Les lipides des membranes biologiques, boussole de la cellule

Le développement des organismes vivants est régi par les lois de la symétrie. De la symétrie radiale des végétaux à la symétrie bilatérale des animaux, ces symétries définissent dans tous les cas les axes et patrons de développement. Une notion intéressante est que la symétrie des axes de croissance est en grande partie générée par l’asymétrie de localisation de certains composants au sein de la cellule. Chez les végétaux, la distribution asymétrique de certains transporteurs de  l'auxine (une phytohormone) permet de donner une directionnalité aux flux d’auxine dans les tissus. La directionnalité des flux d’auxine permet en retour d’orienter la croissance des organes pendant le développement ou de la réorienter en réponse à des contraintes environnementales. Dans les racines, certains transporteurs d’auxine peuvent être localisés uniquement au niveau de la face supérieure des cellules, d’autres uniquement au niveau de la face inférieure ou bien encore uniquement au niveau des faces latérales des cellules. La répartition asymétrique de ces composés est un exemple de polarité au sein de la cellule, encore appelée polarité cellulaire. Cependant, il n’est pas encore bien compris comment les cellules arrivent à créer cette polarité alors même qu’elles sont dans un état dynamique constant où les membranes biologiques sont en permanence renouvelées par les flux du trafic intracellulaire.

A l’intérieur de la cellule, un compartiment membranaire majeur pour le tri et le transport de molécules est l’appareil de Golgi qui est constitué de saccules empilées. Chez les plantes, une partie de l’appareil de Golgi mature pour produire un nouveau compartiment impliqué dans le trafic de certains transporteurs d’auxine vers une face polarisée de la cellule. Les scientifiques ont mis en évidence qu’au niveau du compartiment post-Golgi un couplage entre deux lipides différents était impliqué dans le trafic polarisé. Ce couplage implique les sphingolipides d’un côté de la membrane et le phosphatidylinositol monophosphate de l’autre côté de la membrane. Les sphingolipides contrôlent l’abondance au post-Golgi d’une enzyme une phospholipase C, qui consomme le phosphatidylinositol monophosphate.  Alors que le rôle du phosphatidylinositol monophosphate dans les événements de trafic intracellulaire était connu, le contrôle de son homéostasie par les sphingolipides et le rôle de ce mécanisme dans la polarité cellulaire étaient inconnus.

Cette découverte a permis de révéler qu’un dialogue constant entre deux lipides, par l’intermédiaire d’un couplage lipidique entre les deux feuillets de la membrane, est impliqué dans la distribution asymétrique d’une protéine dans la cellule et met en lumière le rôle régulateur des lipides au sein des membranes biologiques. Outre la portée de cette découverte pour la compréhension de la polarité cellulaire chez les plantes, cette étude pourrait également apporter des éléments importants pour des recherches actuellement menées dans les modèles animaux. Par exemple, plusieurs indications dans la littérature suggèrent que le fonctionnement du système immunitaire inné chez l’humain ou la phototransduction chez la drosophile pourraient également dépendre de ce couplage lipidique dans les membranes biologiques.

Pour en savoir plus :
Sphingolipids mediate polar sorting of PIN2 through phosphoinositide consumption at the trans-Golgi network.
Ito Y, Esnay N, Platre MP, Wattelet-Boyer V, Noack LC, Fougère L, Menzel W, Claverol S, Fouillen L, Moreau P, Jaillais Y, Boutté Y.
Nat Commun. 2021 Jul 13. doi: 10.1038/s41467-021-24548-0.