Caractérisation fonctionnelle d’une protéine à L’intersection entre le métabolisme des lipides et L’autophagie chez arabidopsis

Functional characterization of a protein at the crosstalk between lipid metabolism and autophagy in Arabidopsis

• Auteur / Autrice : Julie Castets
• Direction : Amélie Bernard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 13/12/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biogénèse membranaire, UMR 5200 (Villenave-d'Ornon, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Michel Hernould
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sebastien Thomine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Morgane Michaud, Céline Masclaux-Daubresse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vacuoles

Phospholipases

Autophagie

Arabidopsis thaliana

Mots clés libres

Arabidopsis thaliana

Autophagie

Phospholipase

Vacuole

Corps autophagiques

Arabidopsis thaliana

Autophagy

Phospholipase

Vacuole

Autophagic bodies

Résumé

L'autophagie est un processus de dégradation intracellulaire universellement conservé chezl’ensemble des eucaryotes et essentiel au développement et à la physiologie des plantes. L'autophagie repose sur la formation de vésicules membranaires spécialisées, les autophagosomes, qui séquestrent et acheminent le cargo autophagique jusqu'à la vacuole lytique. Après la fusion avec le tonoplaste, les corps autophagiques sont libérés dans le lumen vacuolaire et rapidement hydrolysés pour garantir la dégradation de leur cargo. Comment les vacuoles gèrent l’influx de corps autophagiques lors de l'induction de l'autophagie et la manière dont la membrane du corps autophagique est spécifiquement hydrolysée restent totalement inconnues. En amont de ce projet, l'immuno-isolation de compartiments autophagiques a permis d'identifier une phospholipase atypique, LCAT4, comme composant putatif de la machinerie d'autophagie. L'étude de la localisation subcellulaire de LCAT4 a révélé son association avec les compartiments précoces, et tardifs, de l'autophagie, y compris les corps autophagiques. En condition de carence en nutriment, LCAT4 est massivement relocalisée à l'intérieur du lumen vacuolaire et ce transport est médié par la voie de l'autophagie ce qui suggère que cette enzyme, active à pH acide, pourrait être impliquée dans la dégradation de la membrane autophagique et/ou du cargo dans la vacuole. La génération et la caractérisation de plantes knock-out ou knockdown pour LCAT4 montre que l’absence de ce gène ne provoque pas de défauts d’un point de vue physiologique ou au niveau du flux autophagique, ce qui suggère que l'activité de LCAT4 pourrait être compensée par d'autres phospholipases. Nos résultats ont montré qu’en effet, LCAT3, l'homologue le plus proche de LCAT4, colocalise également avec les corps autophagiques en l’absence de nutriments. Alors que les mutants knock-out pour LCAT3 ne présentent pas de phénotype différent des plantes sauvages, nos analyses par microscopie à fluorescence et microscopie électronique du double mutant knock-out lcat4 lcat3 suggère une accumulation de corps autophagiques en condition de carence, qui est corrélée à un ralentissement significatif du flux autophagique. En conclusion, nos travaux permettent de caractériser de nouveaux acteurs de la machinerie d'autophagie et de mettre en lumière l'avant-dernière étape de ce processus critique pour la tolérance des plantes aux stress environnementaux.

Autophagy is an intracellular degradation process conserved across eukaryotes and critical for plant development and physiology. Autophagy relies on the formation of specialized membrane vesicles, called autophagosome, that encapsulate and traffic cargo to the lytic vacuole. Upon fusion with the tonoplast, autophagic bodies are released inside the vacuolar lumen and rapidly hydrolyzed to guarantee cargo degradation. How plant vacuoles deal with the large influx of autophagic bodies upon autophagy induction and how the membrane of the autophagic body is specifically hydrolyzed remain completely unknown. Upstream of this project, immuno-isolation of autophagy compartments identified an atypical phospholipase, LCAT4, as a putative component of the autophagy machinery. Studying the subcellular localization of LCAT4 revealed its associatation with early and late autophagy compartments, including autophagic bodies. Upon starvation, LCAT4 massively relocates inside the vacuole lumen using autophagy as a transport system, suggesting that LCAT4 could be involved in the disruption of autophagic membrane and/or cargo in the vacuole. Seedlings knocked-out for LCAT4 do not show defects in physiology or autophagic flux, suggesting that the activity of LCAT4 could be compensated by additional phospholipases. Indeed, LCAT3, the closest homolog of LCAT4 co-localizes with autophagic bodies under starvation. Fluorescent and electronic microscopy analyses demonstrate an accumulation of autophagic bodies inside the vacuole in the double lcat3 lcat4 knock out mutant and this is correlated with a significant slowdown in the autophagic flux. Together, this work characterizes novel actors of the autophagy machinery thus shading light on the penultimate step of this critical process for plant tolerance to environmental stresses