Rôle des protéines LIM d'Arabidopsis dans la régulation de l'organisation et de la dynamique du cytosquelette d'actine

Role of the Arabidopsis LIM proteins in the regulation of the actin cytoskeleton organisation and dynamics

• Auteur / Autrice : Jessica Papuga
• Direction : André Steinmetz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire des plantes
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arabidopsis

Actine

Protéines de liaison

Protéines des microfilaments

Protéines du cytosquelette

Protéines végétales

Résumé

L’organisation et la dynamique du cytosquelette d’actine sont régulées par de nombreuses protéines de fixation à l’actine (« actin-binding proteins »). Récemment, les protéines à deux domaines LIM (LIMs) ont été caractérisées comme de nouvelles protéines impliquées dans le pontage (« crosslinking ») des filaments d’actine chez les animaux et les végétaux. Chez ces derniers, les protéines LIMs peuvent être classées en deux sous-familles dont les profils d’expression diffèrent. Les membres de la sous-famille WLIM sont largement exprimés dans les tissus végétatifs alors que les membres de la sous-famille PLIM sont abondamment et quasi exclusivement exprimés dans le pollen. Une question centrale était de savoir pourquoi les plantes possèdent plusieurs protéines LIMs et si les différents membres d’une même famille possèdent ou non les mêmes fonctions. Afin d’aborder cette question, nous avons caractérisé et comparé les activités régulatrices du cytosquelette d’actine des six membres de la famille des protéines LIMs d’Arabidopsis. L’analyse par microscopie confocale de plantes d’Arabidopsis exprimant chacune des protéines LIMs fusionnée à la « Green Fluorescent Protein » (GFP-LIM) ainsi que des analyses biochimiques in vitro démontrent que les protéines LIMs d’Arabidopsis sont toutes de véritables « actin-binding proteins » capables d’interagir directement avec le cytosquelette d’actine. De plus, les six protéines LIMs d’Arabidopsis stabilisent les filaments d’actine et induisent la formation d’épais câbles d’actine in vitro ainsi que dans les plantes exprimant les GFP-LIMs. Par ailleurs, des investigations in vitro ont suggéré que les membres des sous-familles WLIM et PLIM sont régulés de façon différente. Ainsi, seules les protéines PLIMs sont inactivées pas des valeurs de pH et/ou de [Ca2+] élevées. Ces résultats ont pu être confirmés par des expériences dans des cellules d’Arabidopsis dont le pH et la [Ca2+] cytoplasmiques ont été artificiellement modifiés. Enfin, le domaine C-terminal a été identifié comme le domaine régulateur conférant aux protéines PLIMs une sensibilité au pH et au Ca2+.

Actin cytoskeleton organisation and dynamics are regulated by different types of actin-binding proteins. Recently, novel actin filament crosslinkers involved in the formation of parallel bundles have been characterized in both plants and animals: the two LIM domain-containing (LIM) proteins. In plants, these proteins can be divided into two sub-families whose members differ in their expression pattern. The WLIM sub-family members are widely expressed in vegetative tissues (WLIMs) whereas the PLIM subfamily members (PLIMs) are highly and almost exclusively expressed in pollen grains. An important question that remained to be answered is: why do plants have several proteins of this family and are the different members functionally distinct, or do they share one or several functions? To address these issues, we characterised and compared the actin regulatory activities of all six LIM proteins from Arabidopsis. Confocal analyses of transgenic Arabidopsis plants expressing individual GFP- fused LIM proteins and in vitro biochemical assays demonstrate that all the Arabidopsis LIM proteins are “true” actin-binding proteins able to directly interact with the actin cytoskeleton. In addition, all six Arabidopsis LIM proteins retain the ability to stabilize actin filaments and to trigger the formation of thick actin bundles in vitro as well as in transgenic LIM-expressing plants. Interestingly, in vitro investigations suggest that the members of WLIM and PLIM subfamilies are differentially regulated. Indeed, only PLIM respond to changes in pH and [Ca2+]. Whereas the modification of these parameters has no significant effects on WLIM activities, an increase of pH or [Ca2+] markedly inhibits PLIM activities. These data are strongly supported by live cell experiments in which we artificially modulated the cytoplasmic pH and [Ca2+] of cells derived from the transgenic LIM-overexpressing plants. The C-terminal domain of PLIMs has been identified as necessary for their regulation by pH and Ca2+.