Rôle des phosphatases acides dans le métabolisme et le stockage des sucres dans la vacuole chez Arabidopsis thaliana : approches in vitro et in silico

Abstract

Les « Purple Acid Phosphatases » (PAPs) sont des phosphatases acides présentes dans le règne végétal et animal. Elles sont caractérisées à la fois par la présence de sept acides aminés conservés impliqués dans la structure d’un centre bimétallique et par leur couleur rose/violète lorsqu’elles se trouvent en solution. Chez les plantes, certaines PAPs présenteraient à la fois une activité phosphatase sur des métabolites (PEP, G6P…) et sur des phospho-peptides (glycosidases…), d’une part, et une activité peroxydase, de l’autre. Ces PAPs pourraient donc, non seulement être impliquées dans le métabolisme carboné, mais aussi dans la détoxication des espèces réactives de l’oxygène. On compte à ce jour 29 gènes codant pour des PAPs chez Arabidopsis thaliana , dont un certain nombre est induit par la carence en Pi et par le stress oxydatif ou la senescence. Parmi eux, le gène de l’AtPAP26 (At5g34850) présente de très fortes homologies de séquence avec des orthologues présents chez d’autres plantes. La protéine AtPAP26, qui présente in vitro une activité phosphatase sur le PEP et le G6P et une activité peroxydase, est sécrétée même si de nombreux indices laissent penser qu’elle pourrait également être localisée dans la vacuole.Notre objectif est d’étudier le rôle d’AtPAP26 dans le métabolisme et le stockage des sucres dans la vacuole. Notre hypothèse de départ est que la protéine AtPAP26 pourrait intervenir via son activité phosphatase dans un cycle de substrat vacuolaire impliquant le glucose-6-phosphate et le glucose. Nous avons montré que chez le mutant pap26, l’activité glucose-6-phosphatase, mesurée in vitro et in organello, chute de manière importante. Parallèlement, chez le mutant gpt2, le transport tonoplastique des hexoses phosphates diminue de façon significative. Des expériences de marquages isotopiques sur du tissu racinaire en culture ont montré qu’une part importante du glucose et du fructose ne provient pas de l’hydrolyse du saccharose et que AtPAP26 est en partie responsable de cette synthèse. Enfin, par une approche in-silico, nous avons modélisé le métabolisme des sucres dans un système compartimenté impliquant la vacuole et ses transporteurs. La confrontation du modèle avec deux jeux de données expérimentales (concentrations à l’état stationnaire et cinétiques de marquage) a permis de confirmer l’existence d’une activité hydrolytique sur les hexoses phosphates vacuolaires.