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Nucleocytoplasmic Transport of RNAs and RNA-Protein Complexes
No full textRNAs and ribonucleoprotein complexes (RNPs) play key roles in mediating and regulating gene expression. In eukaryotes, most RNAs are transcribed, processed and assembled with proteins in the nucleus and then either function in the cytoplasm or also undergo a cytoplasmic phase in their biogenesis. This compartmentalization ensures that sequential steps in gene expression and RNP production are performed in the correct order and it allows important quality control mechanisms that prevent the involvement of aberrant RNAs/RNPs in these cellular pathways. The selective exchange of RNAs/RNPs between the nucleus and cytoplasm is enabled by nuclear pore complexes, which function as gateways between these compartments. RNA/RNP transport is facilitated by a range of nuclear transport receptors and adaptors, which are specifically recruited to their cargos and mediate interactions with nucleoporins to allow directional translocation through nuclear pore complexes. While some transport factors are only responsible for the export/import of a certain class of RNA/RNP, others are multifunctional and, in the case of large RNPs, several export factors appear to work together to bring about export. Recent structural studies have revealed aspects of the mechanisms employed by transport receptors to enable specific cargo recognition, and genome-wide approaches have provided the first insights into the diverse composition of pre-mRNPs during export. Furthermore, the regulation of RNA/RNP export is emerging as an important means to modulate gene expression under stress conditions and in disease. (c) 2015 Published by Elsevier Ltd
Contribution of Cryo-Holography in electron microscopy for the study of biological materials
No full textCette thèse présente une évaluation des capacités de l'imagerie de phase par holographie électronique pour l'observation d'échantillons biologiques, en couplant les méthodologies les plus avancées dans ce domaine et la cryomicroscopie électronique qui permet l'observation des échantillons dans un état quasi-natif. Nous avons étudié les possibilités de l'holographie "off-axis" et l'holographie "in-line" à température ambiante et en condition cryogénique. La préparation des échantillons et les conditions expérimentales en MET ont été optimisées en mettant l'accent sur la mise en œuvre d'un protocole à faible dose d'électrons. Des observations ont alors été réalisées sur le microscope I2TEM au CEMES, dédié à l'holographie off-axis, en utilisant les bactériophages T4 et T5 comme échantillons test. La résolution a atteint 4 nm à température ambiante. En mode cryogénique, la structure des bactériophages a été observée de façon plus détaillée, mais nous avons rencontré des limitations importantes, notamment l'augmentation du bruit à de faibles doses d'électrons et l'instabilité thermique du porte-échantillon. L'holographie en ligne en mode cryogénique a en revanche permis d'obtenir des images contrastées et bien résolues des phages, et montré la possibilité d'accéder à la charge de l'échantillon, ici la charge de la capside des phages qui joue un rôle important dans leur assemblage. Pour compléter ces données, nous avons également exploré la combinaison des deux méthodes d'holographie, qui offrent des performances complémentaires dans les basses et hautes fréquences spatiales. Nous présentons aussi des résultats préliminaires sur la visualisation des phages par ptychographie électronique, une autre méthode d'imagerie de phase. Ce travail exploratoire et interdisciplinaire met en lumière les possibilités originales offerte par l'holographie électronique pour l'imagerie biologique, et identifie les barrières à lever pour rendre ces approches plus opérationnelles.The goal of this thesis was to assess the capabilities of phase imaging by electron holography for the observation of biological samples, by coupling the most advanced methodologies in this field with cryo-electron microscopy, which enables samples to be observed in a quasi-native state. We explored the capabilities of off-axis and in-line holography, at room temperature and in cryogenic conditions. Sample preparation and TEM experimental conditions were optimized, with particular emphasis on the implementation of a low-dose electron protocol. Observations were then made on the I2TEM microscope at CEMES, a