Une étude révèle un mécanisme de traduction du génome mitochondrial hérité de la mère

Une collaboration internationale entre des chercheurs de Finlande, de Suède, du Royaume-Uni et des États-Unis a permis de capturer des ribosomes traduisant l’ARN messager exprimé à partir du génome mitochondrial hérité de la mère. En utilisant les dernières avancées de la cryo-microscopie électronique, le groupe a découvert un nouveau mécanisme que les ribosomes mitochondriaux utilisent pour la synthèse et la livraison de protéines nouvellement fabriquées afin d’éviter un mauvais repliement prématuré. Les perturbations du repliement des protéines peuvent entraîner des maladies humaines dévastatrices.

Il y a un dicton familier, « Tout est dans les gènes ». Comme le révèle l’archéologie moderne, l’ADN qui code les gènes peut être trouvé parmi les restes de nos ancêtres et de tout organisme, petit et grand, qui parcourait autrefois la terre. Le plan génétique à lui seul n’est pas suffisant; la vie exige l’expression et la traduction fidèles de nos génomes. La recherche fondamentale en biologie moléculaire a révélé de manière très détaillée les mécanismes par lesquels ces processus fondamentaux fonctionnent. L’une de ces découvertes pionnières a été celle des lauréats du prix Nobel François Jacob et Jacques Monod, qui ont établi le paradigme que nous connaissons maintenant sous le nom d’expression génique cellulaire, selon lequel les informations de notre génome sont transcrites, lues et converties en protéines fonctionnelles. Depuis, des chercheurs, jeunes et moins jeunes, ont renseigné les détails de ces processus incroyables pour découvrir la complexité de la biologie.

Dans une étude récente publiée dans Science une collaboration internationale de chercheurs, impliquant les chercheurs de l’Université d’Helsinki, le Dr Brendan Battersby et le Dr Uwe Richter, s’est appuyé sur cette tradition en révélant le mécanisme spécialisé de traduction du génome mitochondrial en protéines.

Dans les cellules qui composent les tissus et les organes de notre corps, les mitochondries compartimentent la décomposition des nutriments avec l’oxygène en conversion de l’énergie cellulaire. En conséquence, il est surtout connu comme la centrale électrique de la cellule. Cette fonction dépend de l’expression fidèle du génome mitochondrial hérité de la mère. Les perturbations du processus sous-tendent un grand groupe de maladies humaines qui peuvent frapper à tout âge, différant par le tissu affecté et la gravité. Malgré leur importance, les mécanismes moléculaires de ces processus sont restés obscurs. Cependant, la percée de l’imagerie biologique apportée par la cryo-microscopie électronique fournit désormais aux chercheurs les outils nécessaires pour étudier les fonctions de protéines individuelles avec une résolution et des détails sans précédent.

En combinant ses forces avec le Dr Alexey Amunts de l’Université de Stockholm et le Karolinska Institutet et le professeur Antoni Barrientos de la Miller School of Medicine de l’Université de Miami, le groupe a utilisé son savoir-faire collectif pour capturer le ribosome mitochondrial traduisant l’ARN messager (ARNm) en protéine . La structure a révélé un mécanisme de déclenchement unique pour empêcher les protéines nouvellement fabriquées de se replier prématurément. Pour que les protéines soient fonctionnelles dans nos cellules, il faut des processus de pliage coordonnés pour obtenir une forme 3D correcte. Les perturbations du repliement des protéines peuvent avoir de profondes implications biologiques pour tous les organismes et chez l’homme, des maladies dévastatrices.

« Obtenir une image directe d’un processus biologique que nous avons étudié pendant plusieurs années par des outils biochimiques et génétiques est absolument électrisant! » dit Uwe Richter, premier auteur partagé et chercheur principal à l’Université d’Helsinki et à l’Université de Newcastle.

«Cette étude met en évidence la puissance et la brillance de la science fondamentale de collaboration internationale menée de bas en haut», déclare le directeur de la recherche Brendan Battersby, qui est l’un des auteurs correspondants.

« Comprendre les détails fins de ces mécanismes cellulaires a des considérations importantes pour les maladies humaines, mais aussi pour les effets secondaires des antibiotiques couramment prescrits. L’expression des gènes mitochondriaux a de nombreux chevauchements avec celle des bactéries et par conséquent, de nombreux antibiotiques utilisés pour traiter les infections bactériennes peuvent également perturber nos centrales cellulaires, en tenant compte des effets secondaires de ces médicaments. La résolution de ces structures ribosomiques fait partie intégrante du développement de nouveaux antibiotiques efficaces et sûrs à l’avenir. En fin de compte, cela met en évidence l’importance de la recherche fondamentale ascendante et la façon dont elle continue de stimuler l’innovation et nous ne pouvons pas nous permettre de la perdre », souligne le Dr Battersby.