Role des phosphoinositides pendant la cytokinèse chez les plantes – INTERPLAY

La cytocinèse, dernière étape de la division cellulaire, est entraînée chez les cellules animales par une contraction du cortex qui comprime la cellule en deux, nécessitant la coordination entre le cytosquelette et la membrane plasmique (MP). Chez les plantes, des vésicules sont ciblées au centre du plan de division et la cellule est partitionnée grâce à l'expansion de la plaque cellulaire guidée par le cytosquelette. Alors que la cytokinèse est exécutée de manières radicalement différentes chez les animaux et les plantes, ce processus repose dans les deux cas sur l'interaction dynamique entre cytosquelette et la MP pour délivrer précisément au futur site de la division, les composants moléculaires nécessaires. De récentes études montrent que, dans les organismes non végétaux, une régulation stricte des niveaux et de la répartition des phosphoinositides (PIPs), composants mineurs des lipides membranaires, est nécessaire pour une cytokinèse réussie. En particulier, un pool localisé des PI4P/PI(4,5)P2 agit comme une plaque tournante de signalisation favorisant une bonne organisation du cytosquelette d'actine, permettant ainsi de diriger le trafic membranaire au plan de division. Pourtant, le rôle des PI4P/PI(4,5)P2 pendant la cytokinèse est largement négligée.
Nous avons récemment identifié des défauts de cytokinèse dans le mutant sac9. AtSAC9 est une PIP- phosphatase atypique de plante qui régule l'équilibre entre PI4P/PI(4,5)P2. Nos données préliminaires montrent que si SAC9 est présent au niveau de la plaque de cellule pendant la division cellulaire, le PI(4,5)P2 y est exclu. En l'absence de SAC9, le PI(4,5)P2 s’accumule dans les endosomes alors qu'ils est localisé exclusivement à la MP chez le sauvage. l'accumulation ectopique de PI(4,5)P2 dans le mutant sac9 conduit à une augmentation des filaments d’actine autour des endosomes, comme décrit lors de la perte de fonction de la 5-phosphatase HsOCRL dans les cellules animales. HsOCRL et AtSAC9 ont toutes deux des domaines PIP-phosphatases, mais sont très différentes en termes d'organisation de leurs domaines protéiques et d'origine phylogénétique. A notre connaissance, AtSAC9 est le premier composant moléculaire régulant PI(4,5)P2, au niveau subcellulaire dans les plantes.
Dans le projet INTERPLAY, nous proposons d'analyser la dynamique du cytosquelette en l'absence de SAC9 lors de la division cellulaire. En particulier, la division cellulaire sera suivie dans les cellules du péricycle, afin de disséquer le phénotype de sac9 au cours de l’initiation des racines latérales. Une fois l'activité enzymatique de SAC9 in vitro déterminée, la composition en PIPs chez les plantes sauvage, mutantes et complétées sera évaluée biochimiquement. Etant donné que les spécificités des enzymes ne correspondent pas toujours entre in vitro et in vivo, le substrat de AtSAC9 sera évalué in planta. Alors que l'étude de AtSAC9 nous donnera les bases moléculaires sur la façon dont les PI4P/PI(4,5)P2 pourraient contrôler la division cellulaire chez les plantes, nous aborderons cette question dans une deuxième tâche avec une résolution spatiale et temporelle plus élevée en développant une approche d’optogenetique pour la première fois dans les plantes. Nous allons éliminer sélectivement (ou produire) des PI4P/PI(4,5)P2 au cours de chaque étape de la division cellulaire et suivre la progression de la division cellulaire. Le recrutement induit par la lumière des enzymes métabolisant les PI4P/PI(4,5)P2 dans les zones ciblées telles que l'équateur de la cellule ou les pôles nous permettra d'évaluer l'effet du déficit (ou de l’accumulation) des PI4P/PI(4,5)P2 sur l'établissement et le maintien du plan de division au niveau subcellulaire. Les résultats tirés de cette proposition fourniront une meilleure compréhension du couplage des mécanismes de signalisation cellulaire par les PI4P/PI(4,5)P2 et de division cellulaire, le dernier étant fondamental dans la régulation de la croissance de l’organisme.