microscope dedicated to off-axis holography, using T4 and T5 bacteriophages as test samples. At room temperature, we could achieve the medium resolution of 4 nm. In cryogenic mode, the structure of bacteriophages was observed in greater detail, but we encountered significant limitations, including increased noise at low electron doses and thermal instability of the sample holder. In-line holography in cryogenic mode, on the other hand, enabled us to obtain contrasted, well-resolved images of the phages, and showed the possibility of assessing the charge of the sample, in this case the charge of the phage capsid, which plays an important role in their assembly. To complement these data, we also explored the combination of the two holography methods, which offer complementary performance at high and low spatial frequencies, and we present preliminary results on phage visualization using electron ptychography, another phase imaging method. This exploratory and interdisciplinary thesis highlights the original possibilities offered by electron holography for biological imaging, and identifies the barriers to be overcome to make these approaches more operational
Novel insights into human 40S subunit biogenesis and translational surveillance by structural, proteomic and functional analysis
No full textStructural studies of human small ribosomal subunit by cryo-electron microscopy and image analysis
No full textLa biogenèse des ribosomes eucaryotes est un processus complexe qui implique la production et l'assemblage de 4 ARNr et 80 protéines. La production des deux sous-unités du ribosome, 40S et 60S, débute dans le nucléole par la synthèse d'un long précurseur commun contenant les séquences des ARNr matures et se termine dans le cytoplasme où ont lieu les dernières étapes d'assemblage des protéines ribosomiques et de clivage des ARNr. La production de ribosomes nécessite la participation de plus de 200 co-facteurs, qui catalysent les clivages et modifications des ARNr, coordonnent leur repliement et leur association aux protéines ribosomiques, et assurent des étapes de contrôle-qualité. Ces protéines sont associées aux particules en cours de maturation et absentes des sous-unités matures. Cette voie de synthèse, globalement conservée chez les eucaryotes, a été principalement étudiée chez la levure. Cependant, des études récentes ont montré des différences importantes de ce processus entre levure et mammifères. Un des verrous importants pour comprendre la fonction des co-facteurs, est l'absence de données sur la structure des précurseurs des sous-unités ribosomiques. J'ai donc entrepris une étude structurale de l'assemblage cytoplasmique de la petite sous-unité ribosomique chez l'homme par cryo-microscopie électronique à transmission. Le but de ma thèse était de déterminer la structure 3D des précurseurs de la petite sous-unité ribosomique purifiés à différentes étape de leur maturation. Ce travail a été conduit en collaboration avec l'équipe du Pr. Ulrike Kutay (ETH Zurich) pour la purification des particules pré-40S à partir de cellules humaines. La première structure 3D de particule pré-40S intermédiaire purifiée en étiquetant le co-facteur LTV1 a été déterminée à 19Å de résolution. Dans un deuxième temps, la structure 3D de la particule pré-40S tardive purifiée à via RIO1(KD) a aussi été déterminée à 15Å de résolution. Ces données nous ont permis de proposer un modèle de localisation des co-facteurs sur les précurseurs de la petite sous-unité ribosomique et de montrer une nouvelle différence dans la formation de la petite sous-unité chez l'Homme comparé à la levure, du fait de la présence de la protéine RACK1 sur les particules pré-40S humaines. La comparaison des structures des précurseurs de la petite sous-unité obtenues a permis de mettre en lumière l'existence de remodelages structuraux de la particule pré-40S au cours de sa maturation. Ce travail met en lumière les premières structures 3D de particules pré-40S humaines et pose les fondements méthodologiques d'explorations futures de la dynamique structurale des particules pré-ribosomiques.Ribosome biogenesis is a complex process that requires the production and the correct assembly of the 4 rRNAs with 80 ribosomal proteins. In Human, the production of the two subunits, 40S and 60S, is initiated by the transcription of a pre-ribosomal rRNA precursor to the mature 18S, 5.8S, and 28S rRNAs by the RNA polymerase I, which is chemically modified