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A Trade-Off between Stress Resistance and Tolerance Underlies the Adaptive Response to Hydrogen Peroxide

Basile Jacquel, Bor Kavčič, Audrey Matifas, Thomas Julou, Gilles Charvin Cell Systems 16, 101320 (2025) - DOI: 10.1016/j.cels.2025.101320

Dans ce travail, en collaboration avec les laboratoires de Thomas Julou et Bruce Morgan, nous avons étudié l'interaction mécanistique entre les stratégies de résistance et de tolérance chez Saccharomyces cerevisiae soumise au peroxyde d'hydrogène (H₂O₂). En utilisant la  microfluidique et la microscopie à fluorescence en temps réel, nous avons pu distinguer quantitativement deux réponses cellulaires distinctes : la résistance, définie par la capacité à maintenir une croissance proliférative grâce à une détoxification efficace des espèces réactives de l'oxygène, et la tolérance, caractérisée par un arrêt réversible de la prolifération qui privilégie la viabilité sous une charge oxydative excessive.

Grâce à la délétion ciblée de ZWF1, le gène codant pour la glucose-6-phosphate déshydrogénase de la voie des pentoses phosphates responsable de la production de NADPH, nous avons observé une diminution prononcée de la résistance au H₂O₂ concomitante à une augmentation paradoxale de la tolérance. En combinant des perturbations génétiques supplémentaires et en variant les conditions nutritionnelles extracellulaires, nous avons démontré que, lors du dépassement de la machinerie homéostatique redox canonique, l'inhibition dépendante du redox de la protéine kinase A (PKA) fonctionne comme un interrupteur moléculaire. Cette inhibition redirige les cellules vers un état tolérant dépendant des nutriments, dans lequel la prolifération est temporairement suspendue, atténuant ainsi les dommages oxydatifs létaux.

En étendant notre analyse à Escherichia coli, notre travail a révélé que le compromis résistance-tolérance est conservé à travers la phylogénie. Ces résultats ont établi un cadre unifié dans lequel la signalisation redox alloue dynamiquement les ressources cellulaires entre les modes de détoxification et de survie. En élucidant la logique réglementaire gouvernant cet équilibre, notre étude fournit une base conceptuelle pour le développement de thérapies combinées qui ciblent simultanément les mécanismes de résistance des pathogènes ou des tumeurs et les défenses de tolérance, avec pour objectif de prévenir l'échappement au traitement et la rechute de la maladie.

 

 

 

DetecDiv, a generalist deep-learning platform for automated cell division tracking and survival analysis

Théo Aspert, Didier Hentsch, Gilles Charvin. eLife, (2022) - DOI: 10.7554/eLife.79519

Dans ce travail, nous avons utilisé l'apprentissage profond pour classifier des séquences d'images de croissance de levures individuelles piégées dans des cavités microfluidiques pour quantifier de manière automatisée leurs divisions successives.

Nous avons montré que notre méthode d'analyse permet de mesurer de manière très précise la durée de vie réplicative des cellules, ou leur survie en réponse à un stress environnemental. Cette méthode, très générale, puisqu'elle fonctionne très bien sur plusieurs géométries de pièges et de conditions d'imagerie, ouvre la voie à des études plus systématiques des mécanismes qui contrôlent l'entrée en sénescence cellulaire.

 

 

 

Monitoring single-cell dynamics of entry into quiescence during an unperturbed life cycle

Jacquel Basile, Aspert Théo, Laporte Damien, Sagot Isabelle, Charvin Gilles. eLife, 10:e73186, (2021) - DOI: 10.7554/eLife.73186

Dans cette étude, nous avons développé un système microfluidique permettant de suivre l'entrée en quiescence de cellules individuelles de levure exposées à une déplétion progressive des nutriments causée par la croissance d'une population. Nous avons utilisé des marqueurs fluorescents pour caractériser la dynamique de la réorganisation de la cellule au cours des différentes phases lors de l'entrée en phase stationnaire. Notre méthodologie révèle l'émergence d'une hétérogénéité de destins cellulaires, certaines cellules étant incapables d'entrée en respiration après le diauxic shift.

