Identification et caractérisation de la contribution des lipides dans l’autophagie chez les plantes

Abstract

Les plantes, étant des organismes sessiles, sont fréquemment confrontées à une grande variété de stress environnementaux. Ces conditions peuvent conduire à l'accumulation d'agrégats de protéines ou au disfonctionnement de multiples organites intracellulaires. Pour faire face à ces conditions, les plantes ont mis au point des mécanismes d'adaptation sophistiqués qui permettent le recyclage des composants intracellulaires. Ces mécanismes sont essentiels pour les remodelages métaboliques nécessaires à un recyclage efficace des nutriments ainsi qu'à l'élimination des composants nocifs pour la cellule comme des organites endommagés. L'un de ces mécanismes est l'autophagie, une voie de dégradation intracellulaire qui utilise des vésicules à double membrane qui encapsulent des portions du cytoplasme et le délivrent à la vacuole où elles sont dégradées. L'autophagie repose sur la formation de ces vésicules spécialisées, appelées autophagosomes (AP). Les AP sont des vésicules uniques dans le système endomembranaire, d'abord parce qu'elles sont constituées d'une double couche lipidique, et ensuite parce qu'elles ne bourgeonnent pas à partir d'un compartiment déjà existant. La biogenèse des AP est un processus en plusieurs étapes impliquant une machinerie centrale (protéines ATG) qui intervient dans la formation de novo d'une membrane initiale ; puis, par l'addition de lipides, cette membrane s’agrandit et devient une structure en forme de coupe avec des bords fortement incurvés lui permettant d’engloutir la cargaison autophagique. Une fois la cargaison engloutie, ses bords fusionnent afin de fermer la structure, qui circule ensuite vers la vacuole, où sa membrane externe fusionne avec la membrane de la vacuole ce qui libère la membrane interne et la cargaison à l'intérieur de la vacuole pour sa dégradation. Ainsi, la biogenèse des AP repose sur de nombreux événements de remodelage membranaire, d'abord pour initier la membrane initiale, puis pour maintenir sa forme très incurvée tout en assurant son expansion, et enfin pour sceller les structures matures et promouvoir sa fusion ultérieure à la vacuole. Dans les membranes biologiques, les lipides, grâce à leurs propriétés physico-chimiques, définissent des caractéristiques importantes telles que la fluidité, la courbure ainsi que les champs électrostatiques des membranes. Par conséquent, le rôle crucial des lipides dans l'autophagie a émergé ces dernières années. Chez les plantes, on ne connait encore que très peu de choses sur la composition lipidique des membranes autophagiques et les fonctions des lipides dans la formation des AP restent largement méconnu. Mon travail de thèse a consisté à identifier des acteurs lipidiques et protéiques impliquées dans l'autophagie chez les plantes dans le but de caractériser leur fonction dans le processus. En effectuant un criblage d'inhibiteurs enzymatiques nous avons analysé l'impact de l'inhibition de la synthèse de différentes espèces de lipides sur l'autophagie. En utilisant cette approche, nous avons identifié différents candidats lipidiques importants pour l'autophagie des plantes. Notamment, nous avons identifié le phosphatydilinositol-4-phosphate (PI4P) comme étant critique pour la formation des APs. En l'absence dePI4P, la formation des AP est stoppée à un stade très précoce, ce qui entraîne un blocage total dans le processus. De plus, nous avons obtenu des informations précieuses pour mieux comprendre la formation des APs chez les plantes. En particulier, nos résultats suggèrent que la membrane plasmique (PM) semble jouer un rôle important dans la formation de ces structures. Dans leur ensemble, nos résultats ont confirmé notre hypothèse initiale: les lipides ne sont pas seulement des éléments inertes qui constituent les membranes autophagiques ;ils semblent plutôt jouer des rôles distincts et avoir des fonctions spécifiques dans le processus.