qui incorpore du dioxyde de carbone dans les sucres qui servent de composants à d’importantes biomolécules et alimentent la chaîne alimentaire mondiale. Environ un tiers de ce processus dans le monde est réalisé par des algues unicellulaires qui vivent dans les océans (la majeure partie du reste est réalisée par des plantes).



L’enzyme qui effectue la première étape de la réaction pour assimiler le dioxyde de carbone en sucres est une protéine volumineuse appelée Rubisco assemblée à partir de huit petites sous-unités identiques et de huit grandes sous-unités identiques disposées ensemble symétriquement. Toutes les events de cet assemblage, qui s’appelle une holoenzyme, travaillent de concert pour accomplir le devoir enzymatique de Rubisco. Le taux d’activité de Rubisco – et par extension, la vitesse à laquelle les plantes et les algues peuvent pousser – est limité par son accès au dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone libre peut être uncommon dans l’eau, de sorte que les algues aquatiques telles que Chlamydomonas reinhardtii ont parfois du mal à maintenir Rubisco à son maximum. Pour contrer cela, ces algues ont développé une construction spéciale appelée pyrénoïde pour fournir du dioxyde de carbone concentré à Rubisco. Le pyrénoïde est si vital que presque toutes les algues de la planète en ont un. On pense que différentes espèces d’algues ont fait évoluer la structure indépendamment.

« La caractéristique déterminante d’un pyrénoïde est la matrice, un condensat géant semblable à un liquide qui contient presque tout le Rubisco de la cellule », explique Jonikas, professeur adjoint au département de biologie moléculaire de Princeton.



Rubisco est le composant principal de la matrice pyrénoïde, mais pas le seul en 2016, le laboratoire de Jonikas a découvert une autre protéine abondante dans le pyrénoïde appelée EPYC1. Dans leur posting de 2016, le groupe de Jonikas a montré que EPYC1 se lie à Rubisco et aide à concentrer Rubisco dans le pyrénoïde. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que l’EPYC1 fonctionne comme une colle moléculaire pour relier les holoenzymes Rubisco. Le publish-doctorant Shan He, avec des collègues du laboratoire de Jonikas et des collaborateurs d’Allemagne, de Singapour et d’Angleterre, a entrepris de tester cette théorie.

« Dans le présent travail, nous démontrons que c’est bien ainsi que cela fonctionne », dit Jonikas, « en montrant que EPYC1 a cinq internet sites de liaison pour Rubisco, lui permettant de » lier « plusieurs holoenzymes Rubisco ».

EPYC1 est une protéine étendue faiblement structurée et ses cinq web pages de liaison Rubisco sont uniformément répartis sur toute sa longueur. Les chercheurs ont également découvert que Rubisco avait huit websites de liaison EPYC1 répartis uniformément sur sa surface en forme de boule. La modélisation informatique a montré que la protéine EPYC1 faiblement structurée et versatile peut établir plusieurs contacts avec une seule holoenzyme Rubisco ou relier les holoenzymes voisines. De cette façon, EPYC1 conduit Rubisco à se regrouper dans la matrice pyrénoïde.

Bien que cela offre une explication satisfaisante de la façon dont la matrice est assemblée, cela pose une sorte d’énigme. D’autres protéines doivent pouvoir accéder à Rubisco pour le réparer en cas de panne. Si le réseau EPYC1-Rubisco est rigide, il pourrait empêcher ces protéines d’accéder à Rubisco. Cependant, He et ses collègues ont constaté que les interactions d’EPYC1 avec Rubisco sont assez faibles, donc bien que les deux protéines puissent former de nombreux contacts entre elles, ces contacts s’échangent rapidement.

« Cela permet à EPYC1 et Rubisco de s’écouler l’un à côté de l’autre tout en restant dans un condensat dense, permettant à d’autres protéines pyrénoïdes d’accéder également à Rubisco », notice Jonikas. « Notre travail résout le mystère de longue day de la façon dont Rubisco est maintenu ensemble dans la matrice pyrénoïde. »

Les plantes terrestres n’ont pas de pyrénoïdes et les scientifiques pensent que l’ingénierie d’une composition de type pyrénoïde dans les plantes cultivées pourrait augmenter leur taux de croissance. Comprendre comment le pyrénoïde est assemblé dans les algues représente un pas critical vers de tels efforts.

« Lui et ses collègues fournissent une très belle étude moléculaire des interactions protéine-protéine entre la petite sous-unité de Rubisco et EPYC1 », déclare le Dr James Moroney, professeur de biologie au département des sciences biologiques de la Louisiana State College

ajoute-t-il.

Dans un monde en proie à la faim et à la maladie, nous pouvons utiliser tous les stimulants que nous pouvons obtenir.

Financement: Le travail décrit ici a été soutenu par des subventions à M.C.J. de la Countrywide Science Foundation (nos IOS-1359682 et MCB-1935444), des National Institutes of Wellbeing (n ° DP2-GM-119137) et de la Simons Basis et du Howard Hughes Healthcare Institute (n ° 55108535) à B.D.E. par Deutsche Forschungsgemeinschaft (EN 1194 / 1-1 dans le cadre de FOR2092) à O.M.-C. par le ministère de l’Éducation (MOE Singapore) Tier 2 (n ° MOE2018-T2-2-059) à A.J.M. et N.A. par le British isles Biotechnology and Biological Sciences Exploration Council (n ° BB / S015531 / 1) et Leverhulme Have confidence in (n ° RPG-2017-402) à F.M.H par NIH (R01GM071574) à S.A. P. par la bourse Deutsche Forschungsgemeinschaft (n ° PO2195 / 1-1) et à V.K.C. par une bourse de formation de l’Institut countrywide des sciences médicales générales des Instituts de santé (n ° T32GM007276).