Analyse systématique de l'influence de la source d'azote sur le transcriptome de la levure Saccharomyces cerevisiae

Les biopuces a ADN permettent d’etudier a une echelle genomique une tres grande variete de questions sur la physiologie et la differenciation cellulaires. Elles ont ainsi contribue de maniere considerable aux progres recents de nombreux domaines de la biologie et occuperont bientot une place de choix dans le secteur du diagnostic medical. C’est la levure Saccharomyces cerevisiae qui a servi de modele pour le developpement de la premiere biopuce genomique. L’application de cette approche a la levure a permis d’explorer sous un angle nouveau l’etude de ses differents etats de differenciation, de son cycle cellulaire, et de sa capacite d’adaptation a diverses conditions nutritionnelles ou a des conditions environnementales induisant un stress cellulaire. Plusieurs etudes ont plus particulierement examine la reponse des cellules de levure a une carence en azote ou en acides amines. Cependant, une etude systematique de la reponse transcriptionnelle de la cellule aux differentes sources d’azote n’a jamais ete entreprise en croissance confinee a l'etat de regime. S. cerevisiae est capable d’utiliser plus d’une vingtaine de substances en tant que sources uniques d’azote pour la croissance. On distingue parmi les sources d’azote celles qui permettent une croissance optimale, appelees « bonnes » sources d’azote, des autres, appelees « mauvaises » sources d’azote. La levure possede plusieurs systemes de regulation lui permettant de s'adapter a la condition azotee. Au niveau transcriptionnel, on recense trois regulations generales – la NCR (repression catabolique azotee), le GAAC (le controle general de la biosynthese des acides amines) et le systeme SPS (Ssy1-Ptr3-Ssy5) – et une multitude de regulations plus specifiques.En utilisant la technique des puces a ADN, nous avons genere une matrice d'expression de l'ensemble des genes de la levure en croissance confinee a l'etat de regime dans un milieu de culture contenant une parmi 21 sources d'azote differentes. Nous avons pu ainsi recenser systematiquement 506 genes soumis a une regulation transcriptionnelle dependante de l'azote.En nous basant sur ces resultats, nous avons pu decrire l'ensemble des regulations transcriptionnelles engagees dans l'adaptation a la source d'azote fournie dans le milieu de culture. Parallelement, nous avons defini deux grands groupes de sources d'azote en fonction du transcriptome de S. cerevisiae. Le premier groupe rassemble les composes qui exercent une repression catabolique azotee forte et dont la liste a ete completee. Fait nouveau, nous montrons que ces memes composes enclenchent aussi l'activation de la reponse aux proteines mal repliees (UPR). Au contraire, lorsque la source d'azote appartient au second groupe que nous avons defini, non seulement la croissance des levures est plus lente, la NCR levee et la reponse aux proteines mal repliees reprimee, mais nous montrons de facon inattendue que le controle general de la biosynthese des acides amines est active. Plusieurs autres regulations qui ne sont pas impliquees dans le metabolisme azote presentent un comportement different en fonction de la source d'azote fournie. C'est le cas notamment des genes dont l’expression est regulee selon l’apport en zinc et qui sont moins exprimes sur le milieu uree. De meme, les genes impliques dans les resistances multiples aux drogues sont actives par le tryptophane.En confrontant nos resultats a ceux obtenus dans le cadre de travaux independants, nous avons propose plus d'une cinquantaine de nouveaux genes cibles de la NCR. Beaucoup d'entre eux n'ont jamais ete caracterises experimentalement. En utilisant des techniques avancees d'analyse de sequences primaires de proteines, nous avons pu proposer une fonction pour plusieurs de ces genes. Ces analyses bioinformatiques et la realisation d’experiences complementaires a l’aide de biopuces a ADN nous ont permis de proposer que l'un d'entre eux code pour une proteine impliquee dans la destabilisation d'ARN messagers lors de la carence azotee. Nous avons aussi identifie plusieurs nouveaux genes appartenant a des regulons specifiquement actives en reponse a un nombre restreint de sources d'azote. Il est probable que ces genes soient impliques dans le catabolisme des sources d'azote sur lesquelles ils sont actives.