Contrôler la prolifération et la différentiation cellulaires de la plante… à l'homme ?
Les chercheurs ont découvert une nouvelle voie de signalisation régulée par la kinase YAK1 et placée sous le contrôle de la kinase TOR. Cette voie, mise en évidence chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, joue un rôle essentiel dans la régulation de la prolifération et la différenciation cellulaire. Elle pourrait aussi régir la destinée d’autres cellules eucaryotes, y compris chez l’Homme. Ce travail a été publié dans la revue Development.
TOR est une protéine régulatrice de la croissance cellulaire qui contrôle, chez les plantes, la prolifération au sein des méristèmes. Par exemple, les cellules du méristème des racines prolifèrent d’abord, puis se différencient en s’allongeant pour augmenter la longueur de la racine. Chez les plantes sauvages, un inhibiteur sélectif du site actif de TOR, l'AZD-8055, réduit la longueur des racines primaires.
Les chercheurs ont découvert que des plantes mutantes dans le gène YAK1, dont la protéine YAK1 est inactive, résistent à la molécule AZD-8055 et continuent donc de croître. Ce gène YAK1 code une protéine kinase qui régule la croissance dans le méristème des racines en aval de TOR. En l'absence d'activité de TOR, YAK1 induit un blocage des divisions cellulaires et favorise la différenciation des cellules du méristème. Inversement, TOR favorise la croissance du méristème en inhibant YAK1, ce qui permet de maintenir la prolifération. Ainsi, l’équilibre entre la prolifération et la différentiation cellulaires apparait dépendant de l’antagonisme entre les deux kinases TOR et YAK1. Ces résultats démontrent que la voie TOR-YAK1 joue un rôle essentiel dans la régulation de l'activité du méristème racinaire et fournissent de nouvelles pistes pour aider à comprendre les fonctions cruciales de TOR dans d'autres programmes de développement chez les plantes.
Il faut noter que ces deux kinases TOR et YAK1 sont conservées chez la plupart des organismes eucaryotes, algues, plantes et… animaux. Chez l’homme, l’homologue de YAK1 est la kinase appelée DYRK1A : elle est impliquée dans l’engagement des cellules souches humaines vers les lignées neurales et intervient dans le syndrome de Down (trisomie 21) ou encore les troubles du spectre autistique. Chez l’animal, l’équilibre TOR/DYRK1A pourrait être au cœur du processus de cancérisation
Enfin, un inhibiteur sélectif du site actif de DYKR1A mime les mutations qui conduisent à la perte de fonction du gène YAK1 chez les plantes. Ainsi, les inhibiteurs développés pour bloquer sélectivement l’activité des kinases TOR et DYRK1A humaines sont également actifs chez les plantes. Ces résultats chez les plantes illustrent l’énorme potentiel de l’étude des grandes fonctions fondamentales du vivant, conservées du végétal à l’homme, avec des implications parfois inattendues.
Figure : Régulation de l’activité du méristème par la voie de signalisation TOR-YAK1/DYRK1A. La figure est une superposition de notre modèle de travail avec des images en microscopie de méristèmes racinaires traités ou non avec l’inhibiteur de TOR, AZD-8055. Lorsque TOR est active (à gauche), YAK1 est réprimée, ce qui permet une activité meristématique maximale. Lorsque TOR est inhibée par AZD-8055 (à droite), YAK1 est active et réprime la prolifération, ce qui conduit à une diminution de la taille du méristème (flèches rouge) et une différentiation précoce. Barre d’échelle, 50 µM.
En savoir plus
A TOR-YAK1 signaling axis controls cell cycle, meristem activity and plant growth in Arabidopsis.
Barrada A, Djendli M, Desnos T, Mercier R, Robaglia C, Montané MH, Menand B.
Development. 2019 Feb 7;146(3). pii: dev171298. doi: 10.1242/dev.171298