Les brassinostéroïdes (BR) sont des hormones stéroïdes végétales qui jouent un rôle dans la croissance et le développement des plantes. Ils sont perçus à la surface cellulaire par le récepteur kinase BRI1 (BR insensitive 1) situé au niveau de la membrane plasmique. La voie de signalisation des BRs implique la cis et trans-phosphorylation de BRI1 et de son corécepteur BAK1 (BRI1 Associated Receptor Kinase 1) et aboutit à la déphosphorylation des facteurs de transcription BZR1 (Brassinazole Resistant 1) et BES1 (bri1-EMS-Supressor 1) et l’activation des réponses génomiques aux BRs. Les mécanismes permettant la dé-activation du complexe de perception des BRs sont encore peu connus mais peuvent impliquer la déphosphorylation de BRI1, la fixation de régulateur négatif comme BKI1, et l’endocytose de BRI1. Mon travail de doctorat a consisté à étudier les mécanismes d’endocytoses et de dégradation de BRI1 et leurs régulations par les conditions environnementales.L’ubiquitination est une modification post-traductionnelle impliquant l’attachement d’un polypeptide d’ubiquitine (Ub) sur une ou plusieurs lysines (K) d’une protéine cible. L’ubiquitine elle-même peut être sujette à l’ubiquitination, créant ainsi des chaînes de poly-ubiquitine (polyUb) qui peuvent adopter des topologies différentes selon le résidu K de l’ubiquitine impliqué dans la formation de la chaîne. Parmi ces chaînes de polyUb, la chaîne impliquant la lysine-63 (K63) est connue pour être impliquée dans la dégradation des protéines par endocytose chez les levures et les mammifères. Néanmoins, peu de choses sont connues sur l’endocytose dépendante de l’ubiquitine chez les plantes. Durant la première partie de ma thèse, j’ai démontré que BRI1 est modifié in vivo par des chaînes de polyUb K63 et j’ai pu identifier des sites putatifs d’ubiquitination dans BRI1. En utilisant une forme artificiellement ubiquitinée de BRI1 ainsi qu’une forme non ubiquitinable de BRI1, j’ai montré que l’ubiquitination joue un rôle sur l’internalisation de BRI1 à la surface cellulaire et est essentielle pour son adressage à la vacuole. Par ailleurs, j’ai établi que la dynamique de la protéine BRI1 médiée par son ubiquitination joue un rôle important dans le contrôle des réponses des BR.La deuxième partie de ma thèse m’a permis de découvrir une connexion entre l’endocytose dépendante de l’ubiquitine de BRI1 et la réponse des plantes à une élévation de température. J’ai notamment montré que l’accumulation de la protéine BRI1 est réduite dans les racines lorsque les plantes sont cultivées à une température plus élevée (i.e. 26°C). Cependant, la forme non ubiquitinable de BRI1 ne répond pas à cette élévation de la température suggérant une implication de l’endocytose dépendant de l’ubiquitine dans de telles conditions. Cette déstabilisation de BRI1 observée à température plus élevée se traduit au niveau moléculaire par une inhibition de la voie de signalisation des BRs et une hypersensibilité à des traitements BRs exogènes. Les plantes répondent à une montée subite de la température par une augmentation de la longueur de l’hypocotyle, des pétioles et de la racine principale ; processus largement sous le contrôle de l’auxine. J’ai accumulé au cours de ma thèse des évidences génétiques et génomiques montrant que la déstabilisation du BRI1 et l’inhibition de la signalisation des BR à plus hautes températures contrôle l’élongation des racines indépendamment de l’auxine. En conclusion, les résultats obtenus indiquent que BRI1 intègre les informations de température et de signalisation des BRs pour ajuster la croissance des racines lors de variations des conditions environnementales. / Brassinosteroids (BRs) are plant steroid hormones that play important roles on plant growth and development, and that are perceived at the plasma membrane (PM) by the receptor kinase BRI1 (BR insensitive 1). The perception of BRs by BRI1 triggers the cis and trans-phosphorylation of BRI1 and its co-receptor BAK1 (BRI1 Associated Receptor Kinase 1) initiating this way the BR signaling cascade that culminates with the de-phosphorylation of the transcription factors BZR1 (Brassinazole Resistant 1) and BES1 (bri1-EMS-Supressor 1), allowing these transcription factors to activate the transcription of thousands of BR-responsive genes. The mechanisms allowing the deactivation of the BR receptor complex are still elusive but may involve dephosphorylation, binding to negative regulators such as BKI1 and endocytosis. My PhD work focused on the endocytosis and the degradation of BRI1, and its regulation by environmental conditions.Ubiquitination is a post-translational modification that consists of the attachment of ubiquitin (Ub) polypeptides to one or several lysine (K) of a target protein. Ubiquitin itself can undergo self-ubiquitination thereby creating polyubiquitin (polyUb) chains that can harbor different topologies depending on the lysine residue from ubiquitin