Bien que les plastes aient leur propre génome codant pour certaines de leurs protéines (~100), la majorité des enzymes (~3000) impliquées dans les différentes fonctions plastidiales sont codées par le génome nucléaire, et par conséquent, doivent être importées dans les plastes. Ce transit est réalisé via un mécanisme de ciblage spécifique qui a plus particulièrement été étudié dans le cas des chloroplastes. Ce mécanisme est médié par l'action coordonnée de deux complexes multi-protéiques : le translocon TOC dans la membrane externe de l’enveloppe et le translocon TIC dans la membrane interne de l’enveloppe.
De nombreux peptides de ciblage ont été identifiés dans la séquence des précurseurs de protéines adressées vers l'espace intermembranaire, la membrane interne, le stroma, et dans le cas des chloroplastes, vers la membrane des thylakoïdes. Tous ces peptides d’adressage intraplastidial permettent d'importer des protéines dans les plastes par l’intermédiaire de la machinerie d’import TOC/TIC. Toutefois, il a été noté que l'utilisation de ces peptides pour le ciblage de protéines d'intérêt dans les chloroplastes peut avoir l'inconvénient de saturer ces systèmes d’import en entrant en compétition avec les protéines naturellement adressées au chloroplaste, et cela en particulier lorsque la construction peptide d’adressage - protéine d'intérêt est placée sous le contrôle d'un promoteur fort. Il en résulte alors des «fuites» conduisant au bout de quelques jours à la présence de la protéine d'intérêt dans d'autres compartiments intracellulaires comme le cytosol. Une autre conséquence de cette saturation concerne également l'impact de cette compétition sur l’adressage des protéines plastidiales naturelles, et donc sur la physiologie même du chloroplaste.
Description de l’innovation
Jusqu'à récemment, toutes les protéines destinées à des compartiments internes de chloroplastes étaient suspectées avoir en position N-terminale une séquence clivable d’adressage et d’utiliser la machinerie d’import TOC/TIC. En cherchant une alternative à ce système d’adressage de protéines, des chercheurs impliqués dans un programme GENOPLANTE ont caractérisé de nouveaux peptides de ciblage des plastes qui utilisent une voie d'import différente de celle impliquant la machinerie TOC/TIC. De plus, les protéines d'intérêt destinées aux plastes grâce à de tels peptides de ciblage alternatif ne sont pas en compétition avec les protéines naturellement adressées vers les plastes par l’intermédiaire des systèmes TOC/TIC.
Les nombreux avantages de ce nouveau système de ciblage des plastes sont :
- d’éviter les fuites de protéines d’intérêt dans les autres compartiments subcellulaires,
- d’éviter la saturation de la machinerie TOC/TIC, ce qui assure un ciblage efficace des protéines naturelles du chloroplaste (et donc préserve les fonctions essentielles des plastes),
- de permettre le ciblage plastidial efficace de protéines d’intérêt pour lesquelles l’import classique au moyen d'une séquence N-terminale clivable de ciblage et utilisant la machinerie TOC/TIC ne serait pas fonctionnel.
Applications industrielles et transfert technologique
Ces nouveaux polypeptides d’adressage intraplastidial sont protégés par une demande internationale de brevet (WO2004/001050) et bénéficieront aux industriels impliqués dans la production de protéines d’intérêt dans les végétaux et l’amélioration variétale. INRA Transfert est en charge de la valorisation de cette innovation par la concession de licences pour des applications commerciales.
Voir l’article de Miras et al., 2002, Figure 7: Transit sequence requirements for protein targeting to various subplastidial compartments.
“The ceQORH protein is the only known protein to be associated to the inner membrane of the plastid envelope while devoid of a cleavable N-terminal targeting peptide.”
Publications
- Miras S, Salvi D, Ferro M, Grunwald D, Garin J, Joyard J, Rolland N., Non-canonical Transit Peptide for Import into the Chloroplast. (2002), J Biol Chem Vol 277(49): 47770-47778
- Ferro M, Salvi D, Brugière S, Miras S, Kowalski S, Louwagie M, Garin J, Joyard J, Rolland N., Proteomics of the Chloroplast Envelope Membranes from Arabidopsis thaliana. (2003), Mol Cell Proteomics 2(5): 325-345
- Miras S, Salvi D, Piette L, Seigneurin-Berny D, Grunwald D, Reinbothe C, Joyard J, Reinbothe S, Rolland N., Toc159- and Toc75-independent import of a transit sequence-less precursor into the inner envelope of chloroplasts. (2007), J Biol Chem 282(40): 29482-29492
Programme de Recherche GENOPLANTE
Contacts :
Norbert ROLLAND
Unité de recherche
UMR1200 Physiologie cellulaire végétale
INRA-CEA-CNRS-Université Grenoble I,
France
Chargée de valorisation
Claire LEMONTEY
INRA Transfert
28 rue du Docteur Finlay,
75015 Paris,
Phone: +33 (0) 1 55 35 26 38
Fax: +33 (0) 1 55 35 26 46
Email: claire.lemontey@paris.inra.fr
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