Description

Les mitochondries sont des organites contenant leur propre génome (ADNmt) et machinerie de traduction, qui code pour quelques sous-unités des complexes de la phosphorylation oxidative (OXPHOS). Comme leur fonctionnement est crucial pour produire de l’énergie pour toute la cellule, des défauts de la chaine OXPHOS, qu’ils soient structuraux ou liés à la formation des complexes, sont responsables de pathologies graves, pour lesquelles il n'existe en général pas de traitement. La connaissance des étapes et de la régulation de l’expression des gènes mitochondriaux et de la formation de la chaine OXPHOS est donc importante pour mieux comprendre les causes de maladies mitochondriales et rechercher des traitements. Pour cela, les levures sont d’excellents modèles des cellules humaines, car l’ensemble de ces processus sont en général très bien conservés et les mutants respiratoires faciles à étudier. En particulier, la levure de fission Schizosaccharomyces pombe, présente de nombreuses caractéristiques très semblables aux cellules humaines en ce qui concerne la physiologie mitochondriale, la structure du génome et l’expression des gènes dans la mitochondrie [1].

Comme les complexes OXPHOS, le ribosome mitochondrial est d’origine génétique double, les ARNs étant codés par l’ADNmt et les protéines par l’ADN nucléaire. De manière intéressante, des centres Fer-Soufre (Fe-S) ont récemment été détectés dans les deux sous-unités du ribosome mitochondrial grâce à l’optimisation de la résolution des analyses en cryo-microscopie électronique [2,3]. Il a aussi été montré qu’un centre Fe-S joue un rôle de cofacteur architectural et/ou capteur de l’état redox pour le facteur d’assemblage du mitoribosome humain METTL17, et son équivalent de S. cerevisiae Rsm22 [4,5]. Ces résultats montrent qu’il existe un lien très fort entre deux aspects cruciaux du fonctionnement et de l’homéostasie mitochondriale : la traduction et la biogenèse des centres Fer-Soufre.

Chez S. pombe, Rsm22 présente toutes les caractéristiques de cette famille de protéines, notamment la conservation des cystéines capables de coordonner le centre Fe-S dans la protéine METTL17 ainsi qu’un tripeptide LYR qui pourrait aussi être impliqué dans la liaison du centre Fe-S. De plus Rsm22 est particulièrement originale car (i) elle est produite sous forme d’une protéine hybride avec la chaperone à cuivre Cox11, et (ii) le gène codant cette fusion est dupliqué. Une autre protéine fusion, Aco-L21, lie de manière permanente la protéine de la grande sous-unité du mitoribosome L21 et une protéine du type aconitase [7], une enzyme classique du cycle de Krebs qui lie un centre Fer-Soufre [8]. Ces observations montrent qu’il pourrait existe aussi des interactions entre les centres Fe-S et l’assemblage et/ou le fonctionnement du mitoribosome chez la levure de fission et que les protéines de fusion pourraient jouer un rôle dans un tel couplage.

Le projet de thèse va explorer la biologie redox du mitoribosome de S. pombe en analysant comment Rsm22 et Aco-L21 pourraient médier l’intégration des signaux redox et moduler la traduction mitochondriale via les centres Fe-S. Deux autres protéines fusion au moins relient aussi biologie redox et mitoribosome et pourront être intégrées au projet. En parallèle, ce travail permettra de mieux comprendre le rôle éventuel des fusions de protéines dans ces régulations. Nous collaborerons avec l’équipe de M.-P. Golinelli à l’ICSN, qui est une experte des protéines Fe-S [9]. De plus, l’immunoprécipitation du mitoribosome de S. pombe sera réalisée en utilisant trois types de protéines étiquetées différentes (facteurs d’assemblage comme Rsm22, protéines du mitoribosome comme bL21 et facteur de traduction comme Mrh5 [10]) pour générer des échantillons purifiés de mitoribosome dans différents états d’assemblage, qui pourront être analyses par cryo-microscopie électronique par l’équipe de J. Rorbach en Suède [2].

