Analyse structurale du complexe transcriptionnel plastidial et étude des régulations fonctionnelles croisées plaste-noyau lors de la mise en place de la photosynthèse chez les angiospermes – PEPPAPnetworks

L'assemblage de l'appareil photosynthétique (PS) dans les plastes nécessite la transcription spécifique des gènes du plaste associés à la photosynthèse (PhAPGs) et des gènes nucléaires associés à la photosynthèse (PhANGs). Chez les angiospermes, la perception de la lumière induit la conversion des plastes en chloroplastes avec une forte coordination de la transcription des PhAPGs et des PhANGs impliquant des signaux antérogrades du noyau vers les plastes, des signaux rétrogrades des plastes vers le noyau, tous deux participant au trafic de protéines entre les organites. Les signaux redox jouent aussi un rôle essentiel dans la mise en place du PS.
Bien que le génome du plaste soit très petit, il reste essentiel au développement autotrophe des plantes. Son expression nécessite une machinerie de transcription complexe de type eucaryote et procaryote. Dans les plastes, les PhAPGs (gènes de type I tels que rbcl, psaA et psbA) sont transcrits par l'ARN-polymérase plastidiale (PEP), une machinerie de structure 3D inconnue. Le coeur catalytique de la PEP est constitué de quatre sous-unités procaryotes codées par les plastes. Lors du développement du chloroplaste induit par la lumière, chez les angiospermes, ce coeur catalytique est complété de 12 sous-unités codées par le génome nucléaire appelées protéines associées à la PEP (PAPs) et importées dans les plastes. Ces PAPs aux diverses fonctions sont co-exprimées à la manière d’un régulon dans les cellules du mésophylle exposées à la lumière. La PEP est donc un complexe multiprotéique associant des sous-unités codées par les plastes et d’autres par le noyau. Cependant toutes ces sous-unités sont indissociablement indispensables pour transcrire les PhAPGs. De manière encore inexpliquée, l’expression des PAPs à l'obscurité est spécifique des cellules épidermiques du cotylédon; alors que la transcription dans les cellules du mésophylle est dépendante de la voie du phytochrome. Bien que l'expression des PAPs puisse être régulée par des facteurs skotomorphogénétiques et photomorphogénétiques (PIF versus HY5), l’expression différentielle jour/nuit est encore peu connue. De plus, au moins quatre PAPs présentent un signal de localisation nucléaire fonctionnel et sont doublement localisées dans le noyau et le chloroplaste soulevant l’hypothèse que des sous-complexes nucléaires permettraient de coordonner transcriptions plastidiale et nucléaire. L’étude de leur domaines protéiques suggère que la fonction des PAPs nucléaires peut être directement liée (i) au métabolisme des acides nucléiques, (ii) à l'expression des gènes et (iii) à la régulation de l'état de la chromatine. Les PAPs doublement localisées pourraient donc transporter des signaux et des fonctions vers le noyau pour réguler la transcription des PhANGs en interagissant avec les protéines nucléaires impliquées dans le contrôle de la transcription nucléaire. À ce jour, le trafic des PAPs du chloroplaste vers le noyau, les compositions des complexes nucléaires contenant des PAPs ainsi que leur rôle dans les fonctions nucléaires sont peu connus. De même, le rôle précis de toutes les PAPs dans la PEP ainsi que les structures 3D de la PEP sont peu documentés. Pour comprendre les fonctions des PAPs dans les deux organites, nous voulons caractériser :
- le contrôle de la transcription nucléaire par les PAPs bilocalisées,
- le rôle des PAPs et d'autres protéines dans la régulation de l’activité de la PEP dans le chloroplaste,
- les structures 3D de la PEP à la résolution atomique.
La transcription plastidiale apparaît comme un point chaud d’évolution de la lignée verte en lien avec l'adaptation à son environnement. Elle est donc une cible importante dans le cadre de recherches appliquées à l'agriculture pour le contrôle de la croissance des plantes (herbicides spécifiques…). Dans le cadre de ce projet, la biologie des chloroplastes, notamment sa biogenèse et son maintien dans la cellule photosynthétique, suscite des intérêts applicatifs majeur