PtSeipin: un pont entre biogenèse et dégradation des gouttelettes lipidiques chez la diatomée Phaeodactylum tricornutum // PtSeipin: a bridge between lipid droplets biogenesis and degradation in the diatom Phaeodactylum tricornutum

Les microalgues regroupent un ensemble de microorganismes photosynthétiques très divers. En réponse à des stress biotiques et abiotiques (carences nutritionnelles, variations de l'intensité lumineuse ou de la température), de nombreuses espèces de microalgues, parmi lesquelles la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum (Pt) à laquelle nous nous intéressons, produisent des gouttelettes lipidiques (Lipid droplets : LDs). Ces LDs sont composées d'un cœur hydrophobe, principalement des triacylglycérols (TAG), ou huile, entouré par une monocouche de lipides et des protéines. Ces LDs servent principalement à stocker l'énergie excédentaire produite par la photosynthèse, et à protéger la cellule, notamment contre les stress oxydants, en stockant des pigments hydrophobes. Lorsque les conditions s'améliorent et que la croissance reprend, les lipides stockés dans les LDs sont une source d'énergie, mais aussi de précurseurs pour former des membranes. Au-delà de l'intérêt fondamental pour comprendre l'adaptation des microalgues à leur environnement, l'accumulation d'huile par les microalgues présente des intérêts applicatifs, notamment pour la production de biocarburants.
Afin d'investiguer les mécanismes de formation des LDs, nous nous sommes intéressés à la protéine Seipin, un acteur conservé de cette biogenèse. Nous avons montré que les knock-out (KO) de PtSeipin présentent une forte augmentation de l'accumulation des TAG, sans altération de la croissance cellulaire. Ces résultats présentent une avancée significative pour la production de biocarburants et ont fait l'objet d'un brevet et d'une publication. Par la suite, nous nous sommes intéressés aux mécanismes conduisant à l'accumulation des TAGs dans les KOs de PtSeipin, et nous avons montré que ces mutants n'étaient plus capables de dégrader les LDs (Carletti et al., en préparation). Nos résultats suggèrent donc que les LDs sont « programmées » pour être dégradées dès leur biogenèse. Cependant, les mécanismes de dégradation des LDs chez les microalgues en général, et chez les diatomées en particulier, sont très peu connus. L'objectif de présent projet de thèse est donc d'apporter de nouvelles connaissances sur ces mécanismes de dégradation des LDs, et d'investiguer les liens entre biogenèse et dégradation, en utilisant Ptseipin comme acteur central. Le projet comporte trois axes. Le premier porte sur la recherche des interactions entre PtSeipin et des protéines impliquées dans la dégradation, en utilisant une approche protéine-candidate et une approche sans a priori. Le deuxième axe vise à investiguer de façon plus générale la ou les voie(s) de dégradation utilisée(s) par Pt et celle(s) qui est/sont perturbées dans les KO de PtSeipin. Enfin, le troisième axe vise à comprendre l'utilisation des TAG en récupération post-stress.
Les résultats du projet nous permettront d'acquérir des connaissances fondamentales sur la dégradation des gouttelettes lipidiques chez les diatomées et sur les liens entre biogenèse et dégradation des LDs, un projet plus large étant ensuite envisagé pour étendre ces connaissances à d'autres groupes de microalgues. Ces résultats permettront également d'identifier de nouvelles cibles pour améliorer la production d'huile dans les microalgues en vue d'applications comme les biocarburants.
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Microalgae comprise a highly diverse group of photosynthetic microorganisms. In response to biotic and abiotic stresses (nutrient deprivation, variations in light intensity or temperature), many microalgal species—including the model diatom Phaeodactylum tricornutum (Pt), which is the focus of our work—produce lipid droplets (LDs). LDs are composed by a hydrophobic core, mainly composed of triacylglycerols (TAGs), or oils, surrounded by a lipid monolayer and proteins. These LDs primarily serve to store excess energy produced by photosynthesis and to protect the cell, notably against oxidative stress, by sequestering hydrophobic pigments. When conditions improve and growth resumes, the lipids stored in LDs provide a source of energy as well as precursors for membrane biosynthesis. Beyond the fundamental interest in understanding how microalgae adapt to their environment, oil accumulation in microalgae also has applied significance, particularly for biofuel production.
To investigate the mechanisms underlying LD formation, we focused on the protein Seipin, a conserved key player in LD biogenesis. We showed that PtSeipin knock-out (KO) mutants display a strong increase in TAG accumulation without any alteration in cell growth. These results represent a significant advance for biofuel production and have led to a patent and a publication. We subsequently investigated the mechanisms leading to TAG accumulation in PtSeipin KOs and demonstrated that these mutants are no longer able to degrade LDs (Carletti et al., in preparation). Our results therefore suggest that LDs are “programmed” for degradation from the moment of their biogenesis. However, the mechanisms of LD degradation in microalgae in general, and in diatoms in particular, remain largely unknown. The objective of this PhD project is thus to provide new insights into LD degradation mechanisms and to investigate the links between biogenesis and degradation, using PtSeipin as a central actor.
The project is structured around three main axes. The first focuses on identifying interactions between PtSeipin and proteins involved in LD degradation, using both a candidate-protein approach and an unbiased approach. The second axis aims to more broadly investigate the degradation pathway(s) used by P. tricornutum and those that are disrupted in PtSeipin KO mutants. Finally, the third axis seeks to understand TAG utilization during post-stress recovery.
The results of this project will provide fundamental knowledge on lipid droplet degradation in diatoms and on the links between LD biogenesis and degradation. In the longer term, a broader project is envisioned to extend these findings to other groups of microalgae. These results will also help identify new targets to improve oil production in microalgae for applications such as biofuels.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour contrat doctoral

Université Grenoble Alpes

218 CSV- Chimie et Sciences du Vivant

Nous recherchons un.e étudiant.e motivé.e et curieux.se, intéressé.e par la recherche fondamentale avec un intérêt applicatif potentiel et désireux.se d'apprendre des techniques variées avec l'appui d'expert.e.s. Une expérience en biologie moléculaire ou biochimie est demandée. Une expérience en culture cellulaire et biologie cellulaire serait un plus. Le concours de l'école doctorale étant très sélectif, l'étudiant.e devra également avoir un très bon dossier universitaire.
We are looking for a motivated and curious student, interested in basic research with application potential and willing to learn a variety of techniques with the help of experts. Background/experience in at least one of the following is desired: molecular biology, biochemistry. An experience in cell culture and cell biology would be appreciated. As the competition of the doctoral school is very selective, a very good record at university is mandatory.