involved in the chain formation. Among these, polyUb chains involving lysine-63 (K63) are known to be involved in the degradation of proteins by endocytosis in yeast and mammals, while very little is known in plants. On a first part of my thesis, I demonstrated that BRI1 is post-translationally modified by K63 poly-ubiquitin chains and I identified putative ubiquitination sites in BRI1. Using both artificial ubiquitination of BRI1 and the generation of an ubiquitination-defective BRI1, I showed that ubiquitination plays a role on the internalization of BRI1 from the cell-surface, and is essential for its vacuolar targeting. Furthermore, ubiquitin-mediated BRI1 protein dynamics was also shown to play an important role in the control of BR responses by stabilizing BRI1 at the PM.The second part of the PhD uncovered a connection between BRI1 ubiquitin-mediated endocytosis and plant responses to elevated ambient temperature. I showed that BRI1 protein accumulation is lower at elevated temperature (i.e. 26°C) in roots, while the ubiquitin-defective form of BRI1 failed to respond, indicating a role of the BRI1 ubiquitin-mediated endocytosis in temperature responses. This temperature-mediated destabilization of BRI1 correlates with a downregulation of BR signaling and BR responses. Plants respond sudden rise in temperature by increasing their primary root length, a process that is under the control of auxin. Importantly, I accumulated genetic and genomic evidence that BRI1 destabilization and downregulation of BR signaling controls root elongation upon elevated ambient growth temperature, with little or no contribution of auxin. Altogether, our results establish that BRI1 integrates temperature and BR signaling to regulate root growth upon long-term changes in environmental conditions.

Suite au projet de séquençage du génome d’Arabidopsis thaliana, plus de 400 récepteurs de types serine/thréonine kinases (Protein Receptor Kinase ou PRK) ont été prédits. Par contre, seulement sept paires de récepteurs/ligands ont été caractérisées jusqu’à présent par des techniques de biochimie et d’analyse, de mutants. Parmi ceux-ci figurent les PRK : BRI1, CLV1, SRK, SR160, Haesa-IDA et PEPR1 qui jouent un rôle important dans le développement, l’auto-incompatibilité sporophytique et les mécanismes de défense. Le but de mon projet de maîtrise était de développer un bioessai à haut débit qui permettra la découverte de ligands peptidiques. Le bioessai utilisera des PRK chimériques composés du domaine extracellulaire (l’ectodomaine) de la PRK à l’étude fusionnée au domaine intracellulaire d’une PRK qui agira comme rapporteur. Deux stratégies sont présentement développées dans notre laboratoire : la première consiste à fusionner la PRK à l’étude avec le domaine intracellulaire (l’endodomaine) du récepteur tyrosine kinase animal EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor). Suite à l’interaction avec une fraction protéique contenant un ligand correspondant à la PRK étudiée, une transphosphorylation de l’endodomaine (le domaine kinase) serait détectable. La seconde stratégie utilise l’endodomaine du récepteur BRI1, un récepteur répondant aux brassinostéroïdes. Suite à l’interaction avec une fraction protéique contenant un ligand correspondant à la PRK étudiée, cette fois-ci nous devrions être en mesure de mesurer l’activation d’un gène rapporteur répondant normalement à une activation par les brassinostéroïdes. / The complete sequence of the genome of Arabidopsis thaliana was achieved in year 2000 and has resulted in the prediction of more than 400 receptor serine/threonine kinase or Plant Receptor Kinase (PRK). Despite this tremendous work, only seven pairs of ligand/receptor have been characterized through conventional techniques such as mutant analysis and biochemical characterization. These receptors have been found to play an important role in plant defense (SP160), development (BRI1, CLV1) and sporophytic autoincompatibility (SRK). The aim of the project was to develop a high throughput bioassay in order to find new ligands for known receptors. In order to do so, the bioassay will use chimeric protein technology, by fusing the ectodomain of a receptor to a known endodomaine. The latter will play the role of a reporter. Two strategies were developed in our laboratory and are being tested. The first strategy is to fuse the ectodomain of an unknown PRK to the phylogeneticaly unrelated kinase domain of the animal Epidermal Grown Factor Receptor (EGFR). When tested with a crude protein extract containing the specific ligand of the unknown PRK, a transphosphorylation should occur and be detected. The second strategy will use the endodomain of BRI1 as a reporter, a receptor responding to the brassinosteroid phytohormone, which will relay the message to a second construct used as a reporter gene once the ligand has bound the PRK ectodomain fused to the BRI1 endodomain.

