Les canaux chlorure sont impliqués dans divers processus indispensables à la vie cellulaire, tel que la stabilisation du potentiel de membrane, la régulation du volume ou du pH, ainsi que dans les transports transépithéliaux de sels. Depuis une douzaine d'années, l'application de la biologie moléculaire à l'étude des canaux chlorure a permis d'identifier plusieurs familles de gènes. La variété fonctionnelle des canaux chlorure peut donc s'expliquer par leur diversité moléculaire. Actuellement, la détermination des rôles physiologiques des canaux chlorure clonés constitue un enjeu majeur de leur étude.<br /><br />Récemment, une stratégie de clonage par homologie nous a permis d'isoler deux nouveaux membres de la famille des ClC, canaux chlorure dépendants du voltage: le xClC-5 et le xClC-3. La caractérisation fonctionnelle et la détermination de la localisation tissulaire et cellulaire de ces protéines a constitué l'objectif de notre étude. Pour cela, l'ovocyte de xénope et la lignée cellulaire HEK 293 ont été utilisés comme systèmes d'expression. L'analyse électrophysiologique, menée par une technique de voltage-clamp en double micro-électrodes, nous a permis de caractériser le xClC-5 du point de vue électrophysiologique et de déterminer sa sensibilité au pH, aux ions métalliques et aux inhibiteurs de tyrosine kinases. L'utilisation d'anticorps nous a permis d'étudier la glycosylation des protéines et d'examiner leur distribution tissulaire et/ou leur localisation cellulaire. Nos résultats sont discutés par rapport à ceux d'autres équipes, en prêtant une attention particulière aux modèles fonctionnels possibles, qui émergent actuellement pour les protéines ClC-5 et ClC-3.

La famille des protéines MIPs est composée de canaux hydriques et de facilitateurs de glycérol. Parmi les canaux hydriques, certains sont sélectivement perm&ables à l'eau, les aquaporines (AQP1, AQP2,...), et les autres sont également perméables aux petits solutés comme le glycérol: les aquaglycéroporines, dont AQP3 fait partie. Nous avons montré dans un premier temps que la perméabilité au glycérol du globule rouge était due à la présence d'AQP3. Dans l'intention de mieux connaître quels étaient les éléments protéiques impliqués dans la sélectivité des protéines MIPs, nous avons construit des chimères entre AQP2 et AQP3. L'une d'entre elle, AQP3-AQP2 Cter, après expression dans l'ovocyte de Xénope, a permis de montrer que la partie C terminale cytoplasmique est impliquée dans le transport d'eau mais pas dans le transport de glycérol d'AQP3. Nous avons également montré que les ovocytes de xénope non matures possédaient des perméabilités à l'eau et au glycérol supérieurs à celles des ovocytes matures suggérant l'expression d'un canal ou d'un transporteur endogène. Enfin, nous avons envisagé de déterminer pour la première fois la structure quaternaire d'une aquaglycéroporine: AQP3. Alors qu'AQP1 dévoile sa forme tétramérique sur gradient de saccharose, après solubilisation en conditions non dénaturantes, AQP3 sédimente dans des fractions plus légères sous forme d'un monomère et d'un dimère très résistant au SDS et aux agents réducteurs hydrophiles. Nous n'avons pu conclure quant à son organisation dans les membranes du fait de son éventuelle sensibilité spécifique aux détergents non dénaturants utilisés. Nous avons donc engagé des études de microscopie électronique de cryofractures de membranes d'ovocytes exprimant AQP1 et AQP3. Nous en avons déduit que la taille d'AQP3 n'était pas suffisamment différente de celle d'AQP1 pour suggérer une organisation membranaire également différente.

