Le vieillissement chronologique de Schizosaccharomyces pombe : Implication des voies de détection du glucose

Abstract

La première augmentation de la longévité en laboratoire fût observée à la suite d’une intervention nutritionnelle consistant en une réduction de l’apport alimentaire chez le rat. Plus tard, ce phénomène a été reproduit dans de très nombreuses espèces et référé en tant que restriction calorique. Le développement des techniques de biologie moléculaire moderne a permis de montrer dans des organismes modèles simples que cette flexibilité du processus de vieillissement était régulée par des facteurs génétiques. De fait, plusieurs mécanismes cellulaires ont alors pu être identifiés comme responsables de ce contrôle du vieillissement. Ces voies de régulation ont révélées être conservées entre les espèces, depuis les levures jusqu’aux organismes multicellulaires tels que le nématode, la mouche ou la souris, suggérant l’existence d’un programme universel de vieillissement dans le vivant. La levure s’est avéré à plusieurs reprises être un modèle puissant et fiable pour la découverte de gènes impliqués dans ce phénomène. Mon étude a consisté au développement d’un nouveau modèle unicellulaire d’étude du vieillissement à travers l’espèce Schizosaccharomyces pombe appelée aussi levure à fission. La première étape de mon travail a montré que les voies de détection des nutriments gouvernées par la sérine/thréonine protéine kinase A (Pka1) et la sérine/thréonine kinase Sck2 contrôlent le vieillissement chronologique de ces cellules comme il était connu dans la levure Saccharomyces cerevisiae. Ceci permit de valider l’utilisation de la levure à fission pour l’étude du vieillissement. Ensuite, nous avons analysé plus en détail l’effet pro-vieillissement du glucose en étudiant le rôle de sa détection par le récepteur membranaire Git3 couplé à la protéine G (Gpa2) en amont de la kinase Pka1. La perte du signal du glucose par la délétion de Git3 imite partiellement l’effet d’augmentation de longévité obtenu par baisse de la concentration en glucose dans le milieu. De plus, l’effet néfaste du signal du glucose est maintenu en absence de tout métabolisme du glucose suite à la mutation des hexokinases, premières enzymes de la glycolyse. L’ensemble de ces résultats suggèrent que la signalisation du glucose est prédominante sur son métabolisme pour son effet pro-vieillissement. D’autre part, à la fois la suppression de cette signalisation et la baisse de niveau de glucose disponible allongent la durée de vie en corrélation avec une augmentation de la résistance au stress, une hausse d’activité mitochondriale et une baisse de production de radicaux libres. Finalement, le criblage d’une banque de surexpression d’ADNc a permis d’identifier plusieurs gènes candidats responsables de ces effets en aval de la voie de signalisation Git3/PKA. La recherche sur les mécanismes moléculaires du vieillissement propose une nouvelle approche, un nouvel angle de vue, pour la compréhension des fonctions cellulaires et promet d’apporter de précieuses clefs pour mieux comprendre certaines maladies. En effet, le vieillissement est la première cause d’apparition de nombreuses affections comme les cancers, les maladies cardiovasculaires et métaboliques ou les maladies neurodégénératives tels que les syndromes d’Alzheimer et de Parkinson.

The first increase in life span due to man’s intervention was obtained with rats subjected to a diet reduced in calorie intake. Later, this phenomenon was repeated with many other species and referred as diet restriction or calorie restriction. The development of modern Molecular Biology approaches and the use of simple model organisms demonstrated that the rate of aging was regulated by genetic traits. Indeed, several cellular mechanisms were identified as responsible for the control of aging. These regulatory pathways appear to be conserved throughout species, from yeast to multicellular organisms like nematode, fly and mice, thus suggesting the existence of a universal program of aging. Yeast proved several times to be a powerful and reliable model for discovering genes involved in the regulation of aging. My study consisted in developing Schizosaccharomyces pombe (also called fission yeast) as a new unicellular model to study aging. The first step of my work was to show that pathways of nutrient detection through kinases involving Pka1 and Sck2 control chronological aging in S. pombe, as it was previously demonstrated in Saccharomyces cerevisiae. This first work validated the use of fission yeast for the study of aging. Subsequently, we analysed in more detail the pro-aging effect of glucose focusing on the role of its signalling through the G-protein Gpa2-coupled membrane receptor Git3, which acts upstream of Pka1. The loss of the glucose signal due to deletion of Git3 mimics partially the effect of increasing longevity by reducing glucose in the medium. Moreover, detrimental effects of glucose signal are maintained in absence of sugar metabolism following loss of hexokinases, the first enzymes of glycolysis. Together, these results suggest that the pro-aging effects of glucose signalling are predominant over those due to metabolism of this sugar. Moreover, both obliteration of this signalling pathway and decrease of glucose availability extend life span, and correlate with an increase in stress resistance, in mitochondrial activity and a lower production of free radicals. Finally, screening a cDNA-overexpression library allowed us to identify several genes candidates responsible for the effects on longevity downstream of Git3/Pka1. Research in the molecular mechanisms of aging propose holds the promise to bring precious clues as to this mysterious processes affecting all living creatures, and paves the way to unravel the underlying causes of many human diseases. Indeed, aging is the first cause of numerous late-onset pathologies including cancers, cardiovascular diseases or neurodegenerative diseases like Alzheimer and Parkinson syndromes.