Il y a quelques années, des scientifiques ont découvert un cas curieux de protozoaires (oxymonades) dépourvus de mitochondries. Depuis lors, le groupe de recherche du professeur agrégé Hampl de la Faculté des sciences de l’Université Charles et du centre de recherche BIOCEV s’est demandé comment la perte unique de mitochondries s’est produite.
Dans un article publié dans la revue Biologie actuelle, l’équipe du professeur agrégé Hampl, avec Justyna Zítek comme premier auteur, a utilisé le plus proche parent connu des oxymonades, un flagellé vivant libre connu sous le nom de Paratrimastix pyriformis, comme espèce modèle. Cette espèce possède des mitochondries, mais elles sont fortement réduites. L’équipe s’est concentrée sur l’apparence du parent le plus proche des mitochondries perdues et sur ce que ces mitochondries réduites apportent réellement à l’organisme. De cette façon, les scientifiques peuvent apprendre comment la réduction des mitochondries s’est déroulée, ce qui rend les oxymonades si uniques qu’elles ont pu se débarrasser complètement des mitochondries.
L’une des fonctions clés des mitochondries est la synthèse des clusters fer-soufre, qui commence presque toujours par là, même chez les organismes qui ont grandement simplifié ces organites, comme Giardia intestinalis. Il y a quelques années, l’équipe de Hampl a montré qu’un groupe plus large d’oxymonades, qui comprend le Paratrimastix vivant en liberté, a une voie différente pour la synthèse des clusters fer-soufre qui semble fonctionner dans le cytosol.
« Nous avons fait valoir à l’époque que cet échange de voie est lié à la perte de mitochondries chez les oxymonades. Cependant, nous étions toujours intéressés par la façon dont il se passe dans Paratrimastix, car bien qu’il ait subi cet échange, il a encore des mitochondries, donc nous n’avons pas ‘ Je ne sais pas vraiment comment cet organite est bénéfique pour la cellule », déclare Vladimír Hampl, expliquant le contexte de la nouvelle étude.
D’après des études antérieures, il était clair que les mitochondries de Paratrimastix pyriformis contiennent un complexe protéique appelé système de clivage de la glycine. Ce complexe se trouve dans un certain nombre d’autres protistes anaérobies normalement libres. Dans les mitochondries d’organismes modèles, y compris les humains, ce complexe décompose l’acide aminé glycine pour former du NADH, et les réactions en aval produisent de l’acide folique méthylé et de l’acide formique, qui sont ensuite utilisés dans le cytosol pour diverses réactions nécessitant un groupe méthyle. Cependant, on ne sait pas encore à quoi sert le système de clivage de la glycine dans les mitochondries réduites.
Justyna Zitek et son équipe ont utilisé une méthode protéomique avancée appelée LOPIT (Localization of Organelle Proteins by Isotope Tagging), où les cellules d’un organisme sont lysées puis plusieurs fractions sont préparées par centrifugation différentielle. Les chercheurs ont préparé neuf pastilles différentes, des parties de cellules sédimentées. « Les composants cellulaires qui sédimentent rapidement seront davantage représentés dans les premières fractions », explique Vladimír Hampl.
L’équipe a ensuite marqué ces fractions avec des étiquettes isotopiques, les a mélangées et a mesuré le mélange dans un spectromètre de masse. De cette façon, ils ont identifié plus de cinq mille protéines et ont assigné plusieurs d’entre elles à des compartiments cellulaires. « L’astuce de la méthode est que les protéines d’un même compartiment vont sédimenter ensemble et donc leur représentation sera similaire à travers les fractions ; nous appelons cela un profil. Parce que pour certaines protéines, nous savons à l’avance à quel compartiment elles appartiennent, nous savons à quel compartiment ressemble à d’autres protéines et peut correspondre à d’autres protéines », ajoute Hampl. À l’aide de méthodes de classification multivariées et avancées, l’équipe a tenté d’attribuer des protéines à des compartiments spécifiques de la cellule en fonction de leurs profils.
Le principal résultat de l’étude est une description du protéome des mitochondries de l’espèce Paratrimastix pyriformis, à laquelle l’analyse statistique a attribué une trentaine de protéines. De là, les chercheurs ont pu en déduire que le système de clivage de la glycine est suivi d’une séquence de trois autres réactions, ressemblant à la situation dans les mitochondries humaines, qui génèrent d’autres dérivés d’acide folique à partir du produit initial jusqu’au produit final, l’acide formique, est formé.
Hampl ajoute : « Il s’avère que les mitochondries réduites ont évidemment une fonction essentielle pour l’organisme, qui n’est pas la synthèse de cofacteurs fer-soufre, mais la synthèse de composés méthylés pour le cytosol. » Rien de semblable n’a été connu pour les mitochondries simples des protistes anaérobies.
Ce travail est également important d’un point de vue méthodologique, car il montre que la technique LOPIT peut être utilisée pour étudier des organismes non modèles cultivés avec un mélange de bactéries qui sont par ailleurs assez difficiles à caractériser biochimiquement ou protéomiquement.
« Notre étude est le deuxième travail où la méthode LOPIT a été appliquée à grande échelle aux protozoaires. C’est une procédure très élégante et c’était agréable de montrer qu’elle peut être appliquée même à une culture relativement sale d’un organisme que nous aurions autrement trouve très difficile à étudier », conclut Vladimír Hampl.
Plus d’information:
Justyna Zítek et al, Les mitochondries réduites fournissent une fonction essentielle pour le cycle cytosolique de la méthionine, Biologie actuelle (2022). DOI : 10.1016/j.cub.2022.10.028