1 résultat

La croissance des plantes, une histoire de dégradation sélective des protéines

Le contrôle du cycle cellulaire chez les végétaux présente d’importantes similitudes avec celui des animaux, mais aussi des différences fondamentales, en particulier dans la régulation de l’entrée en phase de réplication de l’ADN. L’équipe de Pascal Genschik à l’Institut de biologie moléculaire des plantes, dévoile chez la plante modèle Arabidopsis thaliana un mécanisme moléculaire inédit de régulation de cette étape fondé sur la dégradation d’inhibiteurs de la réplication de l’ADN par la protéine F-box, FBL17. FBL17pourrait être à l’interface de nombreuses voies de signalisation endogènes et exogènes. Ces travaux sont publiés dans la revue The Plant Cell.

Le cycle cellulaire constitue un mécanisme fondamental à la base des processus de croissance, de développement et de reproduction de tout organisme vivant. Il contribue notamment à générer la biomasse des quelque 600 milliards de tonnes de carbone que représentent les plantes terrestres. La croissance, le développement et la reproduction de tout organisme vivant reposent sur un mécanisme fondamental : le cycle cellulaire. Dans une cellule eucaryote, les 4 phases d’un cycle cellulaire sont la phase de synthèse (S) au cours de laquelle l’ADN est dupliqué, la phase de mitose (M) correspondant à la division cellulaire et générant 2 cellules filles identiques, et deux phases dites G1 et G2 (pour gap) préparant les phases S et M, respectivement.

La bonne progression du cycle cellulaire repose sur l’activité des complexes CDK (Cyclin-Dependent Kinase)-Cycline, qui est étroitement régulée en fonction des différentes phases du cycle. De nombreux travaux ont mis en évidence un rôle majeur du système de protéolyse protéasome dépendant de l’ubiquitine en assurant la dégradation sélective et irréversible de régulateurs du cycle. Dans les cellules de mammifères, l’entrée en phase S est notamment contrôlée par le complexe ubiquitine ligase SCFSkp2 qui reconnaît et dégrade les inhibiteurs de CDK. Un défaut dans cette régulation conduit au développement de tumeurs ou à une croissance réduite/ralentie des souris.
Chez les végétaux, le contrôle du cycle cellulaire présente d’importantes similitudes avec celui des animaux, cependant des travaux récents ont révélé des différences fondamentales, comme l’absence de certains régulateurs ou l’existence de régulateurs propres aux plantes, qui sont autant de mécanismes spécifiques à élucider. En particulier, la machinerie moléculaire spécifique aux plantes, contrôlant une des étapes clés du cycle cellulaire, à savoir l’entrée en phase de réplication de l’ADN, est encore bien mal décrite. Il est toutefois essentiel de comprendre cette étape du contrôle du cycle cellulaire car elle intègre de nombreux signaux endogènes (comme les hormones de croissance) et exogènes (comme des stress liés à l’environnement) contrôlant ainsi la prolifération cellulaire et donc la croissance des plantes.

L’équipe de Pascal Genschik à l’Institut de biologie moléculaire des plantes (IBMP-CNRS), a mis en évidence qu’une protéine F-box, FBL17, faisant partie d’un complexe ubiquitine ligase SCFFBL17, était essentielle au bon déroulement du cycle cellulaire à tous les stades de développement de la plante. Ainsi, la délétion du gène FBL17 conduit à un retard important de la croissance des plantes mutantes en partie du à l’accumulation de protéines KRP pouvant inactiver les complexes CDK-cyclines de plantes. Malgré une forte inhibition de la prolifération cellulaire, certaines cellules du mutant fbl17 gardent l’aptitude à entrer en phase S et même à se diviser. Cette incroyable plasticité n’est pas sans dommage pour la plante mutante, puisque nombre de ses cellules présentent des anomalies de ségrégation des chromosomes et sont en situation de mort cellulaire.

Grâce à ces travaux, les chercheurs confortent le rôle de FBL17 comme régulateur majeur du cycle cellulaire chez les plantes. Ils suggèrent de plus l’implication de cette protéine dans le maintien de l’intégrité du génome végétal et mettent en évidence des similitudes fonctionnelles très intéressantes d’un point de vue évolutif avec la protéine animale Skp2.

L’élucidation du mode de fonctionnement de la protéine FBL17 devrait ouvrir de nombreuses perspectives au plan fondamental et évolutif pour la compréhension de la régulation du cycle cellulaire, mais également au plan des applications pour manipuler la croissance des plantes.

Figure : Rosette de six semaines de la plante modèle Arabidopsis thaliana sauvage, à gauche, et du mutant fbl17, à droite, au même stade montrant un retard important de croissance. Ce mutant présente différentes anomalies cellulaires et du développement, comme l’absence de branchement et d’endoréplication des trichomes, la désorganisation du méristème de la racine principale et des défauts de ségrégation des chromosomes (illustrés dans les trois encarts).

© Pascal Genschik

Références :

  • The control of Arabidopsis thaliana growth by cell proliferation and endoreplication requires the F-box protein FBL17.
    Sandra Noir, Katia Marrocco, Kinda Masoud, Alexis Thomann, Andi Gusti, Marta Bitrian, Arp Schnittger and Pascal Genschik.
    Plant Cell tpc.114.135301; May 5, 2015;doi:10.1105/tpc.114.13530

Contacts :

  • Pascal Genschik
    Institut de Biologie Moléculaire des Plantes
    CNRS UPR 2357, associée à l’Université de Strasbourg
    12 Rue du général Zimmer
    67084 STRASBOURG CEDEX

    Tel : 03 67 15 53 96