Un mécanisme ancestral de détermination du plan de division chez les plantes terrestres : rôle de Ton et Fass dans la régulation du cytosquelette cortical

英语. The plant cell cytoskeleton is involved in many growth, morphogenesis and differentiation processes. Despite a good knowledge of proteins associated to the cytoskeleton, the understanding of mechanisms governing its organisation or its dynamics is very limited. The tonneau1 and fass mutants display considerable morphologic alterations associated with abnormalities in microtubules organisation at the plant cell’s cortex. These are the only mutants that are unable to form the preprophase band (PPB), a transient ring of microtubules that appears at G2/M transition, encircles the nucleus and forecasts the future division site. The ton1 genes encode 30 kDa proteins, strongly conserved in land plants that label the cortical cytoskeleton (interphase arrays and PPB). TON1 proteins interact with a new family of 31 proteins named TIM, among which some, as the TIM1 protein, are MAPs (Microtubules associated proteins). TON1 localization on cortical arrays seems to partly depend on TIM1 protein. The FASS gene encodes a 55 kDa protein conserved in eukaryotes that shares similarities with a regulatory subunit of phosphatase PP2A complex. TON1, TIM and FASS proteins share similarities with proteins localized at the animal centrosome. In order to clarify the function of these proteins in cortical cytoskeleton’s regulation, we studied their localisation and determined protein-protein interactions among them. We showed that (1) FASS localizes at the PPB and doesn’t label structures such as spindle and phragmoplast, (2) FASS interacts with TON1 in vivo, (3) FASS is targeted to the cytoskeleton via its interaction with TON1 and TIM1, (4) FASS interacts with RCN1, one of the three scaffolding subunits of PP2A complex in A. thaliana, (5) RCN1 is targeted to the cytoskeleton through FASS, TON1 and TIM1. Our working model is that the PP2A complex targeted to the cytoskeleton controls the phosphorylation status of proteins associated to the cytoskeleton (TON1, TIM or others) and regulates microtubules organisation. In the same time, we studied TON1 gene function conservation during land plants evolution. Moss as a basal land plant is a perfect tool for comparative and evolutionary studies of basic cell functions. Therefore, we decided to study TON1 gene function in the moss Physcomytrella patens. Despite 40% of similarity between Arabidopsis and P. patens TON1 genes, our study reveals that PpTON1 function in the organisation of cortical microtubules arrays is conserved. Our analysis also revealed that PpTON1 is implicated in graviperception, a function not described in A. thaliana. Ours results help to clarify cortical cytoskeleton regulation events and highlight their conservation among land plants. Our results also suggest that despite the evolutive divergence, functions that are implicated in microtubules organisation, similar to those usually associated with animal’s centrosome are conserved.

法语. Au cours de la vie cellulaire, le cytosquelette subit de nombreuses réorganisations nécessaires à l’accomplissement des processus de croissance, de morphogenèse et de différentiation cellulaire. Malgré une bonne connaissance des protéines associées au cytosquelette, la compréhension des mécanismes gouvernant son organisation ou sa dynamique est encore difficile. Les mutants tonneau sont caractérisés par de graves anomalies morphologiques, causées par des défauts d’organisation du cytosquelette cortical. Ce sont les seuls mutants décrits à ce jour incapables de former la bande de préprophase (PPB), structure corticale en anneau de microtubules (MT) et de microfilaments d’actine, spécifique des cellules végétales, qui marque la position des plans de division et détermine l’organisation tridimensionnelle des tissus. Les gènes TON1 d’Arabidopsis codent de petites protéines capables de s’associer au cytosquelette cortical. Les protéines TON1 interagissent avec une nouvelle famille de protéines décrite au laboratoire et appelée TIM, comprenant une trentaine de membres, et dont certaines comme la protéine TIM1 sont des MAPs (microtubules associated protein). La localisation de TON1 au cytosquelette semble en partie dépendante de la protéine TIM1. Le gène TON2/FASS code une protéine de 55 kDa conservée chez les Eucaryotes et qui présente dans sa partie C-terminale, des similarités avec les sous unités régulatrices des complexes phosphatase PP2A. Les protéines TON1, TIM et FASS partagent des similarités de séquences avec des protéines centrosomales animales. Afin d’éclaircir le rôle de ces protéines dans la régulation du cytosquelette cortical, nous nous sommes appliqués à étudier leur localisation et à déterminer la chaîne d’interaction entre ces différentes protéines. Nous avons pu montrer (1) que la protéine FASS est associée à la PPB, et ne marque pas les structures telles que le fuseau ou le phragmoplaste, (2) que FASS interagit avec TON1 in vivo, (3) que FASS est recruté au cytosquelette par l’intermédiaire de TIM1, (4) que FASS interagit in vivo avec RCN1, une des trois sous unités structurales des complexes PP2A exprimées chez Arabidopsis, (5) que RCN1 est recrutée au cytosquelette, par l’intermédiaire de FASS et de TIM1, en présence ou non de TON1. Notre hypothèse est que le recrutement d’un complexe PP2A au cytosquelette contrôlerait, de façon locale, l’état de phosphorylation des protéines associées au cytosquelette (TON1, TIM1 ou autres), régulant ainsi l’organisation des microtubules. En parallèle, nous nous sommes intéressés à la conservation de la fonction du gène TON1 au cours de l’évolution des plantes terrestres en étudiant la protéine TON1 chez la mousse Physcomitrella patens. La mousse en tant que plante terrestre « basale » est un matériel de choix pour les études comparatives et évolutives des fonctions cellulaires fondamentales. Nous avons tout d’abord montré l’existence d’un homologue de TON1 chez Physcomitrella. Malgré une similarité de séquence de seulement 40% entre les protéines AtTON1 et PpTON1, l’étude a révélé la conservation de la fonction de TON1 dans l’organisation du cytosquelette cortical des cellules à croissance diffuse. Notre étude a également révélé une fonction de PpTON1 dans la perception du gravitropisme des cellules à croissance apicale de mousse, fonction jusqu'à présent ignorée chez Arabidopsis. Nos résultats permettent de préciser les événements intervenant dans la régulation du cytosquelette cortical, ainsi que de mettre en évidence leur conservation au sein de la lignée verte. L’ensemble de ces résultats suggèrent également que malgré la divergence évolutive, des fonctions impliquées dans l’organisation des microtubules, similaires à celles qui existent au sein des centrosomes animaux, sont conservées.