The project FeS Traffic coordinated by N. Rouhier has been selected by the ANR Blanc Committee

Summary

Several metabolic pathways and cellular processes in plants depend on the functioning of iron-sulfur (Fe-S) proteins, whose cofactor is assembled through dedicated assembly machineries. To cite only a few examples, Fe-S proteins are needed for photosynthesis, respiration, sulfur and nitrogen assimilation, co-enzyme synthesis and by similarity with other eukaryotes, for DNA repair and replication or ribosome biogenesis. In plants as in other organisms, the incorporation of Fe-S clusters into proteins requires first the de novo assembly of Fe-S clusters onto scaffold proteins and then the transfer of these pre-formed clusters to acceptor proteins via the action of several chaperones and/or so-called carrier proteins. Using a combination of genetic, physiological, biochemical and structural approaches, the general objective of this research proposal is to understand precisely the molecular mechanisms controlling the second step, i.e., the delivery of Fe-S clusters from scaffold proteins to final acceptors, in the context of the chloroplastic and mitochondrial Fe-S cluster assembly machineries. Whereas the majority of the proteins required to assemble Fe-S clusters in the cells have likely been identified, the in vivo roles of many components, essentially those involved in Fe-S cluster trafficking, remain to be clarified. Owing to the fact that there are several dozens of Fe-S proteins but relatively few scaffold proteins in cells, carrier proteins are essential sentinels ensuring the correct and specific distribution of the different types of Fe-S clusters to acceptor client proteins. This project focuses on the Nfu and A-type carrier protein families which are assumed, from current working models, to be the major contributors for the trafficking of Fe-S clusters. Incidentally, in addition to providing improved knowledge on the global functioning of these biogenesis systems, the designed experimental program, which combines in vitro and in vivo approaches, should bring crucial information about the cellular network and regulatory mechanisms coordinating the concerted action of the different components.

Résumé

De nombreux processus cellulaires et voies métaboliques dépendent du fonctionnement de protéines fer-soufre (Fe-S), dont le cofacteur est assemblé par des machineries d’assemblage spécifiques. Pour ne citer que quelques exemples, les protéines Fe-S sont requises pour la photosynthèse, la respiration, l’assimilation de l’azote et du soufre ou la synthèse de co-enzymes mais également, par extension du travail réalisé chez d’autres eucaryotes, pour la réplication et la réparation de l’ADN et la synthèse des ribosomes. Chez les plantes, comme chez les autres organismes, l’incorporation de centres Fe-S dans les protéines nécessite l’assemblage de novo des centres Fe-S sur des protéines d’échafaudage puis le transfert de ces centres préformés aux protéines cibles. Ce transfert est effectué via l’action de protéines chaperonnes et/ou de protéines de transfert. En combinant des approches génétiques, physiologiques, biochimiques et de biologie structurale, l’objectif général de ce projet de recherche est de comprendre précisément les mécanismes moléculaires qui contrôlent cette seconde étape d’échange de centres Fe-S au niveau des machineries chloroplastique et mitochondriale. En effet, alors que la plupart des protéines impliquées dans la biogenèse des centres fer-soufre ont probablement été identifiées, leur rôle exact, notamment celui des protéines participant aux échanges de centres  Fe-S, reste à élucider. Etant donné qu’il existe plusieurs douzaines de protéines Fe-S mais un nombre limité de protéines d’échafaudage, les protéines de transfert pourraient être principalement nécessaires pour la répartition correcte et spécifique des différents types de centres Fe-S aux protéines clientes. Ce projet se focalise sur deux familles de protéines, les protéines Nfu et les protéines de transfert de type A (ATC pour A-type carrier en anglais), qui représentent vraisemblablement, d’après les modèles actuels, les acteurs principaux régulant les échanges de centres Fe-S dans les cellules. Ce programme de recherche, combinant des approches in vitro et in vivo, va permettre d’obtenir des informations précieuses et originales sur le fonctionnement de ces systèmes de biogenèse mais aussi sur les réseaux d’interaction et les mécanismes de régulation permettant de coordonner l’action des différentes protéines dans les cellules.