Role of ion channels in programmed cell death induced by hyperosmotic stresses in plant cells

par Emanuela Monetti

Thèse de doctorat en Sciences du végétal

Sous la direction de Stefano Mancuso.

  • Titre traduit

    Rôle des canaux ionique dans la mort cellulaire induit par stress osmotique


  • Résumé

    Le travaux présenté dans cette thèse concerne le rôle des canaux ioniques de la membrane plasmique en réponse à des stress salins et non salins ainsi qu’aux interactions possibles avec d’autres événements de signalisation conduisant à la mort cellulaire programmée (PCD). Nous avons montré que les réponses cellulaires précoces: tels que l`augmentation du calcium cytosolique et la production de ROS, classiquement impliqués lors de la PCD, ne semblaient pas être impliqué dans la mort cellulaire induite par les stress hyperosmotiques chez les cellules en culture de tabacco BY2 ou d’A. thaliana. Nous avons montré que, dans les cas de stress salin chez les cellules de BY2 un influx précoce de sodium à travers des canaux cationiques non spécifiques participe au développement de la PCD en entraînant un disfonctionement mitochondrial et la production de O2• - par des NADPH oxydases. Dans le cas de stress hyperosmotique non-ionique, nous avons observé une diminaution précoce de l’intensité des courants anioniques. Afin de poursuivre l’étude du rôle des canaux anioniques lors du stress hyperosmotique non salin, nous avons utilisé des cellules A.thaliana nous permettant de travailler avec le mutant de canal anionique SLAC1. Nous avons constaté que l’activation retardée des canaux SLAC1 participait au développement de la PCD induite par un stress hyperosmotique non salin. La réduction précoce de l'activité des canaux anioniques pourrait participer à la signalisation ou l'ajustement osmotique permettant l'adaptation et la survie cellulaire alors que des évènements retardés, à savoir la production d'anion superoxyde (O2• -) par les NADPH-oxydases et l'activation des canaux anioniques pourraient participer au développement de la PCD d'une partie de la population cellulaire. Nous avons aussi étudié le rôle potentiel des petits peptides appartenant à la famille des peptides FMRFamide décrite chez les métazoaires à l'osmorégulation chez des cellules d’A. thaliana. Des génes susceptibles de coder de tels peptides sont en effet présent dans le génome d’A. thaliana. En utilisant des peptides synthétiques, nous avons montré que ces FLPS putatifs pourraient participer aux réponses induites losr de stress hyperosmotique chez les plantes. Ce travail illustre la complexité et l'importance de la régulation des canaux ioniques dans les voies de signalisation et les processus conduisant à la PCD


  • Résumé

    The work presented in the present thesis relates to the role of ion channels in response to (ionic and non-ionic) hyperosmotic stresses and their interactions with signaling events leading to PCD in plant. Early cell responses such as cytosolic calcium increase and ROS production classically involved in PCD process, seems not to be involved in hyperosmotic-induced cell death in BY2 tobacco and A. thaliana cultured cells. When BY2 tobacco cells were subjected to hyperosmotic stress, an early influx of sodium through non-selective cation channels participates in the development of PCD through mitochondrial dysfunction and NADPH-oxidase-dependent O2•– generation. On the contrary, non-ionic hyperosmotic stress resulted in an early decrease in anion currents. To further investigate the role of anion channels in non-ionic hyperosmotic stress further experiments were conducted by using A.thaliana cells of the anion channel mutant SLAC1. Results showed that the delayed activation of SLAC1 channels was involved in the non-ionic hyperosmotic stress induced pathway leading to cell death. Interestingly, the early anion channel activity decrease could participate to signalisation or osmotic adjustment allowing cell adaptation and survival, when a second set of events, namely superoxide anion (O2•-) generation by NADPH-oxidase and anion channel activation could participate in PCD development of a part of the cell population. In addition, the potential role of small peptides belonging to the FMRFamide-like peptide (FLP) family described in metazoan in osmoregulation in A. thaliana was investigated. By using synthetic peptides, based on FLPs homolog genes existing in A. thaliana, it was possible to demonstrate that these putative FLPs are involved in hyperosmotic stress response. Overall, the present work shed light on the importance and the complexity of ion channels regulation in the signaling pathways and the processes leading to PCD


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