Nouvelles découvertes sur le ciblage des protéines dans les cellules

Les cellules eucaryotes, qui composent de nombreux organismes vivants, ont développé des systèmes pour envoyer des protéines aux bons endroits à l'intérieur de la cellule. Ces protéines sont parfois fabriquées dans le cytosol, le fluide à l'intérieur de la cellule, et doivent être ciblées vers des emplacements spécifiques. La plupart des protéines vont à un seul endroit, mais certaines peuvent arriver à deux endroits ou plus. Par exemple, certaines enzymes, comme la fumarase et l'aconitase, se trouvent à la fois dans les mitochondries et dans le cytosol, voire dans le noyau.

#Ciblage Double des Protéines

Certaines protéines peuvent arriver à deux endroits différents, comme les mitochondries et les Peroxysomes. Ces deux parties de la cellule communiquent beaucoup et sont étroitement liées par des points de contact. Une protéine clé, Pex11, aide à initier la division des peroxysomes et interagit avec une autre protéine, Mdm34. Cette interaction aide à créer des points de contact entre les mitochondries et les peroxysomes. De plus, les peroxysomes sont situés près de parties des mitochondries qui sont impliquées dans un processus clé appelé synthèse de l’acétyl-CoA. Ça montre à quel point ces organites dépendent les uns des autres pour leurs fonctions.

Des recherches ont aussi montré que certaines protéines, comme Fzo1 et Pex34, aident à former des connexions entre mitochondries et peroxysomes. Les mitochondries et les peroxysomes partagent plusieurs protéines impliquées dans leur division, y compris une protéine appelée Fis1. Fis1 est unique car on peut la trouver sur les membranes des mitochondries et des peroxysomes dans différents types de cellules.

#Le Rôle de Fis1 dans la Division Mitochondriale et Peroxisomale

Fis1 travaille avec une autre protéine adaptatrice appelée Mdv1, qui aide à recruter une protéine nommée Dnm1. Dnm1 joue un rôle crucial dans la dernière étape de la division de ces organites. Fait intéressant, des protéines similaires chez les mammifères apparaissent aussi dans les mitochondries et les peroxysomes.

Des problèmes avec la division de ces organites ont été liés à diverses maladies. Donc, il est essentiel d'en apprendre plus sur comment des protéines comme Fis1 sont créées et envoyées à leurs destinations.

Bien que les scientifiques aient compris comment les protéines ancrées par une queue (TA) atteignent la voie sécrétoire de la cellule, ils ne savent toujours pas grand-chose sur comment ces protéines sont dirigées vers les mitochondries. La recherche a montré que des caractéristiques spécifiques des protéines, comme leur structure et leur charge, sont importantes pour leur ciblage correct.

#Voies de Ciblage des Protéines

Pour les protéines TA peroxisomales, il existe un parcours spécifique, impliquant les protéines Pex19 et Pex3. Les nouvelles protéines TA avec des signaux de ciblage peroxisomal sont reconnues par Pex19 dans le cytoplasme et ensuite livrées aux peroxysomes via l'interaction avec Pex3. Fait frappant, si Pex19 est épuisé, même les niveaux de Fis1 mitochondriale diminuent, ce qui suggère que Pex19 pourrait également jouer un rôle dans la biogenèse des protéines TA mitochondriales.

Même s'il y a une certaine compréhension de la manière dont ces protéines TA atteignent soit les mitochondries, soit les peroxysomes, les détails sur la régulation des protéines ayant une double localisation restent flous.

#Criblage à Haut Débit pour les Facteurs Affectant la Distribution Double

Pour apprendre comment les protéines sont ciblées vers les mitochondries et les peroxysomes, les chercheurs ont effectué un criblage visuel à haut débit utilisant des versions marquées des protéines TA dans la levure de boulanger. Ils ont découvert que la suppression d'un gène non caractérisé appelé YNL144C, maintenant nommé Mpf1, changeait la localisation de Fis1. D'autres protéines, Tom70 et Tom71, influençaient également la distribution de Fis1. Ils ont constaté que la perte de Mpf1 ou de l'un des deux paralogues entraînait un envoi accru de Fis1 vers les peroxysomes.

Les chercheurs ont examiné Mpf1 et ont constaté qu'il était instable lorsqu'il était à la surface mitochondriale, contrôlé par la présence de Tom70 et Tom71. Globalement, leurs résultats ont mis en lumière les rôles de Mpf1, Tom70 et Tom71 dans la régulation de la distribution de Fis1 et d'une autre protéine, Gem1, vers les deux organites.

#Criblage Visuel et Phénotypage de Distribution

Le criblage visuel à haut débit a permis aux scientifiques de trouver d'autres protéines affectant la distribution des protéines TA. Plusieurs protéines ont été identifiées, mais de nombreux changements étaient souvent liés à des problèmes avec la fonction normale ou la forme des mitochondries ou des peroxysomes. Donc, les chercheurs se sont concentrés uniquement sur les protéines qui ne perturbaient pas l'apparence normale et le nombre de peroxysomes et de mitochondries.

Ils ont identifié trois protéines : la protéine non caractérisée Mpf1, et les paralogues Tom70 et Tom71, qui, en leur absence, ont provoqué un déplacement de Fis1 vers les peroxysomes. D'autres examens ont confirmé que l'effet n'était pas limité à Fis1, car des motifs similaires ont été observés avec Gem1.

L'étude a également veillé à ce que les changements observés ne soient pas dus à des interprétations erronées des mitochondries fragmentées. Les niveaux et la distribution des différentes protéines ont été mesurés avec précision, conduit à se concentrer sur Mpf1, Tom70 et Tom71 comme nouveaux acteurs dans la manière dont les protéines sont envoyées à ces organites.

