| Revealing the link between cell volume and evolution (Impact du volume cellulaire sur le processus d'adaptation) Garcia Ruano, Daniel - (2023-11-06) / Université de Rennes Revealing the link between cell volume and evolution
| |||
Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: Coudreuse, Damien Discipline : Biologie cellulaire, biologie du développement Laboratoire : IGDR , Institut de biochimie et génétique cellulaires Ecole Doctorale : SVS Classification : Sciences de la vie, biologie, biochimie Mots-clés : volume cellulaire, évolution expérimentale, levure de fission
| |||
Résumé : La régulation du volume des cellules est un aspect crucial de la biologie des organismes vivants. Ainsi, la taille des cellules a un impact sur leur biochimie et leur organisation interne, et joue un rôle clé dans leur interaction avec l'environnement. De manière surprenante, alors que divers mécanismes contribuant à la régulation du volume cellulaire à court terme ont été décrits, le rôle de ce paramètre morphologique dans l'adaptation sur le long terme reste inconnu. Pour étudier cette question, nous avons optimisé de nouvelles méthodologies pour la mesure directe du volume cellulaire et l'évolution automatisée de la levure. Nous avons ensuite tiré parti de ces technologies pour réaliser des expériences d'évolution en laboratoire en soumettant des cellules de levure de fission à différentes conditions adverses. La plupart des populations évoluées que nous avons ainsi obtenues présentent des changements remarquables de volume cellulaire, changements qui sont associés à leur adaptation. Le séquençage du génome de l'une de ces populations, qui a évolué en présence de phénylalanine comme unique source suboptimale d'azote, a révélé des altérations génétiques adaptatives dans le facteur de transcription Toe2, le facteur de Nonsense Mediated Decay (NMD) Upf1, ainsi qu’une amplification génétique d’un gène codant pour un transporteur de spermidine, SPBC36.01c, dont l’expression est régulée par Toe2. Nous avons alors montré que la mutation de Toe2 et l'augmentation du nombre de copies de SPBC36.01c ont un effet synergique sur l’adaptation de cette population. Bien qu’un lien de causalité entre altération du volume cellulaire et évolution n'ait pas été observé, notre étude a mis en évidence un nouveau motif d’adaptation qui combine modulation transcriptionnelle et variation ciblée du nombre de copies d’un gène cible. Ce module pourrait être conservé et contribuer à l’évolution des cellules eucaryotes dans des environnements délétères variés. Abstract : The regulation of cell volume is a crucial aspect of cellular biology. It has an impact on the biochemistry and organization of the cells and delineates their interaction with the environment. Surprisingly, while various mechanisms contributing to short-term size regulation have been described, the role of cell volume in long-term adaptation remains unknown. To investigate this, we optimized key methodologies for direct yeast cell volume measurement and automated yeast evolution. We then took advantage of these technologies to conduct experimental evolution assays using fission yeast cells in a range of challenging conditions. Interestingly, most of the populations that we obtained exhibited cell volume changes that were linked with their adaptation to the stresses. Whole-genome sequencing of one of these populations, which was evolved in the presence of phenylalanine as a poor nitrogen source, revealed adaptive genetic alterations in the transcription factor Toe2, the Nonsense Mediated Decay (NMD) factor Upf1, and a genetic amplification of the spermidine transporter gene SPBC36.01c. Strikingly, SPBC36.01c is a key target of Toe2, and we demonstrated that Toe2 mutation and increased copy number of SPBC36.01c have a synergistic effect on population fitness. Thus, while causality between cell volume and adaptation was not observed, our study uncovers a novel evolutionary motif that combines transcriptional modulation and targeted copy-number variation. This module may be conserved and drive the adaptation of eukaryotic cells to a range of challenging conditions. | |||