Evolution structurelle et fonctionnelle du gène HAP4 : régulateur central de l'équilibre fermentation/respiration chez la levure Saccharomyces cerevisiae

par Kateryna Sybirna

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Monique Bolotin-Fukuhara.

Soutenue en 2006

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Régulateur transcriptionnel
• Evolution
• Homologues

Résumé

Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, le complexe transcriptionel HAP est impliqué dans la balance respiration/fermentation. Ce complexe est composé de 4 sous unités. 3 sous unités sont nécessaires pour le fixation du complexe à l'ADN alors que la sous unité Hap4p est la clef dans la régulation du passage fermentation-respiration chez S. Cerevisiae. Jusqu'à présent, aucun homologue de HAP4 n'avait été identifié excepté chez K. Lactis. L'examen des 2 séquences de Hap4 a conduit à l'identification de 2 séquences peptidiques très courtes, identifiées aussi chez d'autres levures. Chez la levure Hansenula polymorpha, 2 homologues putatifs de la protéines Hap4 ont été identifiés, constitués de la séquence N- terminale de la protéine Hap4 de S. Cerevisiae ainsi que d'un motif de type b-Zip qui est spécifique de la famille de protéine YAP, mais uniquement pour le second homologue. Grâces aux outils génétiques et moléculaires ainsi qu'à la connaissance de la séquence génomique de cette levure, nous avons exprimés ces protéines chez S. Cerevisiae et montré d'une part qu'elles sont capables de restaurer un défaut de croissance dans une souche délétée pour hap4 et d'autre par que le deuxième homologue confère une résistance au H2O2 dans un mutant yap1 de S. Cerevisiae. De nombreuses expériences ont été réalisées afin de confirmer la similarité et la diversité fonctionnelle de ces nouveaux gènes par rapport à ScHAP4. La découverte des protéines régulatrices Hap4 chez H. Polymorpha qui comportent uniquement la partie N-terminale de ScHap4 ainsi que le domaine b-Zip spécifique de la famille des protéines YAP, indique que ces domaines jouent un rôle crucial dans l'évolution.

Titre traduit

Structural and functional evolution of the HAP4 gene : the key regulator of the fermentation/respiration balance in the yeast Saccharomyces cerevisiae

Résumé

In Saccaromyces cerevisiae, the HAP transcriptional complex is involved in the fermentation-respiration shift. This complex is composed of 4 subunits. Three subunits are necessary for DNA binding, whereas the Hap4p subunit, glucose-repressed, is the key regulator of the fermentation/respiration balance in yeast S. Cerevisiae. Up to date no HAP4 homolog has been identified except for Kluyveromyces lactis. Examination of these two HAP4 sequences leads to the identification of two very short conserved peptides also identified in other yeasts. For the Hansenula polymorpha yeast, two possible HAP4 homologues have been found with only the N-terminal conserved domain of the S. Cerevisiae Hap4 protein for the both homologues and an additional short motif of the b-Zip type which is specific for the family of the YAP proteins for the second one. Since molecular genetic tools exist and complete genome sequence is known for this yeast, we have expressed these putative HpHap4 proteins in S. Cerevisiae and shown that both of these protein are able to restore the growth defect of the S. Cerevisiae hap4 deleted strain and the second one confers H2O2 resistance to S. Cerevisiae yap1 mutant. A set of experiments was performed to confirm the functional similarity and diversity of these new genes with ScHAP4. The discovery of Hap4-regulatory proteins in H. Polymorpha with only the N-terminal conserved domain of the S. Cerevisiae Hap4 protein and domain of b-Zip type specific for the family of the YAP proteins, indicates that these domains may play a crucial role during evolution.