Function of the Seipin protein during lipid droplet biogenesis in the diatom Phaeodactylum tricornutum | Fonction de la protéine Seipin dans la biogénèse des gouttelettes lipidiques chez la diatomée Phaeodactylum tricornutum

英语. Microalgae encompass unicellular photosynthetic organisms whose diversity is represented throughout the tree of life. They colonize a variety of environments and are regularly subjected to numerous biotic and abiotic stresses. In response to these stresses, lipid droplets (LDs) can be produced. LDs are organelles composed of a hydrophobic core, predominantly containing triacylglycerols (TAGs), surrounded by a monolayer of glycerolipids embedded with numerous proteins. LDs are present in nearly all living organisms and are involved in various functions such as carbon and energy storage, remodeling of membrane lipids, synthesis and storage of hydrophobic molecules, and more. Increasingly, new functions are attributed to them, and LDs are now considered distinct organelles, highly dynamic and flexible, both in their lipid composition and protein complement.The biogenesis of LDs occurs within the endomembrane system and is under the control of complex molecular machineries. In this process, the protein Seipin plays a major role and has been characterized in numerous organisms (plants, animals, yeast). This transmembrane protein forms an oligomer inserted into the endoplasmic reticulum membrane and functionally influences various aspects of LD biogenesis. For example, it is involved in determining LD budding orientation, controlling LD size, and regulating the TAG flux within LDs.In the oleaginous diatom Phaeodactylum tricornutum, an isoform of Seipin (PtSeipin) has previously been identified, and the research presented here aimed to characterize its function. By combining structural prediction, phylogenetic, microscopy, lipidomic, and proteomic approaches, we have highlighted several unique features of PtSeipin. We observed that Seipin in diatoms and more broadly in stramenopiles are phylogenetically closer to those in animals and fungi than to photosynthetic organisms like plants and green algae. We also established that the loss of PtSeipin function leads to a pronounced phenotype, with the formation of oversized LDs, as observed in other species. However, uniquely, we observed a dramatic accumulation of TAGs, particularly under stress conditions, suggesting that additional specific regulatory mechanisms are involved in LD formation in P. tricornutum. Finally, the analysis of purified LD proteomes in PtSeipin mutants revealed that the protein StLDP, described as the major LD protein, is no longer recruited. These results open up new avenues for fundamental research, particularly in the search for Seipin partner proteins and the detailed study of its functional domains. Additionally, these findings also provide new insights for applied research in the field of next-generation biofuels.

法语. Les microalgues englobent des organismes photosynthétiques unicellulaires dont la diversité couvre une large partie de l’arbre du vivant. Elles colonisent une large variété d’environnements et sont régulièrement soumises à de nombreux stress biotiques et abiotiques. En réponse à ces stress, des gouttelettes lipidiques (LD) peuvent être produites. Les LD sont des organelles composés d’un cœur hydrophobe, contenant majoritairement des triacylglycerols (TAG), délimité par une monocouche de glycérolipides dans laquelle de nombreuses protéines sont enchâssées. Les LD sont présentes dans quasiment tous les organismes vivants et sont impliquées dans des fonctions variées comme le stockage de carbone et de molécules riches en énergie, le remodelage de lipides membranaires, la synthèse et le stockage de molécules hydrophobes, le stockage de carbone ou de molécules riches en énergie… De plus en plus de fonctions leur sont attribuées et les LD sont désormais considérées comme des organelles à part entière, extrêmement dynamiques et douées d’une grande plasticité autant dans leur composition en lipides que dans le cortège protéique dont elles sont équipées.La biogenèse des LD se fait à partir du système endomembranaire et sous contrôle de machineries moléculaires complexes. Dans ce processus, la protéine Seipin est un acteur majeur et a été caractérisée dans de nombreux organismes (plantes, animaux, levures). Cette protéine transmembranaire forme un oligomère inséré dans la membrane du réticulum endoplasmique et intervient au niveau fonctionnel sur différents aspects de la biogénèse de la LD. Elle est par exemple impliquée dans l’orientation du bourgeonnement de la LD, dans le contrôle de la taille des LD et dans le contrôle du flux de TAG dans la LD.Chez la diatomée oléagineuse Phaeodactylum tricornutum, un isoforme de Seipin (PtSeipin) a été préalablement identifié ; les travaux présentés ici ont eu pour but de la caractériser fonctionnellement. En combinant des approches de prédictions de structure, de phylogénie, de microscopie, de lipidomique et de protéomique, nous avons pu mettre en évidence plusieurs caractéristiques uniques de PtSeipin. Nous avons pu constater que les Seipin de diatomées et plus généralement de stramenopiles sont phylogénétiquement plus proches de celles des animaux et des champignons que des plantes et des algues vertes. Nous avons également pu établir que la perte de fonction de PtSeipin aboutissait à un phénotype fort, avec la formation de LD surdimensionnées comme cela est observé chez d’autres espèces. En revanche, de manière tout à fait unique, nous avons observé une accumulation spectaculaire de TAG, notamment en situations de stress, ce qui suggère que des mécanismes de régulation supplémentaires et spécifiques sont impliqués dans la formation de la LD chez P.tricornutum. Enfin, l’analyse des protéomes de LD purifiées chez des mutants PtSeipin ont révélé notamment que la protéine StLDP, décrite comme la protéine majeure des LD, n’y est plus recrutée. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives de recherche fondamentale, notamment dans la recherche de protéines partenaires de la Seipin et dans l’étude fine de ses domaines fonctionnels. En outre, ces résultats apportent également des éléments nouveaux dans la recherche appliquée aux domaines des biocarburants de dernière génération.