Une équipe de chercheurs de Fribourg fait la lumière sur la formation des mitochondries en fonction des signaux
Les scientifiques révèlent le transport de séquences de signaux chargées positivement à travers un sillon chargé négativement
Connues comme la centrale électrique de la cellule, les mitochondries sont essentielles au métabolisme humain. Les mitochondries humaines sont constituées de 1 300 protéines différentes et de deux biomembranes graisseuses. La grande majorité des protéines mitochondriales sont produites avec un signal de transport clivable et doivent être activement transportées dans les mitochondries. À l'aide d'expériences biochimiques et de biologie cellulaire, une équipe de chercheurs a montré pour la première fois avec précision comment les protéines mitochondriales avec des séquences de signaux sont importées dans les mitochondries via un sillon unique chargé négativement. Nils Wiedemann et Carola Hunte, de la faculté de médecine de l'université de Fribourg, et Martin van der Laan, de l'université de la Sarre, les travaux ont été menés au sein du pôle d'excellence CIBSS (Centre for Integrative Biological Signalling Studies) de l'université de Fribourg. Leurs résultats ont été publiés dans la revue scientifique Nature.
Le mécanisme de transport est un élément constitutif important
"Quarante ans après la découverte des séquences de signaux mitochondriaux, nos expériences ont révélé le mécanisme précis par lequel les protéines sont transportées et les centrales électriques de nos cellules sont progressivement construites", explique M. Wiedemann. "Les informations sur le mécanisme de transport des protéines mitochondriales constituent un élément important de la recherche cellulaire fondamentale". Les dysfonctionnements de plus de 500 protéines mitochondriales sont à l'origine de diverses maladies, c'est pourquoi la recherche sur les mitochondries est extrêmement importante pour la médecine.
On savait déjà que les protéines mitochondriales étaient importées dans la matrice mitochondriale par la séquence de signal translocase de la membrane interne (TIM). Les deux sous-unités essentielles de cette translocase sont Tim17 et Tim23. Jusqu'à présent, on supposait que les protéines mitochondriales comportant des séquences de signal étaient transportées à travers la membrane interne par l'intermédiaire d'un canal Tim23 rempli d'eau. Cependant, des prédictions structurelles récentes basées sur l'intelligence artificielle indiquent que le Tim23 ne forme pas de canal. L'équipe de recherche a maintenant pu prouver que les protéines mitochondriales avec des séquences de signal sont en fait importées dans les mitochondries via un sillon dans la protéine Tim17.
Sillon chargé négativement dans la protéine Tim17
La plupart des protéines transportées dans les mitochondries contiennent une séquence de signal moléculaire complexe, chargée positivement et soluble dans l'eau d'un côté, et comportant des résidus moléculaires solubles dans les graisses de l'autre côté. Contrairement au côté chargé positivement du signal de transport, le sillon de Tim17 contient une région fortement chargée négativement qui est présente dans toutes les protéines Tim17, de la levure à l'homme.
Laura Fielden et Jakob Busch, de l'Institut de biochimie et de biologie moléculaire de l'Université de Fribourg, ont utilisé des expériences fonctionnelles de transport in vitro en utilisant des protéines marquées chimiquement avec des mitochondries isolées pour montrer que les charges négatives dans le sillon de Tim17 interagissent avec les séquences de signal chargées positivement et sont donc essentielles au transport des protéines mitochondriales. Par ailleurs, le côté liposoluble des séquences de signaux mitochondriales est aligné avec la membrane lipidique, ce qui permet le transport des séquences de signaux à l'interface entre le Tim17 et la membrane interne de la mitochondrie.
Les bases d'une recherche plus poussée
"Maintenant que nous avons clarifié ce mécanisme fondamental des protéines mitochondriales avec une séquence de signal à l'interface de la biomembrane, nous pouvons comprendre pourquoi les séquences de signal mitochondriales ont un côté chargé positivement et un côté liposoluble et en ont besoin pour leur transport", explique Fielden, soulignant l'importance des résultats qui peuvent maintenant servir de base à d'autres recherches sur les mitochondries.
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Publication originale
Fielden, L.F., Busch, J.D., Merkt, S.G., Ganesan, I., Steiert, C., Hasselblatt, H.B., Busto, J.V., Wirth, C., Zufall, N., Jungbuth, S., Noll, K., Dung, J.M., Butenko, L., von der Malsburg, K., Koch, H.-G., Hunte, C., van der Laan, M., Wiedemann, N.: "Central role of Tim17 in mitochondrial presequence protein translocation."; Nature (2023).
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