La physiologie de l’oxydoréduction de la matrice régit la régulation du métabolisme mitochondrial des plantes par des modifications protéiques post-traductionnelles
Citation
Møller, Ian & Igamberdiev, Abir & Bykova, Natalia & Finkemeier, Iris & Rasmusson, Allan & Schwarzländer, Markus. (2020). Matrix Redox Physiology Governs the Regulation of Plant Mitochondrial Metabolism through Post-Translational Protein Modifications. The Plant Cell. 10.1105/tpc.19.00535.
Résumé en langage clair
Les mitochondries fonctionnent comme les centrales énergétiques du métabolisme des cellules végétales en produisant et en exportant des équivalents énergétiques, qui sont nécessaires à de nombreuses voies métaboliques et au fonctionnement des processus de la vie. Les mitochondries modulent rapidement leur métabolisme en réponse aux changements dynamiques des besoins en énergie et en éléments constitutifs de la cellule. Une régulation efficace, rapide et directe de la fonction mitochondriale est obtenue par la modification biochimique des enzymes intervenant dans le métabolisme mitochondrial. Cette étude porte sur le rôle essentiel des modifications des protéines fonctionnelles matures induites par l’oxydoréduction dans le cadre de la régulation métabolique des mitochondries. Plusieurs concepts fondamentaux contribuent aux modifications associées à l’oxydoréduction, dont les réactions biologiques d’oxydoréduction de petites molécules, les modifications biochimiques spécifiques des acides aminés des protéines identifiées par séquençage et analyse, sans oublier l’importance fonctionnelle de ces processus. Un autre concept englobe le rôle combinatoire de multiples modifications d’une même protéine ou de protéines faisant partie de la même voie métabolique, c’est-à-dire des modifications qui peuvent interagir pour raffiner la régulation métabolique. Les modifications protéiques font également partie du processus de réparation des dommages causés par le stress ainsi que de l’adaptation des fonctions métaboliques aux variations environnementales, telles que les changements dans l’irradiation lumineuse ou la disponibilité de l’oxygène. Enfin, les modifications protéiques post-traductionnelles forment un système de régulation complexe qui offre la rapidité et la souplesse nécessaires à la coordination mitochondriale que ne peuvent assurer à elles seules les modifications de l’expression des gènes nucléaires.
Résumé
Les mitochondries des plantes fonctionnent comme des centrales métaboliques. La phosphorylation oxydative produit de l’ATP, mais c’est aussi un puits central d’électrons de grande capacité requis par de nombreuses voies métaboliques qui doivent être coordonnées et intégrées de manière flexible. Ici, nous examinons le rôle crucial des modifications protéiques post-traductionnelles associées à l’oxydoréduction dans la régulation métabolique des mitochondries. Nous abordons plusieurs concepts importants. Premièrement, les principaux couples d’oxydoréduction dans la matrice mitochondriale (NAD, NADP, thiorédoxine, glutathion et ascorbate) sont en état cinétique stable plutôt qu’en équilibre thermodynamique. Deuxièmement, la protéomique ciblée a produit de longues listes de protéines potentiellement régulées par l’oxydation de la cystéine/thiorédoxine, la formation de Met-SO, la phosphorylation ou l’acétylation de la lysine, mais à l’heure actuelle, nous ne comprenons l’importance fonctionnelle que de quelques-unes de ces modifications protéiques post-traductionnelles. Certaines modifications de site peuvent représenter un bruit moléculaire causé par des réactions parasites. Troisièmement, différentes modifications protéiques post-traductionnelles sur la même protéine ou sur des protéines différentes de la même voie métabolique peuvent interagir pour raffiner la régulation métabolique. Quatrièmement, les modifications protéiques post-traductionnelles font partie de la réparation des dommages causés par le stress (par exemple, en réduisant les produits d’oxydation de la méthionine et de la cystéine) ainsi que de l’adaptation des fonctions métaboliques en réponse aux variations environnementales, telles que les changements dans l’irradiation lumineuse ou la disponibilité de l’oxygène. Enfin, les modifications protéiques post-traductionnelles forment un système de régulation multidimensionnel qui offre la vitesse et la flexibilité nécessaires à la coordination mitochondriale bien au-delà de ce que permettent à elles seules les modifications de l’expression des gènes nucléaires.