Publié le 6 juillet 2015
ICAR

L’étude de la régulation de la prolifération cellulaire chez les plantes ouvre de nouvelles perspectives.

Entretien avec Cécile Raynaud, chercheuse au CNRS, Institut de biologie de plantes

Le cycle cellulaire est le processus par lequel les cellules se multiplient. Ce cycle est composé de l’interphase pendant laquelle la cellule grossit et duplique son matériel génétique et d'une phase où  la cellule se divise (mitose ou méiose) pour donner naissance à deux cellules filles identiques (dans le cas de la mitose). Les cellules filles reproduiront ce cycle, et ainsi de suite. L’interphase se compose de trois phases : la phase S (S pour synthèse), durant laquelle la cellule double sa quantité d’ADN et les phases G1 et G2 (pour Gap) avant et après la phase S durant lesquelles des points de contrôle permettent d’arrêter le cycle si des erreurs sont survenues pendant la phase précédente, et d’intégrer des signaux externes qui peuvent réguler positivement ou négativement le cycle cellulaire. En cas d’anomalie non réparable de l’ADN, la cellule évolue vers la mort, quoique les plantes semblent savoir gérer les anomalies différemment. Autopsie d’un mécanisme complexe.

@futurascience 

Vous avez reçu la médaille de bronze du CNRS en 2014 pour vos travaux sur la division cellulaire. Quels sont les enjeux de recherche autour de ce concept ?

Les questions relatives à la prolifération cellulaire sont multiples. D’une part, il est fondamental de comprendre comment l’équilibre entre prolifération et différentiation cellulaire est régulé, ce qui permet le développement harmonieux des plantes. Au cours de la formation des organes, les cellules perdent leur aptitude à se diviser pour se spécialiser dans certaines fonctions, c'est le phénomène de différenciation. Les plantes conservent tout au long de leur vie des cellules capables de se diviser au niveau de deux types de cellules appelées méristèmes : les méristèmes caulinaires qui sont à l’origine des tiges, des feuilles et des fleurs et les méristèmes racinaires.

Cet équilibre entre division et différentiation est également à la base de l’incroyable plasticité du développement végétal : bien que l’organisation de base de la plante reste invariante, son architecture peut se modifier profondément en fonction des conditions de lumière, de température etc… Les plantes étant des organismes sessiles, elles ne peuvent se déplacer pour se soustraire à des conditions défavorables, et leur survie dépend donc de cette capacité à s’adapter aux changements qui surviennent autour d’elles. La régulation de la prolifération cellulaire est l’un des éléments clés de ce processus. D’autre part, les cellules méristématiques qui assurent en continu le développement de nouveaux organes, conservent leur capacité à proliférer tout au long de la vie de la plante, qui peut durer jusqu’à des milliers d’année pour certaines espèces, et les gamètes, ces cellules reproductrices issues de la méiose, se différencient tardivement à partir de ces cellules. Les plantes semblent donc avoir une capacité exceptionnelle à préserver l’intégrité de leur génome au fil des divisions cellulaires, bien que chaque étape de réplication soit source d’erreurs. L’un des mécanismes proposés pour expliquer cette observation est que les méristèmes,  contiennent en leur centre des réservoirs de cellules  qui se divisent beaucoup plus lentement que les cellules de la périphérie à partir desquelles s’initient les nouveaux organes tels que les feuilles. Cette division au ralenti permettrait de protéger leur génome de trop nombreuses lésions. Une autre possibilité est que des mécanismes spécifiques aux plantes existent pour assurer une fidélité particulière à la réplication de l’ADN.

Enfin, au fil des divisions, les cellules acquièrent une identité spécifique bien qu’elles possèdent toutes le même génome. Ceci repose sur l’établissement d’un programme d’expression génétique propre à chaque type cellulaire. Ce programme dépend de la présence de protéines appelées facteurs de transcription spécifiques qui régulent directement la transcription des gènes, mais  aussi de modifications de l’organisation de la chromatine. En effet, l’ADN est associé à des protéines appelées histones qui permettent sa compaction dans le noyau. Des modifications de ces histones ou de l’ADN lui-même appelées marques chromatiniennes peuvent favoriser le relâchement ou la condensation d’un locus donné, et jouent ainsi un rôle fondamental dans la régulation de l’expression génétique. Ces marques doivent être en partie reproduites pendant la réplication de l’ADN, mais la phase S du cycle cellulaire pourrait également être favorable au dépôt de nouvelles marques.

 Vous participez au congrès ICAR2015. Que peuvent nous apprendre les plantes sur la réplication et la mort cellulaire ?

 Les mécanismes moléculaires qui gouvernent la réplication sont très bien connus chez les animaux et la levure, et fort mal chez les plantes. En effet, la plupart des protéines mises en jeu semblent conservées, et il est tentant de tenir pour acquis que les mécanismes sont également parfaitement conservés. Cependant, un certain nombre d’observations suggèrent que la réplication chez les plantes pourrait avoir des spécificités, et il est donc important d’approfondir son analyse.

En ce qui concerne la mort cellulaire, elle semble mettre en jeu des mécanismes largement propres aux plantes, et joue un rôle crucial dans leur réponse à pratiquement tous les stress. Mieux comprendre sa régulation a donc non seulement un intérêt fondamental mais également des applications évidentes en agronomie.

Qu’apportez-vous de nouveau dans le domaine ( problématique, méthodes expérimentales, collaborations…)

 Notre groupe a obtenu des résultats qui indiquent que le postulat selon lequel les protéines impliquées dans la réplication fonctionnent chez les plantes exactement comme chez les autres eucaryotes n’est peut être pas parfaitement fondé. Par ailleurs, la reproduction des marques chromatiniennes au cours de la réplication reste encore assez mystérieuse. L’interaction étroite avec M. Benhamed qui est un spécialiste de l’épigénétique (mécanismes réversibles de la modification de l’ADN) et co-dirige le groupe avec moi nous offre une opportunité unique pour aborder ces questions.

Les mécanismes fondamentaux que vous explorez peuvent-ils être utiles par exemple à des thérapies ?

Notre projet de recherche est très fondamental, et parler de thérapie serait donc largement prématuré. L’étude de la réplication chez les plantes peut cependant apporter des informations précieuses sur l’identification de nouveaux mécanismes préservant l’intégrité du génome pendant la phase S. En outre, il est souvent possible d’obtenir des mutants viables chez les plantes qui sont létaux chez les animaux, ce qui donne accès à une étude fonctionnelle plus fine.

Finalement contrairement à l’homme, les plantes ne développement pas de cancer en l’absence d’infection par des agents pathogènes, l’étude de la régulation de la prolifération cellulaire chez les plantes peut donc ouvrir des perspectives dans ce domaine. Des applications agronomiques à long terme peuvent également s’envisager, si des avancées se font dans la compréhension des mécanismes qui régulent la prolifération en réponse au stress, ou des liens entre réponse aux lésions de l’ADN et résistance au stress qui commencent à être mis en évidence.