Blanc SVSE 6 - Blanc - SVSE 6 - Génomique, génétique, bioinformatique et biologie systémique

Les déterminismes du volume cellulaire, un caractère complexe au croisement entre métabolisme et cycle cellulaire – Deep-in-Size

Comment une cellule maintient elle sa taille constante ?

Au sein du monde vivant, la taille des cellules est très variable mais pour un type cellulaire donné, dans un environnement donné, elle est sensiblement constante. Cette homéostasie de taille implique l’existence de mécanismes permettant d’estimer le volume cellulaire et donc de coordonner la croissance (augmentation de volume) et la prolifération (augmentation du nombre de cellules).

Identifier les déterminismes génétiques du volume cellulaire, un caractère complexe au croisement entre métabolisme et cycle cellulaire

Du fait de leur relative simplicité, les eucaryotes unicellulaires comme la levure ont été des outils précurseurs pour l’étude du contrôle de la taille des cellules. Chez cet organisme, des études génétiques ont permis l’identification de nombreux mutants plus petits (whi) ou plus gros (lge) que les cellules sauvages. En effet, la délétion d’environ 500 gènes (8% des gènes de levure) conduit à une taille médiane divergeant de la souche isogénique sauvage de plus de 10%. Ces travaux ont de plus révélé que le contrôle de la taille cellulaire impliquait notamment la voie de biogenèse des ribosomes et plusieurs voies majeures de signalisation nutritionnelle (RAS, TOR). Les premières études d’épistasie suggèrent que ces cascades de « sensing » nutritionnel affectent le contrôle de la taille cellulaire par des voies différentes. Il apparaît donc clair que le contrôle de la taille cellulaire n’est pas le résultat d’une voie linéaire mais plutôt celui d’un réseau d’interactions très intriquées. Or à ce jour, la très grande majorité des mutants de taille n’ont pas été placés dans des voies de signalisation définies. Le contrôle de la taille cellulaire chez la levure est donc un exemple pour lequel de nombreux gènes contribuant à un caractère quantitatif complexe ont été identifiés, mais leur organisation en voies de signalisation dinstinctes et leur contribution phénotypique spécifique restent à établir.

Le premier objectif de notre projet est de positionner les ~400 mutants présentant les phénotypes de taille les plus extrêmes dans des voies distinctes en utilisant des analyses d’épistasie à grande échelle. La levure est particulièrement propice à ce type d’études du fait de l’existence de puissantes approches génétiques. Dans un deuxième temps, des mutants représentatifs de chaque voie seront choisis et précisément caractérisés afin de comprendre comment ils affectent la progression dans le cycle cellulaire, l’expression génique et le métabolome. Ceci permettra de déterminer la contribution de chaque voie à l’homéostasie de taille et d’identifier d’éventuelles signatures transcriptomique et/ou métabolomique. Enfin, en nous basant sur l’observation que la taille des cellules et le vieillissement cellulaire sont deux processus fortement affectés par des facteurs nutritionnels et génétiques communs, nous explorerons la connexion entre ces deux phénomènes. Ce projet de biologie des systèmes nous apportera une vision clarifiée et approfondie des modalités par lesquelles un très grand nombre de gènes contribuent à un caractère quantitatif complexe.

En cours

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Au sein du monde vivant, la taille des cellules est très variable mais pour un type cellulaire donné, dans un organisme donné, elle est sensiblement constante. Cette homéostasie de taille implique l’existence de mécanismes permettant d’estimer le volume cellulaire et donc de coordonner la croissance (augmentation de volume) et la prolifération (augmentation du nombre de cellules).
Du fait de leur relative simplicité, les eucaryotes unicellulaires comme la levure ont été des outils précurseurs pour l’étude du contrôle de la taille des cellules. Chez cet organisme, des études génétiques ont permis l’identification de nombreux mutants plus petits (whi) ou plus gros (lge) que les cellules sauvages. En effet, la délétion d’environ 500 gènes (8% des gènes de levure) conduit à une taille médiane divergeant de la souche isogénique sauvage de plus de 10%. Ces travaux ont de plus révélé que le contrôle de la taille cellulaire impliquait notamment la voie de biogenèse des ribosomes et plusieurs voies majeures de signalisation nutritionnelle (RAS, TOR). Les premières études d’épistasie suggèrent que ces cascades de « sensing » nutritionnel affectent le contrôle de la taille cellulaire par des voies différentes. Il apparaît donc clair que le contrôle de la taille cellulaire n’est pas le résultat d’une voie linéaire mais plutôt celui d’un réseau d’interactions très intriquées. Or à ce jour, la très grande majorité des mutants de taille n’ont pas été placés dans des voies de signalisation définies. Le contrôle de la taille cellulaire chez la levure est donc un cas très intéressant où des loci multiples contribuant à un caractère quantitatif complexe sont identifiés, mais leur organisation en voies de signalisation spécifiques et leur contribution phénotypique restent à établir.
Le premier objectif de notre projet est de positionner les ~400 mutants présentant les phénotypes de taille les plus extrêmes dans des voies distinctes en utilisant des analyses d’épistasie à grande échelle. La levure est particulièrement propice à ce type d’études du fait de l’existence de puissantes approches génétiques. Dans un deuxième temps, des mutants représentatifs de chaque voie seront choisis et précisément caractérisés afin de comprendre comment ils affectent la progression dans le cycle cellulaire, l’expression génique et le métabolome. Ceci permettra de déterminer la contribution de chaque voie à l’homéostasie de taille et d’identifier d’éventuelles signatures transcriptomique et/ou métabolomique. Enfin, en nous basant sur l’observation que la taille des cellules et le vieillissement cellulaire sont deux processus fortement affectés par des facteurs nutritionnels et génétiques communs, nous explorerons la connexion entre ces deux phénomènes. Ce projet de biologie des systèmes nous apportera une vision clarifiée et approfondie des modalités par lesquelles un très grand nombre de gènes contribuent à un caractère quantitatif complexe.

Coordinateur du projet

Institut de Biochimie et Génétique Cellulaires (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Institut de Biochimie et Génétique Cellulaires
Institut de Biochimie et Génétique Cellulaires

Aide de l'ANR 265 000 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2012 - 48 Mois

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