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Microdomaines membranaires et signalisation

publié le , mis à jour le

Responsable : Sébastien Mongrand, Directeur de recherche CNRS

Tél : 00 33 5 57 12 25 37
E-mail :
sebastien.mongrand@u-bordeaux.fr

Sébastien Mongrand est DR2 au CNRS. Il a défendu thèse en 1998 au LBM portant sur la biosynthèse des lipides chloroplastiques. Après un post-doctorat de trois ans à l’université Rockefeller (New-York, Etats-Unis) travaillant sur la voie de signalisation de l’ABA dans le laboratoire du Pr Nam Haï Chua, il a été recruté au CNRS en 2002. Il est maintenant responsable de l’équipe « Domaines membranaires de la membrane plasmique chez les végétaux ". Il est également animateur scientifique de la plateforme lipidomique.






Membres de l’équipe : Mongrand S. (DR), Germain V. (MC), Deroubaix A.F. (PhD), Gouget P. (PhD), Mamode-Cassim A. (PhD), Anthony Legrand (PhD).






























Activités scientifiques.
Les membranes végétales sont des compartiments cellulaires extrêmement dynamiques. Elles sont constituées de trois familles principales de lipides : les glycérolipides contenant souvent des acides gras hautement insaturés, les sphingolipides et les stérols. Les membranes contiennent aussi une importante quantité de protéines (par exemple 20 à 30 % des protéines cellulaires pour la membrane plasmique (MP) (Souda et al., 2011). Chez les végétaux, la membrane plasmique forme des jonctions symplastiques intercellulaires très particulières (les plasmodesmes, PD) qui assurent une continuité de la membrane plasmique et du cytoplasme entre les cellules.
Les membranes sont le siège d’une ré-organisation permanente essentielle aux régulations des activités d’échanges et de signalisation. . Des domaines membranaires (« radeaux membranaires ») de compositions lipidique et protéique définis et de différentes tailles (nano- et micro-domaines) ont été visualisés dans les membranes chez la plupart des organismes, des cyanobactéries aux cellules animales, en passant par les plantes (Schaaf et al., 2009 ; Lopez and Kolter, 2010 ; Schmolzer et al., 2011 ; Cacas et al., 2012 ; Li et al., 2012). L’organisation précise de ces domaines définit des activités physiologiques données comme l’endocytose, et la signalisation. L’étude des domaines membranaires est donc essentielle à la compréhension de l’activité et des régulations physiologiques des membranes. Nous avons été pionniers dans la caractérisation des domaines membranaires de la MP chez les végétaux (Mongrand et al, 2004, revue récente : Cacas et al., 2012), dont la formation repose essentiellement sur les stérols et les sphingolipides (Roche et al., 2008, Morel et al., 2006 ;. Lefebvre et al, 2007).
Nous développons ces questions sur des organismes modèles adaptés. Nos objectifs principaux sont de déterminer le rôle de ces classes de lipides, ainsi que des protéines particulières telles que la Rémorine dans la structure, la fluidité, la transduction des signaux, l’homéostasie des membranes, la régulation des échanges intercellulaires et la dynamique des diverses fonctions biologiques membranaires.

GIPCs, stérols et polyphosphoinositides

Les glycosylinositol phosphorylcéramides (GIPCs) sont les sphingolipides les plus abondants chez les plantes et les champignons (Cacas et al., 2011, Buré et al., 2013, revue à Buré et al., 2014). Cinquante ans après leur découverte, ils restent cependant mal caractérisés en terme de structure et de diversité chimique. En outre leurs distributions subcellulaires, leurs rôles exacts dans la structure de la membrane et leurs fonctions biologiques restent mal compris chez les végétaux. Afin d’élucider la structure des sphingolipides, nous avons développé des stratégies de spectrométrie de masse pour analyser les bases à longue chaîne (LCB), et les GIPCs (Cacas et al, 2012.). Nous avons ainsi déterminé que les têtes polaires peuvent contenir jusqu’à 7 sucres (Cacas et al., 2011, Buré et al., 2013, revue Buré et al., 2014). GIPCs, stérols et polyphosphoinositides (Furt et al., 2010) sont enrichis dans les radeaux membranaires des plantes et forment des nanodomaines dans la membrane plasmique. Nous avons montré que les GIPC représentent jusqu’à 60 mol% des lipides dans les radeaux membranaires avec les stérols libres et conjugués (Cacas et al., 2015). Les GIPCs sont les récepteurs des facteurs nécrotiques de nombreux pathogènes (Lenarčič et al., 2017).

Structure générale d’un GIPC typique



Rôle des Rémorines dans la propagation virale et la régulation de la perméabilité des plasmodesmes

Nous avons établi que St REMORIN1.3 (REM) est une protéine associée aux domaines membranaires riches en stérols et sphingolipides, domaines d’environ 70 nm situés au niveau de la PM et des plasmodesmes (Raffaele et al., 2009a et 2009b). Ce résultat constitue la première preuve de l’existence de la micro-ségrégation des composés membranaires (lipides et protéines) chez les plantes (pour revue, Mongrand et al., 2011). Nous avons également identifié un nouveau domaine C-terminal (Rem-CA) suffisant pour permettre l’ancrage de REM aux radeaux de la membrane plasmique (Perraki et al., 2013, Gronnier et al., 2017). En manipulant par transgénèse les niveaux de REM chez le tabac et la tomate, nous avons démontré l’implication de la REM dans le contrôle du mouvement viral de cellule à cellule (virus X de la pomme de terre ; PVX), mouvement qui est inversement proportionnel au niveau d’expression de REM (Raffaele et al., 2009).

