Fonctions cellulaires de la protéolyse ubiquitine-dépendante

Responsable d'équipe : Pascal GENSCHIK

Thème de recherche

La protéolyse ubiquitine-dépendante est le mécanisme majeur de dégradation sélective des protéines cytoplasmiques et nucléaires dans toutes les cellules eucaryotes. Ce mécanisme joue un rôle essentiel dans la dégradation de protéines régulatrices contrôlant de nombreux processus cellulaires comme le cycle cellulaire et différentes voies de signalisation impliquées dans le développement et la réponse aux hormones. La protéolyse ubiquitine-dépendante se fait en deux étapes, la protéine cible étant tout d’abord modifiée de manière covalente par l’ubiquitine puis dégradée par le complexe protéique 26S protéasome. Certaine protéines ubiquitylées peuvent également être dégradées par un mécanisme d’autophagie sélective. Le transfert de l’ubiquitine sur la protéine cible nécessite des enzymes appelées ubiquitine protéine-ligases (E3) qui déterminent la spécificité de la réaction d’ubiquitylation.

Des résultats récents montrent que ce mécanisme de régulation post-traductionnelle est utilisé de manière prépondérante chez les végétaux supérieurs. En particulier, la voie ubiquitine-protéasome joue un rôle important dans la transduction des signaux endogènes et exogènes comme la lumière ou les phytohormones. Sur la base des génomes d’Arabidopsis et du riz, plus de 1000 enzymes de type E3 ubiquitine protéine-ligases ont été prédites. Cependant, la grande majorité de ces enzymes E3 n’ont pas encore été caractérisées fonctionnellement et leurs substrats restent inconnus. Une meilleure compréhension de ces mécanismes de régulation est importante d’un point de vue académique mais présente également un fort potentiel en biotechnologie et an agronomie.

Au laboratoire, nous étudions certaines E3 ubiquitine protéine-ligases impliquées dans le contrôle du cycle cellulaire, la signalisation hormonale et la régulation post-transcriptionnelle (PTGS), chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Afin d’élucider et de caractériser leurs fonctions cellulaires, nous utilisons différentes approches expérimentales comme la génétique, la physiologie moléculaire, la biologie et l’imagerie cellulaire et la biologie structurale.

Les projets

  • Mécanismes de dégradation des protéines Argonaute (Pascal GENSCHIK)
  • Fonctions moléculaire des ubiquitine E3-ligases dans le contrôle du cycle cellulaire (Sandra NOIR)
  • Le module EBF1&2/EIN3 dans la signalisation d'éthylène (Thomas POTUSCHAK)
  • Modulation de la signalisation de l'ABA par les complexes CUL3-BPM E3 ligases (Esther LECHNER)
  • Caractérisation fonctionnelle des protéines MSI d’Arabidopsis, de potentiels récepteurs DCAF pour l’ubiquitine ligase (Marie-Claire CRIQUI)

Projets en cours

Mécanismes de dégradation des protéines Argonaute

Porteur de projet : Pascal GENSCHIK

Les protéines Argonaute sont des composants essentiels du complexe « RNA-Induced Silencing Complex » ou RISC. Ces protéines ont subi un degré élevé de duplication de gènes chez les métazoaires et chez les plantes. Pour le moment, les mécanismes moléculaires régulant les protéines Argonaute au niveau post-traductionnel sont encore mal connus. Dans ce projet, nous nous intéressons plus particulièrement aux régulations post-traductionnelles d’AGO1, l’une des 10 protéines Argonaute d’Arabidopsis, qui joue un rôle central dans les voies miARN et siRNA-dépendantes du RNA silencing. Récemment, nous avons montré que la protéine AGO1 est dégradé par un mécanisme d’autophagie sélectif (Derrien et al., 2012 ). Notre projet vise maintenant à élucider les composants moléculaires de ce mécanisme et de déterminer leurs fonctions physiologiques.

Fonctions moléculaire des ubiquitine E3-ligases dans le contrôle du cycle cellulaire

Porteur de projet : Sandra NOIR

La croissance des plantes et leur développement résultent d’une régulation fine de la progression du cycle cellulaire. En particulier, le passage de G1 à la phase S (la phase de synthèse d’ADN), ainsi que la progression et la sortie de la mitose sont des étapes clés qui nécessitent plusieurs niveaux de contrôle, dont la protéolyse ubiquitine-dépendante (UPS). Notre projet vise à identifier et caractériser chez Arabidopsis des enzymes E3 ubiquitine-ligases impliquées dans le contrôle du cycle cellulaire et par la suite, à identifier leurs substrats. Plus important encore, nous cherchons à élucider comment ces E3 ligases sont régulées par des signaux endogènes (les phytohormones) et/ou exogènes (des stress comme la sécheresse).

