Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Mitochondries végétales – Métabolisme“

Le modele periodique simplifie employe est constitue essentiellement par la voie de degradation de l'asparagine ou tous les enzymes presentent la meme periodicite, voisine de 24 h. Le rythme de l'asparaginase depend d'un processus de phosphorylation reversible. Le second enzyme de la voie, l'aspartate aminotransferase ec 2. 6. 1. 1 est etudie. Les 2 isoformes purifiees a homogeneite apparente different par leurs proprietes cinetiques, leur affinite pour des substrats et leur capacite a former des complexes in vitro. Les anticorps obtenus sont specifriques de chaque forme. Leur localisation par immunocytochimie montre que la forme a est cytolosique, la forme b mitochondriale. La regulation du rythme d'activite transaminase est recherchee par determination du niveau des isozymes (test elisa), des arnm specifiques (traduction heterologue) et des activites enzymatiques. Le niveau de l'isozyme a reste uniforme. Le rythme d'activite transaminase resulte de la seule variation d'activite de la forme b, due a l'oscillation de la quantite de celle-ci. Les niveaux d'arnm des 2 formes sont inchanges au cours du cycle. De plus, les rythmes d'activite et de quantite de la forme b presentent une meme reponse aux inhibiteurs de la synthese proteique. Il s'ensuit que le rythme d'activite transaminase serait controle au niveau de la traduction de l'arnm de l'isoforme mitochondriale. En outre, l'activite rythmique d'une voie metabolique maitresse peut resulter du fonctionnement synchrone de processus oscillants distincts

Le 2,4-D, analogue auxinique, et le bromure de benzalkonium (BrB), ammonium quaternaire, ont été testés sur les mitochondries isolées de tissus frais de tubercules de pommes de terre ne manifestant pas de respiration insensible au cyanure. Ces composés inhibent tous deux la respiration, mais le BrB est le plus efficace. Le 2,4-D présente une activité découplante, responsable de la disparition de la phosphorylation oxydative. Par ailleurs, les cibles privilégiées du 2,4-D semblent être des enzymes (MDH, EM-NAD, SDH) et le transporteur succinate/Pi. L'inactivation de ces constituants de la chaine respiratoire aboutit à l'inhibition du transfert des électrons. Le mode d'action du BRB est plus complexe. Il ne parait pas inhiber d'enzyme. Ses effets se situent au niveau de la structure membranaire, et ils évoluent en fonction de sa concentration. Ainsi, à de faibles doses, le BRB inhibe principalement l'entrée de Pi dans la matrice, ce qui perturbe la phosphorylation. Pour des doses plus élevées, le BrB provoque, tel un détergent, une profonde désorganisation des membranes mitochondriales, en les rendant perméables à des molécules de taille importante (cytochrome c, ferricyanure). Une telle déstructuration conduit à une inhibition du transfert des électrons. Des tests effectués sur des mitochondries présentant une résistance au cyanure ont mis en évidence l'extrême sensibilité, au 2,4-D, de la voie latérale. Le BrB, au contraire, inhibe préférentiellement la voie cytochromique. Ces expérimentations ont également permis de montrer que le pouvoir inhibiteur du 2,4-D ne varie pas en fonction de l'origine des mitochondries. Des résultats totalement opposés ont été obtenus avec le BrB

