Architecture du système traductionnel mitochondrial d'algues en lien avec la maturation des ARNm – ARAMIS

Il y a environ deux milliards d'années, l'acquisition de la mitochondrie, un organite endosymbiotique pourvu d’une double membrane, a considérablement influencé l'évolution des cellules eucaryotes. Les mitochondries sont au cœur de la bioénergétique des eucaryotes, avec leur fonction principale dans la production d'ATP par phosphorylation oxydative et leurs rôles importants dans des processus fondamentaux tels que l'apoptose, le vieillissement ou le développement.

Depuis l’intégration de la bactérie endosymbiotique dans une cellule proto-eucaryote ancestrale, les mitochondries ont considérablement évolué. Ces organites combinent désormais des traits bactériens hérités de leur ancêtre procaryote avec des caractéristiques distinctives qui sont apparues au cours de l'histoire des eucaryotes. L'expression des gènes mitochondriaux dépend de l'expression coordonnée des génomes mitochondrial et nucléaire et, par conséquent, de l'interaction entre des facteurs d’origine procaryote et eucaryote.

Plusieurs résultats récents ont souligné l'extraordinaire diversification des mitochondries. En particulier, des structures à haute résolution de mitoribosomes ont été obtenues pour différents eucaryotes, révélant d'énormes différences structurales avec les ribosomes bactériens et entre eux. Leurs architectures montrent des variations significatives mettant en évidence une diversité inattendue des systèmes de traduction mitochondriaux. La composition et la structure des mitoribosomes des plantes terrestres qui ont été récemment déterminées sont particulièrement remarquables. Dans le prolongement de ces recherches récentes, comprendre la dérive évolutive des mitochondries dans différentes lignées eucaryotes représente un défi fascinant. Des études complémentaires sont donc essentielles pour appréhender pleinement la diversité des processus d'expression du génome mitochondrial dans des lignées eucaryotes encore inexplorées.

Le projet ARAMIS vise à obtenir des informations mécanistiques détaillées sur la maturation des ARNm et le système traductionnel dans un organisme modèle de premier plan, l'algue verte unicellulaire, Chlamydomonas reinhardtii. Son génome mitochondrial possède des caractéristiques remarquables. Tous les ARNm mitochondriaux commencent directement au codon d'initiation AUG et se terminent par des queues riches en Cytidines, une caractéristique que nous avons récemment découverte. Les ARN ribosomaux sont fragmentés et notre caractérisation en cours du mitoribosome de Chlamydomonas, par cryo-microscopie électronique combinée à des études biochimiques et fonctionnelles, révèle plusieurs particularités. Ainsi, nous avons identifié un nouveau petit ARN correspondant à l'ARNr 5S, ainsi qu’une dizaine de nouvelles protéines spécifiques possédant des motifs à répétition hélicoïdale, en particulier des protéines à « octotricopeptide repeat » (OPR).

Ce projet qui repose sur des résultats préliminaires solides est porté par un consortium de quatre partenaires collaborant avec succès depuis plusieurs années. Caractériser la machinerie traductionnelle mitochondriale de l'algue modèle Chlamydomonas et comprendre comment son activité est liée à la maturation des ARNm constitue la question biologique centrale. Une analyse intégrative réalisée aux niveaux biochimique, génétique et structural permettra de déterminer :
- Les facteurs protéiques associés à la maturation des ARNm mitochondriaux.
- La composition, la structure et la fonction du mitoribosome et le rôle des nouvelles protéines OPR.
- Les mécanismes moléculaires associés à l'initiation de la traduction mitochondriale et l’interaction entre ce processus et la maturation des ARNm.
Dans son ensemble, ARAMIS sera déterminant pour mieux appréhender la biologie de l'expression du génome mitochondrial chez les algues. Il contribuera fortement à la compréhension de la diversité et de l'évolution des systèmes d'expression des génomes mitochondriaux chez les eucaryotes.