Comment les plantes rééquilibrent leur énergie sous stress

Des milliers de protéines doivent être correctement produites, repliées et régulées dans chaque cellule. Dans des conditions de stress, cet équilibre (appelé protéostasie) devient instable. Les protéines mal repliées ou endommagées s’accumulent et peuvent nuire à la cellule. Pour contrer cela, les cellules utilisent une sorte de système de recyclage moléculaire appelé protéasome pour décomposer les protéines défectueuses. Cependant, on ignorait auparavant comment les cellules adaptent cette activité à différentes situations de stress à l’intérieur de la cellule.

Un centre de contrôle dans le réticulum endoplasmique

Les chercheurs ont démontré que deux régulateurs centraux contrôlent cet ajustement : les facteurs de transcription NAC53 et NAC78. Ceux-ci se trouvent dans le réticulum endoplasmique (RE), un important hub de production de protéines.

« Nous avons découvert que ces facteurs agissent comme un panneau de contrôle », explique Gautier Langin, premier auteur de l’étude. « Ils intègrent les signaux de stress provenant de différentes zones de la cellule et décident de la réponse de la cellule. »

Dans des conditions normales, NAC53 et NAC78 sont rapidement décomposés. Lorsque la cellule est en stress, cependant, ils sont activés, migrent vers le noyau et activent des gènes qui renforcent la dégradation des protéines.

Un nouveau mécanisme : ERAS

Une avancée clé de ce travail est la découverte d’un nouveau mécanisme de régulation appelé tri associé au RE (ERAS). Ce processus détermine si NAC53 ou NAC78 seront décomposés ou activés. « C’est un mécanisme fondamental de régulation cellulaire », déclare Üstün, dernier auteur de l’étude. « La cellule utilise un seul point de contrôle pour décider entre la dégradation ou l’activation de ces facteurs. »

Étonnamment, l’étude a montré que NAC53 et NAC78 non seulement activent la dégradation des protéines, mais suppriment simultanément la photosynthèse – le processus par lequel les plantes produisent de l’énergie. Cela met en évidence un conflit d’objectifs central : sous stress, la cellule réduit la croissance et la production d’énergie pour assurer sa propre stabilité.

« Lorsque des protéines endommagées s’accumulent, la cellule réduit spécifiquement les processus énergivores comme la photosynthèse », explique Langin. « Cela aide à prévenir d’autres dommages. »

Les résultats montrent également que ce mécanisme relie différents compartiments cellulaires, en particulier le noyau et les chloroplastes, où la photosynthèse a lieu. Cela facilite une réponse au stress coordonnée dans toute la cellule.

Possibilités pour des plantes plus robustes

L’étude offre une nouvelle compréhension de la manière dont les cellules maintiennent leur équilibre sous stress. Parce que des mécanismes similaires existent également chez d’autres organismes, les résultats pourraient être pertinents au-delà du domaine de la biologie végétale. « Ce type de régulation est probablement conservé au cours de l’évolution », indique Üstün.

« Cela ouvre des perspectives sur la façon dont les cellules lient le contrôle des protéines et le métabolisme. » Une meilleure compréhension de ces processus pourrait aider à rendre les cultures plus résistantes au stress environnemental comme la chaleur, la sécheresse ou les agents pathogènes. « Si nous pouvons comprendre ces corrélations, nous pouvons adopter une approche ciblée et rendre les plantes plus robustes », conclut-il.

Article : Proteotoxic Stress Response is Governed by ER-associated Sorting of Proteasome Transcriptional Activators – Journal : Molecular Cell – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude

Source : RUHR – UB