Etude de la régulation de la synthèse des nucléotides guanyliques chez la levure Saccharomyces cerevisiae

Regulation of guanylic nucleotides synthesis in yeast Saccharomyces cerevisiae

• Auteur / Autrice : Mafalda Escobar-Henriques
• Direction : Bertrand Daignan-Fornier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques et médicales. Biologie-Santé
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Bordeaux 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synthèse (chimie) -- Régulation

Guanine-nucléotides

Saccharomyces cerevisiae

Résumé

Les nucléotides guanyliques sont impliqués dans de nombreux processus cellulaires essentiels. Ce travail porte sur la régulation de l'expression des gènes de biosynthèse du GDP chez Saccharomyces cerevisiae. Les gènes IMDs codent pour l'enzyme IMP déshydrogénase (IMPDH), qui catalyse la première étape de cette voie. La transcription des gènes IMDs est d'une part réprimée par la guanine, qui doit e��tre transformée en GDP pour permettre la répression, et d'autre part induite en présence d'acide mycophénolique (MPA), un inhibiteur de l'IMPDH. Des délétions successives et des mutations ponctuelles dans le promoteur ont permis l'identification d'une séquence en cis nécessaire à cette régulation. L'ensemble de ces données conduit à un modèle de répression, via cette séquence, de l'expression du gène IMD2 par le GDP ou un de ses dérivés. Cette répression est abolie en présence de MPA. Dans les cellules de mammifères, l'activité IMPDH est étroitement liée à la prolifération cellulaire. Nous avons montré que chez la levure le gène IMD2 est exprimé fortement lorsque les cellules sont en division rapide et faiblement lorsque la prolifération cellulaire est arrêté. Cette diminution d'expression est associée à la détection par la cellule d'une situation de carence nutritionnelle, quelle qu'elle soit. Des délétions successives puis des mutations ont permis l'identification de deux séquences d'ADN situées dans la région codante du gène IMD2 et nécessaires à cette régulation. Nous avons également entrepris d'étudier les effets du MPA qui est un immunosuppresseur puissant utilisé pour éviter les rejets de greffes. Le MPA, en inhibant l'IMPDH (cible primaire) affecte la synthèse du GMP. Nous avons montré que tous les effets du MPA sont annulés par l'ajout de guanine, ce qui confirme la grande spécificité de cette substance. Une analyse des effets du MPA sur le cycle cellulaire, combinée à une approche protéomique, a permis l'identification de cibles secondaires cruciales pour son effet.

Guanylic nucleotides are involved in many essential cellular processes, such as DNA and RNA synthesis or even as activators or regulators. We studied the regulation of the Saccharomices cerevisiae GDP synthesis pathway genes. The IMD genes, encode the yeast homologs of IMP dehydrogenase (IMPDH), responsible for the first committed step in this pathway. Transcription of IMD genes is repressed by extracellular guanine, which has to be transformed into GDP to allow repression, and is activated by mycophenolic acid (MPA), an inhibitor of IMP dehydrogenase activity. Serial deletions and point mutations on the IMD2 gene promoter revealed the presence of a negative cis-element, required for guanine and MPA regulation. From the data, we propose that the guanine response element sequence mediates a repression process, which is enhanced by guanine addition, through GDP or a GDP derivative, and abolished in the presence of MPA. In mammalian cells, IMPDH activity is also strongly connected to cellular proliferation. We showed that in yeast IMD2 gene expression is high in rapidly dividing cells and low when growth stops. This down-regulation is associated to sensing of nutrient limitation. Serial deletions and mutations on the IMD2 gene revealed the presence of two negative cis-elements located in the coding sequence and required for this regulation. We have also studied the effect of MPA, one of the most promising immunosuppressive drugs recently developed. By inhibiting IMPDH, its primary target, MPA affects GMP synthesis. We found that bypassing GMP synthesis reversed all the drug effects on yeast cells, thus confirming the high specificity of MPA. Analysis of MPA effects on cell cycle together with proteome analysis and overexpression studies allowed the identification of secondary targets strongly contributing to MPA effects.