Un prélèvement efficace de K+ à partir du sol est essentiel au développement des végétaux. Sur un sol riche en NaCl, le maintien d'un prélèvement sélectif et efficace de K+ à partir du sol et le contrôle de l'exportation de Na+ par la racine vers les feuilles constituent des fonctions essentielles pour la survie de la plante. Chez les plantes, les transporteurs HKT (High-affinity K+ Transporters) sont classés en deux sous-familles sur des bases phylogénétiques et de sélectivité ionique. Les membres de la sous-famille 1 transportent sélectivement Na+. Plusieurs d'entre eux ont été identifiés comme des acteurs majeurs de l'adaptation des plantes aux fortes salinités du sol en prévenant l'accumulation de Na+ dans les parties aériennes. Les membres de la sous-famille 2 co-transportent Na+ et K+. Leur rôle dans la plante, notamment dans le transport de K+, est encore mal compris. Je me suis intéressé à différents systèmes de transports de K+ et Na+, appartenant essentiellement à la famille HKT chez le riz. La caractérisation que j'ai effectuée a fait appel à plusieurs approches : électrophysiologie (voltage-clamp après expression en ovocyte de xénope), biologie cellulaire, génétique inverse et PCR en temps réel. L'analyse de l'expression par RT-PCR en temps réel de toute la famille HKT (4 membres dans chacune des deux sous-familles) a montré que ces transporteurs sont différemment exprimés au niveau des racines et des feuilles, et que leur niveau de transcrits est fortement et differentiellement régulé en conditions de stress salin ou osmotique et en présence d'hormones, ce qui suggère que ces différents systèmes jouent des rôles propres et diversifiés dans la plante. L'analyse plus détaillée d'OsHKT2;4, a montré par expression hétérologue dans l'ovocyte de xénope que ce système possède des propriétés fonctionnelles originales: il transporte sélectivement K+ à faibles concentrations de Na+, mais co-transporte Na+ et K+ à fortes concentrations de Na+ (>10 mM). L'analyse de l'expression d'OsHKT2;4 a révélé que ce transporteur est surexprimé en condition de carence en K+ et de stress salin, suggérant qu'OsHKT2;4 pourrait jouer un rôle important dans le transport de K+ dans ces deux conditions. Enfin, un patron d'expression nouveau pour un transporteur HKT a été révélé par l'analyse de plantes transgéniques exprimant le promoteur d'OsHKT2;4 fusionné aux gènes rapporteurs GUS ou GFP : en plus d'une localisation classique dans les tissus conducteurs, une forte expression est observée dans les stomates des gaines et des limbes foliaires, suggérant un rôle dans l'osmocontractilité de ces cellules.Mots clés: Oryza sativa, transport de potassium, transporteur HKT, Na+-K+ co-transporteur, électrophysiologie, ovocyte de xénope, localisation tissulaire, PCR quantitative, stress salin / Efficient uptake of K+ from the soil solution is essential for plant development. When plants are grown on a soil rich in NaCl, the maintenance of an efficient and selective uptake of K+ and the control of Na+ export from roots to shoots are crucial for plant survival. In plants, transporters belonging to the HKT (Highaffinity K+ Transport) family have been sorted in two subfamilies based on phylogenetic grounds and functional properties. Subfamily 1 members transport selectively Na+. Several of them have been shown to play major roles in plant adaptation to salt stress by preventing excessive accumulation of Na+ in shoots. Subfamily 2 members are thought to co-transport Na+ and K+, at least when expressed in heterologous systems. Their roles in planta, especially their potential role in K+ transport, are still largely unknown. I have been interested in different K+ and/or Na+ transport systems in rice, mostly belonging to the HKT family. For their characterization, different approaches have been used: electrophysiology (two-electrode voltage-clamp after expression in Xenopus oocytes), cell biology, reverse genetics and real-time PCR. Realtime RT-PCR analyses on the whole family of rice HKT transporters (4 members in both subfamilies) showed that the expression level in roots and leaves of these different systems is variable, and is differentially regulated by salt and osmotic stresses as well as by hormonal treatments, which suggests that these transporters have diverse and differentiated functions in the plant. A detailed analysis of OsHKT2;4 revealed original functional properties: this HKT transporter was indeed shown to be K+-selectively in the presence of low external Na+, but to switch to Na+ and K+ co-transport mode at high (>10 mM) Na+ concentrations. Expression analysis of OsHKT2;4 showed that this transporter is overexpressed upon salt stress and K+ shortage, which suggests that it could play an important role in K+ transport in these two conditions. At last, a new expression pattern for an HKT transporter was evidenced through the analysis of transgenic rice plants expressing OsHKT2;4 promoter fused to the GUS or GFP reporter genes: in addition to a classical localization in vascular tissues, expression of OsHKT2;4 was observed in stomata, suggesting a role for OsHKT2;4 in osmotic regulation in these cells

