Régulation de la prolifération et du développement par les kinases TOR et YAK1 chez les plantes

Regulation of proliferation and development of plants by TOR and YAK1 kinases

• Auteur / Autrice : Romain Perdoux
• Direction : Benoît Menand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Végétale
• Date : Soutenance le 24/11/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la vie et de la santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille
• Jury : Président / Présidente : Yonghua Li-Beisson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Menand, Christian Meyer, Patrick Achard, Clara Richet-Bourbousse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Meyer, Patrick Achard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méristèmes -- Cultures cellulaires

Cycle cellulaire végétal

Complexe mTORC1

Plantes -- Développement

Plantes -- Phosphorylation

Mots clés libres

Target Of Rapamycin (TOR)

Mutants

Phosphorylation

Développement

Target Of Rapamycin (TOR)

Mutants

Phosphorylation

Development

Résumé

La protéine TOR est conservée chez la majorité des eucaryotes et est un régulateur central du cycle cellulaire et de nombreuses voies métaboliques essentielles. La dérégulation de TOR est source de maladies, notamment de cancers chez les animaux. Chez les plantes, TOR est connue pour être impliquée dans la poursuite du cycle cellulaire et sa perte de fonction cause un arrêt des divisions cellulaires de l’embryon conduisant à une embryo-létalité. L’inhibition chimique de TOR inhibe le cycle cellulaire et cause une réduction de la taille des méristèmes. L’étude de TOR chez les plantes a été un peu limitée par la faible efficacité de la rapamycine pour inhiber TOR, mais l’arrivée des inhibiteurs ATP-compétitifs de TOR a résolu ce problème. Cette thèse repose sur un crible génétique réalisé avec l’AZD-8055, un inhibiteur ATP-compétitif de TOR, qui a permis d’identifier de nouveaux mutants de TOR.Le mutant tor-15 a une mutation dans le domaine de liaison à l’ATP (G2268E) lui donnant une très forte résistance à l’AZD-8055. Ce mutant a permis de valider la spécificité de l’AZD-8055 vis-à-vis de TOR in vivo, validant l’implication de TOR dans les phénotypes identifiés lors d’un traitement à cet inhibiteur. Cette résistance à l’AZD-8055 a permis aussi de valider un nouveau test d’activité basé sur la phosphorylation d’une cible directe de TOR : la DYRK kinase YAK1. Deux mutants très hypersensibles à l’AZD-8055 ont aussi été isolés lors du crible génétique. Le mutant 144.6 a une mutation dans le domaine FAT de la protéine TOR (P1880L) ce qui induit une sous activité de celle-ci. Quant au mutant 70.2, il a une mutation dans un intron de TOR qui induit une baisse de l’expression de la protéine TOR.Chez ces mutants nous avons suivi : la croissance racinaire en condition contrôle, avec de l’AZD-8055, des carences, des traitements hormonaux et le développement en culture en sol jusqu’à la production de graines. Ces mutants présentent des phénotypes subtils mais robustes en condition contrôle ; que la mutation de TOR soit hyper activatrice, sous-activatrice ou conduisant à une baisse la quantité de protéine TOR, cela induit une croissance racinaire plus faible mais pour des raisons cellulaires différentes qui seront discutées. En sol, des défauts développementaux sont aussi visibles, notamment en ce qui concerne la transition florale, et la production de graines est plus faible. Nous verrons enfin comment ces nouveaux mutants nous permettront d’avoir une meilleure compréhension de la voie de régulation de TOR notamment grâce à des changement d’activité de la protéine, ce qui change des études de TOR par inhibition de celle-ci.

The TOR protein is conserved in the majority of eukaryotes and is a central regulator of the cell cycle and many essential metabolic pathways. TOR deregulation is a source of disease, particularly cancer in animals. In plants, TOR is known to be involved in the continuation of the cell cycle and its loss of function causes cell division arrest in the embryo leading to embryo-lethality. Chemical inhibition of TOR inhibits the cell cycle and causes a reduction in meristem size. The study of TOR in plants was somewhat limited by the low efficacy of rapamycin in TOR inhibition, but the advent of ATP-competitive TOR inhibitors has solved this problem. This thesis is based on a genetic screen using AZD-8055, an ATP-competitive TOR inhibitor, which permitted to identify new TOR mutants.The tor-15 mutant has a mutation in the ATP-binding domain (G2268E) giving it very strong resistance to AZD-8055. This mutant was used to validate the specificity of AZD-8055 against TOR in vivo, validating the involvement of TOR in the phenotypes identified during treatment with this inhibitor. This resistance to AZD-8055 also enabled us to validate a new activity assay based on phosphorylation of a direct TOR target: the DYRK kinase YAK1. Two mutants highly hypersensitive to AZD-8055 were also isolated during the genetic screen. Mutant 144.6 has a mutation in the FAT domain of the TOR protein (P1880L), which induces TOR underactivity. Mutant 70.2 has a mutation in an intron of TOR, leading to reduced TOR protein expression.In these mutants we have followed: root growth under control conditions, with AZD-8055, starvations, hormone treatments and the development in soil right up to seed production. These mutants show subtle but robust phenotypes under control conditions; whether the TOR mutation is hyper-activating, under-activating or leads to a drop in TOR protein amount, this induces weaker root growth, but for different cellular reasons, which will be discussed. In soil, developmental defects are also visible, particularly with regard to floral transition, and seed production is lower. Finally, we will see how these new mutants will enable us to gain a better understanding of the TOR regulatory pathway, in particular through changes in the activity of the protein, which is a change from studies of TOR by inhibiting it.