Topic description
La régulation du volume cellulaire est au cœur de la biologie des cellules vivantes. Volume et surface définissent non seulement la manière dont les cellules interagissent avec leur environnement, mais dictent également leur biochimie et leur organisation interne. Bien que de nombreuses études ont porté sur le contrôle homéostatique de la taille des cellules, le lien potentiel entre le volume cellulaire et l'évolution à long terme reste étonnamment inconnu. En utilisant une approche de biologie synthétique et d'évolution expérimentale chez la levure de fission, nous avons récemment démontré que le volume initial d'une cellule peut être un déterminant de sa trajectoire évolutive dans des conditions délétères. En effet, nous avons observé une spécificité de taille dans le processus d'adaptation aux niveaux phénotypique, génétique et mécanistique. Cependant, notre connaissance des voies moléculaires par lesquelles la taille d'une cellule façonne son évolution est limitée. Chez la levure à fission, le volume du noyau s'adapte à la taille de la cellule, maintenant un rapport nucléo-cytoplasmique robuste dans de nombreuses conditions. Cela nous a conduits à émettre l'hypothèse que la taille du noyau pourrait jouer un rôle dans la stratégie évolutive des cellules, et nos données préliminaires utilisant la technique de « chromosome conformation capture » corroborent cette idée. Ce projet se concentrera tout d'abord sur l'utilisation de méthodologies avancées pour évaluer le volume nucléaire dans nos modèles d'évolution expérimentale. Cela nous permettra ensuite d'étudier comment des processus liés à ce paramètre (allant de la modulation de l'architecture de la chromatine et ses conséquences sur l'évolution du génome et son métabolisme à des changements dans les propriétés physiques de l'espace nucléaire) modifient la façon dont les cellules s'adaptent à leur environnement. Ce travail représentera une direction de recherche nouvelle et originale sur les déterminants de l'évolution cellulaire, faisant le lien entre la morphologie des cellules, la dynamique du génome et l'adaptation. Étant donné l'importance et la diversité de la taille des cellules chez différentes espèces et dans des contextes pathologiques, nos résultats auront des implications pour un large éventail d'organismes et de conditions.
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Regulation of cell size is central to the biology of living cells in both normal and pathological contexts. Volume and surface area not only define how cells interact with their environment but also dictate their intracellular chemistry and organisation. Moreover, heterogeneity in cell size is a hallmark of tumours and has often been used as a diagnostic marker for cancer. While many studies have investigated short-term cell size control, the potential link between cell volume and long-term adaptation remains surprisingly unknown. Interestingly, cancer cells are fast-evolving, and adaptation to external challenges underlies the acquisition of resistance to therapies. Using a synthetic biology approach and experimental evolution in fission yeast, we recently demonstrated that the initial volume of a cell can be a determinant of its evolutionary trajectory in challenging conditions. Indeed, we observed size-specificity in the adaptation process at the phenotypic, genetic and mechanistic levels. However, we still do not understand the molecular pathways by which cell size shapes cellular evolution. In fission yeast, the size of the nucleus scales with cell size, maintaining a robust nucleo-cytoplasmic ratio over a wide range of conditions. This led us to hypothesize that nuclear volume may play a role in delineating the evolutionary strategy of cells, and preliminary data using chromosome conformation capture techniques are consistent with this idea. This project will first focus on the use of advanced methodologies to evaluate nuclear size in our models of experimental evolution. This will then allow us to decipher how processes linked to this critical parameter, from modulation of chromatin architecture to associated alterations in genome evolution and metabolism to changes in the physical properties of the nuclear space, tune the way cells adapt to their environment. Altogether, this work will represent a novel and original exploration of the determinants of cellular evolution, bridging cell morphology, genome dynamics and adaptation. Given the ubiquitous importance and diversity of cell size across species and in pathological contexts, our results will have implications for a broad range of organisms and conditions.
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Début de la thèse : 01/10/
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