Régulation de l’expression des gènes par le coactivateur transcriptionnel SAGA en réponse aux nutriments

Regulation of gene expression by transcriptional coactivator SAGA in response to nutrients

• Auteur / Autrice : Thomas Laboucarié
• Direction : Dominique Helmlinger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 29/04/2016
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche de Biochimie Macromoléculaire (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Cavailles
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Helmlinger, Vincent Cavailles, André Verdel, Damien Hermand, Pascal Bernard, Paul Mangeat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : André Verdel, Damien Hermand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biochimie

Biologie moléculaire

Expression génique

Mots clés libres

Gène expression

Co-Activateur SAGA

Voie TOR

Gene expression

SAGA coactivator

TOR pathways

Résumé

La régulation de l’expression des gènes joue un rôle fondamental dans la réponse et l’adaptation des cellules à leur environnement. L'expression des gènes peut être régulée à plusieurs étapes distinctes, mais un niveau de contrôle critique est l’initiation de la transcription. Celle-ci implique le recrutement séquentiel de nombreux régulateurs différents, dont les complexes co-activateurs. De nombreuses études ont démontré et caractérisé leurs fonctions dans la transcription. Cependant, il est moins bien compris comment les co-activateurs sont directement régulés par les conditions environnementales. Des travaux précédents de mon laboratoire de thèse ont montré, dans la levure fissipare Schizosaccharomyces pombe, que le complexe co-activateur SAGA contrôle l’expression des gènes en réponse aux nutriments et contribue ainsi à l’équilibre entre la prolifération cellulaire et la différenciation sexuelle. L’objectif de mon travail de thèse a été de comprendre comment le complexe SAGA répond à la disponibilité en nutriments et régule l’expression des gènes de différenciation. Pour cela, j’ai combiné des approches de génétique, de biochimie et de protéomique quantitative. Des analyses d’interactions génétiques m’ont permis de montrer que SAGA, par l’intermédiaire de sa sous-unité acétyltransférase Gcn5, contrôle l’équilibre entre prolifération et différenciation en aval des voies de signalisation TORC1 et TORC2. Puis, des études biochimiques ont établi que les voies de signalisation TORC1 et TORC2 contrôlent SAGA via la phosphorylation différentielle d’une sous-unité architecturale du complexe, nommée Taf12. En effet, lorsque les nutriments sont présents, TORC1 active la phosphatase PP2A, via la kinase Greatwall, pour déphosphoryler Taf12. Au contraire, la carence en nutriments active la voie de signalisation TORC2-AKT, qui permet la phosphorylation de Taf12, afin de moduler l’intensité de la réponse de différenciation. Nous avons également identifié d’autres sous-unités de SAGA qui sont différentiellement phosphorylées en fonction du niveau en nutriments et qui pourraient donc également contribuer à la régulation de SAGA. Notamment, nous avons observé que les sous-unités Ada3 et Sgf29, impliquées dans la régulation de l’activité de Gcn5, sont également phosphorylées dans les conditions carencées en nutriments. Enfin, j’ai observé que TORC2 et Gcn5 contrôlent la transition G2/M de façon synergique, suggérant que SAGA et les voies de signalisation des kinases TOR interagissent fonctionnellement dans le contrôle d’autres processus. Mon travail révèle que SAGA est une cible directe des voies de signalisation qui détectent les nutriments et établit un nouveau mécanisme par lequel TORC1 et TORC2 convergent pour contrôler l’expression génique et le destin cellulaire

The regulation of gene expression plays a fundamental role in the ability of cells to respond to external changes. One critical level of regulation is transcription, which is controlled by large complexes with many distinct activities. Little is known about how these activities integrate developmental or environmental signals to regulate transcription. We are using S. pombe as a model system to address this issue, in the context of cell fate control by nutrient availability. Previous work in the lab has established that, in this yeast, the SAGA co-activator complex controls whether cells proliferate or not in response to nutrients. Following up on these observations, we determined which nutrient-sensing signaling pathways regulate SAGA activities. A comprehensive genetic approach demonstrated that SAGA functions downstream of the TOR kinase-containing complexes, TORC1 and TORC2. In parallel, quantitative mass spectrometry analysis of the SAGA complex revealed that the Taf12 subunit is differentially phosphorylated, depending on nutrient levels. In agreement with our genetic analyses, Taf12 phosphorylation depends on the PP2A phosphatase, which we found is activated by TORC1 when nutrients are present. Conversely, upon nutrient starvation, TORC2 is activated allowing the AKT kinase to phosphorylate Taf12. We are now testing the in vivo roles of these modifications as well as their impact on SAGA functions at nutrient-regulated promoters. Altogether, our results contribute to a better understanding of the control of transcription by signal transduction pathways.