Direction des sciences du vivant

L'enveloppe limitante des plastes porte de très nombreuses activités de transport d'ions et de métabolites qui sont essentielles à l'intégration du métabolisme des plastes dans celui de la cellule végétale. Les chloroplastes importent également les protéines chloroplastiques qui sont synthétisées dans le cytosol sous forme de précurseurs. L'import de ces précurseurs est strictement dépendant de la présence d'une séquence d'adressage chloroplastique clivable lcoalisée en N-terminal de leur séquence promaire. Il est assuré par l'action concertée des complexes protéiques TOC et TIC de l'enveloppe des chloroplastes.
Une approche protéomique visant à identifier les protéines constitutives de l'enveloppe des chloroplastes a été développée au laboratoire et a permis d'identifier la protéine ceQORH. Nous avons démontré qque la protéine ceQORH est la première protéine identifiée qui soit adressée vers la membrane interne de l'enveloppe tout en étant dépourvue d'une séquence d'adressage chloroplastique clivable. De plus, nous avons montré que la protéine ceQORH possède un domaine central qui porte l'information essentielle à son import dans les chloroplastes, un domaine N-terminal qui permet une interaction aspécifique de cette protéine avec les membranes et un domaine interne de l'enveloppe. Enfin, des expériences d'import in vitro nous ont permis de démontrer que ces domaines agissent de concert pour diriger la protéine ceQORH vers une nouvelle voie d'import des protéines dans les chloroplastes.
La protéine ceQORH s'apparente aux protéines de la famillle des quinones oxydoréductases qui sont très largement impliquées dans des mécanismes de transfert d'électrons. La protéine ceQORH pourrait donc être la première protéine identifiée dans la chaîne de transfert d'électron potentielle de l'enveloppe. Nous avons démontré que l'activitté NADPH:quinone oxydoréductase de l'enveloppe est reliée à la présence de la protéine ceQORH dans ce système membranaire. De plus, nous avons démontré que cette protéine interagit de manière spécifique avec le NADPH. Ces observations sont en accord avec l'implication potentielle de la protéine ceQORH dans la chaîne de transfert d'électron de l'enveloppe des chloroplastes.
Parmi les protéines identifiées dans l'enveloppe, deux transporteurs de phosphate potentiels (P56/4 et P56/2) ont été identifiés. Nous avons validé la localisation chloroplastique de ces protéines. Afin de caractériser fonctionnellement les protéines P56/4 et P56/2, nous avons exprimé ces protéines dans la levure S. cerevisiae et dans les ovocytes de Xenopus laevis. Les résultats obtenus avec ces systèmes hétérologues nous ont permis de conclure que les protéines P56/4 et P56/2 peuvent catalyser une activité de transport de phosphate.

In order to integrate the chloroplast as metabolic compartiment into the whole plant cell metabolism, the envelope membranes which surround plastids are the site of many ions and metabolites transport activities. Chloroplasts also import cytoplasmically synthesized precursor proteins from the cytosol. This import process is strictly dependent of an N-terminal and cleavable transit peptide in the precursor and is achieved by the joint action of the TOC and TIC translocons complexes inserted in the envelope membranes.
A subcellular proteomic approach was developed in the laboratory and lead to the identification of new envelope proteins. Among them, the ceQORH protein was identified. We have demonstrated that the ceQORH protein is the first protein to be targeted to the inner-envelope membrane while lacking such an N-terminal extension. Moreover, we have demonstrated that the ceQORH protein contains an internal domain coding for the plastid import information, an N-terminal domain with an unspecific membrane-interacting function and a C-terminus domain essential for the correct subplasmidial localization of ceQORH in the inner-envelope membrane. Finally, in vitro import experiments strongly suggest that these central and the C-terminus domains act concertedly in redirecting the ceQORH protein to a hitherto unknown import site.
The ceQORH protein is related to a range of quinone-oxidoreductases which are largely implicated in electron transfer chains. Therefore, ceQORH could be the first protein component of the redox chain previously described in the chloroplast envelope membranes. We have demonstrated that the chloroplast envelope NADPH:quinone-oxydoreductase activity is correlated to the presence of the ceQORH protein in this membrane. Taken together, these observations are consistent with a potential implication of ceQORH in the redox chain of the inner chloroplast envelope membrane.
Among new chloroplast envelope proteins identified, two putative phosphate transporters (P56/4 and P56/2) with strong sequence homologies to animal phosphate transporters were identified. These proteins could be implicated in plastid uptake of phosphate in order to supply several plastids reactions. We have validated their respective plastid localization using transient expression experiments of these two proteins fused to GFP in Arabidopsis thaliana cells. Moreover, in order to characterize their functional properties, these proteins were expressed in S. cerevisiae and in Xenopus leavis oocytes. Results obtained using these two heterologous expression systems indicate a potential phosphate transport function associated to the P56/4 and P56/2 proteins.