brin (PKR) et en déroulant la structure TAR présente à l’extrémité 5’ de tous les ARNm du VIH-1. Elle affecte aussi l’expression de plusieurs gènes cellulaires. J’ai montré que les isoformes Tat86 et Tat72, mais non Tat101, stimulent l’activité de l’IRES5’UTR. Cet effet est indépendant de PKR et de TAR, mais dépendrait de la conformation de Tat. Nous proposons que Tat activerait un facteur de transcription cellulaire qui déclenche l’expression d’un ITAF de l’IRES5’UTR ou encore qu’elle activerait directement un tel ITAF. J’ai de plus montré que PKR stimule l’activité de l’IRES5’UTR, ce qui est surprenant puisque PKR est une protéine antivirale. Cet effet est indépendant de l’inhibition d’eIF2 par PKR et pourrait résulter de l’activation d’un ITAF. Sachant qu’une portion active de l’IRES5’UTR, IRES5’UTRc, est présente dans tous les ARNm viraux, notre hypothèse est que la stimulation de cet IRES par PKR permettait de traduire l’ARNm de Tat au début du cycle de réplication, ce qui permettrait ensuite la traduction coiffe-dépendante des ARNm du VIH-1, qui est stimulée par Tat. Ces travaux font l’objet d’un manuscrit (Gendron et al., soumis à RNA). Mes résultats, couplés aux données de la littérature, me conduisent à la conclusion que, à la fin du cycle de réplication du VIH-1, l’activité de l’IRES5’UTR est stimulée par le stress oxydatif, l’arrêt en G2/M et la présence de quantités élevées de Tat, alors que la traduction coiffe-dépendante est compromise. L’initiation IRES-dépendante serait alors indispensable pour que le VIH-1 traduise l’ARNmPL. L’IRES5’UTR constituerait donc une cible très intéressante pour développer des agents anti-VIH. / The human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is the causative agent of AIDS (acquired immunodeficiency syndrome). Viral strains that are resistant to antiretroviral agents used for the treatment of HIV-1 infected patients rapidly emerge. It is thus important to study the viral replication cycle in order to discover new targets for the development of novel agents against HIV-1. Translation of structural proteins and viral enzymes is a key step of the viral replication cycle. These proteins are translated from the HIV-1 full-length mRNA during late stages of the replication. This mRNA can be translated by a cap-dependent mode which is used by the majority of cellular mRNAs. However, since its 5’ untranslated region (5’UTR) contains an internal ribosome entry site (IRES) that we call IRES5’UTR, it can also be translated by an IRES-dependent mode. The IRES-dependent mode enables the full-length mRNA to be translated when the cap-dependent mode is impaired. The activity of the IRES5’UTR is weak in physiological conditions, but it is stimulated when the cell cycle is arrested at the G2/M transition, an arrest induced by HIV-1 infection. A large portion of this IRES, which we name IRES5’UTRc, is present in all HIV-1 mRNAs and its activity is similar to the activity of the complete IRES, which indicates that the IRES-dependent mode can be used by all HIV-1 mRNAs. During my doctoral studies, I investigated how the HIV-1 IRES5’UTR functions. I transfected Jurkat T cells, a lymphocytic cell line derived from the natural target cells of HIV-1, with a dual-luciferase reporter containing the coding sequences of the Renilla luciferase (Rluc) and the firefly luciferase (Fluc) separated by the complete 5’UTR of the HIV-1 full-length mRNA. Translation of Rluc is cap-dependent while translation of Fluc depends on HIV-1 IRES5’UTR. First, I performed a mutational analysis and I discovered three regions that stimulate the activity of IRES5’UTR and a stem-loop that represses its activity, which we named IRENE (IRES negative element). I showed that the repression induced by IRENE is relieved when cells are exposed to oxidative stress, a type of stress caused by HIV-1 infection. We propose that IRENE maintains the IRES5’UTR in a weakly active conformation in physiological conditions. It is known that IRESes are activated by cellular factors, called ITAFs (IRES trans-acting factors). We propose that the IRES5’UTR adopts an active conformation triggered by the binding of an ITAF that is expressed or relocalized during oxidative stress. These results generated a publication (Gendron et al. Nucleic Acids Research, 2011, 39, 902-912). I then decided to study the effect of the viral protein Tat on the IRES5’UTR activity. In addition to its essential role in the transcription of HIV-1 mRNAs, Tat stimulates the cap-dependent translation of HIV-1 mRNAs by interfering with the inhibition of a canonical initiation factor, eIF2, induced by the protein kinase modulated by double-stranded RNA (PKR) and by unwinding the TAR structure present at the 5’end of all HIV-1 mRNAs. Tat also affects the expression of several cellular genes. I showed that the Tat86 and Tat72 isoforms, but not Tat101, stimulate the activity of the IRES5’UTR. This effect is independent of PKR and TAR, but appears to be dependent upon the conformation of Tat. We suggest that Tat could activate a transcription factor that controls the expression of an ITAF of the IRES5’UTR or else that Tat could directly activate such an ITAF. I also showed that PKR stimulates the IRES5’UTR activity, which is surprising since PKR is an antiviral protein. This effect is independent of the inhibition of eIF2 by PKR and could result from the activation of an ITAF. Knowing that IRES5’UTRc, an active portion of IRES5’UTR is present in all HIV-1 RNAs, our hypothesis is that the stimulation of the IRES activity by PKR would allow Tat mRNA to be translated in the beginning of the replication cycle. This would subsequently allow the cap-dependent translation of HIV-1 mRNAs to proceed, which is stimulated by Tat. These results generated a manuscript that is submitted for publication to RNA. Altogether, my results, coupled to data from literature, lead me to conclude that, in the late phases of the replication cycle, the activity of the HIV-1 IRES5’UTR is stimulated by oxidative stress, by the cell cycle arrest in G2/M and by the presence of high amounts of Tat, while cap-dependent translation is impaired. The IRES5’UTR would thus be critical to translate the HIV-1 full-length mRNA. Consequently, the IRES5’UTR would constitute a very interesting target for the development of novel anti-HIV agents.

iv Abstract Regulation of gene expression is a key ability of every single cell in its development, differentiation and homeostasis. On the other hand, rather sparse amount of information is available for protists and our understanding of regulation of gene expression in eukaryotes is limited to a few model organisms. Our research is aimed at oxymonads, poorly studied group of anaerobic protists, which inhabit digestive tract of some animals. In this study we focus on the genus Monocercomonoides. Gene expression is modulated at multiple levels by many mechanisms. This thesis is focused on structure of promoter regions, 5' untranslated regions and basal transcription and translation initiation factors. Our results are compared to the closest studied relatives of Monocercomonoides - Trichomonas vaginalis and Giardia intestinalis. We have identified several conserved motifs in promoter regions of Monocercomonoides, including TATA box and TATA-like motif. These motifs potentially play a role in the transcription regulation. 5' untranslated regions are relatively short (typically 20 - 30 nucleotides) and GC content in these regions is low compared to model organisms. In selected genes, the quality of the automatic prediction of UTR was verified by RACE. We have annotated sets of basic transcription (23 proteins)...