Mise en évidence d’une nouvelle voie impliquée dans l’homéostasie de la taille cellulaire chez S. cerevisiae

A new pathway involved in cell size homeostasis in yeast S. cerevisiae

• Auteur / Autrice : Fabien Moretto
• Direction : Benoît Pinson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences, technologie, santé. Biochimie
• Date : Soutenance le 17/12/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Paul Javerzat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Pinson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-Antoine Defossez, Micheline Fromont-Racine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Saccharomyces cerevisiae

Homéostasie

Mots clés libres

Taille cellulaire

S. cerevisiae

Homéostasie

Voie génétique

Cell size

S. cerevisiae

Homeostasis

Genetic pathway

Résumé

L’homéostasie de la taille des cellules implique l’existence de mécanismes capables de coordonner la croissance (l’augmentation du volume) avec la prolifération (l’augmentation du nombre de cellules). Il est clairement établi que la taille des cellules est affectée par la disponibilité en nutriment du milieu de culture et par la ploïdie, mais les mécanismes sous-jacents demeurent inconnus. Une étude à l’échelle du génome réalisée chez la levure par l’équipe de M. Tyers a révélée que l’inactivation d’environ 400 gènes conduisait à un volume cellulaire moyen significativement différent de celui de la souche sauvage isogénique. Le contrôle de la taille des cellules est ainsi une situation intéressante dans laquelle de nombreux loci contribuent à un caractère quantitatif complexe. La plupart de ces loci demeurant orphelin de voie de signalisation distincte, leur influence respective reste à élucider. Nous avons commencé cette étude en partant de l’observation qu’un mutant sir2 présentait un volume cellulaire augmenté. De manière cohérente, un traitement au nicotinamide (Nam), un inhibiteur de Sir2, reproduit le défaut de taille de sir2 par un mécanisme dépendant de Sir2p. Nous avons alors pu, par une approche d’épistasie chimique, identifier 22 mutants non affectés par le traitement de la Nam, parmi ~200 mutants de petite taille. De manière surprenante, 16 de ces 22 mutants de taille insensibles à la NAM, sont affectés dans la biogenèse de la grande sous unité du ribosome (60S). Une drogue capable de bloquer spécifiquement la biogenèse tardive de la 60S, la diazaborine, mime le phénotype de taille des mutants de la 60S, produisant des cellules sauvages plus petites. Un ensemble de ~200 mutants de grande taille a été traité à la diazaborine et leur volume mesuré. Cette approche chimiogénétique nous a permis d’identifier 31 mutants insensibles à la diazaborine, incluant swi4 et swi6, deux régulateurs majeurs du cycle cellulaire, critiques pour le contrôle de la taille des cellules. Ces résultats furent confirmés par la construction de double mutants. Ce travail montre qu’il est possible d’organiser des mutants de taille au sein de voies spécifiques et de définir des relations d’épistasie claires entre eux. Nos données indiquent que le contrôle de la taille par cette voie “Sir2-60S” est indépendant des effets de la ploïdie et du contrôle nutritionnel sur la taille des cellules.

Cell size homeostasis implies that specific mechanisms are devoted to coordinating growth and proliferation. It is well established that cell size is affected by nutrient availability and ploidy but the underlying mechanisms are not elucidated. A genome wide search for yeast mutants affected for cell volume homeostasis, conducted in the Tyers’lab, revealed that the inactivation of about 400 genes leads to a median cell volume diverging from the isogenic wild-type. The cell size control process is thus a very interesting situation where multiple loci contributing to a complex quantitative trait have been identified but their organisation into distinct pathways and their respective influence remain largely to be elucidated. To address this issue, we started from the observation that a sir2 mutant shows an increased cell size. Consistently, nicotinamide (NAM), a Sir2 inhibitor, mimics the sir2 size defect in a Sir2p-dependent manner. This allowed us to identify among ~200 small size mutants, 22 mutants that were clearly not affected by NAM treatment. Strikingly, 16 out of the 22 NAM unresponsive mutants affected biogenesis of the large ribosomal subunit (named 60S below). Consistently, diazaborine, a drug that blocks the large ribosomal subunit assembly and therefore mimics 60S mutants, rendered wild-type yeast cells smaller. A set of ~200 large mutants were treated with diazaborine and their cell volume was measured. This chemogenetics approach allowed us to identify 31 diazaborine-unresponsive mutants, including swi4 and swi6, two major cell cycle regulators that are critical for cell size control. These results were confirmed by constructing double mutants. This work shows that it is possible to organize cell size mutants in specific pathways and to define clear epistasis relationships between them. Our data indicate that the control of cell size by the “Sir2-60S” pathway is independent of both the ploidy and the nutritional control of cell size.