La levure Saccharomyces cerevisiae est un organisme modèle dans l’étude des mécanismes moléculaires et cellulaires fondamentaux. Mais cette levure est également utilisée dans les bioprocédés, que ce soit dans le cadre des fermentations traditionnelles ou de procédés plus innovants en biotechnologies blanches. Il est donc surprenant de constater, à l’heure de l’avènement de la biologie synthétique, que les mécanismes fondamentaux intervenant dans le maintien de l’homéostasie cellulaire ne sont pas tous élucidés. Un cas d’étude est le système TPS (métabolisme du tréhalose) : le mutant tps1∆, qui n’exprime plus la tréhalose-6-phosphate synthase et est donc dépourvu de synthèse du tréhalose, présente pléthore de phénotypes dont le plus frappant est l’absence de croissance sur sources de carbone fermentescibles. Sur la base des connaissances actuelles, cette létalité serait associée à une dérégulation du flux glycolytique consécutif à l’absence du T6P. Les explications n’étant que partiellement satisfaisantes, le but de cette thèse a donc été de reconsidérer l’implication du système TPS dans l’homéostasie cellulaire et énergétique chez la levure, en analysant les rôles respectifs de l’entité protéique Tps1p, du T6P et du tréhalose.
Ces travaux nous ont conduit à positionner Tps1p comme un acteur central de cette homéostasie, indépendamment de sa fonction enzymatique. Les résultats les plus marquants sont que l’expression de la seule protéine permet de (i) maintenir la viabilité sur toute source de carbone, (ii) de rétablir l’équilibre général de la glycolyse et du métabolisme énergétique, via son interaction physique - transitoire et inhibitrice - avec l’hexokinase (iii) de maintenir la résistance à différents stress, notamment thermiques et oxydatifs et enfin, (iv) d’inhiber l’entrée massive et précoce de cette levure dans un processus irréversible de mort cellulaire programmée de type apoptotique.
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The yeast Saccharomyces cerevisiae is a model organism in the study of fundamental, molecular and cellular mechanisms. But this yeast is also used in bioprocesses, whether through traditional fermentation or more innovative processes in white biotechnology. It is therefore surprising that, at the time when advanced synthetic biology approaches arise, the basic mechanisms involved in the maintenance of cellular homeostasis are not all understood. A typical example illustrating this paradox is the TPS (Trehalose metabolism) system: the tps1Δ mutant, which no longer expresses the trehalose-6-phosphate synthase -and is therefore devoid of trehalose synthesis-, exhibits plethora of phenotypes, the most striking being the inability to grow on fermentable carbon sources. From current knowledge, this lethality could be associated with the absence of T6P, which consequently leads to deregulation of the glycolytic flux. As this, and other molecular explanations were only partially satisfactory, the aim of this thesis was to reconsider the involvement of the TPS system in cell and energy homeostasis, by analyzing the roles of the protein entity (Tps1p), of T6P and of trehalose, respectively.
This work led us positioning Tps1p as a central player in this homeostasis, regardless of its enzymatic function. The most remarkable results were that the expression of the sole protein (i) maintained the viability of the strain grown on any carbon source (ii) restored the general balance of glycolysis and energy metabolism through its physical, transient and inhibitory interaction with the hexokinase (iii) maintained resistance to various stresses, including oxidative and thermal stress; and finally, (iv) inhibited the massive and premature commitment of this yeast to an irreversible, apoptotic type programmed cell death.
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