Le module EBF1&2/EIN3 dans la signalisation d'éthylène

Porteur de projet : Thomas POTUSCHAK

Le gaz éthylène est une hormone végétale majeure qui régule la croissance et le développement des plantes, particulièrement au cours du stress. Nous et d’autres avions précédemment montré qu’en absence de l’éthylène, le facteur de transcription EIN3 nécessaire pour contrôler l’expression de gènes induits par l’éthylène, est ubiquitylé par les complexes SCFEBF1/2 (EBF1 et EBF2 sont des protéines F -box) et dégradé par le protéasome. Cependant en présence d’éthylène, la protéine EIN3 s’accumule et déclenche la réponse hormonale. Notre projet vise maintenant à clarifier au niveau moléculaire comment EIN3 est stabilisé en présence d’éthylène et à étudier l’importance du module EBF1&2/EIN3 dans les réponses au stress.

Modulation de la signalisation de l'ABA par les complexes CUL3-BPM E3 ligases

Porteur de projet : Esther LECHNER

Le génome d’Arabidopsis code pour six membres de la famille des protéines MATH-BTB conservés au cours de l’évolution (appelé BPM1-6) qui sont des protéines adaptatrices de complexes CRL3 ubiquitine ligases. Nos travaux antérieurs ont montré que les six protéines BTB interagissent avec une famille de facteurs de transcription (HD -ZIP) dont ATHB6 et ATHB5, tous deux impliqués dans la signalisation de l’ABA. Notre projet vise maintenant à mieux déterminer la fonction de ATHB6 dans les réponses des plantes à l’ABA et de la sécheresse. En outre, ATHB6 est soumis à différentes modifications post-traductionnelles comme la phosphorylation, l’ubiquitylation et la SUMOylation. Nous souhaitons caractériser ces modifications et leurs interactions afin de déterminer comment ils affectent la fonction et la stabilité de ATHB6 dans la signalisation de l’ABA.

Caractérisation fonctionnelle des protéines MSI d’Arabidopsis, de potentiels récepteurs DCAF pour l’ubiquitine ligase

Porteur de projet : Marie-Claire CRIQUI

Les protéines MSI (Multicopy Suppressor of IRA3) présentent un motif conservé appelé DWxR et pourraient donc fonctionner comme des récepteurs de substrat ou DCAFs pour le complexe CRL4. Le génome d’Arabidopsis code pour 5 protéines MSI qui semblent avoir évoluées vers une diversification fonctionnelle. Ainsi MSI1 et MSI4(FVE)/MSI5 sont impliqués respectivement dans maintien de l’empreinte génétique parentale au cours de la reproduction et le contrôle du temps de floraison par la voie autonome. Notre projet vise à caractériser la fonction des protéines d’Arabidopsis MSI2/3 et d’établir si leur fonction est liée à CRL4.

Membres de l'équipe

Publications

  • NOIR S., MARROCCO K., HLEIBIEH K., THOMANN A., GUSTI A., BITRIAN M., SCHNITTGER A. and GENSCHIK P.

    The Control of Arabidopsis thaliana Growth by Cell Proliferation and Endoreplication Requires the F-Box Protein FBL17.

    Plant Cell, 27:1461-1476, 2015. | PMI25944099 :

  • DERRIEN B., BAUMBERGER N., SCHEPETILNIKOV M., VIOTTI C., DE CILLIA J., ZIEGLER-GRAFF V., ISONO E., SCHUMACHER K. and GENSCHIK P.

    Degradation of the antiviral component ARGONAUTE1 by the autophagy pathway

    Proceedings of the National Academy of Sciences U S A, 109(39):15942-15946, 2012. | PMI23019378 :

  • LECHNER E., LEONHARDT N., EISLER H., PARMENTIER Y., ALIOUA A., JACQUET H., LEUNG J. and GENSCHIK P.

    MATH/BTB CRL3 receptors target the homeodomain-leucine zipper ATHB6 to modulate abscisic acid signalling.

    Developmental Cell, 13:1116-1128, 2011. | PMI22172674 :

  • DUMBLIAUSKAS E., LECHNER E., JACIUBEK M., BERR A., PAZHOUHANDEH M., ALIOUA A., COGNAT V., BRUKHIN V., KONCZ C., GROSSNIKLAUS U., MOLINIER J. and GENSCHIK P.

    The Arabidopsis CUL4-DDB1 complex interacts with MSI1 and is required to maintain MEDEA parental imprinting

    EMBO Journal, 30:731-743, 2011. | PMI21240189 :

  • ACHARD P., RENOU JP, BERTHOMÉ R, HARBERD NP and GENSCHIK P.

    Plant DELLAs restrain growth and promote survival of adversity by reducing the levels of reactive oxygen species.

    Current Biology, 18:656-60, 2008. | PMI18450450 :

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