Academic literature on the topic 'Saccharomyces cerevisiæ – Génétique'

Le développement de la génomique synthétique (GS) a permis l’élaboration d’outils et de méthodes innovantes permettant la synthèse, l’assemblage et la modification génétique précise de chromosomes bactériens complets. La raison principale de ce succès, ayant abouti à la création de la première cellule synthétique quasi-minimale JCVI-syn3.0, est l’utilisation de la levure Saccharomyces cerevisiae comme hôte temporaire d’accueil et de modification de ces génomes. Cependant, une autre technique a joué un rôle considérable dans le succès retentissant de ces travaux : la transplantation de génomes bactériens (TG). Cette technique, encore mal comprise, permet d’installer des génomes complets naturels ou synthétiques dans un contexte cellulaire favorable à leur expression et donner la vie. Une meilleure compréhension du processus de TG permettrait d’élargir l’ensemble des techniques de GS, appliquées actuellement quasi exclusivement à l’étude des mycoplasmes, à de nombreuses autres bactéries d’intérêt, y compris des bactéries génétiquement non-modifiables à ce jour.

L’objectif principal de cette étude était d’identifier les déterminants génétiques causant une différenciation phénotypique entre les levures Saccharomyces cerevisiae et Saccharomyces paradoxus. Ces espèces peuvent s’hybrider malgré des différences écologiques importantes, dont la capacité de croître à haute température. S. cerevisiae et l’hybride sont capables de croître à 37 °C tandis que S. paradoxus ne peut pas. L’approche qui a été utilisée est un test de complémentation. D’abord, les chromosomes de S. cerevisiae ont été enlevés un à un du génome de l’hybride, puis les gènes afin d’augmenter la résolution de l’approche. Ainsi, les chromosomes et les gènes de S. paradoxus qui ne peuvent pas complémenter ceux de S. cerevisiae, empêchant l’hybride de croître à 37 °C, ont pu être identifiés. Les résultats indiquent que la différence entre les taux de croissance de S. cerevisiae et S. paradoxus est causée par de multiples locus ayant des effets mineurs sur le phénotype.

Le génome est organisé sous forme de chromatine afin de contourner la problématique d’espace limité dans le noyau. De plus, cette structure hautement condensé est une barrière physique aux processus cellulaires qui nécessite l’accès à l’information génétique. Les dernières années d'études ont dévoilé des complexes modificateurs de la chromatine comme des acteurs clés dans plusieurs mécanismes de modulation de la chromatine. L'un de ces modificateurs est NuA4, un complexe conservé au cours de l’évolution qui acétyle les histones H2A, H2A.Z et H4. Dans cette thèse, en utilisant Saccharomyces cerevisiae comme organisme modèle, nous avons identifié l'implication de NuA4 dans l'incorporation de H2A.Z et la biosynthèse des voies purines. Dans une seconde partie, nous étudions la participation de NuA4 dans la réponse aux dommages de l'ADN. Plus précisément, nous avons caractérisé la phosphorylation des sous-unités NuA4 dépendante de Mec1/Tel1. L’ensemble de ces travaux, comment NuA4 coordonne différentes activités cellulaires.
Cell genome is packaged into chromatin in order to compensate the limited space within the nucleus. However, this highly condensed structure also presents strong physical barriers for cellular processes using DNA as templates. Recent years of studies have unveiled chromatin modifying complexes as key players in several mechanisms of chromatin modulation. One of these modifiers is NuA4, an evolutionary conserved large multi-subunit histone acetyltransferase complex that acetylates histone H2A, H2A.Z and H4. In this thesis, using Saccharomyces cerevisiae as model system, we identified the implication of NuA4 in global histone variant H2A.Z incorporation and purine biosynthesis pathways. Moreover, we also show previously uncharacterized involvement of NuA4 in DNA damage response pathways through Mec1/ Tel1-dependent phosphorylation events on NuA4 subunits. Further analysis will shed light on detailed mechanisms about how NuA4, as a multifunctional complex, coordinates various cellular activities.