Les mécanismes de transport des acides gras entre les différents compartiments dans la cellule végétale sont encore très peu caractérisés. Ce transport est principalement effectué dans les cellules animales par des systèmes mettant en œuvre la carnitine, des carnitine acyl-carnitine transferases (CAT) et des acylcarnitine translocases (CACT). Chez les plantes, l'implication de la carnitine dans le métabolisme des acides gras a été suggérée par des mesures d'activités CAT dans des extraits végétaux sans qu'aucune donnée ne permette toutefois d'établir la présence d'acyl-carnitines. Un transporteur mitochondrial, BOU, présentant une forte homologie de séquence avec des CACT d'animaux et de levures a également été identifié chez Arabidopsis thaliana. Notre étude a comporté l'optimisation d'une analyse par spectrométrie de masse qui a permis de mettre en évidence la présence d'acyl-carnitines au côté de la carnitine libre chez Arabidopsis et d'autres espèces végétales. Ceci démontre de manière incontestable un lien entre la carnitine et le métabolisme des acides gras. Les teneurs en carnitine et acyl-carnitines dans les tissus végétaux sont respectivement cent et mille fois plus faibles que dans les tissus animaux. Ces données suggèrent que la carnitine joue un moindre rôle dans le métabolisme des acides gras chez les végétaux. Le rôle précis de la carnitine vis-à-vis du métabolisme des acides gras dans la cellule végétale reste à élucider. Notre étude montre que la carnitine libre pourrait revêtir aussi un rôle d'osmolyte en réponse à des stress osmotiques, compte tenu de sa capacité à être stockée à des teneurs non physiologiques sans toxicité pour la plante et de son influence sur l'architecture racinaire. Notre travail sur le transporteur BOU a montré que son rôle dans le développement post-germinatif d'Arabidopsis est sans lien avec l'utilisation des lipides de réserves mais spécifique de la phase d'acquisition de la photoautotrophie. L'analyse de la fonction de transport de BOU par complémentation d'un mutant de levure et par reconstitution dans des protéoliposomes n'a pas permis de démontrer son implication dans le transport de carnitine et d'acylcarnitines
Fatty acid intracellular trafficking within plant cell is still poorly characterized. In animal cell, a carnitine shuttle system is in charge of FA exchange between subcellular compartments, implementing carnitine acyl-transferases (CAT) and carnitine acyl-translocases (CACT). The measurement of CA T activities in plant extracts suggests that carnitine is involved in plant fatty acid metabolism but no data exist regarding the occurrence of acyl-carnitines in plant tissues. A mitochondrial transporter, BOU, showing a strong homology with yeast and animal CACT has also been characterized in Arabidopsis thaliana. The present study has allowed the finding of acyl-carnitines alongside free carnitine in Arabidopsis and other plant species, after the optimization of a quantification method based on mass spectrometry. This result confirms definitely the link between carnitine and plant fatty acid metabolism. The carnitine and acylcarnitine contents in plant tissues are respectively a hundred and a thousand times lower than in animal tissues. These data suggest that carnitine plays a lesser role in fatty acid metabolism in plants than it does in animaIs. The question on the precise role of carnitine in plant fatty acid metabolism remains to be answered. Yet, our study suggests that free carnitine could act as a compatible solute in response to osmotic stress when considering that it can be stored in plant tissues at non physiological levels without toxic effect but with an impact on root architecture. Our work on the role of the transporter BOU, with regard to Arabidopsis post-germinative growth, shows that it is involved during the stage of photoautotrophic acquisition but not during the preceding stage of storage lipid utilization. A yeast complementation analysis and a transport study using proteoliposomes have not been conclusive enough to associate BOU with the intracellular transport of free carnitine and acylcarnitine

