Transport du manganèse chez Arabidopsis : Régulation post-traductionnelle du transporteur de manganèse NRAMP1

Le manganèse (Mn) est un micronutriment métallique essentiel pour l’ensemble des organismes vivants. Chez les plantes, il intervient comme cofacteur de nombreuses enzymes impliquées dans des voies métaboliques majeures. La biodisponibilité du Mn dans le sol est cependant variable et sa carence, comme son excès, peuvent constituer des facteurs limitants pour la croissance des plantes. Afin de s’adapter à ces fluctuations, celles-ci bénéficient d’une multitude de transporteurs contrôlant l’absorption racinaire du Mn et sa distribution vers les différents organites de la cellule. Le maintien de l’homéostasie cellulaire du Mn repose notamment sur la régulation de la localisation ou de l’activité de ces transporteurs. Chez Arabidopsis thaliana, l’absorption de Mn à haute affinité est principalement assurée par le transporteur NRAMP1, dont la localisation subcellulaire dépend de la disponibilité du métal. Le transporteur est stabilisé à la surface des cellules en condition de carence et cycle rapidement entre la membrane plasmique et les endosomes face à un excès de Mn selon un mécanisme phosphorylation-dépendant.Sur la base de ces connaissance, mes travaux de thèse ont visé à approfondir la caractérisation des mécanismes de régulation post-traductionnelle de NRAMP1 en réponse au Mn chez Arabidopsis. L’objectif de mon premier axe de recherche a été de déterminer l’implication de l’ubiquitination dans la régulation de NRAMP1 et d’identifier les enzymes et résidus du transporteur impliqués dans cette régulation. Mon second axe de recherche a visé à identifier les kinases contrôlant la phosphorylation de NRAMP1 et caractériser le contexte et le rôle de ces mécanismes dans la régulation du transporteur en réponse au Mn. J’ai employé au cours de ma thèse un large spectre d’approches biochimiques, protéomiques et de mutagénèse dirigée afin de répondre à ces questions. Afin d’identifier des enzymes impliquées dans l’ubiquitination ou la phosphorylation de NRAMP1, j’ai cherché à recenser les partenaires protéiques du transporteur au travers d’approches sans à priori de type interactome et d’approches gènes candidats. Ces dernières se sont concentrées sur les familles de kinases CIPKs et CPKs activées par le calcium et ont permis d’établir CIPK23 comme candidate principale. Des expériences de phosphorylation in vitro couplées à des approches de génétique inverse m’ont ensuite permis de démontrer que cette kinase phosphoryle les Ser20 et 499 N- et C-terminales de NRAMP1. Des analyses physiologiques m’ont amené à la conclusion que CIPK23 est susceptible de contrôler l’activité du transporteur en fonction du statut Mn de la plante. Mes recherches sur la régulation de NRAMP1 par phosphorylation et ubiquitination ont ainsi contribué à une meilleure compréhension des mécanismes complexes soutenant l’homéostasie du Mn chez la plante.