L’organisation du cytosquelette d’actine chez Saccharomyces cerevisiae nécessite plusieurs protéines dont la profiline, impliquée dans la polymérisation des filaments d’actine. Les cellules pfy1Δ présentent un phénotype anormal; les granules corticaux sont dépolarisés et il y a absence de câbles d’actine visibles. Le gène SYP1 a été identifié en tant que suppresseur de la souche pfy1Δ. Nous avons étudié SYP1 dans le but de lui attribuer une fonction cellulaire. La surexpression de SYP1 dans les souches bni1Δ, cdc10Δ, chs5Δ, end3Δ et sla2Δ provoque un retard important de la croissance tandis qu’elle corrige le défaut de bourgeonnement de la souche arf3Δ ainsi que le défaut d’endocytose des souches ede1Δ, sla1Δ et sac6Δ. La localisation cellulaire dans des souches mutantes révèle que Syp1p est délocalisée dans les souches bni1Δ, cdc10Δ, cdc12-6, chs1Δ et cla4Δ. Ces résultats nous permettent de conclure que Syp1p joue un rôle dans l’organisation du cytosquelette d’actine ainsi que dans l’endocytose.

L’évolution par la duplication de gènes est maintenant reconnue comme un des mécanismes les plus importants dans l’évolution et plusieurs évidences ont été retrouvées dans le génome des organismes. Ce qui est moins connu, et plus débattu, est l’implication respective de la divergence de la régulation transcriptionnelle et de la divergence de la séquence codante dans l’évolution phénotypique. Nous avons établi une méthode nous permettant d’évaluer le rôle de la régulation transcriptionnelle dans la divergence des interactions protéine-protéine sur les gènes dupliqués chez l’organisme Saccharomyces cerevisiae. Nos résultats démontrent que cette méthode peut être utilisée pour vérifier si la différence d’interactions protéine-protéine peut être expliquée par la divergence de la régulation transcriptionnelle ou par la divergence de séquence codante. Nous avons identifié des cas où la divergence de régulation transcriptionnelle joue un rôle important, un rôle mineur ou aucun rôle dans la divergence des interactions protéine-protéine. La méthode développée peut être transposée à grande échelle, ce qui pourrait faire de la lumière sur l’importance de la régulation transcriptionnelle durant l’évolution.
Evolution by gene duplication is considered one of the most important mechanisms of evolutionary innovation. What is less known and highly debated is the relative role of the divergence of transcriptional regulation and the divergence of protein coding sequence in the evolution of molecular networks. We developed a method aimed at evaluating the role of transcriptional regulation in the divergence of protein-protein interactions among duplicated genes in the budding yeast Saccharomyces cerevisiae. Our results demonstrate that our approach can be used effectively to test if divergence of protein-protein interaction profiles can be explained by the divergence of transcriptional regulation or the divergence of coding sequences. We found evidence supporting different scenarios, whereby expression regulation has a large effect, no effect or little effect on protein-protein interaction profiles of paralogous proteins. Our method can be brought to large scale and help elucidate the importance of gene transcriptional regulation in evolution of complex cellular networks.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015
Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015
La question des bases structurales du phénotype et de sa variation est une des questions les plus anciennes de la biologie. Le paradigme actuel stipule que le phénotype est exprimé à partir du génotype au travers de réseaux moléculaires dont l’architecture structure l’information génétique. Cette description mécanistique de la carte génotype-phénotype implique que c’est par la perturbation de l’architecture de ces réseaux que des variations génotypiques mènent à des modifications du phénotype. Les protéines constituant le principal vecteur de l’information génétique, comprendre la carte génotype-phénotype requiert de comprendre comment les variations génotypiques perturbent l’architecture du réseau d’interactions protéines-protéines. Au cours de cette thèse, nous avons développé une méthode permettant d’étudier chez la levure Saccharomyces cerevisiae l’impact de la délétion des gènes sur les interactions entre protéines. Nous avons appliqué cette méthode à l’étude des mécanismes moléculaires de la robustesse par lesquels le réseau d’interactions protéines-protéines filtre les variations génotypiques pour préserver le phénotype. Nous avons mis au jour un mécanisme de compensation fonctionnelle entre gènes paralogues basé sur la compensation des interactions protéines-protéines et expliquant un lien entre génotype et phénotype qui était mal compris jusqu’alors. En outre, en appliquant notre méthode à l’identification des régulateurs de la Protéine Kinase A, nous avons approfondi les connaissances sur la façon dont les maîtres régulateurs coordonnent les processus cellulaires et maintiennent l’homéostasie, une propriété distribuée de la robustesse. Ces résultats, et ceux qui seront produits à l’avenir par l’application de cette méthode, promettent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels l’information génétique est transmise du génotype au phénotype, condition essentielle à la compréhension du vivant et de son évolution.