Compétences requises

Nous accueillerons un candidat motivé, fiable et créatif, ayant l’esprit d’équipe ainsi qu’une solide formation pratique et théorique en biologie moléculaire, génétique et biochimie. Toute connaissance et expérience de la mitochondrie est indéniablement un avantage.

Bibliographie

[1] Schizosaccharomyces pombe as a fundamental model for research on mitochondrial gene expression: Progress, achievements and outlooks.
Dinh N, Bonnefoy N. IUBMB Life. 2023 Dec 20. doi: 10.1002/iub.2801.

[2] Structure of the mitoribosomal small subunit with streptomycin reveals Fe-S clusters and physiological molecules.
Itoh Y, Singh V, Khawaja A, Naschberger A, Nguyen MD, Rorbach J, Amunts A. Elife. 2022 Dec 8;11:e77460. doi: 10.7554/eLife.77460.

[3] BOLA3 and NFU1 link mitoribosome iron-sulfur cluster assembly to multiple mitochondrial dysfunctions syndrome.
Zhong H, Janer A, Khalimonchuk O, Antonicka H, Shoubridge EA, Barrientos A. Nucleic Acids Res. 2023 Nov 27;51(21):11797-11812. doi: 10.1093/nar/gkad842.

[4] Principles of mitoribosomal small subunit assembly in eukaryotes.
Harper NJ, Burnside C, Klinge S. Nature. 2023 Feb;614(7946):175-181. doi: 10.1038/s41586-022-05621-0. Epub 2022 Dec 8.

[5] METTL17 is an Fe-S cluster checkpoint for mitochondrial translation.
Ast T, Itoh Y, Sadre S, McCoy JG, Namkoong G, Wengrod JC, Chicherin I, Joshi PR, Kamenski P, Suess DLM, Amunts A, Mootha VK. Mol Cell. 2024 Jan 18;84(2):359-374.e8. doi: 10.1016/j.molcel.2023.12.016. Epub 2024 Jan 9.

[6] Sequential processing of a mitochondrial tandem protein: insights into protein import in Schizosaccharomyces pombe.
Khalimonchuk O, Ott M, Funes S, Ostermann K, Rödel G, Herrmann JM. Eukaryot Cell. 2006 Jul;5(7):997-1006. doi: 10.1128/EC.00092-06.

[7] Essential function of Aco2, a fusion protein of aconitase and mitochondrial ribosomal protein bL21, in mitochondrial translation in fission yeast.
Jung SJ, Seo Y, Lee KC, Lee D, Roe JH. FEBS Lett. 2015 Mar 24;589(7):822-8. doi: 10.1016/j.febslet.2015.02.015.

[8] Aconitases: Non-redox Iron-Sulfur Proteins Sensitive to Reactive Species.
Castro L, Tórtora V, Mansilla S, Radi R. Acc Chem Res. 2019 Sep 17;52(9):2609-2619. doi: 10.1021/acs.accounts.9b00150. Epub 2019 Jul 9.

[9] New Insights of the NEET Protein CISD2 Reveals Distinct Features Compared to Its Close Mitochondrial Homolog mitoNEET.
Salameh M, Riquier S, Guittet O, Huang ME, Vernis L, Lepoivre M, Golinelli-Cohen MP. Biomedicines. 2021 Apr 5;9(4):384. doi: 10.3390/biomedicines9040384.

[10] Translational activators and mitoribosomal isoforms cooperate to mediate mRNA-specific translation in Schizosaccharomyces pombe mitochondria.
Herbert CJ, Labarre-Mariotte S, Cornu D, Sophie C, Panozzo C, Michel T, Dujardin G, Bonnefoy N. Nucleic Acids Res. 2021 Nov 8;49(19):11145-11166. doi: 10.1093/nar/gkab789.

Mots clés

levure de fission, mitochondrie, mitoribosomes, centres fer-soufre, protéines fusion, régulation redox