and trimmed by endo- and exoribonuclease, in order to form the mature rRNAs. The nascent pre rRNA associated with ribosomal proteins, small ribonucleoprotein particles (snoRNP) and so called co-factors leading to the assembly of an initial 90S particle. This particle is then split into pre-40S and pre-60S pre-ribosomal particles that fallow independent maturation to form the mature subunit into the cytoplasm. Production of eukaryotic ribosomes implies the transient intervention of more than 200 associated proteins and ribonucleoprotein particles, that are absent from the mature subunits. Synthesis of ribosome, globally conserved in eukaryotes, has been principally studied in yeast. However, recent studies reveal that this process is more complex in human compared in yeast. An important bottleneck in this domain is the lack of structural data concerning the formation of intermediate ribosomal subunits to understand the function of assembly factors. Determination of the structural remodeling of pre-ribosomal particles is crucial to understand the molecular mechanism of this complex process. So I have undertaken a structural study on the assembly of the small ribosomal subunit using cryo-electron microscopy and image analysis. The goal of my thesis is to determine the 3D structures of human pre-40S particles at different maturation stages to see the structural remodeling that occurs during the biogenesis of the small ribosomal subunit. We are collaborating with the group of Pr Ulrike Kutay at ETH Zurich, who purify human pre-40S particles. The 3D structures of human pre-40S particles purified at an intermediate and late maturation stages, has been determined with a resolution of 19 and 15Å respectively. Supplementary densities, compared to the mature subunit, indicate the presence of assembly factors and show the unexpected presence of the RACK1 protein in the precursor of the human small ribosomal subunit in the cytoplasm. The comparison of the 3D structures of human pre-40S particle allows showing the structural remodeling that occur during the maturation of the small ribosomal subunit. This work provides the first 3D structure of human pre-40S particles and laid the methodological foundations for future exploration of the structural dynamics of pre-ribosomal particles
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Structural analysis of the eukaryotic small ribosomal subunit biogenesis by cryo-electron microscopy and image analysis
No full textL'assemblage des deux sous-unités ribosomiques (appelées 40S et 60S chez les eucaryotes) est un processus complexe, qui nécessite l'intervention de plus de 200 co-facteurs de maturation (CFM). Pour former des sous-unités ribosomiques matures et fonctionnelles, les CFM sont nécessaires à la maturation des ARN ribosomiques (ARNr), mais également à leur repliement correct et à leur assemblage avec les protéines ribosomiques (Rps). Malgré une identification quasi-exhaustive de ces CFM chez la levure et l'humain, leur fonction moléculaire précise reste à élucider. Par ailleurs, des défauts dans la synthèse des ribosomes ont récemment été associés à une liste croissante de maladies génétiques humaines (appelées ribosomopathies) et de cancers, ce qui nécessite une compréhension précise de chaque étape des mécanismes de biogenèse des ribosomes. De nombreuses études moléculaires et fonctionnelles ont récemment permis de définir plusieurs étapes successives de maturation cytoplasmique des particules pré-40S eucaryotes. Il est maintenant crucial d'intégrer ces descriptions moléculaires très détaillées des événements de maturation des ribosomes dans une vision tridimensionnelle de l'assemblage des ribosomes, et de comprendre le remodelage structural que les particules pré-ribosomiques peuvent subir au cours de leur maturation. Dans ce but j'ai déterminé, par cryo-microscopie électronique en transmission et analyse d'images, la structure 3D de précurseurs de la petite sous-unité ribosomique, purifiés à différentes étapes de maturation, chez l'Homme et la levure. Dans un premier temps, j'ai utilisé le CFM Tsr1 comme appât de purification dans des levures de phénotype sauvage, et déterminé la structure haute résolution de ces particules pré-40S cytoplasmiques. Ceci m'a permis de mettre en évidence trois étapes de maturations successives, commençant par l'autophosphorylation et le relargage du CFM Ltv1 et aboutissant à la flexibilité de la plateforme de la