La dormance est un phénomène qui est directement responsable de la dynamique des populations végétales dans les écosystèmes. Cependant, les mécanismes moléculaires impliqués dans sa régulation restent mal compris. Nous avons utilisé l’effet bénéfique de l’éthylène sur la germination des graines d’Arabidopsis thaliana pour décrypter les mécanismes de production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) pendant la germination. Nous montrons que les mitochondries sont le principal site de production de ROS dans la germination des graines en réponse à l'éthylène et qu'elles sont à l'origine d'une signalisation rétrograde avec le noyau, comme le confirme l'étude de l'expression de gènes marqueurs de ce phénomène. Cette réponse est spécifique à l'éthylène puisque la levée de dormance par l'acide gibbérellique, la stratification au froid ou la lumière montre que les peroxysomes sont dans ces cas impliqués dans la production de ROS. Nous avons également étudié la dynamique du métabolisme des ARNm durant le même processus. Nous montrons qu’une activation synchronisée de la transcription, l’association des transcrits avec des polysomes et la dégradation d’ARNm sont associées à l’effet bénéfique de l’éthylène sur la germination des graines. Des données de RNAseq ont permis d’identifier de nombreux régulateurs de ce processus. Nous démontrons que le changement de l’équilibre hormonal ABA/GA permettant la germination requière la participation de tous les niveaux du métabolisme des ARNm de leur transcription à leur dégradation
Seed dormancy is a phenomenon that is directly responsible for the growth and dynamics of plants within ecosystems. However, the molecular mechanisms involved in its regulation remain poorly understood. We took advantage of the beneficial effect of ethylene on the germination of dormant Arabidopsis thaliana seeds for deciphering the mechanisms of ROS production and its effects during germination. We show that mitochondria are the primary site of ROS production in germinating seeds and that this ROS production triggers a crosstalk between the mitochondria and the nucleus, as confirmed by the induction of mitochondrial retrograde signaling marker genes. We demonstrate that the response to ethylene differed from other dormancy release treatments such as treatment with gibberellic acid, cold stratification and exposure to light where ROS were detectable in the mitochondria in the early hours of imbibition before localizing in peroxisomes. In all treatments, ROS were detected in the nucleus pointing to an important role of nuclear ROS in the progress towards germination. We also paid attention to the dynamics of RNA metabolism in the same process. We show that a synchronized activation of transcription, association of transcripts with polysomes and mRNA decay is associated with the beneficial effect of ethylene on seed germination. The RNAseq data enabled the identification of many regulators of this process. We demonstrate that the shift of the hormonal balance ABA/GA towards GA signalling and germination requires a multilevel and concerted effect on all levels of mRNA fate, from transcription to decay

Les mitochondries prises comme révélateurs de l'activité de pesticides ont été extraites de trois types de tissus (cotyledons, feuilles et racines). Les trois types de pesticides utilisés (herbicides 2,4-D et pyrifenops, fongicides aacl ou sels d'alkylammonium) agissent comme découplants-inhibiteurs sur les mitochondries. Les composés du groupe AACL sont les plus puissants et les différences d'action entre mitochondries de tissus chlorophyllien et racinaire semblent provenir de la présence d'une voie de transport d'électrons résistante au cyanure dans les tissus photosynthétiques

La proline, acide aminé protéinogène, joue un rôle crucial dans le métabolisme cellulaire. Dans les mitochondries, la proline est oxydée en glutamate par l'action séquentielle de la proline déshydrogénase (ProDH) et de la pyrroline-5-carboxylate (P5C) déshydrogénase (P5CDH). L'ornithine-δ-aminotransférase (δOAT) participe également à la formation de P5C via la conversion de l'ornithine et de l’α -cétoglutarate en glutamate et P5C. L’utilisation de mutants et d’approches biochimiques a révélé que ProDH1, P5CDH et δOAT sont impliquées dans la sénescence des feuilles induite à l'obscurité (DIS) chez Arabidopsis thaliana. Une accumulation importante de P5C et de proline est observée chez le mutant p5cdh et, dans une moindre mesure chez le mutant prodh1prodh2, suggérant un cycle proline-P5C. Les mutants prodh1prodh2 et p5cdh ont un profil métabolomique similaire qui diffère de celui du WT et de oat, démontrant ainsi le rôle de l'oxydation de la proline au cours de la sénescence. Nous avons montré que ProDH1 est essentiellement associée à la membrane mitochondriale, tandis que P5CDH et δOAT sont plus uniformément réparties entre la matrice et la membrane. L’oligomérisation de ProDH1, P5CDH et δOAT a été révélée à l'aide d’une analyse de complémentation bimoléculaire de fluorescence (BiFC). Les interactions entre ces enzymes du métabolisme du P5C ont été confirmées par des approches de protéomique couplée à la MS en condition de sénescence chez A. thaliana. Ces trois enzymes forment un(des) complexe(s) impliqué(s) dans l'oxydation de la proline pour alimenter la chaîne de transfert d'électrons mitochondriale afin de pourvoir aux besoins énergétiques des cellules sénescentes
The proteinogenic amino acid proline plays a crucial role for cellular metabolism in living organisms. In mitochondria, proline is oxidized to glutamate by the sequential action of proline dehydrogenase (ProDH) and pyrroline-5-carboxylate (P5C) dehydrogenase (P5CDH). In addition, ornithine δ-aminotransferase (δOAT) also participates in P5C formation through the conversion of ornithine and α-ketoglutarate into glutamate and P5C. Using mutants and biochemical approaches, ProDH1, P5CDH and δOAT were shown to be involved during dark-induced leaf senescence (DIS) in Arabidopsis thaliana. Striking accumulation of P5C and proline was observed in p5cdh mutant and to a lesser extent in prodh1prodh2 mutant, suggesting a putative proline-P5C cycle. Metabolomic analysis indicated that prodh1prodh2 and p5cdh have a similar metabolomic profile, but significantly different from wild-type and oat mutant, demonstrating the role of proline oxidation during DIS. ProDH1 was shown to be preferentially associated to the mitochondrial membrane fraction, while P5CDH and δOAT are more evenly distributed between matrix and membrane fractions. Homo- and hetero-oligomerizations of ProDH1, P5CDH, and δOAT were revealed using Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC) assay of infiltrated tobacco leaves. Interactions between P5C metabolism enzymes were further highlighted in DIS leaves using proteomics approaches coupled with mass spectrometry. Our work demonstrates that these three enzymes form P5C metabolic complex(es) involved in the oxidation of proline to fuel mitochondrial electron transfer chain to support the energy needs of senescent cells

