Plant and animal cell responses to physiological concentrations of Ethanol

Réponses de cellules Animales et Végétales à des concentrations physiologiques d'Ethanol Le changement climatique est l'un des défis les plus critiques de notre siècle. Parmi ses nombreuses conséquences prévues figure la réduction de la disponibilité en oxygène dans les milieux aquatiques et chez les organismes ectothermes, ce qui pourrait entraîner une augmentation de la production d'éthanol par ces organismes. Pour aggraver ces problèmes, l'utilisation humaine de l'éthanol continue d'augmenter, et son accumulation naturelle transitoire dans les écosystèmes devrait également augmenter à l'avenir. Cette thèse, à la croisée de la biologie fonctionnelle et de l'écologie, se concentre sur les réponses des cellules animales et végétales à de faibles doses physiologiques d'éthanol.Dans un article d'opinion, j'ai montré que les organismes animaux et végétaux ont tous deux des niveaux endogènes d'éthanol, qu'ils aient une origine endogène ou exogène. Des études ont montré que l'éthanol a des effets différents sur le métabolisme cellulaire à faibles et fortes concentrations, ressemblant à une réponse hormétique. J'ai donc émis l'hypothèse que l'éthanol n'est pas un simple un déchet du métabolisme hypoxique, mais qu'il pourrait servir de signal permettant aux organismes de s'adapter à des conditions de stress. Cependant, les variations des doses physiologiques de cet alcool ont été peu étudiées chez les plantes et les animaux, malgré des mesures empiriques de la présence d'éthanol dans ces systèmes.J'ai ensuite étudié les réponses de cellules de vigne à une dose physiologique d'éthanol, et j'ai découvert que le traitement à l'éthanol déclenchait des changements significatifs dans l'expression des gènes, en particulier la régulation à la hausse des 'small Heat Shock Proteins', une famille connue pour son rôle dans le maintien de la protéostasie en réponse au stress cellulaire. Nous avons ensuite testé l'amorçage (‘priming’) chimique à l'éthanol sur des cultures cellulaires de vigne, appliqué un stress thermique et observé la présence d'un phénotype de tolérance à la chaleur. Les résultats suggèrent que le priming à l'éthanol améliore la résilience des plantes au stress thermique et fournissent le premier ensemble de données RNA-seq chez les plantes permettant d'explorer les mécanismes de protection de l'éthanol.Afin d'étudier plus en détail la manière dont l'éthanol peut être perçu par les cellules végétales, j'ai étudié une protéine d'intérêt. Un récepteur d'éthylène recombinant de la vigne, VvETR2, a été conçu, exprimé et purifié pour la première fois, puis analysé dans le contexte de la perception de l'éthanol. Des techniques de biochimie, notamment la thermophorèse à micro-échelle et le dichroïsme circulaire, ont été utilisées pour caractériser les interactions protéine-éthanol et évaluer la structure secondaire de la protéine sous des concentrations croissantes d'éthanol. Pour la première fois, nous avons démontré que l'éthanol se lie au récepteur d'éthylène de la vigne VvETR2.Enfin, je me suis intéressé à l'étude de la réponse d'un organisme animal à l'éthanol. J'ai quantifié l'éthanol endogène chez Asellus aquaticus et dans son environnement naturel à l'aide de la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse, et j'ai étudié les effets physiologiques de l'éthanol à des concentrations biologiquement pertinentes avec des méthodes de respirométrie et des tests d'activité enzymatique. Afin de caractériser les réponses transcriptomiques à l'exposition à l'éthanol et de mieux comprendre les événements transcriptomiques précoces impliqués dans les réponses observées, j'ai procédé à un séquençage de l'ARNm. Nos résultats ont confirmé la présence d'éthanol endogène à la fois dans A. aquaticus et dans son habitat, démontré que l'éthanol avait un impact significatif sur la respiration et l'activité d'une enzyme clé de la chaîne respiratoire, et révélé un changement transcriptomique caractérisé par une stratégie de régulation à la baisse, ainsi qu’un réajustement de l'activité transcriptionnelle.