Coordination du Contrôle de l’Expression des Gènes en Réponse aux Nutriments – CoCoNut

Une question fondamentale en biologie est de comprendre comment une cellule répond aux fluctuations de son environnement en modulant l'expression des gènes. L'expression des gènes peut être régulée à plusieurs niveaux et beaucoup de travaux ont contribué à la compréhension individuelle de chaque étape. Des approches systémiques ont montré que ces différents modes de régulation opèrent de manière coordonnée, et non de façon indépendante. On connait pourtant très mal les mécanismes moléculaires qui permettent cette coordination. L'objectif de ce projet est d’étudier comment les cellules coordonnent les différentes étapes de régulation de l’expression des gènes en réponse aux nutriments. Plus précisément, nous étudieront les rôles des complexes contenant la kinase TOR, TORC1 et TORC2, et du complexe co-activateur transcriptionnel SAGA, dans le contrôle de l'équilibre entre prolifération et différenciation en fonction de la disponibilité en nutriments.

Nous utiliserons la levure S. pombe, qui est un excellent modèle pour aborder cette question. Tout d'abord, S. pombe prolifère lorsque les nutriments sont présents et se différencie en conditions de carence nutritionnelle. De plus, contrairement à S. cerevisiae, les voies de signalisation impliquant TOR sont parfaitement conservées entre S. pombe et les mammifères. Notre premier objectif est de comprendre comment SAGA est régulé par les voies de signalisation de TOR. En effet, mon équipe a récemment montré que SAGA est nécessaire pour que soit TORC1, soit TORC2, régule l'expression des gènes de différenciation selon la disponibilité en nutriments. De plus, nous avons établi que les voies TORC1 et TORC2 s’opposent dans le contrôle de la phosphorylation d’une sous-unité de SAGA, Taf12. Nous proposons donc d'étudier le mécanisme par lequel la phosphorylation de Taf12 contrôle les activités régulatrices de SAGA aux promoteurs des gènes de différenciation. Nous espérons ainsi identifier une nouvelle voie par laquelle la kinase TOR régule l’expression des gènes et établir que les co-activateurs transcriptionnels peuvent être directement régulés par des voies de signalisation.

Ensuite, nous proposons deux approches pour élucider le rôle du complexe ASTRA dans le contrôle de l'équilibre entre prolifération et différenciation en réponse à la disponibilité en nutriments. Le complexe ASTRA est une co-chaperone d’HSP90 hautement conservée et requise pour l'assemblage des complexes TORC1 et TORC2. Tout d'abord, nous émettons l'hypothèse qu’ASTRA joue un rôle central dans la réponse aux nutriments, en décidant d’assembler soit TORC1, en conditions riches, soit TORC2, en conditions de carence. Pour tester ce modèle, nous caractériserons le mécanisme par lequel les nutriments contrôlent l’activité co-chaperone d’ASTRA envers les complexes TORC1/2. Enfin, nous avons été plusieurs à découvrir que l'une des sous-unités de SAGA, Tra1/TRRAP, se lie à ASTRA. Nous proposons donc de tester si ASTRA fonctionne également à la chromatine, en incorporant Tra1 au sein du complexe SAGA de manière régulée, à certains promoteurs. Nos études établiraient que le recrutement et l’activation de SAGA dépendent de chaperones régulant l’assemblage du complexe.

En conclusion, notre modèle est que les voies de signalisation TOR contrôlent le co-activateur SAGA, en réponse à la disponibilité en nutriments. En parallèle, ASTRA renforcerait cette régulation en coordonnant l’activité de TOR, dans le cytoplasme, avec les fonctions de Tra1 et de SAGA dans le noyau, à des promoteurs spécifiques. Nous pensons que nos travaux ont un fort potentiel pour identifier des mécanismes jusqu'alors inconnus du contrôle de la transcription par les voies de signalisation. En outre, nos résultats renforceraient un concept émergent dans l’étude de la transduction du signal et de la régulation de l'expression des gènes, qui est que certaines chaperones contrôlent l'assemblage de complexes multi-protéiques afin de coordonner leurs activités.