Dans les cellules eucaryotes, différents types de ribosomes coexistent. Les ribosomes mitochondriaux synthétisent les quelques protéines codées par l’ADN mitochondrial, qui sont essentielles au fonctionnement de l’organisme. Ces ribosomes sont particulièrement divergents des ribosomes procaryotes, mais sont également très différents entre les eucaryotes. Mon travail de thèse s'est concentré sur la caractérisation de la structure et de la composition en protéines du ribosome mitochondrial de la plante modèle Arabidopsis thaliana. Des approches biochimiques complémentaires ont permis d’identifier 19 protéines uniquement trouvées dans le mitoribosome de plante, parmi lesquelles 10 sont des protéines PPR, des protéines particulièrement abondantes chez les plantes. Les mutations des gènes codant pour ces PPR ribosomales (rPPR) mènent à l’apparition de phénotypes macroscopiques distincts, notamment une létalité ou des retards de croissance importants. L'analyse moléculaire du mutant rppr1 par profilage des ribosomes, ainsi que l'analyse du taux de protéines mitochondriales, révèlent que la protéine rPPR1 est un facteur de traduction générique, ce qui constitue une nouvelle fonction des protéines PPR. De plus, la cryo-électron microscopie a été utilisée pour déterminer l’architecture tridimensionnelle de ce mitoribosome. Cette approche a révélé la structure unique du mitoribosome de plante, caractérisée par une très grande petite sous-unité ribosomale ayant un domaine additionnel jamais décrit jusqu’à présent. Globalement, mes résultats ont montré que le mitoribosome d’Arabidopsis est complètement différent des ribosomes bactériens et des autres mitoribosomes eucaryotes, à la fois en terme de structure mais aussi de composition, permettant ainsi de mieux comprendre l’évolution de ce composant central de l’expression génétique
Ribosomes are the molecular machines translating the genetic information carried by mRNA into protein. Different translation machineries co-exist in eukaryote cells. While cytosolic translation is comparatively well characterized, it remains the most elusive step of gene expression in mitochondria. In plants, while numerous pentatricopeptide repeat (PPR) proteins are involved in all steps of gene expression, their function in translation remains unclear. My work focused on the biochemical characterisation of Arabidopsis mitochondrial ribosomes and the identification of its protein composition. Complementary biochemical approaches identified 19 plant specific mitoribosome proteins, among which 10 are PPR proteins. The knock out mutations of ribosomal PPR (rPPR) genes result in distinct macroscopic phenotypes including lethality or severe growth delays. The molecular analysis of rPPR1 mutants, using ribosome profiling, as well as the analysis of mitochondrial protein levels, revealed that rPPR1 is a generic translation factor, which is a novel function for PPR proteins. Finally, single particle cryo-electron microscopy was used and revealed the unique structural architecture of Arabidopsis mitoribosomes, characterised by a very large small ribosomal subunit, larger than the large subunit, with a novel head domain. Overall, my results showed that Arabidopsis mitoribosomes are completely distinct from bacterial and other eukaryote mitoribosomes, both in terms of structure and of protein content

