Role of PI4Kalpha1 complex in plasma membrane identity and development in Arabidopsis thaliana
Rôle du complexe AtPI4Kalpha1 dans l’établissement de l’identité de la membrane plasmique et le développement chez Arabidopsis thaliana
Résumé
Eukaryotic cells are composed of several membrane-surrounded compartments. Each compartment has a unique physicochemical environment delimited by a membrane with a specific biochemical and biophysical identity. The membrane identity includes the nature of the lipids, the curvature, the electrostaticity and the density of lipids at the membrane. The identity of each membrane allows the proper localization of membrane-associated proteins. Phosphoinositides are rare anionic lipids present in membranes. Five types of phosphoinositides exist in plants - PI3P, PI4P, PI5P, PI(4,5)P2 and PI(3,5)P2 - depending of the number and the position of phosphates around the inositol ring. They accumulate differently at the plasma membrane and in intracellular compartments and interact with proteins through stereo-specific or electrostatic interactions. Recent work uncovered that PI4P concentrates according to an inverted gradient by comparison to their yeast and animal counterpart. In plants, PI4P massively accumulates at the plasma membrane and is present in fewer amounts at the trans-Golgi Network (TGN). This PI4P accumulation at the cell surface drives the plasma membrane electrostatic field, which in turn recruits a host of signalling proteins to this compartment. Moreover the plant TGN is the place of vesicular secretion but is also involved in endocytic sorting and recycling, which might imply regulatory mechanisms of lipid exchanges or membrane identity maintenance between the plasma membrane and the TGN. Here, we characterized PI4Kα1 mutants and showed that pi4kα1 loss-of-function leads to pollen grain lethality and distortion in the allele transmission via the female gametophyte, while its knockdown displayed strong developmental phenotypes. Using yeast two hybrid screening and mass spectrometry, we identified that PI4Kα1 is part of an heterotetrameric complex composed of NO POLLEN GERMINATION (NPG), EFR3 OF PLANTS (EFOP) and HYCCIN (HYC). The interaction between PI4Kα1 and the structural subunits of the complex is essential to target PI4Kα1 at the plasma membrane. In addition, we showed that PI4Kα1 complex is anchored in immobile and predefined subdomains of the plasma membrane. This work opens new perspectives on the role of the PI4Kα1 complex in plasma membrane suborganization.
Les cellules sont composées de compartiments délimités par une membrane. Pour permettre aux protéines d’être associées aux membranes du bon compartiment, chaque membrane a une identité qui lui ait propre. Elle se définit par ses caractéristiques physiques et chimiques. Cependant, les compartiments d’une cellule échangent du matériel en permanence. Comment l’identité des membranes est maintenue malgré le flux constant d’échanges de protéines et de lipides lors des transports vésiculaires et non-vésiculaires ? Les phosphoinositides (PIPs) sont des lipides anioniques présents en faible quantité dans les membranes. Chaque PIP se localise différemment dans la cellule. Parmis les PIPs, le PI4P est présent à la membrane plasmique et au Golgi/trans-Golgi Network (TGN). Chez les plantes, PI4P est majoritairement trouvé à la membrane plasmique, contrairement aux animaux ou à la levure chez qui le PI4P se trouve principalement au niveau du TGN. Ainsi le gradient de PI4P le long de la voie d’endocytose est inversé chez les plantes par rapport aux autres eucaryotes. Chez les plantes, l’accumulation de PI4P à la membrane plasmique confère un champ électrostatique important qui recrute des protéines spécifiquement à cette membrane. Comment le gradient de PI4P est établi chez les plantes ? PI4Kα1 est capable de produire du PI4P à partir de phosphatidylinositol. PI4Kα1 se localise à la MP. Par ailleurs, PI4Kα1 est la sous-unité catalytique d’un complexe comprenant 3 autres protéines : NO POLLEN GERMINATION (NPG), EFR3 OF PLANTS (EFOP) et HYCCIN. Le complexe est ciblé à la membrane plasmique via une ancre lipidique au niveau de EFOP. Les orthologues de PI4Kα1 chez la levure et les animaux sont localisés à la membrane plasmique par des complexes protéiques similaires, démontrant une conservation des mécanismes de production des PIP chez l’ensemble des eucaryotes. L’absence du complexe PI4Kα1 entraine une létalité de la plantes au niveau du grain de pollen ou de l’embryon. Ainsi PI4Kα1 est essentiel à l’identité de la membrane plasmique et par conséquent au développement de la plante.
Origine : Version validée par le jury (STAR)