26.10.2022 - Gregor Mendel Institute of Molecular Plant Biology GmbH

Nouvelle étape dans le voyage cellulaire du recyclage des organites chez les plantes

Un système de "hub and spoke" permet aux cellules végétales de coordonner efficacement le trafic cellulaire, notamment pour le recyclage cellulaire, le processus dit d'autophagie. Des vésicules spécialisées, les autophagosomes, engloutissent les molécules nocives et les transportent vers la vacuole, où elles sont dégradées. Au cours de ce voyage, les autophagosomes mûrissent grâce à des mécanismes moléculaires dont on sait peu de choses chez les plantes. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Institut Gregor Mendel de biologie moléculaire des plantes de l'Académie autrichienne des sciences (GMI) caractérisent le mécanisme par lequel l'autophagie utilise le modèle du moyeu et des rayons dans les cellules végétales. Les résultats sont publiés dans le Journal of Cell Biology.

Au départ, on pensait que l'autophagie était un processus de survie des cellules lorsqu'elles sont affamées ou stressées. Cependant, l'autophagie est de plus en plus considérée comme un mécanisme de contrôle de la qualité qui assure le fonctionnement normal de la cellule en recyclant les composants cellulaires qui sont devenus indésirables ou nuisibles. Grâce à l'autophagie, la cellule reconstitue ses ressources moléculaires et génère une partie de l'énergie nécessaire pour répondre aux changements de l'environnement.

L'autophagie fonctionne grâce aux autophagosomes, des vésicules à double membrane qui englobent le matériel à dégrader. "Les autophagosomes sont des organites qui naissent, mûrissent et meurent", explique Yasin Dagdas, chef de groupe au GMI et l'un des auteurs correspondants de l'étude. "Nous en savions assez long sur la façon dont les autophagosomes naissent, mais beaucoup moins sur leur chemin de maturation et leur acheminement vers leur destination finale, en particulier pour les cellules végétales." Dans les cellules végétales, la "destination finale" est la vacuole, un grand organite qui occupe environ 80 % du volume de la cellule et qui est rempli d'enzymes digestives.

De nombreux organites vésiculaires, comme les autophagosomes, sont à l'œuvre dans la cellule ; ils se déplacent dans la cellule de manière bien orchestrée pour arriver à maturité et remplir leurs fonctions. Dans leur dernière publication, Dagdas et son équipe montrent que les autophagosomes des plantes ne suivent pas un chemin direct et linéaire pour se rendre dans la vacuole. "Nous ne savons pas encore si cela est vrai pour tous les autophagosomes végétaux, mais nous montrons qu'au moins certains d'entre eux s'arrêtent à un endroit différent avant d'atteindre la vacuole", explique M. Dagdas.

En utilisant des approches complémentaires en biochimie, en imagerie cellulaire et en biologie structurelle, les chercheurs montrent que les autophagosomes végétaux fusionnent d'abord avec d'autres organelles endosomales appelées "corps multivésiculaires" (MVB) pour former les "amphisomes". À leur tour, les amphisomes fusionnent ensuite avec la vacuole.

La découverte de l'adaptateur d'autophagie CFS1, une molécule qui reconnaît les marqueurs membranaires à la fois sur les autophagosomes et les corps multivésiculaires et qui, par conséquent, facilite leur fusion, est au cœur de leurs résultats. Les chercheurs démontrent que les amphisomes fonctionnent comme des plaques tournantes de tri cellulaire pour la maturation des autophagosomes et leur trafic vers la vacuole.

"Les voies de trafic sont assez complexes, mais elles doivent toutes être coordonnées", explique M. Dagdas. "La production de vésicules est coûteuse en énergie pour la cellule. Nous pensons donc qu'en utilisant les amphisomes comme plaques tournantes pour le tri des autophagosomes, la cellule optimise son efficacité énergétique." Les scientifiques comparent ce modèle de plaque tournante de tri au système "hub and spoke" observé dans l'industrie aéronautique et dans d'autres chaînes logistiques. "En faisant transiter tous les matériaux par des hubs centralisés, la cellule réduit ses coûts logistiques car moins de trajets sont nécessaires. En outre, ce système permet à la cellule d'être économique, car les opérations compliquées peuvent être effectuées dans les hubs plutôt qu'organisées séparément dans chaque autophagosome", explique M. Dagdas.

Les chercheurs ont confirmé la fonction de l'adaptateur d'autophagie CFS1 dans deux organismes modèles végétaux très éloignés dans l'évolution : Arabidopsis thaliana et Marchantia polymorpha, suggérant ainsi que ce mécanisme de maturation des autophagosomes est conservé chez les plantes. Comme l'autophagie joue un rôle central dans la régulation du stress cellulaire, cette recherche pourrait trouver des applications futures dans l'ingénierie du trafic vésiculaire des plantes pour aider à augmenter la tolérance au stress des plantes.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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