Réponses moléculaires et cellulaires au télomère le plus court dans Saccharomyces cerevisiae

Molecular and Cellular Responses to the Shortest Telomere in Saccharomyces cerevisiae

• Auteur / Autrice : Prisca Berardi
• Direction : Maria Teresa Teixeira
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Soutenance le 11/10/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Biologie moléculaire et cellulaire des eucaryotes (Paris ; 2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Laure Teysset
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bertrand Llorente, Aurèle Piazza
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eros Lazzerini-Denchi, Brian Luke

Mots clés

Mots clés contrôlés

Saccharomyces cerevisiae

Microfluidique

Cellules cancéreuses

Instabilité du génome

Télomères (génétique)

ADN -- Réparation

Mots clés libres

Télomères

Instabilité génomique

Cancer

Réparation de l'ADN

Microfluidique

Modélisation mathématique

Telomeres

Genomic instability

Cancer

DNA repair

Microfluidic

Mathematical modelling

Résumé

En l'absence de télomérase, le raccourcissement des télomères déclenche la sénescence réplicative, un puissant mécanisme suppresseur de tumeurs. Cependant, ce phénomène est associé à l'instabilité génomique typique du cancer. Les génomes des cellules cancéreuses présentent souvent des réarrangements chromosomiques étendus qui facilitent la progression oncogénique, et il a été démontré que la dysfonction des télomères contribue à ces désordres génétiques. Lorsque les télomères atteignent une longueur critique, ils activent le point de contrôle des dommages à l'ADN et les cellules entrent en sénescence réplicative. Au cours de ce processus, à mesure que les télomères se raccourcissent et perdent leur fonction protectrice, il est supposé qu'il existe un risque croissant de recrutement des mécanismes de réparation des dommages à l'ADN qui pourraient dégrader, fusionner ou recombiner les télomères dysfonctionnels, initiant ainsi l'instabilité génomique. Cependant, la structure des télomères courts versus dysfonctionnels, qui déclenchent soit une sénescence réplicative permanente, soit potentiellement une instabilité génomique, reste une question de longue date. L'objectif de ma recherche de doctorat a été de définir la ou les structures télomériques impliquées dans la transition entre un télomère critique et un télomère dysfonctionnel, et de déterminer leur contribution à la stabilité du génome au moment de la sénescence réplicative chez Saccharomyces cerevisiae. La recherche sur les télomères est intrinsèquement complexe en raison de la variabilité causée par les différences entre les télomères et les variations phénotypiques liées à la sénescence réplicative. Dans ce projet, nous avons utilisé une combinaison d'outils pour aborder l'hétérogénéité et la rareté de l'instabilité génomique liée aux télomères dans le contexte du raccourcissement physiologique des télomères, en reproduisant les premières étapes de l'oncogenèse. Nous avons développé un système appelé FinalCut pour suivre le plus court télomère dans les cellules de Saccharomyces cerevisiae dépourvues de télomérase. En utilisant des analyses des télomères individuels et des cellules individuelles, combinée à la modélisation mathématique, nous avons montré que ce télomère devient dysfonctionnel lorsqu'il atteint une taille critique. Cela est nécessaire et suffisant pour déterminer le début de la sénescence réplicative dans la majorité des cellules. Ensemble, nos résultats soutiennent un modèle où la transition du télomère le plus court vers une dysfonction et sa dégradation en absence de télomérase, servent de lien mécanistique entre le début de de la sénescence réplicative, l'instabilité génomique, et l'émergence des survivants post-sénescence, expliquant ainsi les multiples rôles de la sénescence réplicative dans l'oncogenèse.

In the absence of telomerase, telomere shortening triggers replicative senescence, a potent tumor suppressor mechanism. Yet, this phenomenon is associated with genomic instability typical of cancer. Cancer genomes often exhibit extensive chromosome rearrangements that facilitates oncogenic progression and telomere dysfunction has been proven to contribute to these genetic disorders. When telomeres fall below a critical length, they activate the DNA damage checkpoint and cells enter replicative senescence. During this process, as telomeres shorten and lose their protective function, it is believed that there is an increasing risk of recruiting DNA damage repair activities that would degrade, fuse, or recombine dysfunctional telomeres, initiating genome instability. However, the structure(s) of short vs dysfunctional telomeres, which either trigger permanent replicative senescence or potentially promote genome instability, respectively, remains a longstanding question. The aim of my PhD research has been to define the telomeric structure(s) involved in the transition between a critically short and a dysfunctional telomere and to define its contribution to genome stability at the time of replicative senescence in Saccharomyces cerevisiae. Telomere research is inherently challenging due to the variability caused by differences between resulting from differences between telomeres and phenotypic variations related to replicative senescence. In this project, we used a combination of tools to address the heterogeneity and the rarity of genome instability related to telomeres in the context of physiological telomere shortening, recapitulating the first steps of oncogenesis. We developed a system, called FinalCut, to track the shortest telomere in Saccharomyces cerevisiae telomerase negative cells. Using single-telomere and single-cell analysis combined with mathematical modelling, we show that this telomere switches into dysfunction when reaching a threshold length. This is required and sufficient to determine the onset of replicative senescence in a majority of cells. Together, our results support a model where the switch of the shortest telomere into dysfunction and subsequent degradation in telomerase negative cells, serves as a mechanistic link between replicative senescence onset, genomic instability and the advent of post-senescence survivors, explaining the multiple roles of replicative senescence in oncogenesis.