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Image SnapshotSpotCGA. © Inra

Voyage au cœur de la cellule végétale : déchiffrer l’organisation intracellulaire en trois dimensions

Déchiffrer les grands principes de l’organisation d’éléments biologiques à l’intérieur des cellules est essentiel pour une meilleure compréhension des processus intracellulaires et de leur régulation. Pour la première fois, des chercheurs de l’Inra et de l’UPMC proposent une stratégie et les outils informatiques associés qui permettent d’analyser la répartition, dans l'espace intracellulaire, d'éléments biologiques tels que des vésicules ou des protéines. Ils ont appliqué avec succès cette méthodologie pour étudier la distribution de protéines d’intérêt au sein de cellules chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Ces résultats sont publiés dans la revue The Plant Journal.

Mis à jour le 08/06/2017
Publié le 19/07/2016
Mots-clés : CELLULE - ORGANISATION

Imaginez l’intérieur d’une cellule : un noyau, des organites, des molécules... Savamment distribué dans l’espace, tout ce petit monde est parfois redistribué sous l’effet de stimuli variés ou d’un trafic intracellulaire assurant le transport de molécules, par exemple de leur lieu de production vers leur site d’action.
A l’intérieur d’une cellule, la localisation d’une protéine dans l’espace est un facteur déterminant pour les processus cellulaires. Plus largement, connaître les grands principes de l’organisation spatiale de l’intérieur des cellules et sa régulation constitue une réelle gageur dont se sont emparés les chercheurs de l’Inra Versailles-Grignon et de l’UPMC. Ils nous en livrent aujourd’hui les résultats.

D’une représentation 3D synthétique de l’organisation intracellulaire…

En utilisant la microscopie confocale, les scientifiques ont produit des images en trois dimensions de cellules épidermiques de racines de la plante modèle Arabidopsis thaliana. Telles des tranches de vie, ces images constituent des séries de coupes virtuelles au travers des cellules, au sein desquelles elles permettent de visualiser des structures marquées en fluorescence. Pour la première fois, les chercheurs ont proposé un ensemble de règles opératoires et d'algorithmes qui permettent d'exploiter de façon statistique ces images et de générer des représentations synthétiques moyennes des cellules. Ces représentations révèlent la façon dont les constituants et compartiments intracellulaires sont arrangés dans l’espace 3D.
Forts de cette réussite méthodologique, les chercheurs ont également développé un logiciel intégrant ces algorithmes (http://free-d.versailles.inra.fr), mettant ainsi leurs acquis à disposition d’autres scientifiques désireux de traiter leurs propres données.

…à une cartographie spatiale de la distribution de la protéine KORRIGAN1 impliquée dans la biosynthèse de la cellulose

Afin d’illustrer le potentiel de cette avancée technique, les chercheurs l'ont appliquée pour analyser la répartition d’une protéine d’intérêt, KORRIGAN1, au sein de cellules d'épiderme racinaire de la plante A. thaliana. Cette protéine est impliquée dans la synthèse de la cellulose et est localisée dans des compartiments vésiculaires au sein de ces cellules. Les chercheurs ont produit avec succès une carte statistique en 3D de la distribution de KORRIGAN1 dans une cellule épidermique « moyenne ». Grâce à leur méthodologie, ils ont mis en évidence un gradient dans la distribution intracellulaire de KORRIGAN1 : sa densité diminue lorsqu'on traverse les cellules, de l'extérieur vers l'intérieur de la racine. Cette répartition n’est pas modifiée lorsque la plante est exposée à des inhibiteurs de la synthèse de cellulose, même quand la quantité de compartiments cellulaires contenant KORRIGAN1 est affectée par ces traitements.
Ces travaux livrent une stratégie d’exploration de l’organisation intracellulaire étayée par une capacité à opérer dans les trois dimensions tout en s’affranchissant de fluctuations morphologiques individuelles. Validés ici au travers de l’analyse de la distribution d’une protéine d’intérêt KORRIGAN1 au sein des cellules épidermiques de racines de plantes, ils contribuent plus largement à faire de l’image une donnée quantifiable susceptible d’être analysée en biologie de manière statistique et à inscrire des données brutes dans un processus dynamique pouvant donner lieu à une modélisation.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Philippe Andrey (01 30 83 31 62) Unité mixte de recherche Institut Jean-Pierre Bourgin (Inra, AgroParisTech, CNRS)
Contact(s) presse :
Inra service de presse (01 42 75 91 86)
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Biologie et amélioration des plantes
Centre(s) associé(s) :
Versailles-Grignon

Référence

Strategy and software for the statistical spatial analysis of 3D intra-cellular distributions. Biot, Eric; Crowell, Elizabeth; Burguet, Jasmine; Hofte, Herman; Vernhettes, Samantha; Andrey, Philippe. The Plant Journal. doi : 10.1111/tpj.13189, 8 juillet 2016.