La question des bases structurales du phénotype et de sa variation est une des questions les plus anciennes de la biologie. Le paradigme actuel stipule que le phénotype est exprimé à partir du génotype au travers de réseaux moléculaires dont l’architecture structure l’information génétique. Cette description mécanistique de la carte génotype-phénotype implique que c’est par la perturbation de l’architecture de ces réseaux que des variations génotypiques mènent à des modifications du phénotype. Les protéines constituant le principal vecteur de l’information génétique, comprendre la carte génotype-phénotype requiert de comprendre comment les variations génotypiques perturbent l’architecture du réseau d’interactions protéines-protéines. Au cours de cette thèse, nous avons développé une méthode permettant d’étudier chez la levure Saccharomyces cerevisiae l’impact de la délétion des gènes sur les interactions entre protéines. Nous avons appliqué cette méthode à l’étude des mécanismes moléculaires de la robustesse par lesquels le réseau d’interactions protéines-protéines filtre les variations génotypiques pour préserver le phénotype. Nous avons mis au jour un mécanisme de compensation fonctionnelle entre gènes paralogues basé sur la compensation des interactions protéines-protéines et expliquant un lien entre génotype et phénotype qui était mal compris jusqu’alors. En outre, en appliquant notre méthode à l’identification des régulateurs de la Protéine Kinase A, nous avons approfondi les connaissances sur la façon dont les maîtres régulateurs coordonnent les processus cellulaires et maintiennent l’homéostasie, une propriété distribuée de la robustesse. Ces résultats, et ceux qui seront produits à l’avenir par l’application de cette méthode, promettent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels l’information génétique est transmise du génotype au phénotype, condition essentielle à la compréhension du vivant et de son évolution.
The question of the structural bases of the phenotype and of its evolution is one of the oldest questions in biology. The present paradigm states that the phenotype is expressed from the genotype through molecular networks, the architecture from which structures genetic information. This mechanistic description of the genotype-phenotype map implies that it is through by perturbing of the architecture of these networks that genotypic variations lead to phenotypic modifications. Since proteins are the main vector of genetic information, understanding the genotype-phenotype map requires the understanding of how genotypic variations perturb the architecture of the protein interaction network. In the course of this thesis, we developped a methodology that allows to study the impact of gene deletions on the interactions between proteins in the yeast Saccharomyces cerevisiae. We applied this method to the study of the molecular mechanisms of robustness by which the protein interaction network filters genotypic variations to preserve the phenotype. We uncovered un mechanism of functional compensation between paralogous genes that is based on protein-protein interaction compensation and that explains the poorly understood link between genotype and phenotype. Moreover, we applied our method to the identification of regulators of Protein Kinase A and deepened our knowledge of how master regulators coordinate cellular processes and maintain homeostasis, a distributed property of robustness. These results, and the ones that will be produced in the future by applying this method, promise a better understanding of the molecular mechanisms through which genetic information is transmitted from the genotype to the phenotype, an essential condition for the understanding of life and its evolution.
