Répondre aux besoins de la traduction mitochondriale

Pourquoi les mitochondries importent-elles des ARNt depuis le cytosol de la cellule ? Si on prend l’exemple de la microalgue verte Chlamydomonas reinhardtii la raison est assez évidente : « il n’y a que trois gènes codant pour des ARNt au niveau de l’ADN mitochondrial de ‘Chlamy‘ or on sait qu’il en faut au moins une vingtaine pour assurer la traduction », explique Claire Remacle. La question que se posent dès lors les scientifiques est plutôt : qu’est ce qui régule cet import ? Les mécanismes qui contrôlent ce mouvement d’ARNt du cytosol vers les mitochondries restent méconnus à ce jour.

En 2009, l’équipe de Claire Remacle, en collaboration avec des chercheurs de l’Institut de Biologie Moléculaire des Plantes (IBMP) de Strasbourg, a montré que les ARNt qui sont importés dans les mitochondries de Chlamy sont directement liés à l’usage des codons au niveau de l’ADN mitochondrial (1). « Cela signifie qu’il y a une régulation fine de ce qui est importé. Il y a une corrélation entre la nature et la quantité des ARNt importés et les ARNt dont la mitochondrie a besoin pour la traduction », précise Claire Remacle.

L’import d’ARNt serait-il dès lors un processus dynamique qui s’adapte au contenu de l’ADN mitochondrial ? Ce dernier enverrait-il des signaux qui dirigent l’import des ARNt ? Pour tester cette hypothèse, Claire Remacle et Thalia Salinas, chercheuse en séjour post-doctoral Marie Curie au laboratoire de génétique des microorganismes de l’ULg, ont changé l’usage des codons au sein du génome mitochondrial. « Nous avons remplacé un codon fortement utilisé pour un acide aminé, la glycine, par un codon moins utilisé », indique Claire Remacle.

Le pool d’ARNt, facteur clé du succès de la traduction

Toujours en collaboration avec l’IBMP de Strasbourg et d’autres chercheurs de leur département (Prof. Patrick Motte), les  deux scientifiques ont ensuite analysé les conséquences de cette légère transformation de l’algue Chlamydomonas reinhardtii. « La microalgue n’a pas aimé cette manipulation puisque nous avons observé une diminution de la traduction et de l’activité respiratoire au niveau des mitochondries », révèle Claire Remacle. Selon cette dernière, ces effets sont le résultat d’une modification du pool d’ARNt disponible dans la mitochondrie. Ainsi, l’import d’ARNt dans les mitochondries n’est pas un processus dynamique qui s’adapte au contenu de l’ADN mitochondrial. Ces travaux publiés dans PLoS Genetics (2) suggèrent plutôt que le niveau d’ARNt importés dans la mitochondrie résulte d’une adaptation co-évolutive entre le mécanisme d’import d’ARNt et les besoins de la mitochondrie pour faire fonctionner sa machinerie de traduction. « Le concept nouveau ici est que nos résultats impliquent que le pool d’ARNt au niveau de la mitochondrie et l’usage des codons ont évolué ensemble », synthétise Claire Remacle.

Très fondamentale, cette recherche et les découvertes qui en découlent pourraient cependant servir dans des domaines plus appliqués. « A l’heure actuelle des laboratoires tentent d’augmenter l’expression de gènes au niveau des chloroplastes d’algues pour produire des anticorps ou des produits à haute valeur ajoutée », reprend Claire Remacle.  « Nos travaux montrent qu’il faut être attentif à l’usage des codons et qu’il ne suffit pas de remplacer des codons faiblement utilisés par des codons fortement utilisés pour augmenter la traduction. Plus que la « force » du codon, c’est la balance des ARNt qui importe pour ne pas perturber la traduction ». En effet, suite à la transformation effectuée chez Chlamy, alors que les chercheurs n’ont changé les codons que pour un seul gène, ils ont observé des perturbations au niveau de la traduction de six gènes présents dans le génome mitochondrial !

(1) Elizaveta Vinogradova,Thalia Salinas, Valérie Cognat, Claire Remacle, and Laurence Maréchal-Drouard. Steady-state of imported tRNAs in Chlamydomonas mitochondria are correlated with both cytosolic and mitochondrial codon usages. Nucleic Acids Res. 2009 April; 37(5): 1521–1528. Published online 2009 April. doi:  10.1093/nar/gkn1073.

(2) Thalia Salinas, Francéline Duby, Véronique Larosa, Nadine Coosemans, Nathalie Bonnefoy, Patrick Motte, Laurence Maréchal-Drouard, Claire Remacle. Co-Evolution of Mitochondrial tRNA Import and Codon Usage Determines Translational Efficiency in the Green Alga Chlamydomonas. PLoS Genet. 2012 Sep;8(9):e1002946. doi: 10.1371/journal.pgen.1002946. Epub 2012 Sep 20.