Mécanisme et origine de l’édition des ARN messagers des mitochondries de plante

Mechanism and origin of plant mitochondria RNA editing

• Auteur / Autrice : Benoît Castandet
• Direction : Alejandro Araya
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences, technologie, santé. Microbiologie
• Date : Soutenance le 22/12/2010
• Etablissement(s) : Bordeaux 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Hernould
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Budar
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Françoise Budar, Laurence Drouard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Épissage (génétique)

Électroporation

ARN -- Édition

Mitochondries végétales

Mots clés libres

Edition des ARN

Épissage

Maturation des ARN

Mitochondries

Électroporation

Plante

Conflit nucléo-cytoplasmique

RNA editing

Splicing

RNA maturation

Mitochondria

Electroporation

Plant

Nucleo-cytoplasmic conflict.

Résumé

L’édition des ARN est une exception à la règle de la biologie moléculaire qui stipule que l’information codée par le gène se trouve fidèlement transmise à la protéine. Dans les mitochondries de plante, elle procède par conversion de centaines de cytosines en uraciles par désamination, principalement dans les ARNm. Afin de comprendre le mode de reconnaissance des cytosines par la machinerie d’édition nous avons systématiquement vérifié l’importance des nucléotides -1 et +1 entourant la cytosine cible dans l’édition des transcrits cox2 de blé. Sur cette base, les sites d'édition peuvent être classés en quatre familles: (a) dépendance du résidu +1, (b) dépendance du résidu -1, (c) dépendance des deux résidus et (d) indépendance. Nous avons d’autre part mis en évidence des effets à distance sur le taux de la réaction d’édition, montrant ainsi que certains sites ne sont pas autonomes pour la réaction. L'ensemble des observations nous révèle que le devenir des transcrits a une influence sur l'efficacité de l’édition. Pour le vérifier nous avons construit des gènes cox2 et rps10 dépourvus d'introns. L’efficacité d’édition des transcrits qui ne sont pas soumis à l'épissage est grandement réduite par rapport aux transcrits sauvages, ce qui renforce l’idée que les mécanismes de maturation doivent être interconnectés dans les mitochondries de plante. D’autre part, nous avons montré que l’édition de certains sites introniques pouvait être indispensable à la maturation des transcrits en rétablissant des structures nécessaires à l’épissage. L’exploration de la mécanistique de l’épissage des introns mitochondriaux nous a conduit à mettre au point un test de trans-épissage in organello. Ce test doit permettre de valider expérimentalement les hypothèses ayant trait à la reconnaissance des transcrits et de vérifier le rôle de l’édition dans ce mécanisme. Enfin, la mise en relation de l’édition avec d’autres phénomènes physiologiques touchant les organelles, comme la stérilité mâle cytoplasmique, nous a permis de développer une hypothèse permettant d’expliquer l’émergence et le maintien au cours de l’évolution de ce phénomène chez les plantes. Nous proposons que le conflit nucléo-cytoplasmique a constitué l’élément moteur pour l’apparition de l’édition en permettant l’installation de mutations T en C au niveau de la mitochondrie. La réponse nucléaire a été la correction de ces mutations sur l’ARN mitochondrial, aboutissant à ce que nous appelons aujourd'hui l’édition des ARN.

RNA editing is an exception to the central dogma of molecular biology which states that the information encoded by the gene is faithfully transmitted to the protein. The plant mitochondrial transcriptome undergoes hundreds of specific C-to-U changes by RNA editing, mainly in mRNAs. To understand the mechanism used by the plant to select the C targets on the transcript, we studied the role of the neighbors -1 and +1 nucleotides in wheat cox2 editing sites. Under this scheme, four different recognition patterns can be distinguished: (a) +1 dependency (b) -1 dependency (c) +1/-1 dependency and (d) no dependency on nearest neighbor residues. An important observation was that distal elements can influence the editing efficiency, indicating that some sites are not autonomous for the reaction. We propose that these results could be a consequence of the fate of transcripts during the different maturation steps. To test this hypothesis, we constructed intronless cox2 and rps10 genes. RNA editing was strongly reduced in these constructs, suggesting that efficient RNA processing may require a close interaction of factors engaged in different maturation processes. Our results on editing events in non coding region, particularly in introns, indicate that editing is essential for splicing by remodeling the secondary structure required to excise the intron. To gain insight into the splicing mechanism for scattered mitochondrial genes, we have settled an in organello trans-splicing assay. By this way, it should be possible to decipher the molecular determinants of the reaction and the eventual role of RNA editing in this process. Finally, we proposed a new hypothesis explaining the origin and evolution of RNA editing in plant mitochondria. We assume that the nucleo-cytoplasmic conflict was the driving force allowing the settlement of T-to-C mutations in the mitochondrial genome. The nuclear response was the correction of these mutations on the RNA, i.e. RNA editing.