L’ancrage de la REM à la membrane plasmique est nécessaire à la restriction du mouvement du PVX (Perraki et al., 2013), et inhibe la capacité du virus à augmenter la perméabilité des PD. En revanche, REM sur-exprimée ne porte pas atteinte à l’activité « suppresseur de silencing » de la protéine virale TGBp1. Un effet similaire sur la perméabilité des PD a été observé avec d’autres protéines de mouvement viral, suggérant que REM est un régulateur général de la taille d’exclusion limite des PD (Perraki et al., 2014, Gronnier et al.,2017). Enfin, nous avons montré que la phosphorylation de REM est nécessaire pour son activation comme régulateur des PD. Nous avons montré que la kinase responsable est située dans les radeaux membranaires, dont l’activité est stimulée par la présence du virus. Ces résultats ajoutent à notre connaissance sur les mécanismes d’action de REM et des radeaux dans l’infection par le virus et la régulation de la perméabilité des PD, un mécanisme clé dans la coordination intercellulaire des réponses aux stress et aux pathogènes, et du développement des plantes.

REM présente un accrochage membranaire original (RemCA), indispensable à son activité sur la restriction du mouvement intercellulaire du virus PVX-GFP.


Sélection d’articles :
- Gronnier J, Crowet JM, Habenstein B, Nasir M, Bayle V, Hosy E, Platre M, Gouguet P, Raffaele S, Martinez D, Grelard A, Loquet A, Simon-Plas F, Gerbeau-Pissot P, Der C, Bayer EM, Jaillais Y, Deleu M, Germain V, Lins L*, Mongrand S* (2017) Structural Basis for Plant Plasma Membrane Protein Dynamics and Organization into Functional Nanodomains. eLife, 6:e26404.
- Lenarčič T, Albert I, Böhm H, Hodnik V, Pirc K, Zavec AB, Podobnik M, Pahovnik D, Žagar E, Pruitt R, Greimel P, Yamaji-Hasegawa A, Kobayashi T, Zienkiewicz A, Gömann J, Mortimer J, Fang L, Mamode-Cassim A, Deleu M, Lins L, Oecking C, Feussner I, Mongrand S, Anderluh G*, Nürnberger T,* (2017) Eudicot plant­specific sphingolipids determine host selectivity of microbial NLP cytolysins. Science, Dec 15 ;358(6369):1431-1434
- Buré C., Cacas JL., Badoc A., Mongrand S. & Schmitter JM. (2016), Branched glycosylated inositolphosphosphingolipid structures in plants revealed by MS3 analysis. Journal of Mass Spectrometry. 51, 305–308.
- Gronnier J, Germain V, Gouguet P, Cacas JL & Mongrand S. (2016). GIPCy king : Glycosyl Inositol Phospho Ceramides, the major sphingolipids on earth. Plant Signaling and Behavior. Review, 11(4):e1152438.
- Cacas JL, Buré C, Grosjean K, Gerbeau-Pissot P, Lherminier J, Rombouts Y, Maes E, Bossard C, Gronnier J, Furt F, Fouillen L, Germain1, Bayer E, Cluzet S, Robert F, Schmitter JM, Deleu M, Lins M, Simon-Plas F, Mongrand S (2015). Re-visiting plant plasma membrane lipids in tobacco : a focus on sphingolipids. Plant Physiology Jan ;170(1):367-84.
- Buré C, Cacas JL, Mongrand S & Schmitter, JM (2014) Characterization of Glycosyl Inositol Phosphoryl Ceramides from Plant and Fungi by Mass Spectrometry (Review). Analytical and Bioanalytical Chemistry, 406(4):995-1010.
- Cacas JL, Buré C, Furt F, Maalouf JP, Badoc A, Cluzet S, Schmitter JM, Antajan E, & Mongrand S (2013) Biochemical survey of the polar head of plant glycosylinositolphosphoceramides unravels broad diversity. Phytochemistry, 96:191-200.
- Perraki A, Cacas JL, Crowet JM, Lins L, Castroviejo M, German-Retana S, Mongrand S Raffaele S (2012) Plasma membrane localization of StREM1.3 15 Remorin is mediated by conformational changes in a novel C-terminal anchor and required for the restriction of PVX movement Plant physiology, 160, 1–14.

Collaborateurs :

C Buré, JM Schmitter CBMN, F Simon-Plas et P Gerbeau, INRA Dijon
German-Retana S., Douliez JP, BFP INRA Bordeaux
S Raffaele, INRA Toulouse
L. Lins, M. Deleu GEMBLOUX Belgique
Y. Jaillais ENS Lyon


Anciens membres de l’équipe :
2002-2003 Damien PALOMO (stage BTS)
2003-2004 Loïc Cerf (Master 2 RECHERCHE)
2004-2005 David Lafarge (Master 2 RECHERCHE)
2005-2006 Thomas Stanislas (Master 1, Master 2 RECHERCHE)
2007-2008 Rémi Zallot (Master 2 RECHERCHE)
2008-2009 Artemis Perraki (Master 2 RECHERCHE, PhD)
2009-2010 Joudia Naj and Fen Wang (Master 2 RECHERCHE)
2011 Maria Binaghi, EMBO short fellowship
2012 Jean-Yves Taburet (stage BTS)
2012 Zélie Venel (stage L3)
2012-2016 Julien Gronnier, (Master 2 RECHERCHE, PhD)
2013 Jean-Yves Taburet (stage BTS)
2013 Clémence Dariceau (stage L3)
2013 Franco Puccio, (PhD exchange)
2014 Claire Bossard, (Master 2 RECHERCHE)