Les protéines de liaison à l’ADN, des régulateurs de la transcription des gènes, mais pas que!
Lorsque l'on évoque les fonctions des protéines de liaison à l’ADN, la régulation de la réplication du génome ou transcription des gènes viennent immédiatement à l’esprit. Des chercheurs ont démontré que chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, une protéine de la famille des facteurs de transcription mTERF dénommée MDA1 régule la transcription de gènes dans les chloroplastes mais également la maturation post-transcriptionnelle de leurs ARN messagers par le biais d’une collaboration inattendue avec des protéines de liaison à l’ARN. Ce travail est publié dans la revue New Phytologist.
Chez les plantes, le contrôle de l’expression des gènes chloroplastiques est assuré par des protéines de liaisons aux acides nucléiques codées par le noyau et adressées aux plastes. La protéine chloroplastique MDA1 fait partie de ces protéines et appartient à la famille de facteurs de transcription, mTERF.
L’étude d’un mutant pour le gène MDA1 a démontré que MDA1 est un régulateur positif de la transcription de certains gènes chloroplastiques codant des sous-unités du photosystème II et du complexe NADH déshydrogénase. Des expériences biochimiques de co-immunoprécipitation ont révélé que la protéine MDA1 fixe des séquences de gènes dans les chloroplastes qui correspondent à des sites de pause de la transcription de l’ARN polymérase de l'organelle.
De manière surprenante, les chercheurs ont découvert que la liaison de la protéine MDA1 à ces sites n’étaient pas essentielle à la transcription de ces gènes mais l’était pour l’accumulation de leur ARN messagers maturés après la transcription. Pour expliquer ce phénomène, ils ont effectué sur le mutant mda1 une analyse quantitative et combinée de l’accumulation des ARN messagers nouvellement transcrits, de la maturation de leurs extrémités et de la présence d’empreintes ARN laissées par les protéines de liaison à l’ARN. Les résultats mettent en lumière un mécanisme coopératif inattendu entre la transcription et la stabilisation des ARN messagers dans les chloroplastes. En effet, la pause de la transcription chloroplastique au niveau des sites de liaison génomiques de la protéine MDA1 régule le repliement de l’ARN néo-transcrit et la stabilité des ARN messagers matures in vivo. Dans ce mécanisme, la pause de transcription a pour rôle d’éviter la formation de structure secondaire dans les transcrits en cours de synthèse et ainsi, de permettre aux protéines de liaison à l’ARN de se fixer à leurs extrémités 5’ afin de les protéger de la dégradation par les ribonucléases.
Cette étude révèle pour la première fois la coopération fonctionnelle entre des protéines de liaison à l’ADN et à l’ARN pour la régulation post-transcriptionnelle de l’expression des gènes du chloroplaste, brouillant ainsi les lignes de démarcation fonctionnelle préalablement admises entre ces deux groupes de protéines nécessaire à l’expression des génomes.
Figure : Rôle de la protéine MDA1 pour l’expression du gène psbE dans les chloroplastes d’Arabidopsis. Dans les chloroplastes, la protéine MDA1 fixe spécifiquement une séquence d’ADN située en aval du site d’initiation de la transcription (TSS) de l’ARN polymérase chloroplastique, PEP et d’une séquence (RBP BS) qui après transcription, sera liée par une protéine de liaison à l’ARN (RBP).
La fixation de MDA1 à l’ADN entraine une pause de la transcription à ce site et empêche l’ARN néo-synthétisé de former une structure secondaire. Ceci permet à la protéine de liaison à l’ARN de se fixer et coiffer l’extrémité 5’ de l’ARNm pour la protéger de la dégradation par les ribonucléases. Une fois l’extrémité stabilisée, la transcription du gène continue. En l’absence de MDA1, la pause de la transcription n’a pas lieu et la séquence d’ARN néo-synthétisé se replie sur elle-même. Ceci a pour effet de piéger le site de fixation de la protéine de liaison à l’ARN qui ne pourra plus protéger l’extrémité 5’ de l’ARNm. L’ARNm sera donc dégradé par les ribonucléases.
Pour en savoir plus
The Arabidopsis mTERF‐repeat MDA1 protein plays a dual function in transcription and stabilization of specific chloroplast transcripts within the psbE and ndhH operons
Méteignier L.-V., Ghandour R., Meierhoff K., Zimmerman A., Chicher J., Baumberger N., Alioua A., Meurer J., Zoschke R., Hammani K
New Phytologist 28 avril 2020. DOI : https://doi.org/10.1111/nph.16625
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