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ZFP2

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TA \ÇàÜÉwâvà|ÉÇ

Comme nous l’avons souligné dans la synthèse bibliographique, ni les acteurs

moléculaires de la mécanoperception, ni le mode de régulation de celleͲci ne sont

complètementidentifiéschezlesplantes.Ladeuxièmepartiedecetravaildethèseapour

objectifdecomprendrelesétapesprécocesentrelamécanoperceptionetl’expressiondes

gènesmécanosensibles.

Lemodèlebiomécaniquedemécanoperceptionproposéaulaboratoirepréditque,lors

d’unesollicitationmécanique,chaquecellulepercevraitladéformationdesamembrane

plasmiqueetproduiraitunsignaldontl’intensitéestdirectementcorréléeàl’intensitédela

déformationperçue.Auseind’untissu,lesignalproduitcorrespondàlasommedessignaux

produitsparchaquecellulecomposantcetissuetayantsubiunedéformation.Cemodèlea

étéconfirméauniveautissulaire:danslazonefléchiedelatige,l’expressiondePtaZFP2est

corréléelinéairementàlasommedesdéformationslongitudinalessubiesparlescelluleset

calculéesurcetteportiondetige(Coutandetal.,2009).Noussouhaitionsdansunpremier

tempsmettreaupointunsystèmedesollicitationmécaniquepermettantdevaliderce

modèleauniveaucellulaire.Lapremièreétapedecetravailadoncconsistéàmettreen

placeunsystèmedesollicitationmécaniquequantifiablesurdescellulesdepeuplier.Deux

techniquesontététestéessuccessivement:lapremièrereposesurleprinciped’incluredes

cellulesdansungeld’agaroseetderéaliserunecompressioncontrôléedugel,laseconde

techniqueconsisteàmodifierl’agitationdesculturescellulaires.

Dansundeuxièmetemps,nousavonscherchéàcomprendrelarégulationdugène

PtaZFP2suiteàunesollicitationmécanique.Danslepremierchapitre,nousavonsidentifié

plusieurs molécules capables de réguler l’expression de PtaZFP2 selon une cinétique

similaireàcelleobservéesuiteàuneflexiondelatige:calcium,H2O2etjasmonates

(Gourcilleauetal.,soumis).Toutefois,nousavonségalementmisenévidencequecegène

pouvaitêtre régulépar d’autresstressabiotiques. Il semblaitdoncintéressantde(1)

retrouverparmilesmoléculescapablesderégulerl’expressiondePtaZFP2cellesquisont

gène promoteur boîtederéponse

TATAbox

ARNpolyméraseetfacteurs

detranscriptionassociés Protéinefortement inhibitrice Complexeprotéique faiblementactivateur Complexeprotéique

fortementactivateur Complexeprotéique

« silencieux »

Figure27:Schématisationd’unpromoteur.Lepromoteur,situéenamontdugènedontilrégule l’expression,possèdedesélémentscisͲrégulateurs(boîtesderéponse)capablesdefixerdes facteursdetranscriptionactivateurs(activationreprésentéepardesflèchesrouges)ouinhibiteurs (inhibitionreprésentéepardesflèchesbleues)agissantsurl’ARNpolymérase,elleͲmêmefixéesur uneTATAͲbox.

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identifierquellessontlesrégionsouélémentscisͲrégulateursdupromoteurimpliquésdans

cettemécanoperception.

Pour tester si ces molécules identifiées dans la première partie (calcium, H2O2 et

jasmonates)régulentl’expressiondePtaZFP2danslecadredelaréponseàlasollicitation

mécanique, nous avons utilisé une approche pharmacologique en étudiant l’effet

d’inhibiteursdecesdifférentesvoiessurl’inductiondel’expressiondePtaZFP2.

Lespromoteurs(ouséquencespromotrices)sontdesséquencessituéesenamontdela

séquencecodanted’ungène.Lafixationdel’ARNpolymérasesurunpromoteurauniveau

delaséquenceconsensusTATAAT(boîteTATA),située25nucléotidesenamontdusite

d’initiationdelatranscription,etl’activationdecetteARNpolymérase,sontcontrôléespar

des facteurs de transcription (éléments transͲrégulateurs), euxͲmêmes fixés sur des

séquencescisͲrégulatricesdupromoteur(Figure27).CesséquencescisͲrégulatricessont

égalementappeléesélémentsderéponseouboîtesderéponse.Ainsi,ensefixantsurces

séquencessituéesàdesdistancesvariablesdusited’initiationde latranscription,les

facteursdetranscriptionrégulentl’activitédel’ARNpolymérase.Ontrouvedesfacteursde

transcription de type activateur et d’autres de type répresseur: l’activité de l’ARN

polyméraserésulteraalorsdel’ensembledessignauxreçus.