Suite au projet de séquençage du génome d’Arabidopsis thaliana, plus de 400 récepteurs de types serine/thréonine kinases (Protein Receptor Kinase ou PRK) ont été prédits. Par contre, seulement sept paires de récepteurs/ligands ont été caractérisées jusqu’à présent par des techniques de biochimie et d’analyse, de mutants. Parmi ceux-ci figurent les PRK : BRI1, CLV1, SRK, SR160, Haesa-IDA et PEPR1 qui jouent un rôle important dans le développement, l’auto-incompatibilité sporophytique et les mécanismes de défense. Le but de mon projet de maîtrise était de développer un bioessai à haut débit qui permettra la découverte de ligands peptidiques. Le bioessai utilisera des PRK chimériques composés du domaine extracellulaire (l’ectodomaine) de la PRK à l’étude fusionnée au domaine intracellulaire d’une PRK qui agira comme rapporteur. Deux stratégies sont présentement développées dans notre laboratoire : la première consiste à fusionner la PRK à l’étude avec le domaine intracellulaire (l’endodomaine) du récepteur tyrosine kinase animal EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor). Suite à l’interaction avec une fraction protéique contenant un ligand correspondant à la PRK étudiée, une transphosphorylation de l’endodomaine (le domaine kinase) serait détectable. La seconde stratégie utilise l’endodomaine du récepteur BRI1, un récepteur répondant aux brassinostéroïdes. Suite à l’interaction avec une fraction protéique contenant un ligand correspondant à la PRK étudiée, cette fois-ci nous devrions être en mesure de mesurer l’activation d’un gène rapporteur répondant normalement à une activation par les brassinostéroïdes. / The complete sequence of the genome of Arabidopsis thaliana was achieved in year 2000 and has resulted in the prediction of more than 400 receptor serine/threonine kinase or Plant Receptor Kinase (PRK). Despite this tremendous work, only seven pairs of ligand/receptor have been characterized through conventional techniques such as mutant analysis and biochemical characterization. These receptors have been found to play an important role in plant defense (SP160), development (BRI1, CLV1) and sporophytic autoincompatibility (SRK). The aim of the project was to develop a high throughput bioassay in order to find new ligands for known receptors. In order to do so, the bioassay will use chimeric protein technology, by fusing the ectodomain of a receptor to a known endodomaine. The latter will play the role of a reporter. Two strategies were developed in our laboratory and are being tested. The first strategy is to fuse the ectodomain of an unknown PRK to the phylogeneticaly unrelated kinase domain of the animal Epidermal Grown Factor Receptor (EGFR). When tested with a crude protein extract containing the specific ligand of the unknown PRK, a transphosphorylation should occur and be detected. The second strategy will use the endodomain of BRI1 as a reporter, a receptor responding to the brassinosteroid phytohormone, which will relay the message to a second construct used as a reporter gene once the ligand has bound the PRK ectodomain fused to the BRI1 endodomain.