Décryptage du rôle des lipides a très longues chaines d’acide gras dans la signalisation cellulaire auxinique et dans le contrôle de l'organogenèse de novo chez Arabidopsis thaliana

La phytohormone auxine déclenche plusieurs voies de signalisation importantes pour le développement des plantes. L'auxine est impliquée dans la division, l'élongation et la différenciation cellulaires. L'un de ces processus est l'assemblage des nanodomaines de ROP6, une GTPase impliquée dans diverses activités cellulaires, notamment le gravitropisme, l'indentation des cellules épidermiques des feuilles et la formation de racines latérales. En effet, l'auxine active ROP6, qui interagit avec la phosphatidylsérine (PS) dans la membrane plasmique (PM) via une interaction électrostatique entre le domaine C-terminal chargé négativement de ROP6 dans sa forme active et la tête polaire chargée positivement de la PS. Comme les nanodomaines sont des phases ordonnées non mobiles, on suppose que les acides gras à très longue chaîne (VLCFA) de la PS et les sphingolipides sont impliqués dans ce processus. Pour étudier cette hypothèse, des plantes ont été traitées avec du métazachlore, un médicament qui raccourcit les chaînes d'acides gras en inhibant les enzymes ketoacyl synthase (KCS), qui sont responsables de l'allongement des chaînes d'acides gras. Les plantes traitées au métazachlore ont été observées par microscopie confocale et par microscopie à épifluorescence à angle variable. Des analyses de mobilité latérale par récupération de fluorescence après photoblanchiment (FRAP) ont montré que la fraction mobile de la PS augmentait sous l'influence du métazachlore, ce qui indique que les chaînes sont impliquées dans la mobilité de la PS. Les images de microscopie à épifluorescence à angle variable (VAEM) ont révélé que le nombre de nanodomaines marqués par le ROP6 diminuait après un traitement au métazachlore. Cela suggère que la longueur de la chaîne joue un rôle dans la formation des nanodomaines ROP6 dans la membrane plasmique. Notamment, le métazachlore raccourcit globalement les chaînes d'acides gras chez les plantes, c'est-à-dire que la PS et les sphingolipides sont affectés simultanément. Afin d'étudier l'effet des sphingolipides, le pool de sphingolipides contenant de très longues chaînes peut être restauré en ajoutant un acide gras à 24 carbones (C24) au milieu de croissance. Des analyses LC-MS/MS ont été réalisées pour quantifier l'effet de l'acide gras sur le pool de sphingolipides. Les analyses FRAP ont montré que le C24 restaure la fraction mobile des lipides de la PS, indiquant que les chaînes de sphingolipides sont impliquées dans la mobilité de la PS. La VAEM a également révélé que le C24 restaure le nombre de clusters ROP6. En collaboration avec des biologistes computationnels, nous avons utilisé des simulations de dynamique moléculaire et mis en évidence l'existence d'un couplage interfeuillets impliquant les VLCFAs de PS et les sphingolipides. Ces résultats ont également montré que le feuillet externe de la MP, qui est beaucoup plus rigide que le feuillet interne. Etant donné que la PS est située dans le feuillet interne de la membrane plasmique et les sphingolipides dans le feuillet externe, les acides gras à très longue chaîne de la PS et des sphingolipides permettraient un couplage entre les deux feuillets de la membrane plasmique, créant ou stabilisant les nanodomaines ROP6. Pour tester l'importance des nanodomaines ROP6 pour le développement des plantes, nous avons analysé les cibles en aval de la signalisation de l'auxine, telles que l'organisation des microtubules, le gravitropisme des racines et l'organogenèse de novo des racines latérales. Le développement des racines latérales est déclenché par l'auxine, et l'un des facteurs de transcription, PUCHI, est impliqué dans l'expression des gènes KCS qui codent pour des enzymes produisant des VLCFA. Le mutant PS synthase pss1 et plusieurs mutants sphingolipides présentent un retard dans le développement des racines latérales suggérant que ces lipides jouent un rôle dans l'organisation spatiale des primordia des racines latérales lors de l'organogenèse de novo.