Reconnaissance de ligands et activation de l’immunité par des paires de récepteurs NLRs chez les plantes – RePairs

L'objectif du projet RePairs est de générer des connaissances fondamentales et appliquées sur les récepteurs immunitaires des plantes de type NLR (Nucleotide-binding (NB) and leucine-rich repeat (LRR) domain proteins). Les NLRs forment une grande famille de récepteurs intracellulaires capables de détecter des facteurs de virulence (également appelés effecteurs) et de déclencher des réactions immunitaires et d’empêcher ainsi la propagation des agents pathogènes.
Les NLR constituent la classe la plus importante de protéines de résistance aux agents pathogènes chez les plantes. Leur introduction dans des variétés élites par sélection ou génie génétique représente une solution économiquement et écologiquement avantageuse pour lutter contre les maladies des cultures. Les NLRs ont donc un rôle primordial dans la gestion durable de la santé des plantes.
L’étude moléculaire des NLR a été jusqu’ici entravée par le manque de systèmes expérimentaux in vitro et de connaissances sur les structures protéiques. Des avancées récentes dans la production des NLR en systèmes eucaryotes et dans la détermination des structures 3D par cryo-microscopie électronique (cryoEM) ont permis de lever ces barrières. Elles ont révélé que les NLRs activés en présence d’effecteur s’assemblent pour former des anneaux oligomériques nommés résistosomes.
Le projet RePairs s'appuie sur ces avancées techniques et conceptuelles pour produire de nouvelles découvertes fondamentales sur les NLRIl se focalisera sur les paires de récepteurs hétérologues constituées d'un NLR senseur (sNLR) interagissant avec des effecteurs spécifiques, et d'un NLR exécuteur (eNLR) qui initie la signalisation immunitaire. Ces NLR fonctionnant en couple sont encore mal compris mais offrent des perspectives exceptionnelles pour l'ingénierie de protéines de résistance.
Notre hypothèse centrale est que la liaison de l’effecteur à plusieurs sites du sNLR induit des changements conformationnels dans les complexes sNLR/eNLR, ce qui déclenche l'assemblage d'un résistosome oligomérique activant l’immunité.
Pour tester cette hypothèse, nous chercherons à élucider les bases moléculaires de la reconnaissance des effecteurs par les sNLR (objectif 1) et à décrypter le mécanisme d’activation des complexes sNLR/eNLR qui en découle (objectif 2). Nous utiliserons ensuite ces connaissances pour créer par ingénierie moléculaire des hétéro-paires de NLRs avec de nouvelles spécificités de reconnaissance (objectif 3). Enfin, nous étudierons comment, au cours de l'évolution, les sNLRs acquièrent de nouvelles spécificités et comment les sNLRs et les eNLRs co-évoluent pour conférer l’immunité (objectif 4).
Le système expérimental utilisé est celui des NLRs RGA5/RGA4 du riz que nous avons établi comme modèle d’étude des sNLR/eNLR. Les connaissances approfondies déjà acquises sur cette hétéro-paire ainsi que les nombreux données préliminaires et ressources biologiques dont nous disposons sont un gage des progrès rapides et du succès attendus du projet RePairs.
RePairs réunit un consortium diversifié et complémentaire qui permettra de déployer un programme de recherche interdisciplinaire et intégrative. La caractérisation biochimique et structurale des protéines et de leurs complexes fera appel à des techniques de pointe telles que la cryo-EM et la spectrométrie de masse en conditions natives ou par échange hydrogène/deutérium (HDX). Les résultats de ces analyses seront validés par des expériences in vivo en cellules vivantes ou dans des organismes entiers. La génomique comparative et la modélisation moléculaire complèteront ces approches expérimentales.
Ainsi, le projet RePairs fournira des avancées majeures dans la recherche sur l’immunité des plantes en déterminant pour la première fois la structure et le mécanisme moléculaire des paires sNLR/eNLR, en élucidant leur coévolution et en générant par ingénierie moléculaire de nouvelles spécificités de reconnaissance.