Les protéines R et le rôle de leurs domaines dans la régulation de la PCD

Chez Arabidopsis, à peu près 150 gènes de résistance ont été identifiés. La plupart des gènes R codent des protéines NBS-LRR (pour Nucleotide Binding Sites and Leucine-Rich Repeat) possédant des domaines N-terminal ou C-terminal variables. Ces protéines sont similaires à des membres de la famille NOD-LRR (pour Nucleotide-binding Oligomerization Domain) présents chez les mammifères et impliqués dans les réactions inflammatoires et dans les réponses immunitaires (Inohara et al., 2005). Cependant, les domaines C- et N- terminal ne sont jamais présents chez les NOD-LRR (Figure 9).

Les domaines LRR sont localisés au niveau C-terminal des protéines. Il sont supposés être impliqués dans la signalisation spécifique de la reconnaissance des effecteurs des agents pathogènes, à la manière des domaines LRR des animaux qui sont impliqués dans des interactions protéine-protéine (Kobe et Deisenhofer, 1994). Cependant, peu de données ont été obtenues à l’heure actuelle chez les plantes. Des études récentes réalisées sur le gène de résistance Cf9 chez la Tomate montre que le domaine LRR est impliqué dans la dimérisation de ces récepteurs et également dans la signalisation en aval de l’événement de reconnaissance (Barker et al., 2006). Ces domaines LRR sont également impliqués dans la reconnaissance spécifique d’effecteurs des agents pathogènes. En effet, les différences structurales observées entre les différents loci L, codant les gènes de résistance du Lin à l’agent de la rouille du Lin, sont observées aux niveau de ces domaines LRR, suggèrant ainsi un rôle dans la spécificité de la reconnaissance. De plus, le remplacement du domaine LRR des protéines L6 et L10 par celui de la protéine L2 induit une spécificité de reconnaissance de type L2 (Ellis et al., 1999). Cependant, il est probable que d’autres domaines de ces protéines jouent également un rôle dans cette reconnaissance car des protéines avec des spécificités différentes possèdent des domaines LRR identiques (Luck et

al., 2000). De plus, dans le cas de RRS1-R et PopP2, l’interaction entre les deux protéines

n’est pas observée avec le domaine LRR seul (Deslandes et al., 2003). D’autres exemples démontrent le rôle des domaines LRR dans la reconnaissance du ligand. C’est le cas pour

Pi-ta, gène de résistance du Riz à Magnaporthe grisea, dont le domaine LRR est capable

d’interagir seul avec Avr-Pita (Jia et al., 2000).

Ces fonctions de reconnaissance du ligand ne semblent pas être les seules associées avec ces domaines LRR. Des études ont démontré un rôle dans l’établissement de la signalisation liée à la reconnaissance, ces domaines pouvant avoir un rôle positif ou négatif sur cette signalisation. Dans le cas de RPS2, le domaine LRR semble avoir un effet inhibiteur sur l’activation des réponses de défense (Tao et al., 2000). De même, des mutations dans le domaine LRR de Rx, gène de résistance au virus X de la pomme de terre,

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conduisent à l’apparition de lésions de type HR en absence de tout agent pathogène, indiquant un rôle négatif sur les voies de régulation de la HR (Bendahmane et al., 1999). Dans le cas de Mi1.2, gène de résistance de la Tomate au nématode Meloidogyne javanica, la substitution de 6 acides aminés au niveau du domaine LRR abolit la résistance conférée par Mi1.2, indiquant un rôle positif sur les voies de régulation de cette résistance (Hwang et

al., 2000).

Des mutations dans le domaine NBS de ces protéines entraînent également des modifications de la fonction des récepteurs NBS-LRR (DeYoung et Innes, 2006). Ces domaines contiennent des motifs caractéristiques de la famille d’ATPases STAND (pour Signal Transduction ATPases with Numerous Domains). Ces protéines sont reconnues comme étant impliquées dans les voies de signalisation liées à la maladie. Chez les plantes, la liaison à l’ATP a été observée pour des gènes de résistance de la Tomate, I2 et Mi (Tameling et al., 2002). Cette liaison et l’hydrolyse de l’ATP vont induire des modifications de conformation activant les voies de signalisation en aval. Certaines mutations affectant les sites de liaison à l’ATP se traduisent par une forme constitutivement active de ces récepteurs (Bendahmane et al., 1999).

