Nouvelle protéine Cytb-187aa régulant le développement précoce des mammifères

Contexte académique

Les mitochondries sont des organites multifonctionnels qui fournissent de l’énergie aux cellules. En plus de cette fonction, elles participent à la régulation de l’apoptose cellulaire, à la transmission des signaux cellulaires et à la régulation de diverses voies de biosynthèse. Parmi ces fonctions, les substances mitochondriales peuvent être libérées dans le cytoplasme ou le noyau, jouant le rôle de molécules de signalisation. Par exemple, les espèces réactives de l’oxygène mitochondriales (ROS) et les ions calcium (Ca2+) peuvent être libérés dans le cytoplasme, participant à l’apoptose cellulaire et à la détermination du destin cellulaire. La libération d’ARN et de peptides mitochondriaux joue également un rôle clé dans diverses réponses au stress métabolique et processus biologiques.

Des études antérieures ont montré que le génome mitochondrial contient 37 gènes, dont 13 codent pour des protéines utilisées dans la phosphorylation oxydative, toutes traduites dans les mitochondries en utilisant un code génétique modifié. Jusqu’à présent, aucune recherche n’avait exploré si les ARNm codés par ces gènes mitochondriaux pouvaient également être traduits dans le cytoplasme en utilisant le code génétique standard via les ribosomes cytoplasmiques.

Origine de la recherche

Cette étude a été menée par un groupe de chercheurs, dont Zhijuan Hu, Liang Yang, Maolei Zhang, issus de l’Institut de Biomédecine et de Santé de Guangzhou, de l’Institut de Biophysique de l’Académie Chinoise des Sciences, de l’Université Médicale de Guangzhou, et de l’Institut des Sciences et de l’Innovation de Hong Kong. Les résultats ont été publiés le 2 juillet 2024 dans la revue Cell Metabolism sous le titre “A novel protein cytb-187aa encoded by the mitochondrial gene cytb modulates mammalian early development”.

Processus de recherche

Processus expérimental

1. Découverte et validation de la nouvelle protéine : À l’aide d’un outil de recherche de cadre de lecture ouvert (ORF), les chercheurs ont découvert une nouvelle protéine codée par le gène mitochondrial cytb, longue de 187 acides aminés, appelée cytb-187aa. La présence de cette protéine a été confirmée par chromatographie liquide-spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) et par détection avec des anticorps spécifiques.

2. Traduction par les ribosomes cytoplasmiques : En utilisant le système Moontag, les chercheurs ont confirmé que l’ARNm cytb-187aa était traduit par les ribosomes cytoplasmiques, indiquant qu’il utilise le code génétique standard.

3. Localisation subcellulaire et exploration fonctionnelle : Par observation microscopique, il a été constaté que la cytb-187aa se localisait principalement dans la matrice mitochondriale. En construisant des mutants de délétion et par imagerie microscopique, ils ont déterminé que le peptide signal de ciblage mitochondrial se situait dans les 1-37 acides aminés de l’extrémité N-terminale.

4. Validation fonctionnelle : En surexprimant ou en inhibant l’expression de cytb-187aa dans des cellules souches pluripotentes induites (iPSCs), il a été démontré que cette protéine participe à la transition des cellules souches vers un état pluripotent. Par co-immunoprécipitation avec des anticorps anti-Flag, l’interaction entre cytb-187aa et le transporteur mitochondrial de phosphate Slc25a3 a été identifiée. L’analyse des niveaux d’ATP a confirmé son rôle dans la transition vers l’état pluripotent dépendant de l’ATP.

5. Validation sur un modèle murin : À l’aide de la technologie d’édition génétique CRISPR-Cas9, un modèle murin avec inhibition de cytb-187aa a été créé, révélant que la diminution de cytb-187aa entraîne une réduction du nombre de follicules ovariens et de la fertilité chez les souris femelles.

Méthodes d’analyse des données et outils

Au cours de l’étude, l’outil ORF finder a été utilisé pour identifier les cadres de lecture ouverts, la chromatographie liquide-spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) a servi à l’identification et à la validation des protéines, et des anticorps spécifiques ont été utilisés pour la détection de la nouvelle protéine. Pour la vérification de la traduction cytoplasmique, le système Moontag a été principalement utilisé, les expériences de co-immunoprécipitation ont été menées avec des anticorps anti-Flag, et l’analyse des données a été réalisée par spectrométrie de masse en réaction parallèle (PRM-MS) et par des instruments d’imagerie en temps réel.