The question of the structural bases of the phenotype and of its evolution is one of the oldest questions in biology. The present paradigm states that the phenotype is expressed from the genotype through molecular networks, the architecture from which structures genetic information. This mechanistic description of the genotype-phenotype map implies that it is through by perturbing of the architecture of these networks that genotypic variations lead to phenotypic modifications. Since proteins are the main vector of genetic information, understanding the genotype-phenotype map requires the understanding of how genotypic variations perturb the architecture of the protein interaction network. In the course of this thesis, we developped a methodology that allows to study the impact of gene deletions on the interactions between proteins in the yeast Saccharomyces cerevisiae. We applied this method to the study of the molecular mechanisms of robustness by which the protein interaction network filters genotypic variations to preserve the phenotype. We uncovered un mechanism of functional compensation between paralogous genes that is based on protein-protein interaction compensation and that explains the poorly understood link between genotype and phenotype. Moreover, we applied our method to the identification of regulators of Protein Kinase A and deepened our knowledge of how master regulators coordinate cellular processes and maintain homeostasis, a distributed property of robustness. These results, and the ones that will be produced in the future by applying this method, promise a better understanding of the molecular mechanisms through which genetic information is transmitted from the genotype to the phenotype, an essential condition for the understanding of life and its evolution.

Cette étude visait à vérifier la capacité de deux levures utilisées dans certaines applications alimentaires à dégrader le xylène commercial; deux approches ont été envisagées à savoir l’utilisation du xylène comme seule source de carbone ou encore la biotransformation du xylène en présence d’une autre source de carbone facilement assimilable par les levures. Pour ce faire, l’influence du xylène sur la croissance de Saccharomyces cerevisiae et de Kluyveromyces marxianus ainsi que la tolérance de ces levures en présence de cet hydrocarbure aromatique toxique ont été déterminées. Nos résultats ont démontré que les deux souches pouvaient croître jusqu’à une concentration de 25% (v/v) de xylène dans le milieu. Cette tolérance n’a été observée que lorsque le milieu contenait une source de carbone facilement métabolisable par les levures. Pour ce qui est de vérifier la capacité des levures à dégrader le xylène, un système à deux phases a été conçu et il était composé d’huile de silicone pour la phase organique et d’un milieu à base de sels minéraux (MBS) et de perméat de lactosérum ou de glucose (selon la souche testée) pour la phase aqueuse. Malheureusement, les conditions expérimentales utilisées dans cette étude n’ont pas permis de démontrer la capacité des levures à dégrader le xylène.

Met4 est l’activateur transcriptionnel des gènes de la voie de biosynthèse des acides aminés soufrés, les gènes MET. Il est actif lorsque le milieu est carencé en acides aminés soufrés ou encore lorsqu’il contient du cadmium (Cd2+), ceci afin d’assurer la synthèse de la cystéine nécessaire à la formation du glutathion, un tripeptide permettant la détoxification du Cd2+. Nous avons montré que Met4 recrute au moins trois coactivateurs en réponse à ces deux conditions: le Médiateur, SAGA et les TAF. Certaines composantes de ces trois complexes ne semblent être nécessaires que dans une des conditions d’induction, suggérant un mécanisme d’activation par Met4 différentiel en fonction du signal. D’autre part, dans le cadre du phénomène d’économie en soufre déclenché en réponse au Cd2+, nous nous sommes intéressé aux mécanismes assurant le remplacement de la forme principale de la pyruvate décarboxylase Pdc1 par une isoforme, Pdc6, de teneur plus faible en acides aminés soufrés, et avons montré (1) que l’induction de PDC6 dépend directement de Met4 et de ses cofacteurs mais repose sur un site de liaison à l’ADN atypique, (2) que le recrutement de la machinerie transcriptionnelle au niveau de PDC6 et l’accumulation des transcrits sont retardés par rapport aux gènes MET et (3) que l’activation de PDC6 nécessite des concentrations de Cd2+ plus importantes. Nous avons montré une implication du complexe corépresseur Ssn6/Tup1 dans la répression de PDC1 et ceci vraisemblablement par altération de la structure chromatinienne via l’histone déacétylase Rpd3. Enfin, nous avons aussi observé ce remplacement de Pdc1 par Pdc6 en carence en acides aminés soufrés
