Épissage des introns

Contrairement aux génomes eubactériens desquels ils sont issus, les génomes des organelles de plantes sont riches en introns qui doivent être épissés au cours de la maturation des ARNs (revue dans (179, 180)). La plupart des introns de la mitochondrie sont arrangés en cis, i.e. ils joignent les deux exons consécutifs. Quelques gènes ont cependant des exons dispersés dans le génome mitochondrial et leurs introns sont épissés en trans pour former l’ARN mature. Les introns des organelles de plantes sont majoritairement du groupe II qui utilise un mécanisme d’épissage différent de celui des introns du groupe I. L’épissage des introns de type I requiert une guanosine exogène qui

attaque d’abord la jonction intron-exon en 5’. Le 3’-OH libéré va ensuite attaquer la jonction intron-exon en 3’, ce qui lie les exons ensemble et relâche l’intron. Les introns de groupe II sont capables de s’auto-épisser in vitro et utilisent généralement un groupement 2’-OH d’un résidu adénosine de l’intron pour attaquer la jonction en exon-intron 5’. Cette attaque produit un lasso et l’épissage peut alors être complété par l’attaque de la jonction 3’ par l’extrémité 3’-OH de l’exon, ce qui joint les deux exons ensemble et relâche l’intron contenant un lasso. Une molécule d’eau peut également réaliser la première attaque nucléophilique lors de l’épissage des introns de groupe II, mais dans ces cas le lasso n’est pas observé.

Plusieurs facteurs protéiques sont impliqués dans l’épissage. Certains sont encodés par les introns eux-mêmes, les maturases, et d’autres sont présents dans le génome de l’hôte. Les maturases sont plutôt rares dans le génome des organelles de plantes; une maturase matR est retrouvée dans le génome mitochondrial des plantes et une maturase matK est présente dans le génome plastidique. D’autres maturases semblables à celles des introns de groupe II sont encodées par le noyau et sont conservées chez les plantes. Leur implication dans la maturation des ARNs des organelles n’a cependant pas été démontrée (181). Plusieurs gènes nucléaires encodant des protéines importantes pour l’épissage des introns plastidiques ont été identifiés principalement chez le maïs. De façon intéressante, plusieurs de ces gènes ont des homologues chez Arabidopsis qui encodent des protéines possiblement localisées dans la mitochondrie (182). Dans le maïs, plusieurs protéines telles CAF1, CAF2, CRS1, CRS2 et PPR4 ont été impliquées de façon convaincante dans l’épissage des introns plastidiques. En effet, des mutations dans les gènes encodant ces protéines diminuent l’efficacité de l’épissage de certains ARNs, et ces protéines ont été retrouvées en association avec les ARNs qu’elles épissent (182-185). D’autres protéines identifiées par leur interaction ou leur similarité de séquences avec ces facteurs ont également été impliquées dans la maturation des ARNs de plastides, levant ainsi le voile sur une machinerie complexe d’épissage et de maturation des ARNs (186-190). Ainsi, au moins une de ces protéines a pu être impliquée dans l’épissage de 16 des 17 introns de groupe II retrouvés dans le génome plastidique du maïs.

Un thème récurrent de ces divers facteurs de maturation est leur capacité de lier l’ARN, souvent de façon spécifique avec certains introns précis. Plusieurs de ces protéines (CRS1, CAF1, CAF2, CFM2, CFM3) contiennent en effet une ou plusieurs copies du domaine CRM (Chloroplast RNA-binding and ribosome Maturation) de liaison à l’ARN. On retrouve ce domaine également chez les batéries où il est impliqué dans la maturation des ribosomes (182), ainsi que chez plusieurs membres de la famille des protéines PPRs (PentatricoPeptide Repeats). Cette famille semble être particulièrement importante lors de plusieurs étapes de la maturation, de la régulation de la stabilité et de la traduction des ARNs d’organelles chez les plantes ((191) et revue dans (192)). Les PPRs contiennent des répétitions en tandem d’un motif dégénéré de 35 acides aminés semblable à celui retrouvé dans les protéines TPR (Tetratricopeptide Repeat). Chez les plantes à fleurs, les PPRs forment une très grande famille de protéines ciblées aux plastides et aux mitochondries, soit plus de 450 membres chez Arabidopsis. La plupart de ces protéines semblent posséder une activité de liaison à l’ARN séquence-spécifique bien que les bases structurales de cette reconnaissance ne soient pas encore connues. L’implication des PPRs dans la maturation des ARNs d’organelles semble être conservée puisqu’un tel rôle leur a été attribué pour la première fois chez la levure S. cerevisiae (193). Des membres de cette famille ont été impliqués dans à peu près toutes les étapes de la vie des ARNs d’organelles de plantes incluant la transcription (194), la traduction (195), la régulation de la stabilité des ARNs (196), le clivage des ARNs (197), l’épissage (185) et l’édition (198). De façon intéressante, plusieurs protéines PPRs ont aussi été identifiées comme étant des suppresseurs de la stérilité mâle cytoplasmique et il a été démontré que certaines d’entre elles peuvent réguler l’expression des gènes recombinés associés à ce phénotype au niveau de la stabilité et de la traduction de leurs ARNs (199-203).

Bien que plusieurs protéines impliquées dans l’épissage aient été identifiées, leur fonction dans la promotion de la maturation des ARNs demeure nébuleuse. Il est aussi généralement pris pour acquis que les introns de groupe II sont autocatalytiques et que les protéines sont surtout présentes pour favoriser le repliement des introns en une conformation active. Dans le cas particulier de l’épissage en trans, les facteurs protéiques

pourraient promouvoir l’assemblage des fragments d’introns entre eux. Davantage d’expériences sont nécessaires pour décortiquer les composantes et les modes de fonctionnement de la machinerie d’épissage des ARNs d’organelles.