 

 

 

Excessive rDNA transcription drives the disruption in nuclear homeostasis during entry into senescence in budding yeast

Morlot S, Song J, Léger I, Matifas A, Gadal O, Charvin G. Cell Rep, (28)2:408-422, (2019) - DOI: 10.1016/j.celrep.2019.06.032

Dans ce travail, nous avons mesuré la dynamique de l'entrée en séensecence dans des cellules individuelles de levure. En particulier, nous avons démontré expérimentalement que les mini-cercles d'ADN ribosomiques extra-chromosomaux (ou ERCs), qui sont étroitement associées au vieillissement chez la levure, s'accumulent exponentiellement bien avant que que les cellules entrent en sénescence et conduisent à une accumulation massive d'ARN ribosomique dans le nucléole et de dysfonctionnements nucléaires majeurs. Nos expériences permettent ainsi de construire un scénario temporel quantitatif conduisant à l'entrée en sénescence.

2022

Left-right asymmetry in oxidative stress sensing neurons in C. elegans. Quintin S, Charvin G. MicroPubl Biol. (2022) - DOI: 10.17912/micropub.biology.000652. eCollection 2022.

Distinct mechanisms underlie H2O2 sensing in C. elegans head and tail Quintin Sophie, Aspert Théo, Charvin Gilles PLOS One, (2022) - DOI: 10.1371/journal.pone.0274226

DetecDiv, a deep-learning platform for automated cell division tracking and replicative lifespan analysis Théo Aspert, Didier Hentsch, Gilles Charvin eLife, (2022) - DOI: 10.7554/eLife.79519

A Microfluidic Platform for Tracking Individual Cell Dynamics during an Unperturbed Nutrients Exhaustion Théo Aspert, Basile Jacquel, Gilles Charvin Bio Protoc (2022) - DOI: 10.21769/BioProtoc.4470

Nuclear Pore Complex Acetylation Regulates mRNA Export and Cell Cycle Commitment in Budding Yeast Mercè Gomar-Alba, Vasilisa Pozharskaia, Celia Schaal, Arun Kumar, Basile Jacquel, Gilles Charvin, J. Carlos Igual, Manuel Mendoza EMBO J, (2022) - DOI: 10.15252/embj.2021110271

DNA circles promote yeast ageing in part through stimulating the reorganization of nuclear pore complexes Anne C. Meinema*, Anna Marzelliusardottir*, Mihailo Mirkovic*, Théo Aspert, Sung Sik Lee, Gilles Charvin, Yves Barral eLife, 11:e71196, (2022) - DOI: 10.7554/eLife.71196

2021

Monitoring single-cell dynamics of entry into quiescence during an unperturbed lifecycle Jacquel Basile, Aspert Théo, Laporte Damien, Sagot Isabelle, Charvin Gilles eLife, 10:e73186, (2021) - DOI: 10.7554/eLife.73186

Increased levels of mitochondrial import factor Mia40 prevent the aggregation of polyQ proteins in the cytosol Anna M Schlagowski, Katharina Knöringer, Sandrine Morlot, Ana Sánchez Vicente, Tamara Flohr, Lena Krämer, Felix Boos, Nabeel Khalid, Sheraz Ahmed, Jana Schramm, Lena M Murschall, Per Haberkant, Frank Stein, Jan Riemer, Benedikt Westermann, Ralf J Braun, Konstanze F Winklhofer, Gilles Charvin, Johannes M Herrmann EMBO J, (2021) - DOI: 10.15252/embj.2021107913

A trade-off between stress resistance and tolerance underlies the adaptive response to hydrogen peroxide Jacquel Basile, Matifas Audrey, Charvin Gilles bioRxiv, (2021) - DOI: 10.1101/2021.04.23.440814

2019

Proteostasis collapse halts G1 progression and delimits replicative lifespan Moreno D F, Jenkins K, Morlot S, Charvin G, Csikász-Nagy A, Aldea M eLife, 8:e48240, (2019) - DOI: 10.7554/eLife.48240

Excessive rDNA transcription drives the disruption in nuclear homeostasis during entry into senescence in budding yeast  Morlot S, Song J, Léger I, Matifas A, Gadal O, Charvin G  Cell Rep, (28)2:408-422, (2019) - DOI: 10.1016/j.celrep.2019.06.032

