LRSV

Partenaires

Logo tutelle
Universite Paul Sabatier
CNRS


Rechercher

Sur ce site

Sur le Web du CNRS


Accueil du site > Equipes de recherche > Signalisation calcique > Thèmes de recherche > Imagerie calcique

Imagerie calcique

Contacts : mail to Christian MAZARS, mail to Patrice THULEAU

D’une manière générale, les cellules végétales répondent aux différents stimuli par une variation du taux de calcium dans le cytosol, longtemps considéré (à tort) comme le seul compartiment actif dans la cellule en termes de signalisation calcique. Les données récentes de la littérature indiquent que d’autres compartiments cellulaires comme le chloroplaste, la mitochondrie ou le noyau participent aussi à la génération d’une variation calcique spécifique en réponse à un stimulus perçu (Xiong et al. 2006). La compartimentation du signal calcique, en combinatoire avec les autres paramètres tels que la durée, intensité, origine, forme et fréquence des signaux calciques, permet de définir le concept de signature calcique qui attribue à un stimulus donné une variation calcique spécifique (McAinsh & Pittman 2009).

L’équipe s’est dotée d’un outil lui permettant de suivre en temps réel les variations calciques dans les compartiments cytosolique et nucléaire, en utilisant une sonde calcique naturelle issue de la méduse appelée aequorine et dont le fonctionnement est schématisé ci-dessous :

PNG - 149.9 ko
Figure 1.
Principe de fonctionnement de la sonde calcique aequorine

L’apo-aequorine est capable en présence du chromophore coelenterazine de lier 3 ions calcium. Cette liaison va entrainer un changement conformationnel entrainant une oxydation intramoléculaire et conduisant à l’émission de lumière dans le bleu (468nm) proportionnelle à la concentration en calcium et détectable avec le photomultiplicateur d’un luminomètre ou d’une caméra intensifiée.

En utilisant cette approche le groupe a pu mettre en évidence :

  • la contribution du noyau à la définition d’une signature calcique cellulaire
  • l’autonomie, du noyau en matière de perception de signaux externes et de signalisation calcique
  • la possibilité que le noyau contrôle indépendamment, ou en concertation avec le cytosol, la mise en place des réponses impliquant le calcium

Les pistes de recherche qui sont maintenant explorées dans le groupe visent à développer en collaboration des approches expérimentales et techniques d’imagerie bas niveaux de lumière visant à visualiser en temps réel les variations calciques au niveau de la plante entière ou d’un organe en réponse à divers stimuli. Il s’agit d’exploiter au mieux la grande dynamique de réponse de l’aequorine avec l’objectif d’atteindre une résolution cellule unique.

A titre d’exemple, la vidéo ci-dessous montre des pics calciques nucléaires dans des racines de plantules d’Arabidopsis exprimant l’aequorine dans le noyau et élicitées par 500µg/mL de chitosan.

GIF - 8.2 Mo
Nuclear calcium in Arabidopsis roots

Nous explorons aussi les possibilités offertes par la nouvelle sonde G5A basée sur le BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfert) dont le principe de fonctionnement est illustré ci-dessous et qui présente un rapport signal/bruit 3 à 5 fois plus élevé que celui de l’aequorine (Xiong et al. 2014).

PNG - 207 ko

A titre d’illustration, la vidéo ci-dessous montre la lumière émise par une plante d’Arabidopis de 4 semaines exprimant de manière constitutive la sonde G5A en réponse à un stimulus salin. La vidéo montre clairement des vagues calciques cheminant à des vitesses différentes suivant les organes de la plante considérée (Xiong et al. 2014).

GIF - 17.8 Mo
Cytosolic calcium waves in Arabidopsis leaves

Collaborations :

Barker D. , De Carvalho-Niebel F. : http://www6.toulouse.inra.fr/lipm_e...

Le Ru A. : http://www.fraib.fr/Ressources-tech...

Mithöfer A. : http://www.ice.mpg.de/ext/bioorgani...

Xiong T.C. : http://www1.montpellier.inra.fr/ibi...

Bibliographie afférente externe :

McAinsh MR, Pittman JK. (2009) Shaping the calcium signature. New Phytol. 181(2):275-94.

Alonso MT and Garcia-Sancho J. (2011) Nuclear Ca2+Signalling. Cell Calcium 49:280-289

Bibliographie afférente interne :

Xiong TC, Ronzier E, Sanchez F, Corratgé-Faillie C, Mazars C, Thibaud JB.(2014). Imaging long distance propagating calcium signals in intact plant leaves with the BRET-based GFP-aequorin reporter. Front Plant Sci.5:43.

Thuleau P, Brière C, Mazars C.(2012). Recent advances in plant cell nuclear signaling. Mol Plant. 5:968-70.

Ranty B, Cotelle V, Galaud JP, Mazars C.(2012) Nuclear calcium signaling and its involvement in transcriptional regulation in plants. Adv Exp Med Biol. 740:1123-43

Amelot N, Carrouche A, Danoun S, Bourque S, Haiech J, Pugin A, Ranjeva R, Grima-Pettenati J, Mazars C, Briere C.(2011). Cryptogein, a fungal elicitor, remodels the phenylpropanoid metabolism of tobacco cell suspension cultures in a calcium-dependent manner. Plant Cell Environ. 1:149-61.

