Les plateformes de traduction à la surface des organites – POLYGLOT

- Identifier les ARNm cytosoliques associés aux organites, et les mécanismes d'adressage de ces ARNm
- Caractériser les plateformes de traduction à la surface mitochondriale ou chloroplastique
- Explorer les fonctions et les régulations de l'adressage des ARNm et de leur traduction à la surface des organites

Afin de caractériser les ribosomes cytosoliques associés à la surface mitochondriale, nous avons utilisé une lignée d'Arabidopsis exprimant une protéine ribosomale étiquetée (Tag-Rib). Des extraits protéiques totaux et mitochondriauxs ont été préparés à partir de plantes sauvage ou Tag-Rib, immunoprécipitées avec des billes anti-Tag, et les protéines enrichies ont été identifiées par spectrométrie de masse. Environ 70 protéines ont été retrouvées enrichies en IP avec des mitochondries de plantes Tag-Rib. L'une des protéines les plus enrichies présente des orthologues chez les mammifères, la drosophile, la levure, les protozoaires, et est connue pour son impact sur les mitochondries. La co-IP reverse a confirmé l'interaction de cette protéine avec les ribosomes cytosoliques à la surface des mitochondries.

Cette protéine associée aux ribosomes à la surface mitochondriale pourrait être un facteur trans ubiquitaire impliqué dans l'adressage ou la traduction des ARNm à la surface mitochondriale chez tous les eucaryotes. Déterminer sa fonction exacte et son mécanisme d'action est devenu un axe majeur de recherche dans le projet.

Dans revue internationale à comité de lecture:
Arabidopsis Voltage-Dependent Anion channels (VDACs): overlapping and specific functions in mitochondria, Hemono et al, Cells (2020) 9, 1023

Le trafic intracellulaire d’ARNm et la régulation spatiale de la traduction sont des mécanismes essentiels pour l’expression des gènes. Pendant des années, la synthèse des protéines a été considérée comme étant cytosolique ou réalisée à la surface du réticulum endoplasmique (ER). Cependant des ARNm et des ribosomes ont également été mis en évidence à la surface des mitochondries, que ce soit chez les champignons, les animaux ou les plantes, ainsi qu'à la surface des chloroplastes. En parallèle, des études récentes ont montré que les ribosomes ont une composition variable et spécialisée, et seraient directement impliqués dans la régulation spatiale et temporelle de la traduction. Ainsi une nouvelle vision de la traduction eucaryote émerge et propose des plateformes de traduction associées à différents compartiments cellulaires comme le cytosol, le RE, les mitochondries ou les chloroplastes. De plus des altérations de l’adressage des messagers et de leur traduction in situ se révèlent dramatiques pour la cellule, et un certain nombre de pathologies humaines y sont d’ailleurs associées. Par exemples les protéines Parkin et PINK1, associées à certaines formes familiales de la maladie de Parkinson, contrôlent la traduction de protéines à la surface des mitochondries. Nous avons également montré chez les plantes que la modification de la localisation de l’ARNm de VDAC, une protéine de la membrane externe mitochondriale impliquée dans l’apoptose, affecte la biogenèse mitochondriale.
Il est donc nécessaire de réévaluer l’organisation spatiale de la traduction des ARNm dans la cellule eucaryote. A ce jour, les différentes plateformes de traduction ne sont que très peu caractérisées, tant chez la levure, l’homme ou les plantes, et l'utilisation de différents modèles apparait essentielle pour bâtir un socle de connaissances fondamentales. Nous proposons d’utiliser le modèle végétal pour analyser les machineries traductionnelles associées aux mitochondries et aux chloroplastes. Les plantes représentent en effet un modèle unique pour caractériser les plateformes de traduction à la surface de deux organites endosymbiotiques.
Nos objectifs sont : (i) d’identifier les ARNm cytosoliques associés aux mitochondries et aux chloroplastes, et les mécanismes permettant leur adressage, (ii) de caractériser les plateformes de traduction associées à ces deux organites et (iii) d’explorer les fonctions et régulations de l’adressage des messagers et de leur traduction.
Pour mener à bien ce projet, le consortium est composé de deux partenaires de renommée internationale, complémentaires par leur expertise scientifique et technique, à l’Institut de biologie moléculaire des plantes (P1) à Strasbourg, et au Laboratoire de physiologie cellulaire et végétale (P2) à Grenoble. Les résultats déjà obtenus par P1 et P2 suggèrent que les objectifs sont globalement réalisables, garantissant le succès du projet. En effet des données de RNA-Seq ont déjà déterminé un ensemble d'ARNm spécifiquement associés à la surface des mitochondries, et des approches protéomiques ont identifié des protéines du ribosome cytosolique à la surface des mitochondries et des chloroplastes. De plus des séquences en 5' et 3' UTR des ARNm ont été démontrées comme impliquées dans l'adressage des ARNm à la surface des mitochondries. Enfin un certain nombre d'outils qui seront utilisés dans le cadre de ce projet ont déjà été mis au point par les deux partenaires.
Comprendre la régulation spatiale de la traduction et les spécificités des ribosomes associés aux différents compartiments est une question fondamentale, en particulier si on considère l'impact dramatique d'une localisation anormale d’un ARNm et de sa traduction sur la vie de la cellule. De plus ce projet, en permettant l’identification de séquences impliquées dans les mouvements d’ARNm vers les chloroplastes et les mitochondries, permettra de nouvelles approches pour manipuler le contenu en ARN et en protéines des organites.