Mémoire de la réponse au stress chez la levure S. cerevisiae

Abstract

Cellular memory is a critical ability displayed by micro-organisms in order to adapt to potentially detrimental environmental fluctuations. In the unicellular eukaryote S. cerevisiae, it has been shown at the population level that cellular memory can take the form of a faster or a decreased response following repeated stresses. We here present a study on how yeasts respond to short, pulsed hyperosmotic stresses at the single-cell level. We analyzed the dynamical behavior of the stress responsive STL1 promoter fused to a fluorescent reporter using microfluidics and fluorescence time-lapse microscopy. We established that pSTL1 displays a dynamical variability in its successive activations following two short and repeated stresses. Despite this variability, most cells displayed a memory of past stresses through a decreased activity of pSTL1 upon repeated stresses. We showed that this memory does not require do novo protein synthesis. Rather, the genomic location is important for the memory since promoter displacement to a pericentromeric chromatin domain leads to its decreased transcriptional strength and to the loss of the memory. Interestingly, our results points towards an unreported involvement of the SIR complex on the activity of pSTL1 only when displaced to the pericentromeric domain in our experimental conditions. This study provides a quantitative description of a cellular memory that includes single-cell variability and points towards the contribution of the chromatin structure in stress memory. Our work could serve as a basis to broader studies on the positioning of stress response genes at subtelomeric positions in the budding yeast, from a genetic point of view as well as an evolutionary one.La mémoire cellulaire est une capacité critique dont font preuve les micro-organismes pour s'adapter aux fluctuations environnementales potentiellement néfastes. Chez l'eucaryote unicellulaire S. cerevisiae, il a été montré à l’échelle d’une population que la mémoire cellulaire peut prendre la forme d'une réponse plus rapide ou moins prononcée suite à des stress répétés. Nous présentons ici une étude sur la façon dont les levures réagissent à des stress hyperosmotiques de courte durée à l’échelle de la cellule unique. Nous avons analysé le comportement dynamique du promoteur STL1, exprimé en condition de stress osmotique, et fusionné à un rapporteur fluorescent en faisant usage de microfluidique et de microscopie à fluorescence. Nous avons établi que pSTL1 présente une variabilité dynamique dans ses activations successives après deux stress courts. Malgré cette variabilité, la plupart des cellules présentent une mémoire des stress passés caractérisée par une diminution de l'activité de pSTL1. Nous avons montré que cette mémoire ne nécessite pas de nouvelle synthèse de protéines. L'emplacement génomique est important pour cette mémoire puisque le déplacement du promoteur vers un domaine chromatinien péricentromérique entraîne une diminution de sa force transcriptionnelle ainsi que la perte de la mémoire. Nos résultats indiquent aussi une implication non rapportée du complexe SIR sur l'activité de pSTL1 lorsqu'il est déplacé dans le domaine péricentromérique, dans nos conditions expérimentales. Cette étude fournit une description quantitative d'une mémoire cellulaire qui inclut la variabilité cellulaire et prend en compte la contribution de la structure de la chromatine sur la mémoire du stress. Nos travaux pourraient servir de base à des études plus larges sur le positionnement des gènes de réponse au stress en positions subtélomériques dans la levure, tant d'un point de vue génétique qu'évolutif