Les protéines SNARE (Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor Attachment protein REceptor) sont essentielles pour la fusion membranaire. J'ai étudié chez Arabidopsis thaliana la SNARE Memb11 de l’appareil de Golgi qui intervient au début de la voie sécrétoire à l'interface Réticulum endoplasmique (RE)-appareil de Golgi. Dans les cellules de mammifères, l'orthologue de Memb11 (Membrine) est un « récepteur » potentiel de la GTPase Arf1 à la membrane golgienne. Cette dernière est impliquée dans le recrutement de la machinerie COPI nécessaire au transport rétrograde de l'appareil de Golgi vers le RE. Le but de ce travail était de déterminer si Memb11 pouvait interagir avec Arf1 dans les cellules végétales. Des anticorps dirigés contre la partie cytosolique de Memb11 ont été obtenus et ont été utilisés sur tissus végétaux pour réaliser des immunomarquages en microscopie électronique à transmission et des immunoprécipitations sur extraits de plantes. Il a été démontré que Memb11 est située au niveau de la membrane cis-golgienne et qu'elle co-immunoprécipite avec Arf1, suggérant ainsi que Arf1 peut interagir avec Memb11. J'ai confirmé l'interaction de Memb11 et Arf1 au niveau de l'appareil de Golgi par des expériences de BiFC (Bimolecular Fluorescence Complementation) in vivo. Cette interaction est spécifique puisque ni Memb12 (90% d'identité avec Memb11) ni Sec22 interagissent avec Arf1. Grâce à une approche de bioinformatique structurale, j'ai déterminé les régions de Memb11 (différentes de Memb12) qui pourraient être critiques pour l'interaction et j’ai commencé à tester in vivo les mutants correspondants par BiFC. En outre, des expériences d’immunoprécipitations avec des protéines recombinantes produites in vitro suggèrent que la forme d’Arf1 liée au GTP interagit avec Memb11. / The SNARE proteins (Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor Attachment protein REceptor) are critical for membrane fusion in the secretory pathway. I have studied the Golgi SNARE Memb11 in Arabidopsis thaliana cells. Memb11 is involved at the ER-Golgi interface. In mammalian cells, the ortholog of Memb11 (Membrin) is the potential “receptor” of the GTPase Arf1 in the Golgi membrane. This protein is involved for the recruitment of the COPI machinery, required for retrograde transport from the Golgi to the ER. The aim of this work was to determine whether Memb11 can interact with Arf1 in plant cells. Antibodies against the cytosolic part of Memb11 were obtained and were applied on plant tissues to perform immunolabeling by transmission electron microscopy and immunoprecipitation (IP) studies. It has been shown that Memb11 is located at the cis-Golgi and that it co-immunoprecipated with Arf1, suggesting that Arf1 may interact with Memb11. I confirmed the interaction of Memb11 and Arf1 at the Golgi by in vivo BiFC (Bimolecular Fluorescence Complementation) experiments. This interaction was specific since neither Memb12 (90% identity with Memb11) nor Sec22 interacted with ARF1. Thanks to a structural bioinformatic approach, I determined the regions in Memb11 (different from Memb12) that could be critical for the interaction and started to test corresponding mutants in vivo by BiFC. In addition, IP experiments with recombinant proteins produced in vitro suggest that the GTP-bound form of ARF1 interacts with Memb11.

