Fonction des phosphatidylinositol phosphates dans la compartimentation cellulaire et le développement chez Arabidopsis thaliana

par Mathilde Simon

Thèse de doctorat en Sciences de la Vie

Sous la direction de Yvon Jaillais.

Le président du jury était Teva Vernoux.

Le jury était composé de Yvon Jaillais, Teva Vernoux, Sébastien Mongrand, Eric Ruelland, Andréa Hemmerlin, Grégory Vert.

Les rapporteurs étaient Sébastien Mongrand, Eric Ruelland.


  • Résumé

    Par quel mécanisme les protéines de signalisation sont ciblées à un compartiment membranaire spécifique est une question fondamentale en biologie cellulaire. Les phosphatidylinositol phosphates (PIPs) sont des lipides anioniques qui jouent un rôle majeur dans ce phénomène. Ces lipides sont en très faible quantité dans la bicouche membranaire mais sont des sites d'ancrage spécifiques aux différents compartiments membranaires, et contribuent ainsi à leur identité. Il a été proposé que cette organisation s'apparente à un "code", qui peut être lu par des protéines qui intéragissent spécifiquement avec ces PIPs (Kutateladze 2010). Nous avons établi une carte de la localisation des différents PIPs dans les cellules d'épiderme racinaire chez Arabidopsis, et nous avons trouvé que les PIPs ne s'accumulent pas à un compartiment donné mais plutôt que chaque PIP est distribué dans plusieurs compartiments distincts, et à différentes concentrations (Simon, Platre et al., 2014). Ces données suggèrent que le "code PIP" n'est pas suffisant pour expliquer la sélection des protéines liant les lipides parmi les différents compartiments membranaires de la cellule chez la plante. Les PIPs sont des lipides négativement chargés et nous avons proposé que cette propriété physique pourrait contribuer à l'identité des membranes en régulant leurs charges de surface. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons développé une collection de biosenseurs génétiquement codés pour analyser les charges de surface des membranes au niveau subcellulaire, in vivo. Nous avons trouvé que la membrane plasmique a une signature électrostatique spécifique contrôlée par le PI(4)P. De plus, ce champ électrostatique dépendent du PI(4)P contrôle la localisation et la fonction de plusieurs protéines agissant en aval de récepteurs kinase ou impliquées dans certaines voies de signalisation hormonale tel que l’auxine ou les brassinosteroïdes. Ainsi, les PI(4)P sont de véritables marqueurs de la membrane plasmique qui sont essentiels pour l’homéostasie des membranes et le développement des plantes.

  • Titre traduit

    Function of phosphatidylinositol phosphates in cellular compartmentalising and development in Arabidopsis thaliana


  • Résumé

    How signaling proteins are targeted to specific membrane compartments is a fundamental question in cell and developmental biology. Phosphoinositides, a class of anionic lipids, take center stage in this process. They are minor lipids of the membrane bilayer that provide specific docking sites on membrane compartments and contribute to their identity. As such it has been proposed that there is a “phosphoinositide code” that allows the targeting of lipid binding proteins to specific membrane compartments (Kutateladze 2010). We recently mapped the localization of the different phosphoinositides in Arabidopsis epidermal cell, and found that they do not accumulate to a specific compartment but rather that each phosphoinositide is distributed to several compartments, albeit at different concentration (Simon et al., 2014). These data suggest that, unlike in other eukaryotic cells, the “phosphoinositide code” hypothesis is not sufficient to explain membrane selectivity of lipid binding proteins in plants. Phosphoinositides are negatively charged lipids and we hypothesized that this physical property might also contribute to membrane identity by regulating surface charges. To investigate membrane electrostatic properties at the subcellular level, we designed a set of genetically encoded biosensors able to report membrane surface charges. We found that the plasma membrane (PM) has a specific electrostatic signature that is controlled by the phosphoinositide PI4P. We further show that this PI4P-dependent electrostatic field controls the PM localization and function of several proteins involved in receptor kinase and phytohormone signaling as the auxin or brassinosteroids. Thus, PI(4)P are plasma membrane markers which are essential for the membrane homeostasis and plants development.

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