Découverte d’un nouveau compartiment cellulaire chez les plantes

Origine et évolution des cellules eucaryotes

L’origine et l’évolution de l’organisation intracellulaire des cellules eucaryotes sont des questions fondamentales en biologie. Les cellules eucaryotes sont des cellules qui possèdent un noyau. Ce sont les cellules des plantes, des animaux, des protistes et des champignons. On pense que les cellules eucaryotes seraient apparues à partir d’associations symbiotiques entre deux types de cellules procaryotes, qui sont des cellules sans noyau : des bactéries et des archées, notamment un groupe d’archées appelées archées d’Asgård. 

Cependant, l’origine de l’enveloppe nucléaire, qui entoure le noyau, et des compartiments intracellulaires, qui sont des espaces délimités par des membranes, reste encore mystérieuse. Ces structures sont des marqueurs importants du passage des cellules procaryotes aux cellules eucaryotes.

Parmi les innovations majeures des cellules eucaryotes, on trouve le réticulum et l’appareil de Golgi. Le réticulum endoplasmique, qui forme également l’enveloppe nucléaire, joue un rôle central dans la production et le transport des protéines et des lipides. L’appareil de Golgi, quant à lui, est un ensemble de sacs qui modifient et trient les protéines après leur fabrication. 

Bien que les archées d’Asgård ne possèdent ni réticulum endoplasmique ni appareil de Golgi, elles ont de nombreux gènes qui codent pour des protéines clés impliquées dans le trafic membranaire des cellules eucaryotes. Ces protéines auraient joué un rôle crucial en permettant aux membranes biologiques de se modeler, conduisant à la formation du système endomembranaire complexe des cellules eucaryotes. 

Si tous les eucaryotes possèdent un réticulum endoplasmique et un appareil de Golgi, des raffinements spécifiques à certains règnes, comme les animaux, les plantes ou les champignons, restent à explorer. Par exemple, chez les animaux, un compartiment appelé ERGIC (Endoplasmic Reticulum-Golgi Intermediate Compartment) a été identifié. Constitué d’un réseau de tubules membranaires reliant le réticulum endoplasmique à l’appareil de Golgi, l’ERGIC était longtemps considéré comme une spécificité des cellules animales. 

Vers une nouvelle compréhension des systèmes endomembranaires

Dans une étude publiée dans la revue Nature Cell Biology, des scientifiques viennent de révéler la présence de l’ERGIC dans les cellules végétales. Grâce à des techniques de microscopie de super-résolution capables de distinguer des structures séparées par seulement 50 nm (un nm est un milliardième de mètre), les scientifiques ont découvert un réseau de tubules membranaires similaire à l’ERGIC animal dans des cellules végétales. Ce réseau relie le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi, remettant en question notre compréhension de l’évolution des lignées eucaryotes. 

L’observation dynamique de l’ERGIC végétal a montré qu’il interagit de manière transitoire avec le réticulum endoplasmique et les citernes du Golgi. Ces interactions permettent à l’ERGIC de se stabiliser localement en une nouvelle structure qui intègre ensuite l’appareil de Golgi. Ce processus dépend de certains lipides membranaires appelés sphingolipides, dont la particularité est de contenir des acides gras à très longues chaînes. 

Ces travaux montrent que les systèmes endomembranaires des plantes et des animaux présentent une complexité comparable, soulignant un socle commun partagé par les cellules eucaryotes de différentes lignées. À l’avenir, l'exploration de la présence de l’ERGIC dans des lignées eucaryotes primitives, comme les unicellulaires, pourrait révéler les mécanismes à l’origine de la formation des compartiments endomembranaires complexes, tels que l’appareil de Golgi.

Figure : Identification d'un réseau de membranes intermédiaires entre le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi dans les cellules végétales. (a) La microscopie à super-résolution à temps de vie de photons STED (Stimulated Emission Depletion, barre d'échelle 1 µm) et à expansion 3D (Root-ExM), appliquée aux cellules de racines végétales, a permis d'identifier un réseau de tubules membranaires principalement indépendant de l’appareil de Golgi.

En savoir plus : Fougère, L., Grison, M., Laquel, P. et al. ER-to-Golgi trafficking through a dynamic intermediate cis-Golgi tubular network in Arabidopsis. Nat Cell Biol (2025). https://doi.org/10.1038/s41556-025-01624-x