Thèse soutenue le 01 juin 2022 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Chimie Biologie

Résumé :
La lumière est cruciale pour la vie sur terre, en particulier pour les organismes photosynthétiques ; elle est une source d'informations spatio-temporelles perçues par les protéines photoréceptrices, ainsi que la source d'énergie qui alimente la photosynthèse. Cependant, lorsqu'elle est absorbée en excès, elle peut être toxique pour les cellules photosynthétiques, entraînant la formation d'espèces réactives de l'oxygène ; ce phénomène est évité par le mécanisme photoprotecteur qE (quenching of energy). Chlamydomonas reinhardtii est une algue verte unicellulaire modèle, largement utilisée pour les études génétiques et cellulaires, notamment celles concernant la perception et l'utilisation de la lumière. Chlamydomonas détecte avec précision les informations fournies par la lumière et régule d'importantes fonctions cellulaires, notamment l'expression génétique, le cycle de vie sexuel, la phototaxie, la photosynthèse et la photoprotection, à l'aide d'un réseau de photorécepteurs spécialisés. Il est équipé d'une phototropine à copie unique, de quatre cryptochromes, de huit protéines de type rhodopsine, ainsi que du photorécepteur UV-B UVR8.
Parmi ces photorécepteurs, la phototropine (PHOT) semble avoir un rôle multiple dans la physiologie de Chlamydomonas ; il a été démontré qu'elle contrôle la gamétogenèse à faible disponibilité en azote, l'expression des gènes codant pour la biosynthèse de la chlorophylle et des caroténoïdes, la taille du point oculaire et la photoprotection. Plus précisément sur ce dernier point, sous une lumière élevée, PHOT régule positivement l'induction de LHCSR3, une protéine codée dans le noyau et localisée dans le chloroplaste, qui est le principal acteur de qE. PHOT est une sérine/thréonine kinase activée par la lumière bleue, associée à la membrane plasmique, qui subit une phosphorylation lors de l'irradiation par les UVA et la lumière bleue. Seule une poignée de substrats de PHOT ont été identifiés chez les plantes supérieures, mais pas chez Chlamydomonas. Mon objectif était d'élucider les réponses dépendantes de PHOT chez Chlamydomonas reinhardtii et d'identifier les éventuels interagisseurs de la protéine. Pour cela, j'ai employé une stratégie impliquant des analyses phosphoprotéomiques comparatives, ainsi que le criblage ciblé de souches mutantes.
Dans cette thèse, je présente les données de deux analyses phosphoprotéomiques comparatives. Dans la première, j'ai comparé le phosphoprotéome de cellules WT et de cellules déficientes en PHOT (Δphot) acclimatées à une lumière faible ou forte. La seconde analyse phosphoprotéomique a permis de comparer le phosphoprotéome de cellules de type sauvage (WT) et Δphot acclimatées à l'obscurité et exposées brièvement à la lumière bleue, afin d'élucider les événements de phosphorylation PHOT-dépendants précoces.
Je présente également l'implication d'une protéine kinase sérine/thréonine régulée par PHOT, ci-après FLKIN, dans le contrôle de l'accumulation de LHCSR3 et du mécanisme de concentration du carbone (CCM). Le mutant dépourvu de FLKIN induit les transcrits des protéines impliquées dans le CCM à des niveaux plus élevés que le WT. De plus, la souche Δflkin présente un défaut de croissance en milieu autotrophe, ainsi qu'une taille de cellule plus importante et une teneur en chlorophylle plus élevée. Δflkin a également une capacité photosynthétique supérieure à celle de la souche WT dans toutes les conditions de croissance.
Enfin, j'ai révélé l'implication de PHOT dans la réponse aux protéines non repliées du chloroplaste (cpUPR) en réponse au stress protéotoxique.

Jury :
Rapporteure : Elena Monte
Rapporteur : Matteo Ballottari
Examinatrice : Christel Carles
Examinateur : Norbert Rolland
Examinateur : Pierre Crozet
Directeur de thèse : Dimitris Petroutsos

Mots clés :
Photoréception, signalisation de la lumière, photosynthèse, Phototropine