A L I M E N T A T I O N A G R I C U L T U R E

E N V I R O N N E M E N T

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Laurent Jannière1-2, Hamid Nouri1-2, Anne-Françoise Batto2, Solveig Flossum3, Armelle Cabin-Flaman4, Monika Maciag5, Grzegorz Wegrzyn5, Vic Norris4, François Képès1, Agnieszka Szalewska-Palasz5 et Kirsten Skarstad3

1: MEGA, iSSB Génopole; 2: GM-Micalis, INRA, Jouy en Josas; 3: Radiumhospitalet, Oslo, No; 4: AMMIS, Faculté des Sciences, Mt-St-Aignan; 5: University of Gdansk, Gdansk, Pl.

GLYCOLYSIS

PPP

Gluconeogenesis PDH

TCA

Fig. 2: Des produits de la partie centrale du métabolisme carboné (acétyl-CoA et acétate) contrôlent le cycle d’oxydoréduction et la temporalisation de la réplication chez la levure du boulanger.

Réplication Pic d’acétyl-CoA

et d’acétate

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Ox Red

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Métabolisme central carboné

Contrôle des propriétés d’enzymes

de réplication

Fig. 1: La partie centrale du métabolisme carboné contrôle l’activité d’enzymes de réplication chez les bactéries.

Partie centrale du

métabolisme

I INTRODUCTION Chez tous les organismes vivants, la réplication de l’ADN dépend de l’énergie contenue dans les aliments. Le mécanisme de ce phénomène est pour l’essentiel inconnu. Cependant, des études conduites chez des microorganismes modèles en dévoilent les premiers éléments. Premièrement, chez les bactéries Escherichia coli et Bacillus subtilis, certaines propriétés d’enzymes impliquées dans l’initiation et l’élongation de la réplication, dépendent de reactions métaboliques localisées dans la partie centrale du métabolisme carboné (Fig. 1) (1-2). Deuxièmement, chez Saccharomyces cerevisiae, la réplication à lieu pendant la phase de réduction d’un cycle métabolique d’oxydoréduction qui se reproduit plusieurs fois pendant le cycle cellulaire (Fig. 2) (3). Ce couplage temporel dépendrait de la concentration en acétyl-CoA et pourrait être perturbé par l’acétate, deux produits du métabolisme central carboné (4). Enfin, l’altération du couplage peut s’accompagner d’effets mutateurs (5). Ici, nous montrons que la partie centrale du métabolisme carboné régule la temporalisation du cycle de réplication dans le cycle cellulaire chez la bactérie B. subtilis.

II RESULTATS

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Cellules altérées dans la partie

centrale du métabolisme

(see Fig. 1)

Cellules altérées dans le métabolisme

central carboné à l’exclusion de sa

partie centrale (see Fig. 1)

Fig. 3: Le contrôle de la réplication est altéré dans les cellules affectées dans la partie centrale du métabolisme carboné. Cette petite zone du métabolisme assure donc une fonction de réplication.

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III CONCLUSION-PERSPECTIVES Les résultats présentés ci-dessus suggèrent que la partie centrale du métabolisme carboné est responsable du bon timing de la réplication dans le cycle cellulaire chez un grand nombre d’organismes procaryotes et eukaryotes. Le mécanisme de ce processus est encore obscur mais il semble impliquer des métabolites comme l’acétate. Des études conduites chez E. coli et S. cerevisiae indiquent que l’altération de la région métabolique contrôlant le timing de la réplication est associée à une accumulation de cassures dans l’ADN et/ou de mutations spontanées (5-6) . Ces études fournissent donc un nouveau regard sur la tumorigenèse, un processus connu pour dépendre à la fois d’une altération du métabolisme centrale carboné (effet Warburg) et d’une instabilité génétique (7-8). Le tube digestif d’un homme sain contient environ 100 trillions de bactéries qui sécrètent des métabolites. Certains, comme l’acétate, peuvent interférer avec le cycle cellulaire des cellules eucaryotes (4). En situation normale, ces métabolites sont produits à des concentrations tolérées par les cellules eucaryotes environnantes. Cependant, en cas de déséquilibre de la flore intestinale, leur concentration peut changer au point de dépasser les seuils de tolérance des cellules humaines. Ceci pourrait provoquer une dérégulation de la réplication et, en conséquence, une stimulation de la mutagenèse spontanée et une augmentation du risque de cancer. La mesure et le contrôle de la concentration de ces métabolites dans le tube digestif pourraient donc constituer des objectifs interessants dans la lutte contre le cancer. A l’aide de la biologie des systèmes et de synthèse, nous projetons de développer des outils capable de signaler les changements de concentration de métabolites à risque dans le tube digestif et de tamponner leur concentration in situ. Références: (1) PLoS ONE (2007) 2:e447; (2) Microbiol Cell Factory (2011) 10: 19; (3) Science (2005) 310: 1152-1158; (4) Mol Cell (2011) 42: 426-437; (5) Science (2007) 316: 1916-1919; (6) J. Bact (2005) 187:1266-1275; (7) Nat Rev Cancer (2004) 4:891-899; (8) Proc Natl Acad Sci USA (2003) 100:776-781.

Temps (min)

Cycles cellulaires

Cycles cellulaires

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Cycles de réplication

Cycles de réplication

Paramètres de réplication: Initiation : à -65 min; Durée : 81 min; Terminaison : à +20 min

Paramètres de réplication: Initiation : à -50 min; Durée : 63 min; Terminaison : à +19 min

Mutant :

Mutant :

Fig. 4: Comparaison des cycles cellulaires de souches altérées dans la partie centrale du métabolisme carboné ( ) ou à l’extérieure de celle-ci ( ) (temps de génération : 50 min) (Fig. 1&3). La partie centrale du métabolisme temporalise le cycle de réplication.

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Cytométrie en flux

Cellules sauvages poussant à

différentes vitesses de croissance