LPCV - CEA Grenoble
LPCV - CEA GRENOBLE
Biogenèse, dynamique et homéostasie des lipides membranaires
Responsable : Juliette JOUHET, DR2 CNRS et Eric MARECHAL, DR1 CNRS
Composition de l’équipe :
- ALBRIEUX Catherine, Ingénieure d'étude CNRS
- AMATO Alberto, Chercheur CEA
- BASTIEN Olivier, Chercheur INRAE
- CORELLOU Florence, Chercheure CNRS
- CUSSAC Mathilde, Technicienne CNRS
- JOUHET Juliette, Directrice de recherche CNRS
- LOUWAGIE Mathilde, Technicienne CEA
- MARÉCHAL Éric, Directeur de recherche CNRS
- MICHAUD Morgane, Chercheure CNRS
- ROY Sylvaine, Chercheure CEA
- SALVAING Juliette, Chercheure INRAE
- VILLAIN Gaëlle, Assistante Ingénieure CNRS
Homéostasie des lipides membranaires dans les cellules photosynthétiques (algues et plantes) :
Les membranes biologiques sont constituées de deux feuillets de lipides membranaires dans lesquels s’insèrent des protéines. Une dizaine de classes lipidiques forment les briques de bases de toutes les membranes chez les eucaryotes. Parmi ces lipides :
- les phospholipides sont les lipides majeurs des membranes cellulaires animales ou des levures ;
- les plantes sont caractérisées par la présence d’une classe unique de lipides membranaires non-phosphatés, les galactolipides, synthétisés dans la membrane limitant les chloroplastes (l’enveloppe plastidiale).
Dans une cellule eucaryote, chacun des compartiments membranaires (membrane plasmique, membranes du reticulum, du Golgi, de la vacuole, des mitochondries, des plastes, etc) présente une composition lipidique qui lui est spécifique, régulée suivant les conditions physiologiques et environnementales. Ainsi, une plante qui pousse en milieu pauvre en phosphate 1) économise le phosphate en hydrolysant les phospholipides et 2) stimule la production de galactolipides qui quittent le chloroplaste et viennent compenser l’absence de phospholipides dans les mitochondries, la membrane plasmique, etc. Les processus de couplage entre voies de synthèses de phospholipides (dans le réticulum endoplasmique) et de galactolipides (dans l’enveloppe des chloroplastes), les mécanismes régulateurs et les machineries de transferts de lipides sont méconnus.
Les modèles d’étude :
L’équipe aborde les question du métabolisme des glycérolipides chez les eucaryotes photosynthétiques avec des modèles d’organismes portant des plastes primaires (Agiospermes, i.e. Arabidopsis) et des plastes secondaires (Diatomées, i.e. Paeodactylum, Eustigmatophytes, i.e. Nannochloropsis)
L’équipe pose les questions suivantes :
Comment sont synthétisés les lipides membranaires dans la cellule végétale ?
Les principales enzymes de synthèse lipidique sont connues. Nous cherchons à identifier les enzymes qui manquent, les systèmes de transports de lipides à ce jour inconnus et les constituants régulateurs. Nous combinons les données biologiques en vue d’une modélisation (de la biologie expérimentale à la biologie des systèmes).
Nos efforts ont porté plus particulièrement sur la synthèse de galactolipides. Les glycérolipides des membranes des chloroplastes, i.e. les galactolipides MGDG et DGDG, le sulfolipide et le phosphatidylglycérol, sont formés dans l'enveloppe plastidiale. Une partie des synthèses des galactolipides repose sur un approvisionnement en diacylglycérol issu de la phosphatidylcholine (PC) des membranes non plastidiales. En carence de phosphate, une situation fréquente pour les plantes, il se produit une réorganisation générale des membranes de la cellule. On observe notamment une redistribution du galactolipide DGDG. Alors qu'en règle générale, le DGDG n'est présent, comme le MGDG, que dans les membranes des plastes, en carence de phosphate, le DGDG spécifiquement apparaît aussi dans les membranes non plastidiales telles que les membranes des mitochondries, la membrane plasmique et le tonoplaste limitant la vacuole. L'enveloppe constitue donc un carrefour pour les transferts lipidiques nécessaires à la synthèse des galactolipides. Les étapes de transfert entre les compartiments membranaires restent encore largement inconnues et représentent un axe de recherche de l'équipe.
Comment la biogenèse des lipides membranaires est-elle coordonnée ?
Nous étudions la coordination des voies de synthèse au sein du plaste et à l’échelle de la cellule. Les facteurs de couplages que nous avons commencé à identifier et caractériser sont des lipides de signalisation qui peuvent être émis dans une membrane et agir dans un autre compartiment membranaire. Nous examinons en particulier le rôle de l’acide phosphatidique dans la régulation de la synthèse des galactolipides.
Comment ce système répond-il lorsque la plante doit s’adapter à différentes conditions environnementales?
Nous considérons les voies de synthèses et de trafic de lipides dans la cellule comme un système, et nous mettons en évidence des processus importants pour la réponse physiologique 1) chez des mutants (génétique), 2) dans des conditions qui favorisent la synthèse des galactolipides, comme la carence de phosphate (physioécologie) ou 3) à l’aide de petites molécules que nous avons développées et qui bloquent la synthèse de galactolipides (génétique chimique).
Comment le métabolisme des glycérolipides membranaires est-est il lié (et en équilibre) avec le métabolisme des glycérolipides de réserve (triacylglycérol ou huile) ?
Mots clefs
Galactolipides, Phospholipides, Triacylglycérol, Microalgues, Plantes, Chloroplaste, Plastes primaires, Plastes secondaires.