Equipe Coordination des flux ioniques et signalisation dans les cellules végétales (Influx)

Les transporteurs intracellulaires sont des acteurs clés dans les processus biologiques cellulaires. Leur perturbation entraîne des défauts physiologiques majeurs. On pense généralement que les transporteurs d’ions intracellulaires contrôlent les conditions lumineuses dans les organites ; en revanche, leur action potentielle sur l’homéostasie des ions cytosoliques reste une boîte noire. Le cas d’un canal de chlorure végétal (CLC) est utilisé comme modèle pour découvrir le lien manquant entre la régulation des conditions à l’intérieur de la vacuole et à l’intérieur du cytosol. Le développement d’un procédé original d’imagerie en direct pour mesurer simultanément le pH et la dynamique des anions dans le cytosol révèle l’importance d’un CLC d’Arabidopsis thaliana, AtCLCa, dans l’homéostasie du pH cytosolique. Nos données mettent en évidence une fonction insoupçonnée des transporteurs endo-membranaires dans la régulation du pH cytosolique.

Voir le communiqué du CNRS

Variation du nitrate cytosolique en fonction du NO3 externe

Abstract
Ion transporters are key players of cellular processes. The mechanistic properties of ion transporters have been well elucidated by biophysical methods. Meanwhile, the understanding of their exact functions in cellular homeostasis is limited by the difficulty of monitoring their activity in vivo. The development of biosensors to track subtle changes in intracellular parameters provides invaluable tools to tackle this challenging issue. AtCLCa (Arabidopsis thaliana Chloride Channel A) is a vacuolar NO3/H+ exchanger regulating stomata aperture in A. thaliana. Here, we used a genetically encoded biosensor, ClopHensor, reporting the dynamics of cytosolic anion concentration and pH to monitor the activity of AtCLCa in vivo in Arabidopsis guard cells. We first found that ClopHensor is not only a Cl but also, an NO3 sensor. We were then able to quantify the variations of NO3 and pH in the cytosol. Our data showed that AtCLCa activity modifies cytosolic pH and NO3. In an AtCLCa loss of function mutant, the cytosolic acidification triggered by extracellular NO3 and the recovery of pH upon treatment with fusicoccin (a fungal toxin that activates the plasma membrane proton pump) are impaired, demonstrating that the transport activity of this vacuolar exchanger has a profound impact on cytosolic homeostasis. This opens a perspective on the function of intracellular transporters of the Chloride Channel (CLC) family in eukaryotes: not only controlling the intraorganelle lumen but also, actively modifying cytosolic conditions.

Article
Demes E, Besse L, Cubero-Font P, Satiat-Jeunemaître B, Thomine S, De Angeli A✉ (2020) Dynamic measurement of cytosolic pH and [NO3] uncovers the role of the vacuolar transporter AtCLCa in cytosolic pH homeostasis. P. Natl. Acad. Sci. USA, (in press)