Évaluation de la localisation des protéines submitochondriales dans la levure bourgeonnante Saccharomyces cerevisiae

Les mitochondries sont des organites essentiels des cellules eucaryotes qui jouent un rôle crucial dans la bioénergétique, le métabolisme cellulaire et les voies de ^{signalisation1}. Pour exécuter correctement ces tâches, les mitochondries s’appuient sur un ensemble unique de protéines et de lipides responsables de leur structure et de leur fonction. La levure bourgeonnante Saccharomyces cerevisiae a été largement utilisée comme système modèle pour les recherches sur les processus mitochondriaux, ainsi que pour d’autres ^organites2. Le génome mitochondrial ne code que pour huit protéines dans la levure; la grande majorité des protéines mitochondriales (~99%) sont codées par des gènes nucléaires, qui sont traduits sur des ribosomes cytosoliques, puis importés dans leurs compartiments soumisochondriaux corrects par des machines sophistiquées d’importation de protéines3,4,5. Ainsi, la biogenèse mitochondriale dépend de l’expression coordonnée des génomes nucléaire et ^{mitochondrial6,7}. Les mutations génétiques causant des défauts dans la biogenèse mitochondriale sont associées à des maladies humaines8,9,10.

Au cours des deux dernières décennies, des études protéomiques à haut débit ciblant des mitochondries hautement purifiées ont abouti à une caractérisation complète du protéome mitochondrial de levure, qui a été estimé être composé d’au moins 900 protéines11,12,13,14. Bien que ces études aient fourni des informations précieuses, la localisation sous-organique de chaque protéine dans les quatre sous-compartiments mitochondriaux, à savoir la membrane externe (OM), l’espace intermembranaire (IMS), la membrane interne (IM) et la matrice, est toujours nécessaire. Cette question a été partiellement abordée par des études protéomiques des deux sous-compartiments mitochondriaux plus petits (OM et IMS)^15,16. Plus récemment, Vögtle et ses collaborateurs ont fait un grand pas en avant en générant une carte mondiale de haute qualité de la distribution des protéines de submitochondrial dans la levure. En utilisant une approche intégrée combinant la spectrométrie de masse quantitative basée sur SILAC, différents protocoles de fractionnement de la soumission et l’ensemble de données des protéomes OM et IMS, les auteurs ont attribué 818 protéines dans les quatre sous-compartiments ^{mitochondriaux13}.

Malgré les progrès réalisés par ces études protéomiques à haut débit, nos connaissances sur la composition du protéome soumettochondrial sont loin d’être complètes. En effet, parmi les 986 protéines rapportées par Vögtle et ses collaborateurs comme étant localisées dans les mitochondries de levure, 168 n’ont pu être attribuées dans aucun des quatre compartiments de la submitochondrie13. De plus, les auteurs n’ont pas fourni d’informations sur la topologie membranaire des protéines qui devaient être attachées périphériquement à la périphérie des membranes mitochondriales. Par exemple, il n’est pas possible de savoir si une protéine qui a été assignée comme périphériquement attachée à la membrane interne fait face à la matrice ou à l’espace intermembranaire. Outre ces données manquantes des études à l’échelle du protéome, il existe des informations contradictoires sur la localisation sous-organique d’un nombre important de protéines mitochondriales. Un exemple est la protéase Prd1, qui a été assignée comme protéine de l’espace intermembranaire dans les bases de données courantes telles que Saccharomyces Genome Database (SGD) et Uniprot. Étonnamment, en utilisant un protocole de sous-fractionnement similaire à celui décrit ici, Vögtle et ses collaborateurs ont clairement montré que Prd1 est une véritable protéine ^{matricielle13}. Comme mentionné ci-dessus, la localisation de la submitochondrie de nombreuses protéines mitochondriales doit être élucidée ou réévaluée. Ici, nous fournissons un protocole simple et fiable pour déterminer la localisation sous-organique des protéines mitochondriales de levure. Ce protocole a été développé et optimisé par divers groupes de recherche et a été couramment utilisé pour déterminer la localisation des substances soumises, ainsi que la topologie membranaire de nombreuses protéines mitochondriales.