Chemical inhibitors of monogalactosyldiacylglycerol synthases in Arabidopsis thaliana

Abstract

Monogalactosyldiacylglycerol (MGDG) and digalactosyldiacylglycerol (DGDG) are the main lipids in photosynthetic membranes in plant cells. They are synthesized in the envelope surrounding plastids by MGD and DGD galactosyltransferases. These galactolipids are critical for the biogenesis of photosynthetic membranes, and they act as a source of polyunsaturated fatty acids for the whole cell and as phospholipid surrogates in phosphate shortage. Based on a high-throughput chemical screen, we have characterized a new compound, galvestine-1, that inhibits MGDs in vitro by competing with diacylglycerol binding. Consistent effects of galvestine-1 on Arabidopsis thaliana include root uptake, circulation in the xylem and mesophyll, inhibition of MGDs in vivo causing a reduction of MGDG content and impairment of chloroplast development. The effects on pollen germination shed light on the contribution of galactolipids to pollen-tube elongation. The whole-genome transcriptional response of Arabidopsis points to the potential benefits of galvestine-1 as a unique tool to study lipid homeostasis in plants.

Identification par deux criblages simultanés indépendants d’une famille d’inhibiteurs du métabolisme des glycérolipides

“…Il est donc classique de rechercher des composés actifs et spécifiques in vivo à des doses de l'ordre du μM. Lorsque la galvestine-1 est fournie à des doses non létales, les effets à l'échelle de la plante sont cohérents avec une inhibition de l'ensemble des MGD, c'est-à-dire une chute de la synthèse de MGDG in vivo, une baisse de la teneur en MGDG, une diminution du nombre et de la surface des membranes photosynthétiques et, par conséquent, une baisse de la teneur en pigments chlorophylliens [9]. Qu'avons-nous appris de plus que ce que la génétique nous avait déjà enseigné ?…”

“…De nouvelles fonctions de la synthèse de galactolipides ont été observées sur des types cellulaires isolés, par exemple sur la croissance du tube pollinique, système cellulaire dirigeant les gamètes mâles chez la plante. Une étude de l'expression de l'ensemble du génome a pu être réalisée à des doses croissantes de galvestine-1, permettant de pointer des systèmes possibles de compensation au sein du métabolisme des glycérolipides et des systèmes de transports lipidiques, qui n'étaient pas connus [9]. Certains de ces gènes sont aujourd'hui en voie de caractéri-sation au laboratoire.…”

“…Les isoformes de mammifères sont connues pour être impliquées dans des cascades de signalisation induites par l'activation de récepteurs couplés à des protéines G (GPCR) [11] et de récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK) [12]. En aval des GPCR, des GTPases de type ARF (ADP-ribosylating factor) et Rho régulent l'activité des PLD, plus spécifiquement de la PLD1 [13], et contrôlent le [9]. L'halopémide et le VU0285655 inhibent les phospholipases D de mammifères (chez l'humain : PLD1 et PLD2) [19].…”

“…Une première clé pour comprendre qu'il s'agit en effet d'une nouvelle famille de composés actifs est venue de l'étude de la galvestine-1. Cette molécule inhibe MGD1 en provoquant une modification de l'activité enzymatique, classique d'une compétition entre la liaison de la galvestine-1 avec le substrat DAG [9]. On parle alors d'inhibition compétitive.…”

Les criblages phénotypiques ou comment faire d’une pierre deux coups

“…Ces travaux débouchent sur un nombre croissant de publications, démon-trant, si besoin était, leur utilité tant d'un point de vue fondamental que médical. Ainsi, sur les 4 dernières années, une soixantaine de travaux issus de laboratoires français et reposant sur un criblage ont été publiés, pour certains dans des revues à très haut facteur d'impact [28][29][30]. Parallèlement, ces travaux ont fait l'objet d'une vingtaine de brevets.…”