Identification et rôles des partenaires de la voie de transamidation de la mitochondrie de Saccharomyces cerevisiae dans l'adaptation à la respiration

par Mathieu Fréchin

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Hubert Becker et de Daniel Kern.

Soutenue en 2010

à Strasbourg .


  • Résumé

    La formation du glutaminyl (Q)-tRNAQ cytoplasmique (c) permettant l’insertion de Q dans les protéines lors de la traduction ribosomale se fait généralement par aminoacylation directe de l’ARNt par une Q-ARNt synthétase (QRS). Cependant les mécanismes de synthèse du QtRNAQ mitochondrial (m) requis pour le bon fonctionnement de la machinerie traductionnelle organellaire ne sont toujours pas bien caractérisés. En effet, aucune mQRS n’a été retrouvée dans les génomes eucaryotiques séquencés jusqu’à ce jour. Ainsi, il est impossible de prédire quelle voie génère cet aminoacyl (aa)-ARNt dans un eucaryote donné. Les eucaryotes ont à priori deux possibilités pour générer du Q-mtRNAQ: soit utiliser la voie directe via l’import de cQRS, ou alors utiliser une voie ARNt-dépendante de transamidation, ce qui requiert dans ce cas la présence d’une ERS non discriminante (nd) et d’une amidotransférase ARNt-dépendante (AdT) dans la mitochondrie. Nous avons montré que la protéine Pet112 fait partie d’une amidotransférase, mais également que la ndERS essentielle à la voie est l’ERS du cytoplasme qui est capable de se relocaliser dans la mitochondrie. La double localisation de la nd-cERS est contrôlée par Arc1p, son partenaire cytoplasmique. Ces résultats représentent une avancée intéressante dans le domaine de l’aminoacylation et de l’import mitochondrial. En effet nous décrivons une nouvelle stratégie : l’utilisation d’une plateforme d’ancrage cytoplasmique afin de réguler la capacité de double-localisation d’un seul et même produit traductionnel, suggérant que toute protéine dans un complexe pourrait être capable d’atteindre d’autres compartiments une fois relâchées. Nous avons alors montré que la transcription d’ARC1 est contrôlée par la voie de signalisation Snf1/4 qui induit la diminution de la quantité d’Arc1p lors de l’adaptation à la respiration. Cependant ses deux partenaires, la cERS et la cMRS, restent exprimées de manière stable ce qui induit une augmentation de la quantité de leur forme libre. Les cMRS et cERS libres sont alors capables d’être importées dans le noyau et la mitochondrie respectivement, dans le but de synchroniser l’expression des partenaires de la chaîne respiratoire (RC). En effet, les partenaires de la RC sont encodés de manière séparée dans le noyau et la mitochondrie, la cMRS promeut la transcription d’une partie des gènes de la RC qui sont encodés dans le noyau, alors que la cERS augmente le taux de traduction des partenaires de la RC produits dans la mitochondrie. En prouvant qu’Arc1p est un relai essentiel pour la voie Snf1/4 et l’adaptation à la respiration, nous décrivons pour la première fois un mécanisme de synchronisation de la chaine respiratoire. C’est ce concept qui semble être le point le plus important de mon travail, nous montrons les avantages que représente l’utilisation d’un complexe protéique en tant qu’élément synchroniseur de l’expression de gènes présents dans différents compartiments. Nous pouvons en effet penser que ce mécanisme est utilisé pour beaucoup d’autres fonctions où la synchronisation des différents acteurs est essentielle.

  • Titre traduit

    Role of the mitochondrial tRNA-dependent transamidation pathway in the respiration adaptation of Saccharomyces cerevisiae


  • Résumé

    The formation of cytoplasmic (c) glutaminyl (Q)-tRNAQ allowing insertion of Q into proteins during ribosome-mediated translation proceeds via direct tRNA aminoacylation by a specific Q-tRNA synthetase (QRS). However, the synthesis of mitochondrial (m) Q-tRNAQ required for the specific organellar translation system is still matter of debate. In fact, no mQRS can be found in any eukaryotic genomes sequenced so far. Thus, it is almost impossible to predict which pathway, direct or indirect, generates this organellar aminoacyl (aa)-tRNA species in a given eukaryote. Eukaryotes have, a priori, two possibilities to generate a Q-mtRNAQ: either they use the direct pathway via the import the cQRS or they use an indirect tRNA-dependent transamidation pathway which implies the presence of a non discriminating (nd) ERS and of a tRNA-dependent amidotransferase (AdT) in the organelle. We have shown that Pet112 is a part of a yeast mitochondrial amidotransferase, but also that the necessary ndERS is the cytoplasmic form of ERS (nd-cERS) which is able to be localized both in the cytoplasm and the mitochondrion. The dual localization of the nd-cERS is controlled by Arc1p, the cytoplasmic partner of the nd-cERS. This project represents an important breakthrough in the fields of aminoacylation and mitochondrial import. We describe a new strategy: the use of a cytosolic anchoring platform, for the dual localization of a single translational product, suggesting that any protein in a complex, even if well characterized in a specific subcellular compartment, might be able to reach other compartments upon release from the complex. We then show that ARC1 transcription is controlled by the Snf1/4 pathway that decreases Arc1p upon adaptation to respiration. However, its two partners, cERS and cMRS, stay stably expressed leading to an increase of the free cMRS and cERS pools. These released forms are then imported in the nucleus and the mitochondria respectively, in order to synchronize expression of respiratory chain (RC) partners. RC partners are encoded in a split manner in the nucleus and the mitochondrion, cMRS promotes transcription of a subset of the RC genes encoded by the nucleus, whereas cERS increase the translation rate of mitochondrial-encoded partners of the RC. By proving that Arc1p is an essential relay for the Snf1/4 pathway we propose for the first time a mechanism explaining how synchronization of the RC gene expression is achieved. This represents the most important conceptual change we made, in which we show the advantages of the dynamic control of a protein complex as a strategy to synchronize gene expression of genomes located in different compartments.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (234 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 204-234

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Danièle Huet-Weiller.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2010;0744
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