Des ''mutations adaptatives'' dans la voie S/MAPK de la levure S. pombe en quiescence permettent une sélection positive

''Adaptive mutations'' in the S/MAPK pathways provide selective advantage in quiescent fission yeast

• Auteur / Autrice : Rostyslav Makarenko
• Direction : Serge Gangloff, Benoit Arcangioli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Soutenance le 29/04/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Unité Dynamique du génome
• Jury : Président / Présidente : Ivan Matic
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pei-Yun Jenny Wu, Nathalie Dostatni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Geneviève Thon, Isabelle Sagot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Quiescence cellulaire

ADN -- Réplication

Stabilité

Génome

Protéines kinases

Adaptation (biologie)

Résistance au stress

Schizosaccharomyces pombe

Mots clés libres

Mutations adaptatives

Quiescence

Map kinases

Levures de fission

Évolution

Génétique

Adaptative mutations

Quiescence

Map kinases

Nitrogen-starved fission

Evolution

Genetics

Résumé

La quiescence et la prolifération reflètent deux stades cellulaires fondamentalement différents, mais il existe très peu d'informations sur la manière dont les cellules maintiennent la stabilité de leur génome en quiescence. En utilisant des levures de fission privées d’azote comme modèle de quiescence, notre laboratoire a démontré que les cellules subissent non seulement les dommages de l’ADN aux indépendantes de la réplication linéairement avec le temps. Dans les travaux en cours, nous avons démontré que les mutations accumulées au cours de la phase d'arrêt de la croissance subissent un processus de sélection en quiescence similaire à celui observé chez E. coli. La sélection favorise les mutations qui affectent les fonctions des gènes des 3 voies de la MAP-kinase (mkh1, pek1, pmk1) et de la SAP-kinase (win1, wis1, sty1) et de leurs cibles en aval (pmc1, sgf73, tif452). Ces gènes sont impliqués dans la signalisation cellulaire centrale qui régule la prolifération, la différenciation et la mort cellulaire conservée chez toutes les espèces eucaryotes, de la levure à l'homme. Des mutations dans des composants de la voie S/MAPK ou dans ses régulateurs sont associées à de multiples maladies chez l'homme, dont certains cancers et une mort neuronale dégénérative en fonction de l'âge. Les cellules libèrent des traces d'azote lors de leur mort, ce qui déclenche l'entrée dans le cycle cellulaire des cellules encore en vie. Les cellules sauvages ne peuvent compléter un cycle et meurent, libérant davantage d'azote. Les mutants de la voie S/MAPK sont caractérisés par une capacité d'entrée dans le cycle différente en fonction de la concentration d'azote disponible ce qui entraine une résistance à la mort cellulaire.

Quiescence and proliferation reflect two fundamentally different cellular stages, yet very limited information exists on how cells maintain their genome stability in quiescence. Using nitrogen-starved fission yeast as a model for quiescence, our laboratory has demonstrated that cells are not only subject to DNA damage in G0 but also accumulate replication-independent mutations linearly with time. In our current work, we have demonstrated that mutations accumulating in growth-arrested phase undergo a selection process in quiescence similar to that observed in E. coli. Selection favors mutations that affect functions of the genes of the MAP-kinase (mkh1, pek1, pmk1) and SAP-kinase pathways (win1, wis1, sty1), and their downstream targets (pmc1, sgf73, tif452). These genes represent core cellular signaling that regulates cell proliferation, cell differentiation, and cell death conserved among all eukaryotic species from yeast to human. Mutations in components of the S/MAPK pathways and their regulators are associated with multiple diseases in humans, primary cancer and degenerative neuronal death accumulated with ageing. In this work, we have demonstrated that wild-type cells dying in quiescence release traces of nitrogen that triggers the viable population to exit from quiescence. The wild-type cells are dying during their entry into S-phase releasing more nitrogen. Thus, mutants in the S/MAPK pathways are better scavengers and selection in quiescence is characterized by the ability of the mutant to resume cycling in quiescence coupled with a resistance to programed cell death.