Comment les cellules végétales communiquent entre elles
Pour que les organismes multicellulaires survivent, les cellules doivent pouvoir communiquer entre elles. Cet échange d’informations organise les activités des cellules individuelles et apporte un soutien à l’ensemble. Chez les plantes, la communication se fait par l’intermédiaire de structures microscopiques uniques connues sous le nom de pores plasmodesmatiques (PD), de petits trous présents dans la paroi tapissée par la membrane plasmique (MP) de chaque cellule, qui se connectent à la cellule suivante. Cependant, la manière dont les PD donnent le signal de coordonner leurs actions et leurs réponses demeure obscure. Les réponses peuvent se trouver dans le réticulum endoplasmique (RE), une structure en réseau qui traverse les pores et est étroitement arrimée à la MP par une série de «rayons». «La fonction de cette organisation membranaire unique, caractérisée par ses membranes étroitement apposées, est restée inconnue pendant des décennies», explique Emmanuelle Bayer, directrice de recherche au Laboratoire de biogénèse membranaire de l’université de Bordeaux. Dans le cadre du projet BRIDGING, financé par le Conseil européen de la recherche, Emmanuelle Bayer et ses collègues ont utilisé la modélisation avancée et l’imagerie 3D à très haute résolution pour étudier cette curieuse organisation cellulaire, afin de déterminer si la liaison entre le RE et la membrane est essentielle à la fonction des PD. «Ces travaux ont été marqués par deux découvertes significatives», ajoute Emmanuelle Bayer. «Ils répondent à une question fondamentale, à savoir comment les cellules végétales “échouent” à la cytokinèse pour favoriser la communication, et mettent en évidence le rôle central et imprévu du RE dans l’orchestration de la continuité intercellulaire».
Identification des protéines d’arrimage candidates
Les chercheurs ont d’abord effectué une analyse protéomique, un processus qui identifie et quantifie les protéines. En utilisant cette méthode pour les PD, l’équipe a pu trouver des protéines d’arrimage candidates, spécifiques aux PD et présentant les caractéristiques structurelles nécessaires pour franchir les deux membranes. «Nous avons ensuite montré que ces protéines appelées MCTP (multiple C2 domain transmembrane domain protein) étaient effectivement localisées dans les plasmodesmes des plantes», explique Emmanuelle Bayer. «Leur perte de fonction induit d’importants défauts de développement et de croissance chez Arabidopsis, notre système modèle.» Les chercheurs ont ensuite utilisé une combinaison de techniques: la tomographie électronique pour étudier l’impact de la perte de fonction de la MCTP sur la structure interne des PD; la dynamique moléculaire pour cartographier l’interaction MCTP-MP; la biologie cellulaire microscopique pour retracer le flux moléculaire dans les plantes; et la biochimie.
Un changement de paradigme dans le concept de communication végétale
Les résultats du projet ont conduit à un changement conceptuel dans notre compréhension de la communication végétale, notamment en ce qui concerne les mécanismes de régulation régissant le trafic cellule-cellule par le biais des PD. Au cours des cinq dernières années, avec le soutien financier de l’UE, le groupe d’Emmanuelle Bayer a découvert que les PD agissaient comme des sites de contact membranaire (SCM non conventionnels), qui existent dans d’autres organismes, mais qui, chez les plantes, servent uniquement à la communication intercellulaire. «Nos résultats remettent en question les modèles actuels, qui considèrent le callose comme le principal régulateur du trafic cellule-cellule, et étendent les fonctions des SCM de la communication intracellulaire à la communication intercellulaire», explique Emmanuelle Bayer. La deuxième découverte majeure est que, lorsque les cellules végétales se divisent, le RE empêche activement la séparation physique des cellules en division, permettant la formation de ponts intercellulaires à travers le mur de division.
Les plasmodesmes sous les feux de la rampe
Le nouvel angle de recherche du projet sur le rôle des SCM dans la communication intercellulaire a été largement reconnu dans plusieurs domaines, de nombreuses équipes étudiant désormais les plasmodesmes sous l’angle des SCM, y compris dans la communauté plus large de la biologie membranaire non végétale. «Combinées à nos récents travaux sur la division cellulaire incomplète, nos données ont également mis en évidence l’importance du RE», note Emmanuelle Bayer. «Dans les années à venir, j’aimerais concentrer mes recherches sur le rôle du RE dans la communication cellule-cellule.»
Mots‑clés
BRIDGING, plantes, communication, cellules, plasmodesmes, division cellulaire, membranes