Sphingolipids and membrane dynamics : functional analysis of ceramide synthases in Arabidopsis thaliana

par Diana Molino

Thèse de doctorat en Sciences biologiques. Biologie cellulaire-Génétique végétale

Sous la direction de Jean-Denis Faure.

Soutenue en 2010

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Les sphingolipides sont une classe spécifique de lipides membranaires qui constituent avec les stérols des microdomaines, appelées “raft”. Chez les animaux, ces domaines sont impliqués dans l’établissement de la polarité, l’endocytose, et le transport des protéines. Les sphingolipides sont aussi impliqués dans la signalisation intracellulaire associée à l’apoptose et les réponses aux stress. L’acylation des bases sphingoïdes (LCBs) catalysée par la céramide synthase est une étape cle���� de la biosynthèse des sphingolipides. Les céramides synthase jouent un rôle dans la prolifération et la mort cellulaire chez plusieurs organismes y compris les plantes. Cependant, les fonctions précises de ces enzymes chez les plantes n'avaient pas été élucidées. Au cours de ma thèse, j’ai exploré le rôle des sphingolipides dans le développement d'Arabidopsis thaliana en utilisant des approches génétiques et pharmacologiques pour inhiber les activités céramide synthases. Trois gènes codant des céramide synthases ont été identifiés dans le génome d'Arabidopsis et nommés Longevity One Homologues 1 à 3 (LOH1-3). LOH1 et 3 synthétisent spécifiquement des sphingolipides avec une très longue chaîne d'acide gras (VLCFA) alors que LOH2 est spécifique de sphingolipides à longues chaînes d'acides gras. LOH1 et 3 sont aussi préférentiellement inhibés par la mycotoxine Fumonisin B1. Des plantes avec une teneur réduite en VLCFA-sphingolipides montrent des défauts de développement, en particulier l'absence de développement de racines latérales qui est causé par un défaut d'accumulation de transporteurs polaire d'auxine à la membrane plasmique et donc une réduction du flux polarisé d'auxine à la pointe racinaire. L'étude exhaustive de marqueurs GFP a permis de démontrer que les VLCFA-sphingolipides sont impliqués spécifiquement dans la dynamique du Trans Golgi Network et des endosomes précoces. La réduction de la teneur en VLCFA-sphingolipides modifie en particulier les interactions entre endosomes et altère la cytokinèse lors de la maturation de la plaque cellulaire. En conclusion, ce travail montre que la longueur de la chaîne d'acide gras des sphingolipides est cruciale pour la croissance et le développement des plantes et apporte un mécanisme cellulaire expliquant le rôle des VLCFA-sphingolipides dans les membranes.


  • Résumé

    Sphingolipids are a specific class of membrane lipids involved with sterols, in the formation membrane domains containing a subset of proteins, also known as "raft". Such domains have been shown to play a role in animal epithelial polarity, endocytosis and protein transport. Apart from such key structural role, sphingolipids are believed to be involved in cell signaling mainly associated with apoptosis and stress responses. A key step of the sphingolipid biosynthetic pathway is the acylation of long chain bases (LCBs) catalyzed by the sphingoid base N-acyl transferase or ceramide synthase. Ceramide synthases were found to be involved in cell proliferation and cell death in many organisms including plants. However, their precise cellular functions are still poorly known in plants. During my PhD, I have been exploring the role of sphingolipids during Arabidopsis thaliana development via genetic and pharmacological inhibition of ceramide syntases. Three genes coding for ceramide synthases have been found in Arabidopsis genome and named LOH 1 to 3. LOH1 and 3 catalyze specifically sphingolipids with very long acyl chains (VLCFA) while LOH2 are specific to long acyl chain sphingolipids. LOH1 and 3 are also preferentially inhibited by the Fumonisin B1 mycotoxin. Plants with reduced VLCFA-sphingolipids show several developmental defects, in particular reduced lateral root outgrowth that is caused by defective membrane targeting of polar auxin carrier and thus altered polar auxin fluxes. In vivo imaging of plant cells, demonstrated that VLCFA-sphingolipids are involved specifically in Trans Golgi Network/early endosome dynamics. Reduction of VLCFAsphingolipids modified endosome interactions and impaired cytokinesis in particular during cell plate maturation. In conclusion, this work showed that the acyl chain length in sphingolipids is essential for plant growth and development and also provided a cellular mechanism for the role of VLCFA-sphingolipids in biological membranes.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (pagination multiple 167-[38] p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 151-166

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)363
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