Responsable : Amélie Bernard Chargé de Recherche

Amélie Bernard a obtenu son doctorat en biologie végétale à l’Université de Bordeaux en 2011, au cours duquel elle a travaillé sur les lipides cuticulaires. Elle a commencé à étudier l’autophagie lors de son post-doc dans le laboratoire de Daniel Klionsky (University of Michigan, 2012-2016). En 2016 elle a été recrutée au CNRS et a rejoint le LBM. En 2020 elle a obtenu une ERC starting grant pour son projet ‘LIP-ATG’. 

Financements:

“Results incorporated in the standard have received funding from the European Research Council (ERC) under European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme (grant agreement No 852136)”

Membres du groupe:

J. Joubès (PU), F. Domergue (CR), S. Pascal (AI), J. Castets (PhD), C. Chambaud (IE), J. Lupette (Post-doc), R. Gomez (ATER)

Thématique:

Caractérisation fonctionnelle des lipides associés à l’autophagie chez les plantes

L’autophagie est un processus catabolique intracellulaire qui intègre des signaux environnementaux et développementaux pour cibler, dégrader et recycler les composants cellulaires, assurant ainsi le contrôle qualité et l’adaptation des cellules aux stress. L’autophagie est essentielle chez l’ensemble des eucaryotes et notamment chez les plantes où elle joue un rôle majeur dans l’adaptation et la survie à de multiples stress, notamment la carence en nutriments, la sécheresse ou les attaques par des agents pathogènes.

Au cours de l’autophagie une vésicule spécialisée, appelée autophagosome, encapsule et achemine le matériel à dégrader jusqu’à la vacuole lytique. Le nombre et la taille des autophagosomes contrôlent ainsi l’activité autophagique et leur formation est finement régulée pour répondre à la demande cellulaire et promouvoir l’adaptation des plantes aux stress. Pourtant, les mécanismes moléculaires gouvernant la biogenèse des autophagosomes restent encore mal compris. 

Contrairement aux autres vésicules endomembranaires, les autophagosomes ne bourgeonnent pas d’un compartiment préexistant. Au lieu de cela, ils se forment de novo grâce à un processus en plusieurs étapes mené par un groupe de protéines dédiées (nommées protéines ATG) et reposant sur d’intenses événements de remodelage membranaire. Ceux-ci commencent par l’assemblage de novo d’un compartiment membranaire initial, le phagophore qui s’allonge ensuite par ajout de lipides et fusionne finalement pour former une vésicule complète. À l’heure actuelle, comment la membrane du phagophore est assemblée, comment elle est organisée pour promouvoir sa structure, son identité et sa fonction et comment elle est remodelée pour promouvoir la formation des autophagosomes reste largement insaisissable chez les plantes.

Pour répondre à ces questions, notre groupe explore la contribution des lipides dans la formation des autophagosomes. De fait, alors que les protéines liées à l’autophagie (ATG) soient bien caractérisées, la nature et la fonction des lipides composant les membranes des autophagosomes restent largement inconnues chez les plantes. Pourtant, les lipides sont des composants clés des membranes biologiques où la grande diversité de leurs structures, de leurs propriétés biochimiques et de leur distribution, dicte les territoires fonctionnels et structurels soutenant l’organisation et l’activité des membranes. 

Dans ce contexte, nous postulons que les lipides formant la membrane du phagophore sont des contributeurs fonctionnels fondamentaux de la formation des autophagosomes et l’objectif central de notre groupe est de révéler quels et comment les lipides régulent les membranes des autophagosomes pour aller au-delà de notre compréhension des mécanismes moléculaires régissant l’autophagie chez les plantes.

En nous concentrant sur la plante modèle Arabidopsis thaliana, nous développons des projets intégrant des approches protéomiques / bioinformatiques, lipidomiques et d’imagerie 3D haute résolution dans des concepts de biologie cellulaire et moléculaire pour explorer comment la nature, la dynamique et l’hétérogénéité des lipides instruisent la formation des autophagosomes.

(A) Schematic of the autophagy pathway in plant cells. (B) Hypothetical representation of lipid- and protein-driven curvature within the phagophore. A specific lipid composition and distribution could shape the phagophore and especially drive the high curvature of the membranes at the rim. BAR-domain-containing proteins (represented in red) and amphipatic proteins (represented in brown) could create, force or stabilize membrane deformation. Adapted from Gomez et al., 2018.

Sélection d’articles:

• Gomez ER, Joubès J, Valentin N, Batoko H, Satiat-Jeunemaître B, Bernard A. Lipids in membrane dynamics during autophagy in plants. J Exp Bot 2018; 69:1287-1299.
• Eapen VV , Waterman DP , Bernard A , Schiffman N , Sayas E , Kamber R, Lemos B, Memisoglu G, Ang J, Mazella A, Chuartzman SG, Loewith R, Schuldiner M, Denic V , Klionsky DJ, Haber, JE. A novel pathway of targeted autophagy is induced by DNA damage in budding yeast. PNAS 2017; 114, E1158-E1167.
• Bernard A*, Jin M*, Xu Z, Klionsky DJ. A large-scale analysis of autophagy related gene expression identifies new regulators of autophagy. Autophagy 2015; 2114-2122.
• Hu G*, McQuiston T*, Bernard A*, Park YD, Qiu J, Vural A, Zhang N, Waterman SR, Blewett NH, Myers TG, Maraia RJ, Kehrl JH, Uzel G, Klionsky DJ, Williamson PR. A conserved mechanism of TOR-dependent RCK-mediated mRNA degradation regulates autophagy. Nature Cell Biology 2015; 17:930-942
• Bernard A, Jin M, González-Rodriguez P, Füllgrabe J, Delorme-Axford E, Backues SK, Joseph B, Klionsky DJ. Rph1/KDM4 mediates nutrient-limitation signaling that leads to the transcriptional induction of autophagy. Current Biology 2015; 25:546-555.