Projet ANR-13-BSV6-0002 – Fe-S traffic : Les échanges cellulaires de centres fer-soufre chez les plantes
Programme : Blanc - SVSE 6 - Génomique, génétique, bioinformatique et biologie systémique (Blanc SVSE 6)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Nicolas ROUHIER (Interactions Arbre-Microorganismes)
Partenaires : Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes; IAM Interactions Arbre-Microorganismes
Montant : 371223.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 36 mois
Résumé : Caractérisation de la maturation des protéines à centre fer-soufre dans les organitesCe travail se focalise sur les protéines des familles NFU et ISCA d’Arabidopsis thaliana impliquées dans les étapes tardives de transfert vers les protéines Fe-S chloroplastiques et mitochondriales.
Rôles et cibles des protéines NFUs et ISCAs lors de transferts de centre Fe-SLa maturation des protéines fer-soufre (Fe-S) requiert la synthèse de novo de centres Fe-S dans des protéines d’échafaudage puis leur transfert vers les apoprotéines cibles. L’objectif de ce projet est de caractériser les mécanismes moléculaires des transferts de centres Fe-S dans les mitochondries et les chloroplastes via les protéines NFU et ISCA en utilisant Arabidopsis thaliana comme modèle. Ces données permettront de comprendre comment une cellule renfermant de l’oxygène maintient l’activité d’enzymes Fe-S pourtant sensibles aux stress oxydatifs.
Analyse fonctionnelle des gènes et protéines NFU et ISCAUne stratégie de génomique fonctionnelle a été mise en place pour la caractérisation de l’ensemble des membres de chaque famille, combinant des approches de génétique et de physiologie (étude de lignées d’extinction d’Arabidopsis thaliana), de biologie cellulaire (étude de la localisation subcellulaire des protéines et des interactions in vivo (en système levure ou in planta)) et de biochimie et biologie structurale (étude des interactions protéine-protéine, caractérisation de la structure tridimensionnelle des protéines seules ou en complexe, recherche de partenaires).
Résumé de la soumission : De nombreux processus cellulaires et voies métaboliques dépendent du fonctionnement de protéines fer-soufre (Fe-S), dont le cofacteur est assemblé par des machineries d’assemblage spécifiques. Pour ne citer que quelques exemples, les protéines Fe-S sont requises pour la photosynthèse, la respiration, l’assimilation de l’azote et du soufre ou la synthèse de co-enzymes mais également, par extension du travail réalisé chez d’autres eucaryotes, pour la réplication et la réparation de l’ADN et la synthèse des ribosomes. Chez les plantes, comme chez les autres organismes, l’incorporation de centres Fe-S dans les protéines nécessite l’assemblage de novo des centres Fe-S sur des protéines d’échafaudage puis le transfert de ces centres préformés aux protéines cibles. Ce transfert est effectué via l’action de protéines chaperonnes et/ou de protéines de transfert. En combinant des approches génétiques, physiologiques, biochimiques et de biologie structurale, l’objectif général de ce projet de recherche est de comprendre précisément les mécanismes moléculaires qui contrôlent cette seconde étape d’échange de centres Fe-S au niveau des machineries chloroplastique et mitochondriale. En effet, alors que la plupart des protéines impliquées dans la biogenèse des centres fer-soufre ont probablement été identifiées, leur rôle exact, notamment celui des protéines participant aux échanges de centres  Fe-S, reste à élucider. Etant donné qu’il existe plusieurs douzaines de protéines Fe-S mais un nombre limité de protéines d’échafaudage, les protéines de transfert pourraient être principalement nécessaires pour la répartition correcte et spécifique des différents types de centres Fe-S aux protéines clientes. Ce projet se focalise sur deux familles de protéines, les protéines Nfu et les protéines de transfert de type A (ATC pour A-type carrier en anglais), qui représentent vraisemblablement, d’après les modèles actuels, les acteurs principaux régulant les échanges de centres Fe-S dans les cellules. Ce programme de recherche, combinant des approches in vitro et in vivo, va permettre d’obtenir des informations précieuses et originales sur le fonctionnement de ces systèmes de biogenèse mais aussi sur les réseaux d’interaction et les mécanismes de régulation permettant de coordonner l’action des différentes protéines dans les cellules.
Résultats : Les différentes expériences en levure et in planta indiquent que les protéines ISCAs interagissent entre elles, a priori sous forme d’hétéro-complexes ISCA2-4 et ISCA3-4. De plus nous avons identifié une interaction physique avec les protéines NFUs mitochondriales, un résultat qui n’est pas décrit dans la littérature. Au contraire des observations faites chez la levure ou les mammifères, l’étude des mutants indique que les protéines de transfert NFUs et ISCAs sont essentielles chez les végétaux.
Perspectives : La compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires contrôlant globalement le métabolisme du fer et plus précisément la maturation des protéines Fe-S est un pré-requis pour pouvoir développer une stratégie palliant des situations de carence ou d’excès de fer pour les plantes. De nombreuses maladies humaines ont pour origine le dysfonctionnement de protéines Fe-S et ces mécanismes semblent conservés entre organismes. En comprenant l’origine moléculaire de ces défauts, les résultats obtenus pourraient donc permettre de trouver des moyens de lutte contre ces maladies.
Publications et brevets : A mi-parcours de ce projet, les résultats ont été valorisés par 2 présentations orales effectuées par un des partenaires dans des congrès internationaux et par la mise de collaborations internationales nouvelles. Deux publications sont d’ores et déjà en cours de rédaction.