image: These are Arabidopsis thaliana plants used in this study. On the left is a plant under normal growth conditions, while on the right is a plant treated with doxycycline, which has significantly stunted its growth but is protected against aging as evidenced by its fresher appearance. view more
Credit: J. Auwerx/EPFL
Les mitochondries sont des organites cellulaires qui jouent un rôle central dans le maintien de la santé de la cellule, dite aussi homéostasie. L'une des manières de fonctionner des mitochondries consiste à récolter de l'énergie par phosphorylation oxydative, dans laquelle diverses enzymes de la mitochondrie relâchent de l'énergie pour produire la molécule ATP, la «monnaie énergétique» de la cellule, qui peut être utilisée dans d'autres processus. C'est pourquoi les mitochondries sont souvent décrites comme la «centrale électrique» de la cellule.
La plupart des protéines mitochondriales sont encodées par l'ADN dans le noyau de la cellule. Toutefois, les mitochondries contiennent aussi un peu de leur propre ADN, qui encode également certaines de leurs protéines. En raison de cette double origine, les mitochondries sont sujettes au stress protéotoxique: il s'agit de différents facteurs qui endommagent la production, le repliement et la structure 3D des protéines mitochondriales, affectant ainsi leur fonction.
Les mitochondries maintiennent la santé de leurs protéines (ou «protéostasie») au travers d'un réseau complexe de contrôle de qualité de protéines chaperons et d'enzymes protéases. Un exemple en est la réponse protéine dépliée mitochondriale (UPRmt), qui décrit une séquence d'actions de réparation déclenchées lorsqu'une protéine mitochondriale est dépliée ou mal pliée, et que les protéines chaperons sont incapable de la prendre en charge.
L' UPRmt, pour l'essentiel, synchronise un certain nombre d'actions mitochondriales et nucléaires pour assurer la protéostasie mitochondriale, et on sait qu'elle joue un rôle dans le métabolisme et le vieillissement des cellules des mammifères. Toutefois, les scientifiques ne savaient pas qu'elle existait aussi chez les plantes.
Johan Auwerx et le post-doctorant Xu Wang, du laboratoire d'Auwerx à l'EPFL, viennent de publier une étude montrant pour la première fois que l' UPRmt se produit aussi chez les plantes en réponse à un stress protéotoxique. Les scientifiques ont étudié une petite plante eurasienne, Arabidopsis thaliana, utilisée depuis le début du XXe siècle comme organisme modèle pour étudier la génétique, l'évolution et le développement des plantes.
Les chercheurs ont utilisé de la doxycycline, un antibiotique qui bloque la traduction des gènes dans les mitochondries, pour induire un stress protéotoxique dans les mitochondries de la plante. Ils ont ainsi découvert qu'elle activait une UPRmt spécifique aux plantes et retardait la croissance des cellules des plantes ainsi que leur vieillissement biologique (sénescence). Cela correspondait à de précédentes études montrant que UPRmt accroît la durée de vie de vers (C. Elegans) et de mouches (Drosophila melanogaster).
En recherchant les signaux biologiques sous-jacents à la communication mito-nucléaire dans l'UPRmt, les chercheurs ont trouvé une réponse hormonale systémique dans les cellules de la plante. Les hormones de la plante (phytohormones) activent un signal du noyau à la mitochondrie pour réparer le stress.
«Nous avons découvert que la signalisation par les hormones des plantes est un médiateur essentiel, qui régule la protéostasie mitochondriale dans les plantes», dit Johan Auwerx. «De plus, nos données non seulement soulignent la nature universelle d'éléments-clés des canaux de signalisation du stress mitochondrial, comme l'UPRmt conservée, mais indique aussi des effecteurs spécifiques et des circuits transcriptionnels qui divergent entre les règnes des plantes et des animaux».
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Financement
- EPFL
Référence
Wang X, Auwerx J. Systems phytohormone responses to mitochondrial proteotoxic stress. Molecular Cell 02 November 2017. DOI: XXXXXXXXXXXXXX
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41-2- 69-30951, 41-21-69-39522
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Journal
Molecular Cell