Le fer est essentiel à la croissance et au développement des plantes. Chez Arabidopsis thaliana, le transporteur IRT1 permet l’absorption du fer par les cellules épidermiques de la racine et est, par conséquent, un des acteurs majeurs de la nutrition en fer. IRT1 est cependant un transporteur peu spécifique qui transporte également des métaux non ferreux que sont le zinc (Zn), le manganèse (Mn) et le cobalt, qui constituent les substrats secondaires d’IRT1 et qui ont été récemment démontrés dans notre laboratoire comme régulant l’endocytose d’IRT1. Afin d’identifier des protéines potentiellement impliquées dans le trafic ou dans la régulation de l’activité d’IRT1, nous avons isolé des interactants de ce transporteur via des immunopurifications d’IRT1 combinées à des analyses de spectrométrie de masse. Cette approche nous a permis d’établir le premier intéractome d’IRT1. Parmi les protéines interagissant avec IRT1, nous avons isolé AHA2 et FRO2 qui participent toutes les deux au processus d’absorption du fer chez Arabidopsis, ainsi que la protéine à domaine SPFH appelée HIR2. HIR2 est localisée dans des microdomaines membranaires chez Arabidopsis mais sa fonction reste jusqu’à présent assez énigmatique. Cependant, chez les animaux, les protéines à domaine SPFH ont été proposées comme étant impliquées dans la formation des microdomaines membranaires; de plus certaines protéines à domaines SPFH appelées Flotillines interviennent dans des mécanismes d’endocytose chez les animaux et les plantes. Après avoir validé les interactions entre les protéines IRT1 et FRO2/AHA2/HIR2 par des approches complémentaires, nous avons analysé la dynamique intracellulaire de ces protéines par microscopie. Nos résultats suggèrent l’existence d’un complexe protéique regroupant les trois acteurs majeurs de l’homéostasie du fer chez Arabidopsis : IRT1, FRO2 et AHA2, dont la fonction pourrait être d’optimiser l’absorption du fer dans la racine. Contrairement à ce qui est observé pour IRT1, les protéines FRO2 et AHA2 ne sont pas massivement endocytées en réponse à un excès de métaux (Zn,Mn, Co) et ceci bien qu’elles puissent être présentes au sein d’un complexe contenant IRT1. Nous avons en outre montré que FRO2 et AHA2 étaient ubiquitinées, mais contrairement à IRT1, de façon indépendante de la concentration en métaux non ferreux. En utilisant des approches de génétique inverse, nous avons mis en évidence que HIR2 était impliquée dans le maintien de l’homéostasie du fer, les mutants hir2 étant extrêmement sensibles à la carence en fer. D’autre part nous avons montré que l’accumulation de la protéine IRT1 était dérégulée chez le mutant hir2 et ceci de façon post-transcriptionnelle. Nous cherchons actuellement à déterminer comment HIR2 régule la dynamique et/ou la stabilité d’IRT1 dans la cellule. HIR2 pourrait assurer le recrutement d’IRT1 et plus généralement du complexe d’acquisition du fer décrit ci-dessus dans des microdomaines membranaires spécifiques. D’autre part, nous avons également émis l’hypothèse que HIR2 pourrait être impliquée dans une voie d’endocytose d’IRT1 indépendante de la clathrine. / Iron is an essential nutrient for plant growth and development. In Arabidopsis thaliana, the transporter IRT1, which allows iron absorption through the epidermic cells of the root, is a major actor in iron nutrition. Despite of it, IRT1 also transports the non-iron metals zinc (Zn), manganese (Mn) and cobalt (Co). These metals are considered as the secondary substrates of IRT1, and therefore this transporter is considered as poorly specific. Our laboratory has recently uncover that these secondary substrates regulate IRT1 endocytosis. In order to uncover the different proteins that can be implicated in the traffic or in the regulation of IRT1 activity, we have proceeded to perform IRT1 immnopurifications, followed by mass spectrometry analyses. This approach has allowed us to produce a first interactome list of IRT1. Among the proteins that interact with IRT1, we have isolated AHA2 and FRO2, both well known in the process of iron acquisition in Arabidopsis, and also a SPFH domain containing protein known as HIR2. Although it is known that HIR2 is contained in membrane microdomains in Arabidopsis, its function is still to be determined. Nevertheless, in the animal kingdom, SPFH domain containing proteins have been proposed as implicated in the formation of membrane microdomains. This is specially the case of the specific SPFH domain containing proteins known as Flotillins, which have the ability to mediate endocytosis in animals as in plants. After validation of the interaction between IRT1 and FRO2/AHA2/HIR2 by different complementary approaches, we have microscopically analyzed the intracellular dynamics of these proteins. Our results suggest the existence of a protein complex that reunites the three major actors of iron homeostasis in Arabidopsis: IRT1, FRO2 and AHA2. We suspect that the main function of this complex is to optimize the process of iron absorption in the root. In spite of what is known for IRT1 and despite being part of a same complex, FRO2 and AHA2 are not massively endocytosed in response to a non-iron metal excess (Zn, Mn, Co). Furthermore, we have shown that FRO2 and AHA2 are ubiquitinated, although their ubiquitination is also independent of the concentration of the non-iron metals, unlike the ubiquitination of IRT1. Finally, using reverse genetic approaches, we have been able to show that HIR2 is implicated in the maintenance of the iron homeostasis. Indeed, hir2 mutants are extremely sensitive to lack of Fe, even though they present posttranslational deregulations that result in the an overaccumulation of the protein IRT1. We are currently trying to determine how HIR2 regulates the dynamics and/or the stability of IRT1 inside the cell. HIR2 could be assuring the recruiting of IRT1 (or the recruitment of the whole iron acquisition complex) into specific membrane microdomains. On the other hand, HIR2 could be implicated in a new pathway of internalization of IRT1, independent of clathrin.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2019SACLS131 |
| Date | 18 June 2019 |
| Creators | Martín-Barranco, Amanda |
| Contributors | Paris Saclay, Zelazny, Enric |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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