Characterization of the MTL complex and AtVPS13M1 : two actors involved in phosphate starvation-induced membrane lipid remodeling in Arabidopsis thaliana - CEA Grenoble
Thèse Année : 2023

Characterization of the MTL complex and AtVPS13M1 : two actors involved in phosphate starvation-induced membrane lipid remodeling in Arabidopsis thaliana

Caractérisation du complexe MTL et de AtVPS13M1 : deux acteurs impliqués dans le remodelage des lipides membranaires induit par la carence en phosphate chez Arabidopsis thaliana

Sébastien Leterme
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1424142
  • IdRef : 271285893

Résumé

Eukaryotic cells are divided into several compartments delineated by one or more membranes. Organelle membranes are composed of a specific arrangement of lipids and proteins that ensure the identity of each compartment. As only a few cell compartments are able to synthesize their whole set of lipids, a massive exchange of lipids occurs between organelles. The transport of lipids can be mediated by vesicular pathways and/or by non-vesicular pathways. Non-vesicular lipid transport can be mediated by lipid transport proteins (LTPs) that facilitate the direct transfer of lipids from one membrane to another at membrane contact sites (MCSs). While LTPs have already been well investigated in yeast and human cells, only a small number have been characterized in plants. Phosphate (Pi) starvation is an abiotic stress commonly encountered by plants in nature during which a partial degradation of phospholipids occurs to increase the intracellular Pi availability. The degraded phospholipids are dynamically replaced by digalactosyl diacylglycerol (DGDG), a non-phosphorous plastid-synthetized lipid exclusively synthetized in the plastid. Lipid remodeling likely uses non-vesicular lipid transport routes highlighting its importance in the maintenance of membrane integrity during stress. Here, we characterize two actors involved in phosphate starvation-induced membrane remodeling: the mitochondrial transmembrane lipoprotein (MTL) complex and AtVPS13M1.The MTL complex is a huge complex enriched in lipids and mainly composed of proteins located in both mitochondrial membranes. The MTL complex is important for intramitochondrial lipid trafficking during plant adaptation to Pi starvation. We attempt to purify the MTL complex by several biochemical techniques to allow the refinement of its composition and the study of its architecture and structure. Our results highlight the modular nature of the MTL complex that can presumably be found as a variable arrangement of different components. AtVPS13M1 is a vacuolar protein sorting 13 (VPS13) homolog in Arabidopsis thaliana. Recent data show that VPS13 proteins are huge LTPs implied in bulk lipid transport localized at multiple membrane contact sites between organelles. We identify six novel splice variants for AtVPS13M1 and show that the transcriptional landscape is widely dominated by only one presumably biologically relevant isoform. We show that AtVPS13M1 is able to bind multiple phosphoglycerolipids in vitro and participates in lipid homeostasis in Pi replete and deplete conditions. AtVPS13M1 localization remains to be further investigated but our preliminary studies suggest an association at least with the endoplasmic reticulum.Overall, we provide an original approach in which we identify and characterize novel non-vesicular lipid transport routes important for Pi starvation-induced membrane lipid remodeling in plants.
Les cellules eucaryotes sont divisées en plusieurs compartiments délimités par une ou plusieurs membranes. Les membranes des organites sont composées d'un arrangement spécifique de lipides et de protéines qui assurent l'identité de chaque compartiment. Comme seuls quelques compartiments cellulaires sont capables de synthétiser l'ensemble de leurs lipides, un échange massif de lipides s’opère entre les organites. Le transport de lipides peut être assuré par des voies vésiculaires et/ou par des voies non vésiculaires. Le transport non vésiculaire de lipides est assuré par des protéines de transport de lipides (LTPs) qui facilitent le transfert direct des lipides d'une membrane à l'autre au niveau des sites de contact membranaire (MCSs). Si les LTPs ont déjà été bien étudiées chez la levure et chez l’humain, seul un petit nombre d'entre elles ont été caractérisées chez les plantes. La carence en phosphate (Pi) est un stress abiotique auquel sont couramment soumis les plantes dans la nature et au cours de laquelle une dégradation partielle des phospholipides se produit afin d'augmenter la disponibilité intracellulaire du Pi. Les phospholipides dégradés sont dynamiquement remplacés par du digalactosyl diacylglycérol (DGDG), un lipide non phosphoré synthétisé exclusivement dans le plaste. Le remodelage lipidique s’opère probablement par des voies de transport lipidique non vésiculaires, ce qui souligne son importance dans le maintien de l'intégrité membranaire en cas de stress. Nous caractérisons ici deux acteurs impliqués dans le remodelage membranaire induit par la carence en phosphate : le complexe MTL (mitochondrial transmembrane lipoprotein) et AtVPS13M1.Le complexe MTL est un énorme complexe enrichi en lipides et principalement composé de protéines situées dans les deux membranes mitochondriales. Le complexe MTL est important pour le trafic intramitochondrial de lipides pendant l'adaptation des plantes à la carence en Pi. Nous avons tenté de purifier le complexe MTL par plusieurs techniques biochimiques afin d'affiner sa composition et d'étudier son architecture et sa structure. Nos résultats mettent en évidence la nature modulaire du complexe MTL qui peut vraisemblablement se présenter sous la forme d'un arrangement variable de différents composants. AtVPS13M1 est un homologue de vacuolar protein sorting 13 (VPS13) chez Arabidopsis thaliana. Des données récentes montrent que les protéines VPS13 sont d'énormes LTPs impliquées dans le transport massif de lipides et qu’elles sont localisées à de multiples sites de contact membranaire entre différents organites. Nous avons identifié six nouveaux variants d'épissage d’AtVPS13M1 et montré que l’une des isoformes domine largement les autres suggérant une importance biologique. Nous montrons que AtVPS13M1 est capable de lier plusieurs phosphoglycérolipides in vitro et participe à l'homéostasie des lipides en présence et en absence de Pi. Nos études de localisation d'AtVPS13M1 restent à affiner mais suggèrent une association avec le réticulum endoplasmique.Dans l'ensemble, nous proposons une approche originale dans laquelle nous identifions et caractérisons de nouvelles voies de transport de lipides non vésiculaires importantes lors du remodelage des lipides membranaires induit par la carence en Pi chez les plantes.
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Citer

Sébastien Leterme. Characterization of the MTL complex and AtVPS13M1 : two actors involved in phosphate starvation-induced membrane lipid remodeling in Arabidopsis thaliana. Cellular Biology. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2023. English. ⟨NNT : 2023GRALV031⟩. ⟨tel-04727999⟩
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