Maintenance et ségrégation du génome mitochondrial

Responsable d'équipe : André DIETRICH

Thème de recherche

Notre équipe s’intéresse aux mécanismes qui contrôlent la maintenance, la ségrégation et la réparation du génome mitochondrial (mtDNA) des plantes, ainsi qu’aux processus de régulation antérograde (noyau vers les organelles) et rétrograde (organelles vers le noyau) qui gèrent son expression.

Les mitochondries des plantes supérieures possèdent des génomes de grande taille avec une structure dynamique résultant d’événements de recombinaison. Ces mécanismes de recombinaison sont nécessaires pour la réplication et la ségrégation stœchiométrique de l’information génétique mitochondriale. Ils sont aussi responsables de l’évolution très rapide de la structure du mtDNA. De plus, la maintenance de ce génome complexe dans l’environnement oxydatif généré par l’activité de la chaîne respiratoire requiert des mécanismes efficaces de réparation de l’ADN. L’étude de ces mécanismes reste peu développée. Nous nous intéressons plus particulièrement à la réparation recombinaison-dépendante mais aussi à la réparation par excision de base (« BER » pour « Base Excision Repair ») ou par excision de nucléotide (« NER » pour « Nucleotide Excision Repair »). Nous étudions ces voies et les facteurs impliqués, en utilisant les outils génétiques, génomiques, biochimiques et de biologie cellulaire disponibles pour la plante-modèle Arabidopsis.

Pour l’étude des processus de régulation génétique mitochondriale et de coordination avec le noyau, nous avons développé une stratégie originale permettant d’invalider de façon inductible des ARN mitochondriaux individuels. Cette approche nous permet d’analyser la dynamique de la réponse à un changement brutal dans l’équilibre normal du transcriptome mitochondrial, tandis qu’un mutant classique serait au contraire représentatif d’une nouvelle situation d’équilibre.

Les projets

  • Dynamique de la réplication et de la ségrégation du mtDNA (José Manuel GUALBERTO)
  • Réparation du génome mitochondrial (José Manuel GUALBERTO)
  • Régulation mitochondriale, coordination et génétique inverse (André DIETRICH)

Projets en cours

Dynamique de la réplication et de la ségrégation du mtDNA

Porteur de projet : José Manuel GUALBERTO

Les activités de recombinaison homologue nécessaires à la maintenance du mtDNA peuvent mobiliser de courtes séquences répétées qui sont abondantes dans le génome mitochondrial. La recombinaison ectopique impliquant ces séquences génère des formes alternatives du mtDNA qui peuvent devenir prédominantes par « shift » stoechiométrique. Ce processus est sous-jacent à l’évolution rapide de la structure du mtDNA. Nous analysons des mutants de gènes impliqués dans la surveillance de la recombinaison pour comprendre la réplication et la ségrégation de sous-génomes générés par recombinaison. Ces connaissances peuvent être utilisées pour générer de la diversité mitochondriale et des phénotypes d’intérêt agronomique.

Réparation du génome mitochondrial

Porteur de projet : José Manuel GUALBERTO

Nous avons caractérisé deux voies de réparation du mtDNA, la recombinaison homologue (HR) et la réparation par excision de base (BER). Nous étudions les mécanismes qui relient la réparation et la dynamique du mtDNA. Nous avons identifié chez les plantes un homologue mitochondrial du facteur TRCF (« Transcription-Repair Coupling Factor ») bactérien. Nous cherchons à établir si ce facteur recrute des acteurs de la réparation par excision de nucléotides (NER) ou de la voie BER et sert de base à une voie de réparation du mtDNA couplée à la transcription. Enfin, nous voulons déterminer si la relocalisation des facteurs de réparation contribue à la régulation de ces processus en réponse au stress génotoxique.

Régulation mitochondriale, coordination et génétique inverse

Porteur de projet : André DIETRICH

En l’absence de méthodologie pour transformer le mtDNA, nous invalidons des ARN mitochondriaux individuels en adressant dans les organelles des trans-ribozymes conduits par un ARN-navette. En manipulant ainsi directement le niveau de transcrits spécifiques dans les organelles et en analysant la réponse du transcriptome des différents compartiments cellulaires, nous cherchons à mettre en évidence des mécanismes de coordination de l’expression génétique mitochondriale et de signalisation rétrograde. L’approche est également utilisée pour invalider des ARN produits par des gènes putatifs conservés dans les génomes mitochondriaux des plantes, afin de déterminer la fonction des protéines correspondantes.

Membres de l'équipe

Publications

  • SULTAN Laure D., MILESHINA Daria, GREWE Felix, ROLLE Katarzyna, ABUDRAHAM Sivan, GLODOWICZ Pawel, NIAZI Adnan Khan, KEREN Ido, SHEVTSOV Sofia, KLIPCAN Liron, BARCISZEWSKI Jan, MOWER Jeffrey P., DIETRICH A. and OSTERSETZER-BIRAN Oren

    The reverse-transcriptase/RNA-maturase protein MatR is required for the splicing of various group II introns in Brassicaceae mitochondria

    Plant Cell, 28:2805-2829, 2016. | PMI27760804 :

  • WALLET C., LE RET M., BERGDOLL M., BICHARA M., DIETRICH A. and GUALBERTO J.

    The RECG1 DNA translocase is a key factor in recombination surveillance, repair, and segregation of the mitochondrial DNA in Arabidopsis

    Plant Cell, 27:2907-2925, 2015. | PMI26462909 :

  • GUALBERTO J., LE RET M., BEATOR B. and KÜHN K.

    The RAD52-like protein ODB1 is required for the efficient excision of two mitochondrial introns spliced via first-step hydrolysis.

    Nucleic Acids Research, 43(13):6500-6510, 2015. | PMI26048959 :

  • LOTFI F., KOULINTCHENKO Milana V., IBRAHIM Noha, HAMMANN Philippe, MILESHINA Daria V., KONSTANTINOV Yuri M. and DIETRICH A.

    Nucleic acid import into mitochondria: New insights into the translocation pathways

    Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research, 1853:3165-3181, 2015. | PMI26376423 :

  • MILLER-MESSMER M., KÜHN K., BICHARA M., LE RET M., IMBAULT P. and GUALBERTO J.

    RECA-dependent DNA repair results in increased heteroplasmy of the Arabidopsis mitochondrial genome.

    Plant Physiology, 159:211-226, 2012. | PMI22415515 :

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