Elucider la redondance fonctionnelle des complexes d'élongation des acides gras à très longue chaine chez Arabidopsis

Abstract

Les Acides Gras à Très Longues Chaines (AGTLC) représentent des molécules très importantes chez les plantes du point de vue physiologique mais également structural. Avec une chaîne composée de 20 atomes de carbone ou plus, les AGTLC constituent une grande diversité de molécules utilisées pour la synthèse de nombreux lipides dont les phospholipides et sphingolipides présents dans les membranes, les cires cuticulaires en surface de l’épiderme, les subérines au niveau des racines ou encore les triacylglycérols (TAG) dans les graines. Les AGTLC sont donc impliqués dans différents mécanismes tels que le trafic membranaire, la division et différentiation cellulaire, le contrôle de la perte en eau ou encore le stockage de l’énergie, le tout permettant aux plantes de grandir et de s’adapter aux contraintes environnementales variables.L’élongation des AGTLC est réalisée au niveau du complexe FAE (pour Fatty Acid Elongase complex). Composé de quatre enzymes différentes ancrées au niveau de la membrane du réticulum endoplasmique (KCS, KCR, HCD et ECR), ce complexe effectue un cycle de quatre réactions permettant l’ajout de deux atomes de carbone au niveau de la chaine acyle de l’acide gras. La première réaction est effectuée par l’enzyme KCS, elle consiste en une condensation entre un acyl-CoA et un malonyl-CoA. A l’inverse des trois autres membres du complexe, l’enzyme KCS est caractérisée par une grande diversité génétique chez les plantes. 21 gènes codant pour cette enzyme ont notamment été identifiés chez Arabidopsis. La caractérisation fonctionnelle de certaines AtKCS a mis en évidence différentes spécificités de substrat, l’enzyme KCS déterminerait donc la sélectivité du complexe FAE vis-à-vis de substrats présentant différentes longueurs de chaînes.A ce jour, plusieurs AtKCS ont été étudiées pour leur implication dans les voies de biosynthèse de différents lipides tels que FAE1/KCS18 dans la synthèse de TAG au niveau des graines ou bien KCS6/CER6/CUT1 dans la synthèse de cires cuticulaires. Toutefois, il existe une redondance fonctionnelle entre les AtKCS co-exprimées dans différents tissus chez Arabidopsis, empêchant l’identification de leur rôle physiologique ainsi que de leur activité fonctionnelle. L’utilisation de la levure comme système d’expression hétérologue a également permis une caractérisation fonctionnelle partielle de la famille des AtKCS.L’objectif de cette thèse est de caractériser de façon plus approfondie la sélectivité de substrat et la redondance fonctionnelle des enzymes de condensation KCS d’Arabidopsis. Pour ce faire, une analyse fonctionnelle comparative englobant tous les membres de la famille multigénique des AtKCS a été effectuée via l’utilisation d’un système hétérologue de levure reconstituant le complexe FAE d’Arabidopsis dans son intégralité. Dans un deuxième temps, ce système de levure a été utilisé à nouveau pour l’étude de déterminants structuraux dans la spécificité de substrat entre certaines AtKCS partageant une forte homologie de séquence. Pour finir, les AtKCS d’un même cluster génétique ont été ciblées pour générer de multiples mutants kcs chez Arabidopsis et ainsi contourner leur redondance fonctionnelle afin d’élucider leur implication dans les voies de biosynthèse de différents lipides.