Die in der vorliegenden Habilitationsschrift zusammengefaßten Publikationen stellen Untersuchungen zu zwei Themenschwerpunkten dar: 1. Verankerungsmechanismen von Membranproteinen der basolateralen und der apikalen Plasmamembrandomäne der Parietalzellen mit dem Membranzytoskelett und 2. die regulierte Fusion von zytoplasmatischen Vesikeln mit der apikalen Plasmamembran dieser Zellen. Die strukturell und molekular sehr unterschiedlich gestaltete apikale und basolaterale Membrandomäne der Parietalzellen sollte funktionell charakterisiert und die Mechanismen der Membranumbauvorgänge aufgeklärt werden, die nach Aktivierung der Zellen im apikalen Membrankompartiment ablaufen. Für die strukturelle Stabilität der basolateralen Domäne spielt wahrscheinlich die Verankerung von AE2 über das Verknüpfungsprotein Ankyrin mit dem Membranzytoskelett eine wichtige Rolle. Die apikale Membrandomäne der Parietalzellen kann in drei Kompartimente unterteilt werden. Die freie apikale Membran, die canalikuläre Membran und die Membranen der tubulären Vesikel. Entlang der freien apikalen und der canaliculären Plasmamembran kommen wie auf der basolateralen Seite die Zytoskelett-Proteine Actin und Spectrin vor. Nach unseren Untersuchungen könnte es während der Sekretionsphase zu einer temporären Verbindung von H+,K+-ATPase Molekülen mit dem Membranzytoskelett kommen. Diese Verbindung wird wahrscheinlich durch das Verknüpfungsprotein Ezrin vermittelt. Der Mechanismus des Fusionsvorgangs der tubulären Vesikel mit der canaliculären Membran war bisher nicht bekannt. In Parietalzellen konnten die neuronalen SNARE-Proteine Synaptobrevin 2, Syntaxin 1 und SNAP25 sowie das zur Familie der kleinen G-Proteine gehörende Protein Rab3A und die Regulatorproteine NSF und alpha/beta SNAP nachgewiesen werden. Das in Parietalzellen gefundene Verteilungsmuster der SNARE-Proteine entspricht nicht der klassischen Vorstellung einer heterotypischen Membranfusion, vielmehr entspricht diese Verteilung einer homotypischen Fusion, wie sie für Vakuolen in Hefezellen beschrieben wurde. Die Bedeutung der SNARE-Proteine für die Fusion der tubulären Vesikel mit der canaliculären Membran und damit für die Steigerung der HCl-Sekretion konnte durch Inkubation der Zellen mit Tetanus Neurotoxin (TeNt) gezeigt werden. Die Behandlung der Parietalzellen mit TeNt führte zum vollständigen Ausbleiben der, nach Stimulation mit cAMP bei Kontrollzellen beobachteten Erhöhung, der Säuresekretion / The publications summarized here cover two topics: 1. the anchorage mechanism of membrane proteins of the basolateral and the apical plasma membrane with the membrane cytoskeleton of parietal cells and 2. the regulated fusion of cytoplasmic vesicles with the apical plasma membrane of these cells. It was the aim of these studies to characterize the structural and molecular differences between the apical and basolateral membrane domains in parietal cells. Moreover the mechanisms involved in membrane traffic within the apical membrane compartment following stimulation were investigated. We found that anchorage of AE2 with the membrane cytoskeleton through the linkage protein ankyrin seems to be important for the stability of the basolateral membrane. The apical membrane domain of parietal cells can be subdivided into three compartments. The free apical membrane, the canalicular membrane and the tubulovesicular membrane. The cytoskeletal proteins spectrin and actin can be found at the basolateral, the free apical and the canalicular membrane. We have shown that the H+K+-ATPase molecules appear to be temporary linked to the membrane cytoskeleton during acid-secretion. This contact is most likely mediated by the linker-protein ezrin. Until now the mechanism of fusion of the tubulovesicles with the canalicular membrane was unknown. In parietal cells the neuronal SNARE-proteins synaptobrevin 2, Syntaxin 1, SNAP25, the small G-protein rab3A, and the regulatory proteins NSF and alpha/beta-SNAP were detected. The subcellular distribution of these proteins does not support the notion of a neuron-like heterotypic fusion. Instead it shows similarity with the homotypic fusion process of vacuoles in yeast. The importance of SNARE-proteins for the fusion of tubulovesicles with the canalicular membrane and, by consequence also for the increase of acid-secretion was shown by incubation of the cells with tetanus neurotoxin (TeNt). The measurable increase of acid secretion by parietal cells after stimulation with c-AMP was inhibited completely through an incubation with TeNt.

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