Fonction des connexions membranaires dans la communication intercellulaire des plantes

par Jules Petit

Projet de thèse en Biologie Végétale

Sous la direction de Emmanuelle Bayer.

Thèses en préparation à Bordeaux en cotutelle avec l'Université de Liège , dans le cadre de Sciences de la Vie et de la Santé , en partenariat avec Laboratoire de Biogenese Membranaire (laboratoire) et de Lipides, Compartimentation, Trafic et Morphogenèse chez les plantes et la levure (equipe de recherche) depuis le 14-03-2018 .


  • Résumé

    La communication intercellulaire est essentielle à la multicellularité puisqu'elle permet la coordination des activités biologiques pour soutenir la fonction de l'organisme dans son ensemble. Les plantes ont développé de remarquables structures – les plasmodesmes (PD) – qui connectent la quasi-totalité de leurs cellules et établissent ainsi un continuum membranaire et cytoplasmique unique aux plantes. Les PD sont indispensables à la vie de la plante puisqu'ils contrôlent les flux de molécules entre les cellules et sont cruciaux pour le développement, l'adaptation environnementale et les transferts des signaux de défense. Ils sont notamment détournés par les virus qui les utilisent pour se propager dans l'organisme. Malgré leur découverte il y a un siècle, leur fonction précise reste non élucidée. Un élément frappant de l'organisation des PD, qui les différencient des jonctions cellulaires animales, est la prolongation du réticulum endoplasmique (RE) à travers un pore qui est apposé à la membrane plasmique (MP), les deux membranes étant connectées par des éléments non identifiés. A ce jour, la fonction des contacts ER-MP au niveau des PD reste une énigme. De très récentes recherches ont démontré la localisation de protéines particulières, les MCTPs (Multiple C2 domains and Transmembrane region Proteins) au niveau des plasmodesmes. Ces protéines possèdent un domaine transmembranaire, qui pourrait s'insérer dans la membrane du RE, et plusieurs domaines C2, déjà identifiés chez les mammifères comme étant des sites de contacts membranaires, qui peuvent lier la membrane plasmique, ainsi que des ions calcium. Nous proposons un projet innovant basé sur ces très récentes données afin d'explorer la fonction de la connexion RE-MP dans les voies de signalisation intercellulaires. Le projet est composé de trois axes de travail interconnectés et complémentaires afin de : Axe 1 : Identifier les mécanismes de connexion membranaire de deux membres de la famille des MCTPs au niveau atomique/moléculaire en combinant des approches biophysiques et des simulations de dynamique moléculaire. Axe 2 : Élucider la dynamique et l'architecture des sites de contact RE-MP par des techniques de pointe, la tomographie électronique et la microscopie cryo-électronique. Axe 3 : Mettre en évidence le rôle de l'apposition RE-MP dans la communication intercellulaire des plantes par des outils de génétique et de biologie cellulaire. La force et l'originalité de ce projet multidisciplinaire est de mettre en lien des approches in silico, in vitro, in cellulo et in planta, afin d'élucider la relation entre la structure et la fonction de la connexion membranaire des plasmodesmes.

  • Titre traduit

    The function of membrane tethering in plant intercellular communication


  • Résumé

    Intercellular communication is critical for multicellularity. It coordinates the activities within individual cells to support the function of an organism as a whole. Plants have developed remarkable cellular machines – the plasmodesmata (PD) pores – which interconnect every cell within the plant body, establishing direct membrane and cytoplasmic continuity between cells, a situation unique to plants. PD are indispensable for plant life. They control the flux of molecules between cells and are decisive for development, environmental adaptation and defense signaling. They are highjacked by viruses that use them to propagate and establish systemic infection. Although first observed a century ago, PD precise function is one of the remaining mysteries of cell biology. A striking feature of PD organization, setting them apart from animal cell junctions, is a strand of endoplasmic reticulum (ER) running through the pore and tethered extremely tight to the plasma membrane (PM) by unidentified “spokes”. To date, the function of ER-PM contacts at PD stays a complete enigma. Recent research has proved PD localization of the plant Multiple C2 domains and Transmembrane region Proteins (MCTPs). Since members of this family possess all the required features for membrane tethering, they are perfect candidates for being membrane tethers. They notably display a transmembrane domain that could bind the endoplasmic reticulum membrane, and several C2 domains – known in mammal membrane contact sites tethers to bind lipids and/or calcium ions – that could bind the plasma membrane. Here, we propose a pioneer project, based on those very recent data, to explore the function of organelle tethering for intercellular signaling. The project consists of three interconnected workpackages that will feed each other to build up a cohesive program research: WP1 : Identify the mechanisms of membrane-tethering of two members of the MCTP at the atomic/molecular level by combining complementary biophysical assays and molecular dynamic modeling. WP2 : Elucidate the dynamics and architecture of ER-PM contact sites at PD using cutting edge electron tomography (ET) and cryo-electron microscopy (cryo-EM). WP3 : Uncover the function of ER-PM apposition for plant intercellular communication using plant genetics and cell biology. Altogether this multidisciplinary project will bridge the gap between atomic/molecular and multicellular biology, to obtain the first structural and functional understanding of membrane tethering at PD intercellular channels.