particule pré-40S. Ensuite, en collaboration avec le Dr Brigitte Pertschy (Graz, Autriche) j'ai déterminé la structure de particules pré-40S cytoplasmiques de levure, portant une mutation sur la protéine Rps20.Ceci a permis de mieux caractériser le rôle de Rps20 dans le relargage des CFM Rio2 et Ltv1 lors de l'assemblage de la sous-unité 40S. Enfin, j'ai déterminé la structure 3D des particules pré-40S humaines purifiées à un stade cytoplasmique tardif, à une résolution de 3 Å. Ce travail a été mené en collaboration avec l'équipe du Pr. Ulrike Kutay (ETH Zurich). Cette analyse nous a permis de localiser pour la première fois le CFM RIO1 sur les particules pré-40S cytoplasmiques tardives. En outre, nos résultats nous ont permis de mettre en lumière l'existence de remodelages structuraux inédits dans les dernières étapes de la maturation de la petite sous-unité ribosomique humaine.Ribosome assembly is a complex process that requires the intervention of more than 200 assembly factors (AFs). These proteins are essential for the processing and modification of ribosomal RNAs, as well as the structural assembly of ribosomal subunits. This mechanism, highly studied in yeast, generally conserved in eukaryotes, but has become more complex with evolution in higher eukaryotes. In addition, defects in ribosome synthesis have recently been associated with a list of human genetic diseases (called ribosomopathies) and cancers, via ribosome biogenesis disease. Numerous molecular and functional studies then made it possible to define several successive stages of cytoplasmic maturation of pre-40S particles in human and yeast. It is now crucial to incorporate these highly detailed molecular descriptions of ribosome maturation events into a three-dimensional view of ribosome assembly and to understand the structural remodeling of pre-ribosomal maturation particles. Using tandem purification methods, coupled with cryo-electron microscopy and isolated particle analysis, I have determined several high-resolution 3D structures of cytoplasmic pre-40S particles, in yeast and human, at different maturation steps. First, i determined the 3D structure of the pre-40S particles, purified using AF Tsr1-FPZ as a bait at 3.1 Å resolution. Structural heterogeneity tests indicated that the beak and platform domains are dynamic zones, and sheds new light on the structural remodeling events occurring during 40S subunit assembly. Moreover, in collaboration with the team of Dr. Brigitte Pertschy, we have determined the 3D structure of yeast cytoplasmic pre-40S particles carrying point mutations on Rps20. Our atomic models have allowed to highlight a close relationship between the correct assembly of Rps20 and the release of AFs Ltv1 and Rio2 from the maturing small ribosomal subunit. Finally, I also determined the 3D structures of human pre-40S particles trapped at a very late cytoplasmic maturation step, with a resolution of ~3 Å. This work was performed in collaboration with Prof. Ulrike Kutay's team (ETH Zurich). These data allowed us to uncover new steps in the cytoplasmic maturation of human pre-40S particles. This structural study allows us to propose new molecular mechanisms underlying the final steps of eukaryotic ribosomal assembly
Assembly and dysfunction of mammalian ribosomes : a structure/function study by cryo-EM
No full textLe ribosome, qui traduit le code génétique en protéines, est une machinerie moléculaire essentielle au fonctionnement optimal des cellules. La formation, ou biogenèse, de ces ribosomes est un processus très complexe, qui doit être finement contrôlé et régulé pour produire rapidement des sous-unités ribosomiques matures et fonctionnelles. Des mutations dans des composants de cet appareil cellulaire essentiel sont à l'origine de diverses maladies, comme des anémies, des retards de croissance mais aussi certains cancers. Dans ce contexte, la caractérisation précise de l'ensemble des mécanismes d'assemblage et de fonctionnement des ribosomes en conditions normales et pathologiques devient un enjeu primordial. Ces questions scientifiques ont récemment connu des avancées majeures, notamment grâce à l'utilisation de la cryo-microscopie électronique (cryo-EM). En effet, couplée à des analyses fonctionnelles, la résolution de différents états structuraux du ribosome a permis la description de nombreux mécanismes moléculaires responsables de la biogenèse des ribosomes, ainsi que de différentes étapes de la