Identifierlesboîtesderéponseausignalmécaniqueauseind’unpromoteurpermetdonc

d’accéderpotentiellementauxfacteursdetranscriptionrégulantlegènecorrespondant.Au

commencementdecetravaildethèse,lespromoteursdesgènescodantpourlesprotéines

QͲtype C2H2ͲZFP n’avaient pas été analysés. De plus, seule une boîte de réponse

potentiellementimpliquéedanslestressmécaniqueaétéidentifiée,paruneapprochein

silicobaséesurl’analysebioinformatiquedetouslespromoteursdesgènesinduitsparla

blessure(stressmécaniquelésant)chezArabidopsisthaliana(Walleyetal.,2007).Larégion

5’enamontdelaséquencecodantedugènePtaZFP2aétéisoléeprécédemmentpar

criblageparPCRd’unebanqued’ADNgénomique(Martinetal.,2009).Unerégionde2,2kb

avaitétéinitialementisoléemaisles700premièrespairesdebasemontraientuneforte

homologieavecunADNcderacinedepeuplier:unfragmentde1512pbaétéfinalement

conservé(Martin,2009).UneanalyseaveclelogicielPLACEWebSignalScanapermis

d’identifier plusde 330 éléments de réponse potentiels;la Figure26de lasynthèse

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promoteurseucaryotes(Martinetal.,2009).Surunpromoteur,touslesélémentscisͲ

régulateurs identifiés in silico ne sont pas forcément fonctionnels. Par exemple, de

nombreusesboîtesderéponseàl’obscuritésontprésentessurlepromoteurdePtaZFP2

alorsqueleniveaud’expressiondugèneàl’obscuritén’estpasdifférentdeceluidétectéàla

lumièreenconditiontémoin(Figure22delasynthèsebibliographique)(Martinetal.,2009).

Afindetesterquelles régions du promoteur sontimpliquéesdanslarégulationde

PtaZFP2,nousavonsréalisédesdélétionssuccessivesdupromoteurdePtaZFP2placéesen

amontdesgènesrapporteursGUSetGFP,ettestélaréponsedesconstructionsaustress

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Lesculturescellulairesdepeuplier(Populustremulaxalba,clone717Ͳ1B4)ontété

initiéesentransférant2à3gdecal«frais»dans20mLdemilieuMB5liquide(Annexe1)

additionné de 2 mg.mLͲ1 d’acide 2,4Ͳdichlorophénoxyacétique (2,4ͲD), 0,2 g.LͲ1 de

glutamine et 1 mg.LͲ1 de vitamines (acide nicotinique, chlorhydrate de pyridoxine et

chlorhydratedethiamine).Ellesontétémaintenuesàl’obscuritésousuneagitationdouce

(120rpm)dansunechambredecultureà23°Cpendantaumoins8joursetontétéréͲ

ensemencéestousles4joursenmettant10mLdelaculturecellulairedans40mLdemilieu

MB5liquidefraisadditionnéde2mg.mLͲ1d’acide2,4Ͳdichlorophénoxyacétique(2,4ͲD),0,2

g.LͲ1delͲglutamineet1mg.LͲ1devitamines(acidenicotinique,chlorhydratedepyridoxineet

chlorhydratedethiamine).

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a. Compressiondegelsd’agarose

40mLdeculturecellulairedepeuplier(environ12gdecellules)ontétéincubéspendant

10minavec400µLderougeneutre(colorantvital,1%).Aprèssédimentationdescellules,le

milieudeculture(coloréenrouge)estretiréet20mLdemilieuMB5liquidefraisadditionné

de2mg.mLͲ1d’acide2,4Ͳdichlorophénoxyacétique(2,4ͲD),0,2g.LͲ1deLͲglutamineet1mg.LͲ

1devitamines(acidenicotinique,chlorhydratedepyridoxineetchlorhydratedethiamine)

ontétéajoutés.LaculturecellulaireaétéplacéedansunbainͲmariedontlatempératureest

ajustéeprogressivementà35°C.Parallèlement,3,6gd’agaroselowmelting(Sigma)sont

dissousdans100mLdecemêmemilieu.Cegelestincubéluiaussià35°Cafind’éviterun

chocthermiquepourlescellules.Aprèsavoiratteintlabonnetempérature,les20mLde

Figure28:Machined'essaidetraction/compressionInstron(modèle5565)utiliséepoureffectuer

lestestsdecompressiondegelsd’agarose.

Plateauxde

compression

Celluledeforce

Systèmede

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concentrationfinaledugeld’agaroseestdoncde3%.Aprèspolymérisation,legelest

démoulé,immergédansdumilieudecultureafind’éviterledessèchementetplacéen

chambredeculture(23°C,obscurité).Pours’affranchirdustressliéàl’inclusiondescellules

danslegeld’agarose(stressmécaniqueetthermique),lestestsdecompressionontété

effectués24haprèslaréalisationdecesgels.

