Hog1 et l'homéostasie des télomères durant la sénescence réplicative chez Saccharomyces cerevisiae

Replicative senescence, the process by which cells cease to divide after a certain number of divisions, is triggered by a DNA damage response, resulting from telomeres shortening during each cellular division. Data obtained in different organisms show that mitochondrial dysfunctions and oxidative stress are features of replicative senescence. Yet, the production and regulation of reactive oxygen species (ROS) levels during replicative senescence in budding yeast are still elusive. The aim of my PhD was to quantify ROS levels during replicative senescence and delineate the pathways linking telomerase inactivation with changes in oxidative stress levels using Saccharomyces cerevisiae as a model organism. I demonstrated that oxidative stress increases during replicative senescence in budding yeast. The ortholog of the MAPK p38, Hog1, becomes activated during replicative senescence through its canonical MAPKK Pbs2 and contributes to ROS detoxification. We found that Hog1’s action is independent of Mec1, the major DNA damage checkpoint protein in budding yeast, which also counteracts ROS increase. Hog1 also likely functions independently of the telomeric long non- coding RNA TERRA. Moreover, I established the role of Hog1 in maintaining telomere length homeostasis and showed that the absence of Hog1 results in a marked cell mortality even in unchallenged conditions. Furthermore, my research revealed that autophagic processes do not impact replicative senescence onset in budding yeast. Collectively, data obtained during my thesis highlight that oxidative stress is a hallmark of replicative senescence in budding yeast and that Hog1 contributes to the link between telomeres and the ROS metabolism.La sénescence réplicative, le processus par lequel les cellules cessent de se diviser après un certain nombre de divisions, est déclenchée par une réponse aux dommages de l'ADN, qui résulte du raccourcissement des télomères au cours de chaque division cellulaire. Les données obtenues chez différents organismes montrent que les dysfonctionnements mitochondriaux et le stress oxydant sont des caractéristiques de la sénescence réplicative. Cependant, la production et la régulation des niveaux d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) au cours de la sénescence réplicative chez la levure restent énigmatiques. L'objectif de ma thèse a été de quantifier les niveaux de ROS pendant la sénescence réplicative et de délimiter les voies reliant l'inactivation de la télomérase aux niveaux de ROS en utilisant Saccharomyces cerevisiae comme organisme modèle. J'ai démontré que le stress oxydant augmente pendant la sénescence réplicative chez Saccharomyces cerevisiae. L'orthologue de la MAPK p38, Hog1, s'active au cours de la sénescence réplicative par le biais de sa MAPKK canonique, Pbs2 et contribue à la détoxification des ROS. L’action de Hog1 est indépendante de Mec1, qui participe aussi à la détoxification des ROS. Hog1 semble aussi fonctionner indépendamment du long ARN non codant TERRA. De plus, j'ai établi un rôle indispensable de Hog1 dans le maintien de l'homéostasie de la taille des télomères et montré que la délétion de Hog1 entraine une mortalité cellulaire marquée même en conditions de croissances normales. Mes recherches ont aussi révélé que les processus autophagiques n'ont pas d'impact sur l’établissement de la sénescence réplicative chez S. cerevisiae. Dans l'ensemble, les données obtenues au cours de ma thèse mettent en évidence que le stress oxydant est une caractéristique de la sénescence réplicative chez Saccharomyces cerevisiae et que Hog1 est un acteur clé permettant de relier les télomères et le métabolisme des ROS

Hog1 et l'homéostasie des télomères durant la sénescence réplicative chez Saccharomyces cerevisiae

