Faculté des sciences

Localization and interaction of AtRMR receptors in the plant secretory pathway

Occhialini, Alessandro ; Neuhaus, Jean-Marc (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Neuchâtel, 2011 ; 2198.

Durant les dernières années, il a été démontré que de nombreuses protéines vacuolaires sont triés vers leur destination finale par des récepteurs vacuolaires. Par conséquent, dans cette étude je me suis concentré sur les protéines RMR (récepteur membranaire Ring-H2), une nouvelle famille de récepteurs putatifs, composées de six gènes chez Arabidopsis thaliana (AtRMR),... Plus

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    Résumé
    Durant les dernières années, il a été démontré que de nombreuses protéines vacuolaires sont triés vers leur destination finale par des récepteurs vacuolaires. Par conséquent, dans cette étude je me suis concentré sur les protéines RMR (récepteur membranaire Ring-H2), une nouvelle famille de récepteurs putatifs, composées de six gènes chez Arabidopsis thaliana (AtRMR), probablement impliquées dans le transport des protéines vers les vacuoles (Jiang et al., 2000 ; Park et al., 2005; Park et al., 2007; Hinz et al., 2007). Ces récepteurs ont été identifiés grâce à leur homologie avec le domaine PA (domaine associé aux protéases) présents dans les récepteurs vacuolaires VSR qui sont bien connus pour jouer un rôle de triage de certaines protéines vacuolaires (Paris et al. , 2002).
    On toutefois, les RMRs sont beaucoup moins connus que les VSRs. Dans la présente étude, je me suis concentré sur la localisation de différents RMRs présents dans les cellules végétales. Par ailleurs, j'ai étudié la possible dimérisation (homo-dimérisation et hétéro-dimérisation) entre les différents types de récepteurs AtRMR.
    Pour la localisation, j'ai généré différents vecteurs d'expression pour les plantes portant différentes protéines fluorescentes fusionnées à différent types de AtRMR. Par la suite, ces protéines de fusion ont été localisées dans les cellules en utilisant le microscope confocal. La localisation a été effectuée chez des plantes d'Arabidopsis thaliana transgéniques et chez des feuilles de Nicotiana benthamiana transformées par agroinfiltration. Dans ces expériences, AtRMR1 et AtRMR2 ont montré des localisations subcellulaires différentes. AtRMR1 est localisé dans TGN, tandis que AtRMR2 est localisé dans la membrane du Reticulum Endoplasmique (ER). Cette différente localisation est due à la présence d'un signal putatif de localisation présent dans la séquence linker de AtRMR1. En fait, quand cette séquence est placée sur AtRMR2, elle est capable de relocaliser la protéine dans le Réseau Trans-Golgien (TGN).
    Enfin, pour tester l'éventuelle dimérisation entre différents types de AtRMR, j'ai développé une technique de Complémentation Bimoléculaire Fluorescente (BiFC). En utilisant cette technique, j'ai démontré que AtRMR1 peut former des homo-dimères et peut interagir avec AtRMR2 en formant des hétéro-dimères. De plus, homo-et hétéro-dimères montrent la même localisation dans le TGN. Ce résultat a démontré que AtRMR2 peut quitter l’ER sous forme d’hétéro-dimère grâce à la présence du signal de localisation dans la séquence linker de AtRMR1. Par ailleurs, en utilisant des mutants de délétion de différents domaines, j'ai démontré que le domaine transmembranaire et la séquence linker sont probablement les domaines impliqués dans l'interaction protéine-protéine.
    Summary
    In the last few years, it was demonstrated that many vacuolar proteins are sorted to their final destination by cargo receptors. Therefore in this study I focused on RMR proteins (Receptor Membrane Ring-H2), a new family of putative receptors, composed of six genes in Arabidopsis thaliana (AtRMR), probably involved in protein transport to vacuoles (Jiang et al.,, 2000; Park et al., 2005; Park et al., 2007; Hinz et al., 2007). These receptors were identified by their homology to the PA domain (Protease Associated Domain) present in the Vacuolar Sorting Receptors (VSR) that are well known to bind and sort vacuolar proteins (Paris et al., 2002).
    Much less is known about these proteins than about VSRs. In the present study I focused on the localization of the different members present in plant cells. Moreover I studied the possible dimerization (homo end/or hetero) between the different types of AtRMR receptors.
    For the localization, I have generated different plant expression vectors carrying different fluorescent protein reporters fused to AtRMRs to use in a confocal microscope experiment. The localization was performed in Arabidopsis thaliana transgenic plants and Nicotiana benthamiana leaves transformed by agro-infiltration. In these experiments AtRMR1 and AtRMR2 showed different subcellular localizations. AtRMR1 localizes in TGN while AtRMR2 localizes in the membrane of ER. This different localization is due by the presence of a putative localization signal present in the sequence linker of AtRMR1. In fact this sequence, when is placed on AtRMR2, is able to relocate the protein in the TGN.
    To test the possible AtRMR-AtRMR dimerization I developed Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC) reporters. Using this technique I demonstrated that AtRMR1 can make homodimers and can interact with AtRMR2 making heterodimers. Moreover homo- and heterodimers showed the same localization in the TGN. This result demonstrated that AtRMR2 can exit from the ER as a heterodimer thanks to the presence of the localization signal in the sequence linker of AtRMR1. Moreover using AtRMR deletion mutants I demonstrated that the transmembrane domain and the sequence linker are probably the domains involved in protein-protein interaction.