Desparallélépipèdesrectanglesde60x35x15mm3ontétédécoupés.Ceséprouvettes

ontétésollicitéesencompressionentre2plaquesenacierrecouvertedeplexiglasàl'aide

d'unemachined’essai(Instron,modèle5565,Figure28).Lesvitessesdesollicitationtestées

étaienttypiquementde1%.minͲ1etletauxdecompressionmaximumde25%.Unappareil

photonumériqueaétéutilisépourphotographiertouteslesminuteslafacelatéralede

l'échantillonetsuivrel'étatdedéformationdescellulesaucoursdel'essai.Alafindel'essai,

l'échantillonestlaisséaurepospendant10minutes(délaid’expressiondePtaZFP2en

réponseàunesollicitationmécanique(Martinetal.,2009))avantd'êtreplongédansde

l’azoteliquidepuisconservéàͲ80°Cjusqu’àanalyse.

b. Sollicitationparagitation

Desaliquotsde5mLdeculturecellulairedepeuplier(environ1,5g)de4joursontété

placésdansdestubesstérilesde15mLetlaisséssousagitationà120rpmàl’obscuritéetà

23°C pendant 2h afin de permettre aux cellules de «récupérer» de la sollicitation

mécanique due à l’aliquotage (PtaZFP2 revient à son niveau de base 2h après une

sollicitationmécanique(Martinetal.,2009)).Lesculturescellulairesontalorsétésollicitées

mécaniquementenaugmentantlavitessedel’agitationà325rpmsurunagitateurrotatif.

Lesautresconditionsdeculture(23°Cetobscurité)ontétémaintenuespendantladuréede

l’expérience.

Figure29:Représentationschématiquedupromoteuretdesdifférentesconstructionsutiliséespourl’étude

desrégionsrégulatricesdupromoteurdugènePtaZFP2.(a)Lepromoteurentieroudélétéàdifférentsniveaux estplacéenamontdesgènesrapporteursdelaGFP(GreenFluorescenceProtein,vert)etGUS(Glucuronidase, bleu).LeschiffresfontréférenceàlapositionparrapportaucodonATG(+1).(b)Amorcessensetconditionsde PCRutiliséespouramplifierlesdifférentesrégionspromotricesdélétéesdugènePtaZFP2.

Construction Séquencedel'amorceutilisée T°Cd'hybridation Ͳ1433àͲ1pb 5'ͲCACCATCCGTGTTATGAAAGTTTGAͲ3' 60°C Ͳ1010àͲ1pb 5'ͲCACCTGAAACCAGGTTAACCCGGAAͲ3' 60°C Ͳ512àͲ1pb 5'ͲCACCTTAATAGGGGTTTCTACATGAͲ3' 55°C Ͳ451àͲ1pb 5'ͲCACCGGTCGGACTTGCACTCAATATͲ3' 55°C Ͳ362àͲ1pb 5'ͲCACCCATCAATGACCGGATGTAATͲ3' 55°C Ͳ210àͲ1pb 5'ͲCACCCATAATTGCCCCTCAAGCAAAGͲ3' 55°C Ͳ160àͲ1pb 5'ͲCACCTCCTTCCAACCTTATAAATAͲ3' 55°C b a

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Commeprécédemment,desaliquotsde5mLdeculturecellulairede4joursontété

placésdansdestubesstérilesde15mLetlaisséssousagitationà120rpmàl’obscuritéetà

23°Cpendant2hafind’annulerlestressmécaniqueduàl’aliquotage(Martinetal.,2009).

Pourl’étudedesinhibiteurs,lescellulesontétépréͲtraitées1havecduLaCl3(Chlorure

delanthane,inhibiteurdescanauxcalciques,0,5mM),duGdCl3(Chloruredegadolinium,

inhibiteurdecanauxcalciquesmécanosensibles,1mM),duW7(NͲ(6Ͳaminohexyl)Ͳ5ͲchloroͲ

1Ͳnaphthalenesulphonamide, antagoniste des calmodulines, 200 µM), du W5 (NͲ(6Ͳ

Aminohexyl)Ͳ1Ͳnaphthalenesulfonamide, analogue du W7, 200µM), du DIECA

(DIEthyldithiocarbamicAcid,inhibiteurdela voiedesjasmonates,1,5mM)ouduDPI

(DiPhenyleneIodoniumchloride,inhibiteurdelaproductiond’EAO,100µM).Cesdifférents

produitsont été fournis par Sigma. L’agitation,l’obscurité et la température ontété

maintenuesduranttouteladuréeduprétraitement.Lescellulesontalorsétésoumisesou

non(témoins)àunesollicitationmécanique(agitationà325rpm).Alafindutraitement,

aprèssédimentationdescellulespendant30secondesà1minute,lemilieuestretirépar

pipetage.Lescellulesontétéplongéesdansdel’azoteliquideetconservéesàͲ80°Cjusqu’à

analyse.

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