Résultats expérimentaux et conclusions

Principaux résultats expérimentaux

1. Découverte et validation de la nouvelle protéine : Une nouvelle protéine codée par le gène cytb, longue de 187 acides aminés, appelée cytb-187aa, a été découverte et confirmée par spectrométrie de masse et par des anticorps spécifiques. Les données de la chromatographie liquide-spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) et de la protéomique quantitative (PRM-MS) ont montré que cette protéine est fortement exprimée dans diverses cellules.

2. Traduction par les ribosomes cytoplasmiques : Le système Moontag a révélé que les ARNm de cytb-187aa sont traduits dans le cytoplasme, et une sonde ribosomale a montré son comportement de traduction sur les ribosomes cytoplasmiques, confirmant son mode de traduction unique utilisant le code génétique standard.

3. Localisation subcellulaire et exploration fonctionnelle : Par imagerie microscopique, il a été découvert que la protéine cytb-187aa se localise principalement dans la matrice mitochondriale, son peptide signal mitochondrial se situant dans les 1-37 acides aminés de l’extrémité N-terminale. De plus, cytb-187aa est fortement exprimée dans les cellules en état pluripotent et joue un rôle clé dans la transition nécessaire des cellules souches vers cet état.

4. Validation fonctionnelle : Par surexpression ou inhibition de cytb-187aa, il a été découvert que cette protéine joue un rôle important dans la transition vers un état pluripotent dépendant de l’ATP. L’interaction de cytb-187aa avec le transporteur mitochondrial de phosphate Slc25a3 a été explorée, confirmant que cytb-187aa favorise la transition vers l’état pluripotent en régulant les niveaux d’ATP.

5. Validation sur un modèle murin : Chez les souris avec inhibition de cytb-187aa, il a été découvert que cette protéine joue un rôle important dans la fertilité des femelles et le nombre de follicules ovariens, avec une expression élevée dans le tissu ovarien.

Conclusions et significations

Cet article révèle pour la première fois que le gène mitochondrial cytb code non seulement pour la protéine Cytb du complexe III, mais aussi pour une nouvelle protéine longue de 187 acides aminés, appelée cytb-187aa, qui est traduite dans le cytoplasme en utilisant le code génétique standard. Cette nouvelle découverte élargit la compréhension de la traduction et de la fonction du génome mitochondrial. De plus, cette protéine montre un rôle important dans le développement précoce des mammifères et dans la capacité reproductive des femelles, suggérant une valeur potentielle pour l’application dans le maintien et la transition des cellules souches pluripotentes.

Points forts de l’étude

1. Révélation d’un nouveau mode de traduction : Il a été découvert pour la première fois que l’ARNm du gène mitochondrial cytb peut être traduit dans le cytoplasme par les ribosomes cytoplasmiques en utilisant le code génétique standard, expliquant un nouveau mécanisme du génome mitochondrial dans le cytoplasme.

2. Découverte d’une nouvelle protéine fonctionnelle : Une nouvelle protéine codée par les mitochondries, cytb-187aa, a été découverte, et son rôle important dans la transition des cellules souches pluripotentes et la fertilité des souris femelles a été confirmé.

3. Application de nouvelles techniques expérimentales : Basée sur une approche systématique utilisant la chromatographie liquide-spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) et la protéomique quantitative (PRM-MS), combinée à la technologie d’édition génétique, l’existence et la fonction de la nouvelle protéine ont été validées avec précision.

Limites de l’étude et perspectives futures

Bien que cet article révèle le rôle régulateur de cytb-187aa dans la transition vers un état pluripotent et dans la fertilité, son mécanisme de régulation précis reste à explorer. Les recherches futures devraient approfondir les mécanismes détaillés par lesquels cytb-187aa régule le destin cellulaire et l’expression génique, afin de fournir une nouvelle base théorique et des références pratiques pour la thérapie par cellules souches et la médecine reproductive.