COSPLAY: An expandable toolbox for combinatorial and swift generation of expression plasmids in yeast  Goulev Y, Matifas A, Heyer V, Reina-San-Martin B, Charvin G PLoS ONE, 14(8): e0220694, (2019) - DOI: 10.1371/journal.pone.0220694

Self-Learning Microfluidic Platform for Single-Cell Imaging and Classification in Flow Constantinou I, Jendrusch M, Aspert T, Görlitz F, Schulze A, Charvin G, Knop M. Micromachines, 10: 311, (2019) - DOI: 10.3390/mi10050311

2018

Adaptation to DNA damage checkpoint in senescent telomerase-negative cells promotes genome instability  Coutelier H, Xu Z, Morisse MC, Lhuillier-Akakpo M, Pelet S, Charvin G, Dubrana K, Teixeira MT. Genes Dev., 1;32(23-24):1499-1513, (2018) - DOI: 10.1101/gad.318485.118

Multiple inputs ensure yeast cell size homeostasis during cell cycle progression   Garmendia-Torres, C., Tassy, O., Matifas, A., Molina, N., Charvin, G. eLife, 7:e34025, (2018) - DOI: 10.7554/eLife.34025

Controllable stress patterns in microfluidic devices Goulev, Y., Matifas, A. , Charvin, G. Methods Cell Biol., 147:29-40, (2018) - DOI: 10.1016/bs.mcb.2018.07.003

2015

Two routes to senescence revealed by real-time analysis of telomerase-negative single lineages Xu Z, Fallet E, Paoletti C, Fehrmann S, Charvin G, Teixeira MT Nature Comm., 6:7680, (2015) - DOI: 10.1038/ncomms8680

Oscillatory Flow Modulates Mechanosensitive klf2a Expression through trpv4 and trpp2 during Heart Valve Development Heckel E, Boselli F, Roth S, Krudewig A, Belting HG, Charvin G, Vermot J.  Curr Biol., 25(10):1354-61, (2015) - DOI: 10.1016/j.cub.2015.03.038

A quantitative approach to study endothelial cilia bending stiffness during blood flow mechanodetection in vivo Boselli F, Goetz JG, Charvin G, Vermot J.  Methods Cell Biol., 127:161-7, (2015) - DOI: 10.1016/bs.mcb.2015.01.006

In silico control of biomolecular processes Uhlendorf J, Miermont A, Delaveau T, Charvin G, Fages F, Bottani S, Hersen P, Batt G.  Methods Mol Biol., 1244:277-85, (2015) - DOI: 10.1007/978-1-4939-1878-2_13

2014

A memory system of negative polarity cues prevents replicative aging   Meitinger F, Khmelinskii A, Morlot S, Kurtulmus B, Palani S, Andres-Pons A, Hub B, Knop M, Charvin G, Pereira G  Cell, 159(5):1056-69, (2014) - DOI: 10.1016/j.cell.2014.10.014

Endothelial Cilia Mediate Low Flow Sensing during Zebrafish Vascular Development Goetz JG, Steed E, Ferreira RR, Roth S, Ramspacher C, Boselli F, Charvin G, Liebling M, Wyart C, Schwab Y, Vermot J.  Cell Rep, 6(5):799-808, (2014) - DOI: 10.1016/j.celrep.2014.01.032

2013

Aging yeast cells undergo a sharp entry into senescence unrelated to the loss of mitochondrial membrane potential Fehrmann S, Paoletti C, Goulev Y, Ungureanu A, Aguilaniu H, Charvin G.  Cell Rep, 5(6):1589-99, (2013) - DOI: 10.1016/j.celrep.2013.11.013

Pulse propagation by a capacitive mechanism drives embryonic blood flow Anton H, Harlepp S, Ramspacher C, Wu D, Monduc F, Bhat S, Liebling M, Paoletti C, Charvin G, Freund JB, Vermot J.  Development, 140(21):4426-34, (2013) - DOI: 10.1242/dev.096768

Comparison of DNA decatenation by Escherichia coli topoisomerase IV and topoisomerase III: implications for non-equilibrium topology simplification.  Seol Y, Hardin AH, Strub MP, Charvin G, Neuman KC.  Nucleic Acids Res., 41(8):4640-9, (2013) - DOI: 10.1093/nar/gkt136