Caractérisation de l'émergence des gouttelettes lipidiques lors d'un stress réplicatif

Characterization of lipid droplets emergence during replicative stress

• Auteur / Autrice : Kseniya Samardak
• Direction : María Moriel carretero
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CRBM - Centre de Recherche en Biologie cellulaire de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Contrôle cytoplasmique de la stabilité du génome

Mots clés

Mots clés libres

Gouttelette lipidique cytoplasmique

Stabilité du génome

Réponse aux dommages à l'ADN

Cytoplasmic lipid droplet

Genome stability

DNA Damage Response

Résumé

La réplication fidèle de l'ADN est essentielle pour l'intégrité du génome, la survie cellulaire et la transmission correcte du patrimoine génétique. L'altération de la réplication de l'ADN peut résulter d'interruptions de l'ADN, telles que les cassures double brin (DSB), ou de difficultés dans la progression du complexe de réplication, ce que l'on appelle le stress réplicatif. Les cellules affectées activent la réponse aux dommages de l'ADN (DDR), un réseau de signalisation complexe, principalement orchestré par les kinases Tel1ATM et Mec1ATR. La mise en place de la DDR est nécessaire pour reconnaître les dommages à l'ADN, initier les voies de réparation de l'ADN et adapter le contexte cellulaire pour optimiser l'efficacité de cette réparation. Cependant, la réussite des dernières étapes de la réparation de l'ADN exige également une désactivation de la DDR appropriée et en temps voulu. Les gouttelettes lipidiques sont des organites dynamiques, structurés par un noyau de lipides neutres entouré d'une monocouche de glycérophospholipides recouverte d'un protéome spécifique. Les gouttelettes lipidiques cytoplasmiques (cLD) se forment à partir du réticulum endoplasmique (RE) et sont libérées dans le cytoplasme, où elles remplissent des fonctions de stockage d'énergie, de protection des lipides, de détoxification et de signalisation. Mon équipe d'accueil a récemment démontré que, dans les cellules de S. cerevisiae et H. sapiens, les cLD se forment spécifiquement en réponse aux DSB, stockant sélectivement des stérols. Cela engage une boucle de rétroaction négative qui se termine par la délocalisation de Tel1ATM hors du noyau, permettant ainsi l'achèvement de la réparation de l'ADN et l'atténuation de l'axe DDR médié par Tel1ATR. Contrairement aux cLD, mon équipe d'accueil a observé que leurs homologues nucléaires (nLD), qui émergent de la membrane nucléaire interne vers le nucléoplasme, se forment en réponse au stress réplicatif exogène induit par divers traitements génotoxiques. Cependant, le mécanisme moléculaire sous-jacent à leur formation, ainsi que leurs rôles physiologiques potentiels, restent à établir. J'ai identifié que la déplétion de l'ADN polymérase δ induit le stress réplicatif dans les cellules de S.cerevisiae. J'ai découvert que cela conduit de manière inattendue à une augmentation significative des cLD enrichies en stérols, suggérant une évolution rapide de l'intermédiaire de l'ADN associé au stress réplicatif vers des structures contenant des cassures ressemblant aux DSB. De plus, en manipulant le métabolisme des stérols, j'ai pu limiter l'évolution du stress réplicatif en DSB. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que les groupements stérols peuvent directement influencer le destin des intermédiaires de l'ADN générés en réponse à l'instabilité du génome.

Accurate DNA replication is essential for genome integrity, cell survival and faithful genetic inheritance. DNA replication impairment can derive from DNA interruptions, such as Double-Stranded DNA Breaks (DSBs), or difficulties in processive replication fork progression, known as Replicative Stress (RS). The affected cells activate the DNA Damage Response (DDR), a complex signalling network, mainly orchestrated by Tel1ATM and Mec1ATR kinases. The DDR establishment is necessary to recognize DNA damage, initiate DNA repair pathways, and adapt cellular context for repair proficiency. However, the successful completion of the final steps of DNA repair also requires a timely and appropriate DDR deactivation. Lipid Droplets (LD) are dynamic organelles, structurally defined by a neutral lipid core and its surrounding glycerophospholipid monolayer covered by a specific proteome. Cytoplasmic LD (cLD) form from the Endoplasmic Reticulum (ER) and are released into the cytoplasm, fulfilling energy storage, lipid protection, detoxification and signalling roles. We recently demonstrated in S. cerevisiae and H. sapiens cells that cLD specifically form in response to DSBs, selectively storing sterols. This engages a negative feedback loop that culminates with the titration of Tel1ATM out of the nucleus, thus permitting DNA repair completion and attenuation of the Tel1ATR-mediated DDR axis. In opposition to cLD, we detected that their nuclear counterparts (nLD), which emerge from the Inner Nuclear Membrane (INM) towards the nucleoplasm, form in response to exogenous replicative stress induced by various genotoxic treatments. However, the molecular mechanism underlying their formation, as well as their potential physiological roles remain unestablished. I identified that DNA Polymerase δ depletion induces the replicative stress in S. cerevisiae cells. I found this unexpectedly results in a significant increase of sterol-enriched cLD, suggesting a rapid evolution of the initially formed RS-associated DNA intermediate towards DSB-like-containing DNA structures. Moreover, I detected that, by manipulating the sterol metabolism, I manage to restrict the evolution of RS into DSBs. Overall, our findings suggest that sterol moieties can directly define the fate of DNA intermediates generated in response to genome instability.