Caractérisation de la mort cellulaire programmée induite par la thaxtomine A chez Arabidopsis thaliana

Abstract

La survie et le maintien de l'intégrité des organismes multicellulaires reposent avant tout sur la survie et le maintien de l'intégrité de chacune de leurs cellules individuellement. Au cours du développement, certaines cellules n'exercent la fonction qui leur est allouée que pour un temps donné et doivent ensuite être éliminées. De même, les cellules endommagées risquent de nuire à l'organisme entier et doivent également être éliminées. Pour ce faire, la cellule possède la capacité d'initier sa propre mort. Il s'agit de la mort cellulaire programmée (MCP). Cette MCP est retrouvée au niveau de tous les organismes multicellulaires ainsi que certains unicellulaires.La MCP se caractérise par une mort active, contrôlée génétiquement et hautement régulée. Chez les animaux, une dérégulation de cette MCP conduit à de graves pathologies telles que le développement de tumeurs ou de maladies dégénératives. C'est la raison pour laquelle elle est abondamment détaillée.La MCP chez les plantes est beaucoup moins documentée. Elle tient une place prépondérante dans le développement de la plante, comme lors de la formation des éléments conducteurs, la mort des cellules de la coiffe racinaire ou encore au moment de la sénescence des feuilles. C'est aussi le cas lors de son interaction avec son environnement, telle qu'en réponse à certains stress abiotiques (modifications extrêmes des températures, rayons UV, ozone...) ou en réponse de défense à la suite de l'attaque de certains agents pathogènes causant une réponse particulière, la réponse hypersensible (RH). Étant donné le contrôle génétique de la MCP, notre objectif était de déterminer les gènes impliqués dans les premières étapes de l'initiation de la MCP chez Arabidopsis thaliana, l'organisme modèle dans le domaine des biotechnologies végétales. Pour ce faire, nous avions à notre disposition la thaxtomine A (TA), la principale phytotoxine produite par l'agent pathogène Streptomyces scabiei, l'agent causal de la gale commune de la pomme de terre. Nous avons ainsi dans un premier temps montré que la TA induit une mort des cellules de type MCP impliquant un métabolisme actif de la cellule nécessaire à l'initiation de la mort, de même qu'une fragmentation de l'ADN nucléaire en fragments multiples de 180 pb qui dépend elle aussi du métabolisme actif de la cellule. Cependant, cette MCP n'est pas de type RH car elle n'est pas accompagnée des réponses typiques de défense qui caractérisent la RH. Au cours de notre étude, il a été montré que la TA est un inhibiteur de la synthèse de la cellulose au niveau de la paroi des cellules végétales. Nous avons donc procédé en parallèle aux mêmes essais sur un autre inhibiteur connu de la synthèse de cellulose, l'isoxabène (IXB). Les résultats indiquent que c'est finalement l'inhibition de la synthèse de la cellulose qui conduit la cellule à initier une MCP. Ensuite, afin de déterminer des gènes impliqués dans les premières étapes de l'initiation de la MCP, nous avons procédé à une analyse du profil d'expression des cellules en suspension d'Arabidopsis traitées à la TA et à l'IXB par puce à ADN, ceci après 6 heures d'induction. L'analyse par puce à ADN permet de visualiser les niveaux d'expression de tous les gènes chez Arabidopsis. Les résultats ont mis en évidence des profils d'expression extrêmement similaires entre la TA et l'IXB se caractérisant par l'augmentation de l'expression de gènes codant pour de nombreux facteurs de transcription, des kinases et phosphatases, des protéines impliquées dans la réponse au calcium et au stress oxydatif et de gènes codant pour des protéines liées à la défense, à la mort cellulaire et à la sénescence. Globalement, la réponse de la cellule suite à l'induction de la MCP par l'inhibition de la synthèse de la cellulose conduit à une activation des réponses de stress. Une autre analyse par puce à ADN réalisée par une autre équipe montre une activation des réponses de stress et une MCP suite à la perturbation de certaines protéines de la paroi végétale, précisant que cette activation des réponses de stress s'apparente à une réponse à la blessure. Or nous avons pu observé que les profils d'expression suite à la perturbation de la cellulose présentaient de grandes similarités avec le profil d'expression obtenu lors de la perturbation des protéines de la paroi. En conclusion, nous avons ainsi montré que l'inhibition rapide de la synthèse de cellulose se caractérise au niveau de la cellule par une MCP et que c'est finalement la perturbation de l'équilibre de la paroi qui est perçue comme une blessure par la cellule qui initie alors une MCP.