Mazars C, Brière C, Bourque S, Thuleau P.(2011). Nuclear calcium signaling : an emerging topic in plants. Biochimie. 12:2068-74

Lachaud C, Da Silva D, Cotelle V, Thuleau P, Xiong TC, Jauneau A, Brière C, Graziana A, Bellec Y, Faure JD, Ranjeva R, Mazars C. (2010).Nuclear calcium controls the apoptotic-like cell death induced by d-erythro-sphinganine in tobacco cells. Cell Calcium. 1:92-100.

Mazars C, Thuleau P, Lamotte O, Bourque S.(2010). Cross-talk between ROS and calcium in regulation of nuclear activities. Mol Plant. 4:706-18.

Dagher R, Brière C, Fève M, Zeniou M, Pigault C, Mazars C, Chneiweiss H, Ranjeva R, Kilhoffer MC, Haiech J.(2009). Calcium fingerprints induced by calmodulin interactors in eukaryotic cells. Biochim Biophys Acta. 6:1068-77.

Mazars C, Bourque S, Mithöfer A, Pugin A, Ranjeva R. (2009) Calcium homeostasis in plant cell nuclei. New Phytol. 2:261-74.

Mithöfer A, Mazars C, Maffei ME.(2009) Probing Spatio-temporal Intracellular Calcium Variations in Plants. Methods Mol Biol 479:79-92.

Poutrain P, Mazars C, Thiersault M, Rideau M, Pichon O.(2009). Two distinct intracellular Ca2+-release components act in opposite ways in the regulation of the auxin-dependent MIA biosynthesis in Catharanthus roseus cells. J Exp Bot. 4:1387-98

Vadassery J, Ranf S, Drzewiecki C, Mithöfer A, Mazars C, Scheel D, Lee J, Oelmüller R. (2009). A cell wall extract from the endophytic fungus Piriformospora indica promotes growth of Arabidopsis seedlings and induces intracellular calcium elevation in roots. Plant J. 2:193-206.

Xiong TC, Coursol S, Grat S, Ranjeva R, Mazars C.(2008) Sphingolipid metabolites selectively elicit increases in nuclear calcium concentration in cell suspension cultures and in isolated nuclei of tobacco. Cell Calcium. 2008 1:29-37.

Parre E, Ghars MA, Leprince AS, Thiery L, Lefebvre D, Bordenave M, Richard L, Mazars C, Abdelly C, Savouré A.(2007). Calcium signaling via phospholipase C is essential for proline accumulation upon ionic but not nonionic hyperosmotic stresses in Arabidopsis. Plant Physiol. 144 (1):503-12.

Walter A, Mazars C, Maitrejean M, Hopke J, Ranjeva R, Boland W, Mithöfer A.(2007) Structural requirements of jasmonates and synthetic analogues as inducers of Ca2+ signals in the nucleus and the cytosol of plant cells. Angew Chem Int Ed Engl. 25:4783-5

Xiong TC, Bourque S, Lecourieux D, Amelot N, Grat S, Brière C, Mazars C, Pugin A, Ranjeva R. (2006) Calcium signaling in plant cell organelles delimited by a double membrane. Biochim Biophys Acta. 1763(11):1209-15 Brière C, Xiong TC, Mazars C, Ranjeva R.(2006). Autonomous regulation of free Ca2+ concentrations in isolated plant cell nuclei : a mathematical analysis. Cell Calcium. 2006 39(4):293-303

Xiong TC, Jauneau A, Ranjeva R, Mazars C.(2004). Isolated plant nuclei as mechanical and thermal sensors involved in calcium signalling. Plant J. 40(1):12-21

Mithöfer A, Mazars C.(2002). Aequorin-based measurements of intracellular Ca2+-signatures in plant cells. Biol Proced Online. 4:105-118

Lecourieux D, Mazars C, Pauly N, Ranjeva R, Pugin A. (2002). Analysis and effects of cytosolic free calcium increases in response to elicitors in Nicotiana plumbaginifolia cells. Plant Cell. 2002 14(10):2627-41

Pauly N, Knight MR, Thuleau P, Graziana A, Muto S, Ranjeva R, Mazars C.(2001). The nucleus together with the cytosol generates patterns of specific cellular calcium signatures in tobacco suspension culture cells. Cell Calcium. 30(6):413-21.

Pauly N, Knight MR, Thuleau P, van der Luit AH, Moreau M, Trewavas AJ, Ranjeva R, Mazars C. Control of free calcium in plant cell nuclei.(2000) Nature. 405(6788):754-5.

Xiong TC, Ronzier E, Sanchez F, Corratgé-Faillie C, Mazars C, Thibaud JB.(2014) Imaging long distance propagating calcium signals in intact plant leaves with the BRET-based GFP-aequorin reporter. Front Plant Sci.5:43.