En plus des deux domaines décrits, ces récepteurs présentent une partie N-terminale importante. Chez les plantes, 2 types de récepteurs existent : ceux contenant une partie de type TIR (Toll Interleukine Receptor), et ceux possédant une partie CC (Coil-Coiled). Ces domaines peuvent jouer un rôle dans les interactions protéine-protéine, que ce soit avec les protéines qui sont « gardées » ou avec des composantes des voies de signalisation aval (Belkhadir et al., 2004).

Les protéines de type CC/TIR-NBS-LRR ne sont pas les seuls types de récepteurs existant chez les plantes (Figure 9). Il existe d’autres types de récepteur nommés protéines extracellulaires à domaine LRR qui seraient impliquées dans la perception de signaux extracellulaires, celles-ci pouvant posséder un domaine cytoplasmique court (protéines Cf) (Dixon et al., 1998 ; van der Hoorn et al., 2005), un domaine intracellulaire kinase (Xa21) (Wang et al., 1998) ou encore d’autres domaines. Il existe également des récepteurs possédant une structure complètement différente des autres récepteurs (RPW8, Pto) (Tang

et al., 1996 ; Xiao et al., 2001b).

Ainsi, les protéines R peuvent être séparées en cinq grandes classes selon leur structure (Figure 9) : (i) les récepteurs de type Cf2 et Cf9 qui sont des « Receptor-Like Proteins » (RLPs), (ii) les récepteurs de type Xa21 qui sont des « Receptor-Like Kinases » (RLKs), (iii) les protéines de type CC/TIR-NBS-LRR, (iv) les protéines de type Pto possédant un domaine kinase intracellulaire et (v) les protéines de type RPW8 possédant un domaine CC intracellulaire. Une recherche systématique dans le génome d’Arabidopsis a permis

Figure 10 : Exemples d’activation des systèmes de défense par la modification d’une protéine, RIN4.

A : RPM1 est une protéine de résistance chez Arabidopsis qui peut être activée par les facteurs

d’avirulence AvrRpm1 et AvrB de la bactérie Pseudomonas syringae. Ces facteurs d’avirulence sont injectés dans la cellule par le système de sécrétion de type III (seringue rouge) où ils vont induire la phosphorylation de RIN4 (+P) ce qui permettra l’activation de RPM1 et déclenchera les mécanismes conduisant à la HR. En absence de RPM1, ces facteurs vont jouer le rôle de facteur de virulence en agissant vraisemblablement sur RIN4 et d’autres cibles.

B : RPS2 est également une protéine de résistance chez Arabidopsis qui peut être activée par la

protéase AvrRpt2 de Pseudomonas syringae injectée dans la cellule par le système de sécrétion de type III. AvrRpt2 va cliver RIN4 ce qui induit l’activation de RPS2 conduisant à l ’activation de la HR. En absence RPS2, AvrRpt2 clive RIN4 et d’autres substrats et joue le rôle de facteur de virulence.

D’après Jones et Dangl, 2006. RPM1 absent

Virulence sur les plantes sensibles

RPM1

HR, diminution de la croissance

bactérienne

Virulence sur les plantes sensibles RPS2 absent Interaction compatible NDR1 Interaction incompatible RPS2 _RPS2 HR, diminution de la croissance bactérienne NDR1 B

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d’identifier 233 LRR-RLK, 56 RLPs et 125 NBS-LRR (Meyers et al., 2003 ; Shiu et Bleecker, 2003 ; Fritz-Laylin et al., 2005).

II.1.3. Complexes R/Avr et régulation de la mise en place de la PCD