Le transport de composés à travers les membranes biologiques est crucial pour la physiologie des cellules eucaryotes. Cependant la fonction de nombreux transporteurs putatifs reste inconnue. C’est notamment le cas de nombreux transporteurs intracellulaires exportant les catabolites du lysosome. Le transporteur lysosomal de cystine, baptisé cystinosine, se caractérise par la présence d’un motif dupliqué appelé " boucle PQ ". Sa dysfonction entraîne une maladie lysosomale, la cystinose, caractérisée par l'accumulation de cystine dans les lysosomes. Les protéines possédant un motif PQ sont retrouvées plus souvent dans les cellules eucaryotes et, à l'exception de la cystinosine, leur fonction reste inconnue. Dans cette thèse, nous démontrons qu'une autre protéine à motif PQ, PQLC2 est le transporteur responsable de l'efflux lysosomal des acides aminés cationiques et qu'il est impliqué dans le traitement de la cystinose.L'hypothèse de départ était basée, d'une part, par sur des prédictions par analyse protéomique de la localisation lysosomale de PQLC2 et, d'autre part, sur des résultats chez S.cerevisiae impliquant les orthologues putatifs de PQLC2, situés à la membrane de la vacuole, dans l'homéostasie des acides aminés cationiques. En utilisant une approche consistant à délocaliser PQLC2 à la membrane plasmique et à acidifier le pH extracellulaire pour mimer la lumière acide du lysosome, nous avons pu, par mesure d'accumulation intracellulaire de composés radiomarqués et par mesure électrophysiologique sur cellule entière, faire la preuve du transport sélectif, actif à bas pH et de faible affinité des acides aminés cationiques par PQLC2. Dans une seconde partie, nous avons mis en évidence l'implication de ce transporteur dans l'efflux lysosomal du produit de réaction entre la cystine accumulée dans les lysosomes de cellules de patients cystinotiques et le principe actif (cystéamine) du traitement pharmacologique de la cystinose.Enfin, dans une dernière partie, nous avons effectué une analyse bioinformatique préliminaire des protéines à motif PQ qui exploitait la pseudo-symétrie de ces protéines pour identifier des résidus potentiellement impliqués dans l'activité de transport. / Transport of solutes across biological membranes is crucial to eukaryotic cell physiology. However, the function of many putative transporters remains unknown, such as the proteins responsible for lysosomal export of metabolites. Cystinosin, the lysosomal cystine exporter defective in cystinosis, is characterized by a duplicated motif termed the PQ loop. PQ-loop proteins are more frequent in eukaryotes than in prokaryotes, and, except for cystinosin, their molecular function remains unknown. Here we show that another PQ-loop protein, PQLC2, is a lysosomal transporter for cationic amino acids and that it is required for the treatment of cystinosis. The hypothesis that PQLC2 is a lysosomal metabolite transporter was based on a proteomic study predicting that PQLC2 is located at the lysosomal membrane and on a genetic study that linked putative yeast orthologues with cationic amino acid homeostasis. Using an approach that consisted in misrouting PQLC2 to the plasma membrane of frog oocytes and in acidifying the extracellular medium to mimic the acidic lysosomal lumen, we showed an accumulation of radiolabelled cationic amino acids into mRNA-injected oocytes and an electrogenic, inward current due to a selective, pH-dependent, low-affinity transport of cationic amino acids by PQLC2. Moreoever, we showed that PQLC2 exports a key chemical intermediate (cysteamine-cysteine mixed disulfide) from cystinotic lysosomes treated with the aminothiol drug cysteamine, thus explaining the mechanism underlying the current drug therapy of cystinosis. Finally, in a last chapter, we performed a preliminary bioinformatic study of the family of PQ-loop proteins that took advantage of the pseudo-symmetric structure of these proteins to identify residues potentially important for the transport activity.