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Regulation of TORC1 in yeast: roles of direct upstream activators and metabolic effectors

par Dereppe, Christopher
Président du jury Vanhamme, Luc
Promoteur André, Bruno
Publication Non publié, 2026-07-06

Thèse de doctorat

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Résumé :

Le complexe Target of Rapamycin Complex 1 (TORC1) est une kinase conservée intégrant les signaux nutritionnels pour contrôler la croissance et le métabolisme des cellules eucaryotes. Chez Saccharomyces cerevisiae, sa régulation repose sur deux activateurs directs, l’hétérodimère Gtr1 Gtr2 et la protéine Pib2. Bien que ces modules convergent en amont de TORC1, leurs contributions et interactions restent partiellement comprises. Les signaux métaboliques relayés par ces voies modulent aussi l’activité de TORC1, et des observations issues de la littérature ainsi que des données préliminaires suggéraient l’existence d’un troisième régulateur supplémentaire encore non identifié.La première partie de ce travail visait à clarifier l’activation de TORC1 en réponse à l’ammonium en analysant les rôles de Pib2 et de Gtr1/2. Une approche génétique a montré qu’aucun autre facteur ne peut maintenir l’activité de TORC1 en leur absence, confirmant qu’ils constituent les seuls activateurs directs de TORC1 chez S. cerevisiae. Nous avons également identifié une mutation dominante TOR1A2357T qui restaure l’activité de TORC1 malgré la perte des deux voies. Des substitutions analogues au résidu correspondant de mTOR humain ont été décrites dans plusieurs lignées cancéreuses, soulignant la pertinence fonctionnelle de ce site.La seconde partie a porté sur les signaux métaboliques contrôlant l’axe TORC1 Npr1 lors d’une carence aiguë de glucose ou après addition d’ammonium. Nous montrons que l’activation inattendue de cette voie provoquée par la carence en glucose n’apparaît que dans certaines conditions azotés, comme la proline ou la glutamine, et résulte d’une augmentation de la production d’ATP liée à une respiration stimulée, alimentée en condition proline par l’accumulation d’alpha cétoglutarate. Après addition d’ammonium, l’activation de TORC1 Npr1 est étroitement associée à une hausse de la disponibilité en ATP, indiquant que l’ATP constitue un effecteur métabolique clé dans le contrôle azote dépendant de TORC1.Dans l’ensemble, ces résultats affinent la compréhension de la régulation de TORC1 en confirmant la dépendance stricte vis à vis des modules Gtr1/2 et Pib2, en identifiant une mutation capable de contourner cette exigence, et en établissant l’ATP comme signal métabolique central contrôlant l’axe TORC1 Npr1 selon les conditions de carbone et d’azote.

Target of Rapamycin Complex 1 (TORC1) is a conserved kinase that integrates nutritional signals to control growth and metabolism in eukaryotic cells. In Saccharomyces cerevisiae, its regulation relies on two direct activators, the Gtr1-Gtr2 heterodimer and the protein Pib2. Although these modules converge upstream of TORC1, their respective contributions and interactions remain only partially understood. Metabolic cues transmitted through these pathways also modulate TORC1 activity, and observations from the literature together with preliminary data suggested the existence of a third, yet unidentified, regulatory input.The first part of this work aimed to clarify TORC1 activation in response to ammonium by analysing the roles of Pib2 and Gtr1/2. A genetic approach showed that no other factor can sustain TORC1 activity in their absence, establishing them as the sole direct activators of TORC1 in S. cerevisiae. We also identified a dominant TOR1A2357T mutation that restores TORC1 activity despite the loss of both pathways. Analogous substitutions at the corresponding residue of human mTOR have been reported in several cancer cell lines, underscoring the functional relevance of this regulatory site.The second part focused on the metabolic signals controlling the TORC1-Npr1 axis during acute glucose starvation or following ammonium addition. We show that the unexpected activation of this pathway triggered by glucose deprivation occurs only under specific nitrogen conditions, such as proline or glutamine, and results from increased ATP production driven by enhanced respiration, fuelled under proline by alpha ketoglutarate accumulation. After ammonium addition, TORC1-Npr1 activation is tightly associated with increased ATP availability, indicating that ATP acts as a key metabolic effector in nitrogen dependent TORC1 control.Overall, these results refine our understanding of TORC1 regulation by confirming the strict dependence on the Gtr1/2 and Pib2 modules, identifying a mutation capable of bypassing this requirement, and establishing ATP as a central metabolic signal controlling the TORC1-Npr1 axis under varying carbon and nitrogen conditions.