Responsables: Sébastien Mongrand, Directeur de recherche CNRS et Véronique Germain, Maître de Conférence à l’Université de Bordeaux

Sébastien Mongrand est Directeur de Recherche 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.

ORCID 0000-0002-9198-015X

Véronique Germain est maître de conférences à l’Université de Bordeaux depuis 1999. Elle a obtenu son doctorat en 1997 sur la réponse des plantes à l’hypoxie et est habilitée à diriger des recherches (HDR).  Elle a réalisé un post-doctorat à l’Université d’Edinburgh sur la caractérisation de mutants impliqués dans la mobilisation des lipides lors de la germination chez Arabidopsis. Elle a rejoint le LBM en 2010.

Membres de l’équipe:

T. Robbe (AI), MD. Jolivet (PhD), Jahed Ahmed (Post-Doc)

Thématique:

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, ‘homéostasie des membranes, la régulation des échanges intercellulaires et la dynamique des diverses fonctions biologiques membranaires.

GIPC, 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).

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 associé 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-exprimé ne porte pas atteinte à ‘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 qe la phosphorylation de REM est nécessaire pour son activation comme régulateur des PD. Nous avons montré que la kinase responsable est situé dans les radeaux membranaires, dont l’activité est stimulé par la présence du virus. Ces résultats ajoutent à notre connaissance sur les mécanismes d’action de REM et des radeaux dans ‘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.

Sélection d’articles:

• Mamode Cassim A., Navon Y., Gao Y., Decossas M., Fouillen L, Grélard A., Nagano M., Lambert O., Bahammou D., Van Delft P, Maneta-Peyret L, Simon-Plas F., Heux L., Fragneto G, Mortimer JC., Deleu M., Lins L, & Mongrand S*. (2020) Purification, characterization and influence on membrane properties of the plant-specific sphingolipids GIPC. Submitted to JBC https://biorxiv.org/cgi/content/short/2020.10.01.313304v1*corresponding authors     
• Gouguet P, Gronnier J, Legrand J, Perraki A, Jolivet MD, Deroubaix AF, German-Retana S, Boudsocq M, Habenstein B, Mongrand S* & Germain V (2020) Connecting the dots: from nanodomains to physiological functions of REMORINs. Review in special issue « Dynamic Membranes » Plant physiology. doi: 10.1093/plphys/kiaa063 *corresponding authors
• Mamode Cassim A., Grison M., Ito Y., Simon-Plas F., Mongrand S*. & Boutté Y* (2020) Sphingolipids in plants: a tour guide into structures, membranes, cellular processes and responses to environmental or developmental signals. FEBS letters (invited review) Nov;594(22):3719-3738. doi: 10.1002/1873-3468.13987 *co-corresponding authors.
• Legrand A, Martinez D, Grélard A, Morvan E, Loquet A, Mongrand S, & Habenstein B (2019) Nanodomain clustering of the plant protein remorin by solid-state NMR. Frontiers Molecular Biosciences. Oct 15;6:107. doi: 10.3389/fmolb.2019.00107  
• Mamode-Cassim A & Mongrand S* (2019) Lipids light up in plant membranes. News & Views, Nature Plants. Sep;5(9):913-914. doi: 10.1038/s41477-019-0494-9. *corresponding authors  
• Gronnier J, Legrand A, Loquet A, Habenstein B, Germain V & Mongrand S*. (2019) Mechanisms governing organization and sub-compartmentalization of biological membranes. Review. Current Opinion in Plant Biology. Sep 20;52:114-123. doi: 10.1016/j.pbi.2019.08.003 *corresponding authors
• Mamode-Cassim A#, Gouguet P#, Gronnier J, Nelson L, Germain V, Boutté Y, Gerbeau-Pissot P, Simon-Plas F*, Mongrand S* (2018) Plant lipids: key players of plasma membrane organization, Progress in Lipid Resarch, Jan;73:1-27. doi: 10.1016/j.plipres.2018.11.002. (invited review). #co-first author, *co-corresponding authors  
• Gronnier J, Gerbeau-Pissot P, Germain V, Mongrand S*, Simon-Plas F* (2018) Divide and Rule: Plant Plasma Membrane Organization, Trends in Plant Science, Oct;23(10):899-917. doi: 10.1016/j.tplants.2018.07.007 (invited review), *co- corresponding autho.
• Perraki A#, Gronnier J#, Gouguet P, Boudsocq M, Deroubaix AF, Simon V, German-Retana S, Anthony Legrand, Birgit Habenstein, Zipfel C, Bayer EE, Mongrand S*, Germain V (2018) REM1.3’s phospho-status defines its plasma membrane nanodomain organization and activity in restricting PVX cell-to-cell movement. Plos Pathogens. Nov 12;14(11):e1007378. doi: 10.1371/journal.ppat.1007378. #co-first authors, *corresponding authors. 
• Martinez D, Legrand A, Gronnier J, Decossas M, Gouguet P, Lambert O, Berbona M, Verrona L, Grélard A, Germain V, Loquet A*, Mongrand S*, Habenstein B* (2018) Coiled-coil oligomerization controls localisation of the plasma membrane REMORINs. Journal of Structural Biology J Struct Biol. 2019 Apr 1;206(1):12-19. doi: 10.1016/j.jsb.2018.02.003. *co- corresponding authors

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 :

2002-2003 D. PALOMO (BTS)
2003-2004 L. Cerf (M2)
2004-2005 D. Lafarge (M2)
2005-2006 T. Stanislas (M1, M2)
2007-2008 R. Zallot (M)
2008-2009 A. Perraki (M2, PhD)
2009-2010 J. Naj and F. Wang (M2)
2011 M. Binaghi, (EMBO short fellowship)
2012 Z. Venel (L3)
2012-2016 J. Gronnier, (M2, PhD)
2013 JY. Taburet (BTS)
2013 C. Dariceau (L3)
2013 F. Puccio, (PhD)
2014 C. Bossard, (M2)

2015-2019 AF. Deroubaix (M2, PhD)

2015-2019 A. Mamode-Cassim (M2, PhD)