La sénescence réplicative, le processus par lequel les cellules cessent de se diviser après un certain nombre de divisions, est déclenchée par une réponse aux dommages de l'ADN, qui résulte du raccourcissement des télomères au cours de chaque division cellulaire. Les données obtenues chez différents organismes montrent que les dysfonctionnements mitochondriaux et le stress oxydant sont des caractéristiques de la sénescence réplicative. Cependant, la production et la régulation des niveaux d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) au cours de la sénescence réplicative chez la levure restent énigmatiques. L'objectif de ma thèse a été de quantifier les niveaux de ROS pendant la sénescence réplicative et de délimiter les voies reliant l'inactivation de la télomérase aux niveaux de ROS en utilisant Saccharomyces cerevisiae comme organisme modèle. J'ai démontré que le stress oxydant augmente pendant la sénescence réplicative chez Saccharomyces cerevisiae. L'orthologue de la MAPK p38, Hog1, s'active au cours de la sénescence réplicative par le biais de sa MAPKK canonique, Pbs2 et contribue à la détoxification des ROS. L’action de Hog1 est indépendante de Mec1, qui participe aussi à la détoxification des ROS. Hog1 semble aussi fonctionner indépendamment du long ARN non codant TERRA. De plus, j'ai établi un rôle indispensable de Hog1 dans le maintien de l'homéostasie de la taille des télomères et montré que la délétion de Hog1 entraine une mortalité cellulaire marquée même en conditions de croissances normales. Mes recherches ont aussi révélé que les processus autophagiques n'ont pas d'impact sur l’établissement de la sénescence réplicative chez S. cerevisiae. Dans l'ensemble, les données obtenues au cours de ma thèse mettent en évidence que le stress oxydant est une caractéristique de la sénescence réplicative chez Saccharomyces cerevisiae et que Hog1 est un acteur clé permettant de relier les télomères et le métabolisme des ROS.Replicative senescence, the process by which cells cease to divide after a certain number of divisions, is triggered by a DNA damage response, resulting from telomeres shortening during each cellular division. Data obtained in different organisms show that mitochondrial dysfunctions and oxidative stress are features of replicative senescence. Yet, the production and regulation of reactive oxygen species (ROS) levels during replicative senescence in budding yeast are still elusive. The aim of my PhD was to quantify ROS levels during replicative senescence and delineate the pathways linking telomerase inactivation with changes in oxidative stress levels using Saccharomyces cerevisiae as a model organism. I demonstrated that oxidative stress increases during replicative senescence in budding yeast. The ortholog of the MAPK p38, Hog1, becomes activated during replicative senescence through its canonical MAPKK Pbs2 and contributes to ROS detoxification. We found that Hog1’s action is independent of Mec1, the major DNA damage checkpoint protein in budding yeast, which also counteracts ROS increase. Hog1 also likely functions independently of the telomeric long non- coding RNA TERRA. Moreover, I established the role of Hog1 in maintaining telomere length homeostasis and showed that the absence of Hog1 results in a marked cell mortality even in unchallenged conditions. Furthermore, my research revealed that autophagic processes do not impact replicative senescence onset in budding yeast. Collectively, data obtained during my thesis highlight that oxidative stress is a hallmark of replicative senescence in budding yeast and that Hog1 contributes to the link between telomeres and the ROS metabolism

HOG1 AND THE HOMEOSTASIS OF TELOMERES DURING REPLICATIVE SENESCENCE IN SACCHAROMYCES CEREVISIAE

Telomeres protect linear chromosomes from fusions and degradations. However, the protective functions of telomeres are put at risk when they shorten as the cell divides without telomerase. When telomeres reach a critically short length, they trigger a DNA damage checkpoint-dependent cell cycle arrest in a process called replicative senescence. Data obtained in different organisms show that mitochondrial defects and oxidative stress accelerate telomere shortening and dysfunction. However, how ROS levels are produced and controlled during senescence is still elusive. In Saccharomyces cerevisiae, Hog1, the orthologue of p38 MAPK, is a major factor protecting against osmotic stress and regulating ROS levels. Hog1 activates the transcription of detoxifying genes but also interferes with mitochondrial functions and increases the levels of ROS. Here we show that in telomerase-negative cultures, ROS levels increase before senescence crisis, coinciding with the activation of Hog1. Deletion of Hog1 accelerates senescence demonstrating its contribution to cell viability in the absence of telomerase. Adding antioxidants delays senescence and partially suppresses the acceleration of senescence in hog1-delta cells, suggesting a role of Hog1 in regulating ROS levels during this process. ROS levels also increase during senescence when Mec1, the major DNA damage checkpoint in budding yeast, is mutated. However, Mec1 and Hog1 act on ROS through two independent signaling pathways that cooperate to keep ROS in check during senescence

Hog1 acts in a Mec1-independent manner to counteract oxidative stress following telomerase inactivation in Saccharomyces cerevisiae

Abstract Replicative senescence is triggered when telomeres reach critically short length and activate permanent DNA damage checkpoint-dependent cell cycle arrest. Mitochondrial dysfunction and increase in oxidative stress are both features of replicative senescence in mammalian cells. However, how reactive oxygen species levels are controlled during senescence is elusive. Here, we show that reactive oxygen species levels increase in the telomerase-negative cells of Saccharomyces cerevisiae during replicative senescence, and that this coincides with the activation of Hog1, a mammalian p38 MAPK ortholog. Hog1 counteracts increased ROS levels during replicative senescence. While Hog1 deletion accelerates replicative senescence, we found this could stem from a reduced cell viability prior to telomerase inactivation. ROS levels also increase upon telomerase inactivation when Mec1, the yeast ortholog of ATR, is mutated, suggesting that oxidative stress is not simply a consequence of DNA damage checkpoint activation in budding yeast. We speculate that oxidative stress is a conserved hallmark of telomerase-negative eukaryote cells, and that its sources and consequences can be dissected in S. cerevisiae