Protéines HIR des microdomaines membranaires : contrôle de la machinerie d’acquisition du fer et nouvelles fonctions chez Arabidopsis – NUTRIR

- Microscopie haute résolution
- Biochimie des protéines
- Interactome
-Test d'interaction protéine-protéine
- Technologie CRISPR/Cas9
- Analyse phénotypique

Le fer est un élément essentiel à la croissance et au développement de la plante en intervenant notamment lors de la photosynthèse et de la respiration. L'absorption du fer dans les cellules épidermiques de la racine d'Arabidopsis nécessite le transporteur IRT1 qui permet également l'entrée de certains métaux non ferreux, tels que le Zn, le Mn et le Co. Des travaux récents ont montré que l'endocytose d’IRT1 est contrôlée par les métaux non ferreux via un mécanisme d’ubiquitination d’IRT1. Pour mieux comprendre comment l'absorption des métaux est régulée chez la plante, nous avons identifié des protéines interagissant avec IRT1 dans la racine et découvert que la pompe à protons AHA2 et la réductase FRO2, qui travaillent toutes deux de concert avec IRT1 dans la stratégie d'acidification-réduction-transport du fer, étaient présentes dans l’interactome d’IRT1. Nous avons par la suite montré qu’IRT1, FRO2 et AHA2 forment des interactions directes tripartites. L’étude de la dynamique du complexe d'absorption du fer a notamment montré que l'ubiquitination de FRO2 et AHA2 est indépendante des substrats métalliques non ferreux transportés par IRT1 et que ces deux protéines ne sont pas massivement endocytosées en réponse à un excès de métaux non ferreux, contrairement à IRT1. En effet, nos résultats suggèrent que la phosphorylation d'IRT1 en réponse à des niveaux élevés de métaux non ferreux déclenche la dissociation du complexe IRT1/FRO2/AHA2. Nous proposons qu'un complexe protéique d'acquisition du fer spécialisé existe à la surface des cellules épidermiques de la racine pour optimiser l'absorption du fer (Martin-Barranco et al 2020). En outre, cette «plateforme d’acquisition du fer« pourrait être régulée via un recrutement dans des nanodomaines spécifiques de la membrane plasmique en interagissant avec la protéine HIR2. Cette hypothèse est en cours d’analyse.

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Martin-Barranco A, Spielmann J, Dubeaux G, Vert G, Zelazny E (2020) Dynamic Control of the High-Affinity Iron Uptake Complex in Root Epidermal Cells. Plant Physiology 184: 1236-1250. Référence HAL : hal-02931857v1.

Les microdomaines membranaires sont enrichis de façon spécifique en stérols et en sphingolipides et contiennent des protéines particulières telles que les protéines à domaine stomatin/prohibitin/flotillin/HflK/C (SPFH) qui sont retrouvées dans la plupart des lignées évolutives. De façon intéressante, les plantes possèdent un groupe de protéines à domaine SPFH qui leur sont propre appelées Hypersensitive Induced Reaction proteins (HIRs) et composées de quatre membres (HIR1 à HIR4). Bien que chez les animaux les protéines à domaine SPFH soient impliquées dans des processus cellulaires essentiels tels que la régulation de l’activité de protéines membranaires ou certains mécanismes d’endocytose, la fonction des HIRs reste largement méconnue chez les plantes. Le premier objectif du projet NUTRIR est de : (i) caractériser la petite famille des protéines HIR d’Arabidopsis au niveau cellulaire en termes de localisation, de dynamique et d’identité des microdomaines afin de comprendre le rôle des HIRs dans la cellule, ceci en utilisant des techniques de microscopie de pointe, (ii) découvrir de nouveaux rôles de ces protéines en utilisant l’isoforme HIR2 comme modèle. Dans ce but nous identifierons des protéines interagissant avec HIR2 puis nous analyserons l’importance de ces interactions aux niveaux cellulaire et physiologique. Récemment, j’ai découvert que le transporteur de fer racinaire d’Arabidopsis Iron Regulated Transporter1 (IRT1), qui est une des protéines modèles étudiées dans notre équipe, interagissait physiquement avec HIR2. De plus nous avons montré qu’IRT1 interagissait avec la pompe à proton H+-ATPase2 (AHA2) et la réductase Ferric Reduction Oxydase2 (FRO2) qui sont elles aussi essentielles à l’acquisition du fer dans la racine d’Arabidospsis. De façon intéressante, nous avons démontré par des approches de génétique inverse que HIR2 est impliquée dans le maintien de l’homéostasie des métaux chez Arabidopsis. Le second objectif du projet NUTRIR est d’étudier spécifiquement le rôle de la protéine HIR2 dans la régulation de la machinerie d’absorption du fer chez Arabidopsis, en nous focalisant sur son rôle dans la dynamique intracellulaire d’IRT1 et son impact sur l’homéostasie des métaux.