La biomolécule diphthamide est essentielle à la bonne formation des protéines dans les cellules. Lorsque les humains sont infectés par la diphtérie, le diphtamide est altéré par la toxine diphtérique, de sorte que des complications potentiellement mortelles peuvent survenir à la suite d’une formation altérée de protéines. Jusqu’à présent, le diphtamide n’était connu que chez les animaux et les champignons. Une équipe de recherche dirigée par le professeur Ute Krämer, titulaire de la chaire de génétique moléculaire et de physiologie des plantes à la Ruhr-Universität Bochum, vient de démontrer que la biomolécule est également présente dans les plantes. Les chercheurs ont également montré que sa formation peut être affectée par certains facteurs environnementaux. Celui-ci a été publié dans la revue Communication Nature le 11 juillet 2022.
L’étude a été réalisée dans le département d’Ute Krämer, avec des contributions du groupe de recherche du professeur Raffael Schaffrath de l’Université de Kassel et du professeur Lorenz Adrian de l’Université technique de Berlin, ainsi que d’autres groupes de recherche en Allemagne.
Les plantes sans diphtamide poussent moins
La biomolécule diphthamide est une modification naturelle de la protéine dite du facteur d’élongation 2 de nombreux organismes. Cette protéine fait partie des composants responsables de la construction de toutes les protéines de la cellule. « Cette modification est connue depuis longtemps pour être la cible de la toxine diphtérique, qui peut entraîner des complications potentiellement mortelles chez les personnes infectées par la diphtérie en empêchant la synthèse cellulaire des protéines », explique Ute Krämer. « Les infections à diphtérie d’origine bactérienne ont été documentées depuis l’Antiquité et étaient très redoutées jusqu’au 19ème siècle, avant qu’un vaccin ne soit développé. »
Jusqu’à présent, le diphthamide n’avait été identifié et étudié en détail que dans les organismes animaux et la levure de boulanger, en tant qu’organisme modèle pour la recherche médicale. L’équipe d’Ute Krämer a maintenant montré que le diphthamide se forme également dans les plantes et remplit une fonction importante : si la capacité de former du diphtamide est absente dans la plante, il y a un taux d’erreur accru dans la biosynthèse des protéines. De plus, la croissance des plantes est réduite en raison de la diminution de la division cellulaire. Plusieurs altérations supplémentaires dans les processus de régulation cellulaire centrale pourraient contribuer à provoquer la restriction de croissance.
Le stress influence la formation de diphtamide
Selon les résultats de l’étude, l’étape initiale essentielle de la biosynthèse du diphtamide connue des mammifères et des levures se déroule également chez les plantes. Par conséquent, il est probable que ce soit également le cas pour les étapes ultérieures menant au diphtamide désormais détecté dans les plantes. « Ce qui est complètement nouveau, cependant, c’est que non seulement les défauts génétiques peuvent entraîner une perte de diphthamide », explique Ute Krämer. « Le stress environnemental, en particulier un excès de l’oligo-élément nutritif cuivre ou de la toxine environnementale cadmium, inhibe également la formation de diphtamide dans les plantes. »
En présence de concentrations élevées de cuivre, les cellules humaines ont également montré une carence en diphtamide. Ces résultats identifient un nouveau facteur influençant les taux de croissance des plantes, et ils pourraient également contribuer à une meilleure compréhension de la façon dont les maladies se développent. « Il faut maintenant étudier si les agents pathogènes des plantes utilisent également le diphtamide comme talon d’Achille, tout comme l’agent pathogène de la diphtérie le fait chez l’homme », déclare Ute Krämer.
Hongliang Zhang et al, La fidélité translationnelle et la croissance d’Arabidopsis nécessitent une biosynthèse de diphthamide sensible au stress, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-31712-7