Responsable : Yohann Boutté. Chargé de recherche CNRS.

Yohann Boutté a effectué sa thèse au CNRS de Gif-Sur-Yvette sous la direction de Béatrice Satiat-Jeunemaitre (2002-2005), ses post-docs l’ont ensuite conduit en Suède, à l’Umea Plant Science Center (UPSC), sous les directions successives de Markus Grebe (2006-2010) et de Rishi Bhalerao (2010-2012). Il est chercheur CNRS au sein du laboratoire Biogenèse Membranaire depuis 2012.

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Membres du groupe:

P. Laquel (CR), M. Hook (PR), L. Fougère (PhD), M. Montrazi (PhD)

Financements:

Thématique:

Afin de comprendre comment les organismes multicellulaires régulent leur croissance et comment les mécanismes moléculaires et cellulaires coordonnent la morphogenèse tissulaire et de l’organisme entier, nous utilisons les plantes comme système modèle. Les plantes supérieures sont des organismes multicellulaires capables de répondre et de s’adapter très rapidement aux contraintes de leur environnement. Cette flexibilité est en grande partie due à leur aptitude à moduler le pattern de leurs axes de croissance et à générer des organes tout au long de leur vie. Ces propriétés uniques font des plantes un système idéal pour étudier la morphogenèse et les mécanismes cellulaires qui la sous-tendent. Au niveau sub-cellulaire, le système membranaire intracellulaire est à la fois très compartimenté et très interconnecté et permets aux eucaryotes de différentier des fonctions au niveau tissulaire et de construire un organisme pluricellulaire d’une manière coordonné. Chez les eucaryotes, une gare de tri majeure pour les protéines et les lipides est le réseau membranaire appelé trans-Golgi Network (TGN) qui, chez les plantes, est clairement discernable à proximité de la citerne la plus trans de l’appareil de Golgi.

Chez les plantes, au moins deux populations de TGN existent, une population associé à l’appareil de Golgi et une population qui devient indépendante et très dynamique après s’être détaché du Golgi. Cette dernière population très dynamique peut effectuer des fusions homotypiques, comme les endosomes précoces des cellules animales, et peut se réassocier au Golgi, de manière similaire aux échanges entre les endosomes précoces et le TGN dans les cellules animales. Les plantes n’ont pas d’endosomes précoces comme décrit chez les animaux, les vésicules issues de l’endocytose convergent directement au TGN où les cargos de l’endocytose sont triés vers les voies de recyclage et/ou de dégradation. De plus, le TGN n’accueille pas seulement le flux de l’endocytose mais également les flux sécrétoires qui distribuent les protéines, lipides et composants de la paroi végétale dans différentes voies sécrétoires impliquées dans l’élongation ou la division cellulaire. La question de savoir comment fonctionne le TGN, comment il reçoit et tri les protéines cargos et comment il participe au trafic de protéines vers des domaines polarisés de la surface cellulaire reste encore très énigmatique alors qu’il présente peu de ressemblances avec le TGN des cellules animales, chez qui les mécanismes sont plus connus. C’est cependant un défi important que de décortiquer la complexité des mécanismes moléculaires agissant au niveau du TGN lorsqu’on considère la multitude de processus cellulaires régis par le TGN. De nombreuses études ont montrées que les lipides peuvent agir en « matériaux intelligents » de la dynamique membranaire, les lipides sont probablement des acteurs centraux au niveau du TGN.

Nous avons montré précédemment que la longueur des chaînes acyles des sphingolipides joue un rôle crucial dans le tri sécrétoire du transporteur d’efflux d’auxine PIN2 du TGN au domaine polaire de la membrane plasmique apicale des cellules épidermiques de la racine (Wattelet-Boyer et al., 2016). Notre focus actuel est d’identifier les mécanismes qui dépendent des sphingolipids au niveau du TGN et qui seraient potentiellement impliqués dans le tri sécrétoire de protéines du TGN vers des domaines polaires de la membrane plasmique. Pour cela nous utilisons des technologies de pointe en protéomique quantitative et lipidomique sur des fractions immuno-purifiées de sous-domaines intacts du TGN afin d’identifier ces mécanismes. Nous combinons ces approches avec de la microscopie confocale à haute-résolution sur cellules vivantes pour étudier l’impact des sphingolipides sur la biogenèse et la dynamique membranaire de l’appareil de Golgi et du TGN.

Nos résultats montrent que le compartiment intracellulaire (en rouge) dérivé de l’appareil de Golgi (en blanc) est enrichit en lipides ayant une chaine carboné très longue (en rouge sur la représentation de la molécule de lipide). Ces lipides agissent en aiguilleur pour trier et adresser des protéines vers un pôle particulier de la cellule.

Sélection d’articles:

• Ito Y^#, Esnay N^#, Platre M, Noack L, Menzel W, Claverol S, Moreau P, Jaillais Y, Boutté Y*. Sphingolipids mediate polar sorting of PIN2 through phosphoinositide consumption at the trans-Golgi Network. Nature Communications. 
• Mamode Cassim A, Gouguet P, Gronnier J, Laurent N, Germain V, Grison M, Boutté Y, Gerbeau-Pissot P, Simon-Plas F, Mongrand S. Plant lipids: Key players of plasma membrane organization and function. Prog Lipid Res. 2018 Nov 19;73:1-27.
• Ito Y^#, Grison M^#,*, Esnay N, Fouillen L, Boutté Y*. (2020). Immuno-purification of intact endosomal compartments for lipid analyses in Arabidopsis. Methods in Mol Biol., 2177:119-141.
• Boutté Y*, Jaillais Y*. (2020). Metabolic cellular communications: feeback mechanisms between membrane lipid homeostasis and plant development. Developmental Cell, 2:S1534-5807(20)30394-4.
• Trinh DC, Lavenus J, Goh T, Boutté Y, Drogue Q, Vaissayre V, Tellier F, Lucas M, Voß U, Gantet P, Faure JD, Dussert S, Fukaki H, Bennett MJ, Laplaze L, Guyomarc’h S. (2019). PUCHI regulates very long chain fatty acid biosynthesis during lateral root and callus formation. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A., 116(28):14325-14330
• Gendre D, Baral A, Dang X, Esnay N, Boutté Y, Stanislas T, Vain T, Claverol S, Gustavsson A, Lin D, Grebe M, Bhalerao RP. (2019). Rho-of-plant activated root hair formation requires Arabidopsis YIP4a/b gene function.Development, 146(5). pii: dev168559.
• Jonsson K, Boutté Y, Singh RK, Gendre D, Bhalerao RP. Ethylene Regulates Differential Growth via BIG ARF-GEF-Dependent Post-Golgi Secretory Trafficking in Arabidopsis. Plant Cell. 2017 May 29(5):1039-1052.
• Wattelet-Boyer V, Brocard L, Jonsson K, Esnay N, Joubès J, Domergue F, Mongrand S, Raikhel N, Bhalerao RP, Moreau P, Boutté Y*. Enrichment of hydroxylated C24- and C26-acyl-chain sphingolipids mediates PIN2 apical sorting at trans-Golgi network subdomains. Nat Commun. 2016 Sep 29;7:12788.

Collaborateurs:

• Yvon Jallais, Cell Signalling Lab, ENS Lyon – France
• Laurent Laplaze and Soazig Guyomarc’h, ERD Montpellier – France
• Rishikesh Bhalerao, Umeå Plant Science Center – Sweden
• Tomohiro Uemura, the University of Tokyo – Japan
• Jürgen Kleine-Vehn, University of Natural Ressources and Life Sciences, Vienna – Austria