Une étude de l’Université de Bonn vient d’expliquer pourquoi. Cela suggère que le mécanisme de correction modifierait autrement les copies qui ne présentent aucun problème, avec des conséquences fatales pour la cellule. Les résultats ont été publiés dans The Plant Journal .

Les cellules végétales possèdent une multitude de structures spécialisées appelées organites, dont deux particulièrement importantes sont les chloroplastes et les mitochondries. Les premiers utilisent l'énergie lumineuse pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en oxygène et sucre, tandis que les seconds font plus ou moins la même chose en sens inverse :ils « brûlent » le sucre et d'autres composés pour générer l'énergie nécessaire à de nombreux processus cellulaires.

Les deux organites sont uniques dans la mesure où ils possèdent leurs propres gènes. Ce matériel génétique fonctionne comme un ensemble d’instructions d’assemblage pour les molécules clés dont les organites ont besoin pour leur travail. Si un chloroplaste a besoin de fabriquer une certaine protéine, par exemple, il commande d'abord une copie des instructions d'assemblage pertinentes qu'il peut ensuite utiliser pour produire la protéine.

Gènes des chloroplastes et des mitochondries souvent défectueux

"Cependant, les gènes des chloroplastes et des mitochondries contiennent souvent des défauts", explique Elena Lesch, doctorante à l'Institut de botanique cellulaire et moléculaire de l'Université de Bonn. "Il faut donc corriger les copies, sinon les protéines assemblées selon leurs instructions ne fonctionneront pas."

Pour cela, les plantes utilisent une sorte de Tipp-Ex, des molécules spéciales qui appartiennent au groupe des protéines à répétition pentatricopeptide (PPR).

Les plantes possèdent au moins une douzaine, et dans certains cas jusqu'à plusieurs milliers de ces protéines particulières de la PPR, dont chacune corrige des défauts très spécifiques. C'est comme si chaque mot d'un journal avait son propre sous-rédacteur. Plutôt que d'être fabriquées dans les organites dans lesquels elles sont utilisées, les protéines PPR sont fabriquées à l'extérieur des organites, dans le cytosol.

Le cytosol regorge également de copies de gènes, bien que celles-ci proviennent du noyau de la cellule, où sont stockés la plupart des milliers de gènes de la plante. En revanche, les mitochondries et les chloroplastes ne contiennent chacun que quelques dizaines de gènes. Les « protéines Tipp-Ex » pourraient théoriquement également corriger les copies à l’intérieur du cytosol. "Mais ce n'est pas le cas", dit Lesch. "Ils ne font leur travail que dans les organites, et nous voulions savoir pourquoi."

Inonder le mécanisme de transport dans les organites

Une des raisons pourrait être que les « sous-éditeurs moléculaires » sont simplement déplacés trop rapidement du cytosol vers les organites. Pour étudier cette possibilité, les chercheurs ont installé une sorte de commutateur moléculaire sur les gènes PPR à l’intérieur de certaines mousses Physcomitrium. Cela leur a permis de faire en sorte que les cellules produisent de très grandes quantités de protéines PPR, pratiquement en appuyant sur un bouton.

"Nous avons pu démontrer que cela submerge le mécanisme de transport", révèle Mirjam Thielen, collègue de Lesch, qui a mené de nombreuses expériences. "Cela a provoqué un empilement de protéines PPR dans le cytosol."

Une fois arrivés dans le cytosol, ils ont commencé à modifier des copies du noyau. "Nous avons analysé les changements qu'elles ont apportés et avons constaté que les protéines avaient modifié un grand nombre d'instructions d'assemblage qui auraient été correctes", explique Lesch.

"Des interventions incorrectes comme celles-ci sont bien entendu contre-productives, car elles peuvent mettre en danger les fonctions des protéines." Mais pourquoi cela devrait-il se produire en premier lieu ? En plus de détecter les défauts, les protéines PPR se lient également à ce que l'on appelle des séquences hors cible, des zones qui peuvent ressembler à une séquence défectueuse mais qui sont en réalité parfaitement intactes.

"Avec des copies de dizaines de milliers de gènes se bousculant pour gagner de l'espace à l'intérieur du cytosol, le risque que ces séquences non ciblées soient incorrectement corrigées serait élevé", note Lesch.

Production de molécules 'Tipp-Ex' soumise à une réglementation stricte

Pour éviter cela, les plantes ne produisent généralement que des quantités relativement faibles de protéines PPR, qui sont ensuite transportées directement dans les organelles avant que le « Tipp-Ex » moléculaire présent dans le cytosol ne puisse causer des dommages. Étant donné que le nombre de gènes (et donc le nombre de copies d'entre eux) à l'intérieur des chloroplastes et des mitochondries est gérable, de telles erreurs de correction n'ont pas tendance à se produire à cet endroit.

L’étude fournit de nouvelles informations sur la manière dont ces protéines correctrices identifient leurs cibles. À l'avenir, il sera donc peut-être possible d'utiliser les résultats pour apporter des modifications très ciblées à des copies spécifiques de gènes à l'intérieur des mitochondries et des chloroplastes et pour étudier l'effet de telles modifications.

Étant donné le rôle important que jouent ces organites dans le métabolisme énergétique des plantes, cela ouvre également la voie à des applications pratiques intéressantes.