Met4 is the transcriptional activator which controls the MET gene network responsible for the biosynthesis of sulfur-containing amino acids. It is actif under conditions of limitation in sulfur and also upon exposure to cadmium (Cd2+) and, therefore, leading to synthesis of the cystein required to formation of glutathione, a thiol tripeptide necessary to complex and detoxify Cd2+. We showed that Met4 recruits at least three coactivators in response to these two conditions: the Mediator, SAGA and TAF. However, some of the subunits of these three complexes seem to be required in only one of the two induction conditions, suggesting a differential activation mechanism by Met4 according to the signal. Within the framework of the global sulfur sparing response in answer to Cd2+, we focused on the molecular mechanisms that govern the switch in expression between Pdc1 and Pdc6, two isoforms of pyruvate decarboxylase with differents contents of sulfur-containing amino acids. We showed that (1) transcriptional activation of PDC6 depends directly on Met4 and its cofactors but involves on atypical DNA binding site, (2) recruitment of the transcriptional machinery at PDC6 promoter and accumulation of PDC6 transcripts are delayed compared to MET genes and (3) PDC6 activation requires high concentrations of Cd2+. In addition, we showed involvement of the corepressor complexe Ssn6/Tup1 in the PDC1 repression, this probably through changes in chromatin structure via the histone deacetylase Rpd3. Finally, this transcriptional switch was also observed under condition of limitation in sulfur

L’agriculture moderne doit assurer notre sécurité alimentaire dans le contexte d’un changement climatique qui entraîne une baisse des rendements. Une meilleure compréhension des facteurs contrôlant la recombinaison méiotique ouvrirait la voie à la modification du nombre et de la répartition des crossing-overs, ce qui permettrait une localisation plus précise des facteurs génétiques contrôlant les caractères d’intérêt agronomique et faciliterait le pyramidage d’allèles favorables au sein d’un même génotype élite. Pendant ma thèse, j’ai développé une méthode de mesure à haut débit de la recombinaison chez la levure Saccharomyces cerevisiae pour étudier la diversité de la recombinaison et de l’interférence au sein d’une collection de 24 souches représentatives de la diversité de l’espèce ainsi qu’au sein d’un dispositif di-allèle à cinq parents. Les résultats montrent un nombre moyen de crossing-overs par méiose compris entre 24 et 61, ce qui est plus élevé que chez la majorité des autres espèces. Plus particulièrement, les profils de recombinaison diffèrent entre souches, atteignant un écart d’un facteur 9 dans certaines régions. Les souches originaires d’habitats peu stables n’ont cependant pas un niveau de recombinaison plus élevé que les souches originaires d’environnements stables. En outre, la plupart des souches montrent de l’interférence dont la force est corrélée positivement avec le niveau de recombinaison. L’étude de la relation entre niveau de recombinaison et similarité de séquence entre homologues, à différentes échelles locales ou globales, indique que la recombinaison est contrôlée à la fois par des éléments cis et des facteurs trans. Par ailleurs, l’hétérozygotie chez les hybrides a un effet négatif sur le niveau de recombinaison, mais les homozygotes ont aussi un niveau de recombinaison réduit par un effet de dépression de consanguinité. Ce travail permettra maintenant d’étudier la réponse de la recombinaison à la sélection et de détecter les QTL de nombre de crossing-overs, afin d’identifier des gènes qui contrôlent la recombinaison
Modern agriculture must ensure food security in a context of climate change that will lower yields. A better understanding of the factors controlling meiotic recombination could pave the way to modifying the number and distribution of crossing-over, which would allow a more precise localization of genetic factors controlling agronomic traits, and facilitate gene pyramiding in selection programs. During my thesis, I developed a method for high-throughput measurement of recombination rates in the yeast Saccharomyces cerevisiae. This allowed me to study the diversity of recombination and interference in a collection of 24 strains representing most of the diversity of the species, as well as within a five-parent di-allele design. The results show an average number of crossovers per meiosis ranging between 24 and 61, higher than in the majority of other species. Furthermore, recombination patterns differ between strains, and ratios of local recombination rates show 9-fold differences in some regions. Strains from unstable habitats, however, do not have a higher level of recombination than those from stable environments. In addition, most strains show interference whose strength is positively correlated with the level of recombination. The study of the relationship between recombination rate and sequence similarity between homologs at different scales (from local to global) indicates that recombination is controlled by both cis elements and trans factors. Lastly, heterozygosity in hybrids has a negative effect on crossing-over, but homozygotes also have a reduced level of recombination due to inbreeding depression. This work will now be used to study the response of recombination to selection and to detect QTL of crossover number in order to identify genes controlling recombination