Implication du Glucosylceramide dans la voie sécretoire des plantes

Glucosylceramide synthesis contributes to the transport of proteins through the plant secretory pathway

• Auteur / Autrice : Su Melser
• Direction : Patrick Moreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences, technologie, santé. Biologie végétale
• Date : Soutenance le 15/12/2009
• Etablissement(s) : Bordeaux 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Rolin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Zachowski, René Lessire
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anna-Stina Sandelius, Christophe Maurel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules végétales

Glucocérébrosidase

Mots clés libres

Glucosylceramide

PDMP

Golgi

Cellules végétales

Trafic endomembranaire

Glucosylceramide

PDMP

Golgi

Plant cells

Endomembrane traffic

Résumé

Le rôle des lipides comme des acteurs moléculaires de la voie sécrétoire des plantes n'est pas encore complètement élucidé. Le Glucosylceramide (GlcCer) est synthétisé par la Glucosylceramide synthase (GCS) chez les plantes et constitue un des sphingolipides complexes clé dans les membranes, mais on connaît peu les exigences cellulaires pour le GlcCer. Cette étude repose sur le blocage de la biosynthèse de GlcCer, par l'utilisation d'inhibiteurs chez le tabac et l’arabidopsis, et la production de mutants d'Arabidopsis, pour déterminer l'impact de la biosynthèse du GlcCer sur la dynamique endomembranaire des cellules végétales. Dans une approche qui inclue la biochimie des lipides, l'imagerie de cellules vivantes, des études ultrastructurales par microscopie electronique à transmission et des études sur le développement de la plante entière, nous avons acquis une meilleure compréhension de l'impact de la synthèse du GlcCer dans les cellules végétales qui peut être résumée comme suit: (1) Sur la base d’un analyse théorique et de la microscopie de cellules vivantes on a déterminé que la GCS est situé dans le Réticulum Endoplasmique (au début de la voie sécrétoire) dans les cellules végétales, (2) PDMP est un inhibiteur spécifique de GCS chez les plantes, (3) La perturbation de la biosynthèse du GlcCer par le PDMP et par un approche génétique ont montré que le GlcCer est important pour le trafic normale des protéines et pour la dynamique des endomembranes, notamment dans le maintien de la structure de l’appareil de Golgi, (4) La régulation du trafic des protéines mediée par la synthèse du GlcCer pourrait être critique dans l’etablissement et le maintien de la polarité cellulaire, tel qu’il est suggéré par des changements dans la localisation des marqueurs polaires chez l’Arabidopsis traitée avec PDMP, et (5) Un bloc dans la synthèse du GlcCer peut conduire à des défauts importants dans le développement des plantes, comme le montrent des mutants d'Arabidopsis avec une croissance anormale des racines primaires et incapables à se développer jusqu’aux étapes reproductives. Les interactions potentielles entre GlcCer et les machineries de transport sont discutés, ainsi que les mécanismes cellulaires qui sont potentiellement déclenchés dans les cellules végétales pour compenser une perturbation de la biosynthèse du GlcCer.

The role of lipids as molecular actors in protein secretion is not well understood in plants. Glucosylceramide (GlcCer) is synthesized by Glucosylceramide Synthase (GCS) in plants and constitutes a key complex sphingolipid in membranes, but little is known about the plant cellular requirements for GlcCer. This study relied upon the block of GlcCer biosynthesis, by the use of inhibitors in tobacco and Arabidopsis, and the production of Arabidopsis mutants, to determine the impact of GlcCer biosynthesis on plant cell endomembrane dynamics. In a comprehensive approach that included lipid biochemistry, live cell imaging, ultrastructural studies by Transmission Electron Microscopy, and whole plant developmental studies, we have gained a better understanding of the impact of GlcCer in plant cells that can be summarised as follows: (1) Based on theoretical analysis and live-cell microscopy the GCS is located to the Endoplasmic Reticulum (at the beginning of the secretory pathway) in plant cells, (2) PDMP is a specific inhibitor of GCS in plants, (3) Disruption of GlcCer biosynthesis using PDMP and genetic approaches showed that GlcCer is important for normal protein trafficking and endomembrane dynamics, notably in the maintenance of Golgi structure, (4) The regulation of protein trafficking by the synthesis of GlcCer could be critical in the establishment and maintenance of cell polarity, as suggested by defects in the localisation of polar markers in Arabidopsis treated with PDMP, and (5) A block in GlcCer synthesis may be conducive to severe defects in plant development, as Arabidopsis mutants showed abnormal primary root growth and inability to develop to reproductive stages. Potential interactions between GlcCer and the transport machineries are discussed, as well as cellular mechanisms that may be set off following a disruption of GlcCer biosynthesis in plant cells.