Identification des protéines PPR impliquées dans l'épissage des ARN messagers dans les chloroplastes et les mitochondries chez Arabidopsis Thaliana

Identification of PPR proteins involved in RNA splicing in chloroplast and mitochondria in Arabidopsis Thaliana

• Auteur / Autrice : Alexis Falcon de Longevialle
• Direction : Claire Lurin, Ian Small
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 10/09/2010
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne en cotutelle avec University of Western Australia
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale des Génomes aux organismes (Versailles ; 2000-2015)
• Jury : Président / Présidente : Bénédicte Sturbois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : José Gualberto, Christian Schmitz-Linneweber
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francis-André Wollman, Dominique Gagliardi, Martin Crespi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Organites végétaux

ARN messagers

Épissage alternatif

Mots clés libres

Pentatricopeptide repeat protein

Résumé

Le mécanisme d’épissage dans les organites est décrit comme étant l’ancêtre du spliceosome nucléaire. Cependant même si les protéines composant ce dernier sont bien connues, seulement quelques facteurs d’épissage ont été identifiés et caractérisés dans les chloroplastes et les mitochondries. Beaucoup de protéines ayant la faculté de se lier à l’ARN ont acquis des fonctions dans l’épissage, en effet un certain nombre de protéines sans véritable lien ont un rôle essentiel, avec différents degrés de spécificité dans l’épissage de la plupart des introns chloroplastiques chez les plantes. La plus grande famille de protéines se liant à l’ARN est la famille des protéines à domaines « pentatricopetide repeat » (PPR). Ces protéines sont impliquées dans la plupart des processus post-transcriptionnels dans les organites. En 2006, parmi les centaines de protéines PPR décrites chez les plantes, seulement une PPR avait été décrite comme nécessaire à l’épissage d’un intron. Ainsi, PPR4 est absolument et spécifiquement nécessaire pour l’épissage en trans de l’intron 1 de rps12 dans les plastes (Schmitz-Linneweber et al., 2006), suggérant que d’autres protéines PPR pourraient être impliquées dans l’épissage des ARN des organites. Le sujet de cette thèse porte sur la caractérisation d’autres protéines PPR impliquées dans ce processus. En utilisant des approches de génétique inverse et des outils mis en place dans le cadre de la thèse afin de détecter des défauts d’épissage par PCR quantitative, sept nouvelles PPRs impliquées dans l’épissage d’un certain nombre d’introns dans les plastes et les mitochondries ont pu être caractérisées. Dans l’optique de rechercher si des protéines PPR, impliquées dans l’épissage mais aussi dans l’édition des ARN, interagissent avec d’autres protéines, des approches de TAP-TAG ont été réalisées et sont également présentées dans ce manuscrit. L’identification de partenaires protéiques pour 3 PPRs impliquées, nous a ainsi permis de redessiner nos modèles et d’émettre de nouvelles hypothèses. Enfin, une dernière partie est consacrée à la découverte d’isoformes d’épissage pour des gènes PPR sans introns. Phénomène qui permettrait de réguler l’expression des gènes PPR, et/ou d’augmenter la diversité des protéines PPR.

The RNA splicing mechanism in organelles is described to be ancestral to that of the nuclear spliceosome. However, whereas this last complex is well known, only very few splicing factors have been identified and characterized in chloroplasts and mitochondria. Many RNA binding proteins have acquired roles in RNA splicing, and indeed a variety of often unrelated RNA binding proteins have essential functions in splicing of many plastid introns in plants, with varying degrees of specificity. The largest family of RNA binding proteins in plant organelles is the pentatricopeptide repeat (PPR) family. PPR proteins are involved in diverse post-transcriptional processes in organelles. In 2006, among hundreds of higher plant proteins of this family, only one was described as being required for a splicing event - PPR4 was shown to be absolutely and specifically required for the trans-splicing of the rps12 intron 1 in plastids (Schmitz-Linneweber et al., 2006). The main purpose of this PhD thesis was to characterize other PPR proteins involved in this process. By using a reverse genetics approach and by developing tools for the detection of splicing defects, seven new PPR proteins involved in RNA splicing of a subset of chloroplast or mitochondria introns have been characterized. In parallel, in order to characterize proteins involved in PPR-containing complexes, a TAP-TAG approach has been carried out on a few PPR proteins involved in splicing or editing of organellar RNA. The identification of partner proteins of 3 PPR proteins allows us to draw new mechanistic models and new hypotheses. Finally, the final part of the manuscript describes the discovery of splicing isoforms of PPR-encoding mRNAs. Alternative splicing may be involved in regulation of PPR gene expression and/or in increasing the diversity of the PPR protein family.