La réduction de l’expression de deux gènes codant pour la L-galactono-lactone-1,4-déshydrogénase (GalLDH) et de la GDP-D-mannose-3’,5’-épimérase (GME), enzymes de la voie de biosynthèse de l’ascorbate, a permis de mieux comprendre le rôle physiologique de ces enzymes chez la tomate. D’une part, l’étude de la GalLDH a mis en évidence la régulation complexe du métabolisme de l’ascorbate et la fonction essentielle de cette protéine au sein de la chaîne de transport des électrons au niveau mitochondrial. D’autre part, ce travail a révélé le rôle central de la GME à la fois pour la biosynthèse de l’ascorbate et la biosynthèse des polysaccharides pariétaux, notamment les mannanes et le rhamnogalacturonane II. Chez les plantes sous-exprimant la GME, nous avons pu noter l’incidence de perturbations de la structure pariétale sur les propriétés mécaniques des tiges et des fruits ainsi que sur la fécondation. Ces modifications ont notamment engendré une fragilité accrue des tiges et une stérilité partielle. La GME est donc déterminante pour la qualité nutritionnelle et organoleptique du fruit de tomate. Enfin, dans le cadre d’une approche de biologie intégrative, nos résultats associés aux données issues de plantes sous-exprimant des gènes codant pour des enzymes de la voie de recyclage de l’ascorbate chez la tomate ouvrent des perspectives originales pour l’approfondissement des connaissances sur la régulation et sur l’intégration du métabolisme de l’ascorbate dans le fonctionnement de la cellule
Down-regulation of two genes encoding the L-galactono-1,4-lactone dehydrogenase (GalLDH) and the GDP-D-mannose-3',5'-epimerase (GME), enzymes of ascorbate biosynthesis pathway, led to a better understanding of the physiological role of these enzymes in tomato plants. On one hand, the study of GalLDH highlighted the complex regulation of ascorbate metabolism and the essential function of this protein in mitochondrial electron transport chain. Moreover, this work revealed the central role of the GME for both the ascorbate biosynthesis and the biosynthesis of cell wall polysaccharides, including mannans and rhamnogalacturonan II. In the GME-silenced plants, we found that modifications of the cell wall structure change the mechanical properties of stems and fruit as well as the fertilization. These changes led to an increase of stem fragility and to an increase of sterility. Therefore, GME plays a crucial role regarding the nutritional and organoleptic quality of tomato fruit. Finally, within the context of a systems biology approach, our results associated to datas obtained with plants silenced for recycling pathway related genes lead to the prospect to unravel the knowledges on the regulation and the integration of ascorbate metabolism in cell functions

L'aspartate aminotransférase (E. C. 2. 6. 1. 1. ) du champignon ectomycorhizien Cenococcum geophilum a été purifiée à l'homogénéité électrophorétique en quatre étapes. Les propriétés physicochimiques et immunologiques de l'enzyme ont été étudiées. L'isolement des mitochondries indique que l'enzyme est localisée dans la matrice mitochondriale. L'activité enzymatique du tissu fongique est régulée à la fois par la quantité et l'activité moléculaire de l'enzyme. L'aspartate aminotransférase des associations mycorhiziennes Cenococcum geophilum-épicéa et Cenococcum geophilum-hêtre est celle de l'hôte