Le rétromère est un complexe multiprotéique qui régule le trafic intracellulaire et qui est conservé chez les eucaryotes. Chez la levure et les animaux, le complexe rétromère est impliqué dans le recyclage des régulateurs de la polarité cellulaire. Chez Arabidopsis thaliana, les travaux de notre équipe ont démontré que ce complexe est requis pour la localisation polaire des transporteurs d’auxine de la famille PIN. Au cours de mon travail de thèse, j’ai approfondi la caractérisation de la fonction du composant AtVPS29 du rétromère et démontré son rôle dans la régulation de la croissance cellulaire polarisée et dans la polarité planaire chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Les mutants perte de fonction vps29 présentent des défauts de croissance polaire des tubes polliniques et des poils absorbants, et également des défauts de morphogenèse des cellules épidermiques des cotylédons. Les petites GTPases ROP (Rho-Of-Plant) sont les régulateurs majeurs de la polarité cellulaire chez les plantes. ROP1 est requis pour la croissance du tube pollinique, et ROP2 pour la morphogenèse des poils absorbants et des cellules épidermiques des cotylédons. Le travail décrit ici est destiné à comprendre les liens fonctionnels et moléculaires entre AtVPS29 et les protéines ROP. Mes résultats suggèrent que l’activité de ROP2 est dépendante de VPS29. J’ai également établi que VPS29 était nécessaire pour assurer la localisation subcellulaire de ROP1 et de ROP2. Chez les mutants vps29, l’analyse de la voie de signalisation ROP2 suggère que l’activité de ROP2 est fortement dérégulée. Ainsi, nos données montrent que le complexe rétromère de plante régule le trafic membranaire des protéines ROP, assurant la localisation de leur activité dans les bons territoires cellulaires, et in fine, la croissance polaire des cellules. Ces données suggèrent que le complexe rétromère de plante pourrait réguler la formation et/ou le maintien de la polarité chez différents types de cellules végétales. Ils soulignent également l’importance du trafic endocytique dans la régulation de la polarité cellulaire chez les plantes. / The retromer complex is a coat pentameric complex, strongly conserved among eukaryotes and involved in intracellular trafficking. In yeast and animals, the retromer complex participates in the polar targeting of regulators of cell polarity. Our group has previously shown that the retromer is required for the polar localization of auxin carrier proteins of the PIN-FORMED (PIN) family in Arabidopsis thaliana. Here, I demonstrate that the plant retromer component AtVPS29 regulates cell polarity, with a specific focus on polar cell growth and planar cell polarity in the model plant A. thaliana. Null vps29 mutants display defects in both pollen tube and root hair tip growth, as well as in the diffuse polar growth of epidermal pavement cells. Rho-of-plant (ROP) small GTPases are master regulators of cell polarity in plants. ROP1 is required for pollen tube growth, while ROP2 coordinates root hair and pavement cell morphogenesis. The aim of my work was focused on the functional and the molecular links between the AtVPS29 and ROP proteins. My results indicate that ROP2 signaling activity is VPS29-dependent in root hairs and in pavement cells. They also suggest that VPS29 is required for the proper localization of ROP1 and ROP2. The analysis of ROP2 signaling pathway in the vps29 mutant, suggest that ROP2 activity is completely deregulated in the absence of VPS29. Altogether, my data indicate that the plant retromer mediates ROP membrane trafficking to allow the proper localization of its activity, a prerequisite for cell polar growth. These findings suggest that the plant retromer might regulate maintenance and/or establishment of cell polarity in various cell types and further emphasize the importance of endocytic recycling in the regulation of polarity in plants.

Les phosphoinositides sont des molécules régulatrices présentes à l'interface membrane-cytosol, impliquées dans la transduction du signal, le trafic membranaire ainsi que l'organisation du cytosquelette. Ces lipides recrutent non seulement diverses protéines vers des compartiments spécifiques, mais régulent aussi leur activité enzymatique. Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, ils interagissent directement avec le domaine RhoGAP de la protéine Rgd1, identifiée comme un activateur commun aux GTPases Rho3 et Rho4. Ces 2 protéines, respectivement impliquées dans la croissance polarisée et la cytocinèse, voient leur activité GTPasique exacerbée en présence de Rgd1pet des PIPs. L'objectif de cette thèse était comprendre à l'échelle moléculaire le processus unique d'activation de RhoGAP par les PIPs. Pour ce faire, nous avons réalisé l'étude structurale de RhoGAP par cristallographie couplée à la RMN en solution. Nos résultats montrent que le domaine possède les éléments essentiels à l'activation des protéines Rho. L'interaction avec les PIPs a été suivie par RMN en présence de PI(4)P et de PI(4,5)P2, respectivement localisés dans les vésicules de sécrétion et à la membrane plasmique. Nos résultats révèlent un site de liaison commun aux PIPs dans une région non conservée chez les domaines RhoGAP. L'affinité des complexes, de l'ordre de la centaine de micromolaires suggèrent qu'in vivo l'interaction soit transitoire et réversible avec les PIPs. La sélectivité de l'interaction se ferait donc de façon spatio-temporelle, au niveau des vésicules de sécrétion pour la croissance polarisée et de la membrane plasmique pour la cytocinèse. / Phosphoinositides act as regulatory and signalling molecules at the membrane-cytosol interface in signal transduction, membrane traffic and cytoskeleton organization. These lipids recruit several proteins to specific compartments, but also regulate their activity. In the yeast Saccharomycescerevisiae, they directly bind the Rgd1-RhoGAP domain, that stimulates the GTPase activity of bothRho3p and Rho4p. The GTPase activity of these two Rho proteins, respectively involved in the polarized growth and cytokinesis of the yeast, is enhanced with the presence of Rgd1p and PIPs. The main objective of this thesis is to understand the PIP-RhoGAP interaction at the molecular level. In order to do that, we coupled X-ray structure determination to solution NMR spectroscopy on the isolated RhoGAP domain. Our results show that the domain contains the conserved elements that would usually confer the catalytic GTPase activation. We us e liquid-state NMR spectroscopy to follow the interaction with PI(4)P and PI(4,5)P2, respectively found in secretion vesicles and the plasma membrane. Our study reveals a common binding site for both PIPs in a non-conserved region in the RhoGAP domain family. We measured sub-millimolar binding affinity for PIPs. Such moderate binding affinities are consistent with the biological requirement for reversible complex formation. The selectivity of the interaction could be made in a spatio temporal way, on the secretion vesicles during polarized growth and at the plasma membrane during cytokinesis.