#Confirmation des Rôles des Candidats par Fractionnement Subcellulaire

Pour confirmer ces résultats, les chercheurs ont effectué un fractionnement subcellulaire pour séparer les mitochondries des peroxysomes. Ils ont utilisé un milieu de croissance spécifique qui induisait la croissance des peroxysomes et ont récolté les cellules pour analyse. En utilisant différentes techniques de centrifugation, ils ont pu séparer avec succès les deux organites.

En examinant la distribution de Fis1 dans des cellules de type sauvage, environ 70 % se trouvaient dans les mitochondries, mais cette distribution a changé dans des cellules manquant de Mpf1 ou de Tom71, qui ont vu une diminution de Fis1 mitochondriale et une augmentation de Fis1 peroxisomale. Cela a suggéré que les deux protéines jouent un rôle pour affirmer l'équilibre de distribution. La double suppression des deux gènes a affiché un effet encore moindre, indiquant qu'un mécanisme compensatoire pourrait s'activer.

#Distinctions Entre Tom70 et Tom71

Tom71, un paralogue moins abondant de Tom70, a soulevé des questions sur sa fonction unique. Les hypothèses précédentes indiquaient que les deux protéines pourraient avoir des rôles qui se chevauchent. Cependant, les résultats ont suggéré que Tom71 a une influence spécifique sur la distribution de Fis1 que Tom70 ne pouvait pas complètement remplacer, servant une fonction distincte.

Pour explorer cela davantage, les scientifiques ont surexprimé chaque protéine dans différentes souches pour évaluer comment cela impactait la distribution de Fis1. La surexpression de Tom70 a efficacement corrigé la distribution de Fis1 dans des cellules manquant de Mpf1, mais Tom71 ne l’a fait que partiellement lorsqu’il était surexprimé dans des cellules sans Tom71. Cette unicité a suggéré que Tom71 pourrait contribuer à la distribution de Fis1 d'une manière que la seule présence de Tom70 ne pouvait pas compenser.

#Évaluation de la Contribution de Mpf1 à la Croissance Cellulaire

Étant donné que Mpf1 est une protéine non caractérisée, les chercheurs ont examiné comment sa perte affectait la croissance des cellules de levure. Ils ont remarqué que les cellules manquant de Mpf1 se développaient comparativement à des cellules normales lorsque des milieux riches étaient utilisés. Cependant, en utilisant l'oléate comme seule source de carbone, les cellules sans Mpf1 prospéraient mieux que celles avec. Cette meilleure croissance pourrait être due à une concentration plus élevée de molécules de Fis1 dans les peroxysomes, augmentant ainsi le nombre de ces organites et utilisant mieux l'oléate.

#Investigation de la Stabilité et de la Localisation de Mpf1

Les chercheurs ont trouvé que Mpf1 se dégradait rapidement dans les cellules, soulevant des questions sur pourquoi il serait produit s'il était si instable. Même en l'absence de facteurs majeurs, Mpf1 atteignait toujours la surface mitochondriale, ce qui laissait entendre que d'autres facteurs pourraient médiatiser ce processus.

En examinant la localisation subcellulaire de Mpf1, ils ont découvert qu'il s'associait principalement aux mitochondries mais apparaissait aussi dans le réticulum endoplasmique. Des techniques comme la microscopie à immunofluorescence ont confirmé cette localisation. De plus, Mpf1 était sensible à une enzyme protéinase lorsque des mitochondries étaient traitées, confirmant sa présence à la surface externe mitochondriale.

#Le Rôle de Tom70 et Tom71 dans les Niveaux de Mpf1

Les chercheurs ont ensuite évalué si Tom70 ou Tom71 aidaient à stabiliser Mpf1. Ils ont découvert que les niveaux de Mpf1 chutaient significativement lorsque Tom70 et Tom71 étaient absents, indiquant un lien entre ces protéines et la présence de Mpf1. Bien que leur suppression n'affecte pas la stabilité de Mpf1, les niveaux globaux de Mpf1 chutaient de façon dramatique, ce qui pourrait s'expliquer par une transcription réduite du gène Mpf1 en l'absence de Tom70 et Tom71.

#Investigation du Domaine de Homologie à la Pleckstrine dans Mpf1

Étant donné que Mpf1 avait un domaine spécifique, connu sous le nom de domaine de homologie à la pleckstrine (PH), les chercheurs étaient intéressés à comprendre son rôle potentiel. Ils ont créé des mutations dans le domaine PH pour vérifier si cela affectait la stabilité et la localisation de Mpf1. Étonnamment, cette version mutante de Mpf1 montrait une stabilité accrue sans altérer sa localisation, suggérant que les mutations interrompaient peut-être sa capacité à interagir avec certains voies de dégradation.

#Conclusion

En résumé, cette recherche a identifié trois protéines, Tom70, Tom71 et Mpf1, qui aident à réguler la distribution des protéines TA, spécifiquement Fis1 et Gem1, vers les mitochondries et les peroxysomes. Le rôle unique de Tom71 et la nature instable de Mpf1 étaient des découvertes notables. Cette étude fournit de nouvelles perspectives sur le fonctionnement de ces protéines, ouvrant la voie à une exploration plus approfondie de leurs rôles en biologie cellulaire. Comprendre ces processus aide à éclairer des fonctions cellulaires plus larges, notamment en ce qui concerne la relation entre les mitochondries et les peroxysomes.