traduction. Mon projet de thèse s'inscrit pleinement dans ces analyses structure/fonction de l'assemblage et du fonctionnement des ribosomes. Mon premier projet de thèse s'est focalisé sur les étapes finales de la maturation de la petite sous-unité ribosomique humaine, aussi appelée sous-unité 40S. Pour cela, en me basant sur des analyses structurales par cryo-EM, j'ai mené des études fonctionnelles sur des particules pré-40S purifiées à une étape tardive de leur maturation, grâce à la forme catalytiquement inactive de l'ATPase RIO1. Ce travail m'a permis de mettre en évidence les rôles combinés de RIO1 et de la protéine ribosomique RPS26 dans le déclenchement du clivage du pré-ARNr 18S-E par l'endonucléase NOB1, entrainant la maturation finale de l'ARNr 18S. Mon second projet de thèse visait à comprendre les effets d'une mutation ponctuelle de la protéine ribosomique RPS15 (mutation RPS15-P131S) sur les mécanismes de traduction. Des mutations ponctuelles dans le domaine C-terminal de cette protéine de la petite sous-unité ribosomique sont en effet retrouvées dans de nombreux cas de leucémies et de tumeurs solides. Pour cela, j'ai entamé une analyse structure/fonction de ces ribosomes mutants. J'ai purifié et déterminé par cryo-EM les structures 3D de ribosomes en cours de traduction. J'ai comparé les structures de ribosomes " sauvages " à leurs homologues mutants, portant la mutation RPS15-P131S. Mes résultats montrent que la mutation provoque la déstabilisation structurale du domaine C-terminal de RPS15, ce qui entraînerait un ralentissement de l'étape d'élongation de la traduction. Une hypothèse pour expliquer ce phénomène serait que la déstructuration du domaine C-ter de RPS15 empêche l'accommodation correcte des ARNt amino-acylés dans le site A du ribosome.The ribosome, which translates the genetic code into proteins, is an essential molecular machinery for the optimal functioning of cells. The formation, or biogenesis, of these ribosomes is a very complex process, which must be finely tuned to rapidly produce mature and functional ribosomal subunits. Mutations in components of this essential cellular apparatus are at the origin of various diseases, such as anemia, growth retardation but also some cancers. In this context, the precise characterization of the assembly and functioning mechanisms of ribosomes in normal and pathological conditions becomes crucial. This topic has recently seen major advances, notably thanks to the use of cryo-electron microscopy (cryo-EM). Indeed, coupled with functional analyses, the resolution of different structural states of ribosomes or precursors of ribosomal subunits has allowed to describe many molecular mechanisms responsible for ribosome biogenesis, as well as different steps of translation. My thesis project is fully in line with these structure/function analyses of ribosome assembly and function. My first thesis project focused on the final maturation steps of the human small ribosomal subunit, also called 40S subunit. For this purpose, based on structural analysis by cryo-EM, I conducted functional studies on pre-40S particles purified at a late stage of their maturation, thanks to a tagged and catalytically inactive form of the ATPase RIO1. This work allowed to demonstrate the combined action of both RIO1 with the ribosomal protein RPS26 in triggering the cleavage of the pre-rRNA 18S-E by the NOB1 endonuclease, leading to the final maturation of 18S rRNA. My second thesis project aimed at understanding the effects of a point mutation in the ribosomal protein RPS15 (S15-P131S mutation) on translation mechanisms. Point mutations in the C-terminal domain of this protein of the small ribosomal subunit are indeed found in many cases of leukemia and solid tumors. For this purpose, I initiated a structure/function analysis of these mutant ribosomes. I purified and determined the cryo-EM 3D structures of translating ribosomes. I compared the structures of wild type ribosomes to their mutant counterparts, carrying the S15-P131S mutation. My results show that the mutation causes structural destabilization of the C-terminal domain of RPS15, which results in a slowing down of the elongation step of translation. One hypothesis to explain this phenomenon would be that the destructuring of the C-terminal domain of RPS15 prevents the proper accommodation of aminoacylated tRNAs in the A-site of the ribosome
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