Un groupe de recherche dirigé par l’étudiant diplômé Akari Maeda et le professeur Norihito Nakamichi de l’École supérieure des sciences bioagricoles de l’Université de Nagoya a annoncé avoir découvert un nouveau mécanisme moléculaire pour l’horloge circadienne des plantes, qui s’écarte de la règle générale des réactions biochimiques en ce sens qu’il se déroule à vitesse constante, indépendamment de la température ambiante. La dégradation des protéines TOC1 et PRR5, connues pour jouer un rôle de frein dans l’horloge circadienne des plantes, s’est produite à basse température, permettant à l’horloge circadienne de fonctionner de manière indépendante de la température ambiante. Les résultats devraient contribuer à une meilleure compréhension des systèmes de nociception thermique d’autres espèces. Les résultats ont été publiés dans Science Advances le 28 septembre.
Les organismes vivants disposent d’un mécanisme interne pour mesurer un cycle circadien approximatif (horloge circadienne) afin de prédire avec précision les changements journaliers dans leur environnement. Les réactions biochimiques dans le corps se déroulent plus rapidement à mesure que la température augmente, mais l’horloge circadienne n’est pratiquement pas affectée par la température. Cette propriété est appelée « compensation thermique de la durée de la période circadienne ». On pense que les horloges circadiennes eucaryotes mesurent les rythmes circadiens en combinant plusieurs réactions biochimiques. Cependant, le mécanisme moléculaire sous-jacent était inconnu.
En utilisant Arabidopsis thaliana, dans lequel de nombreux composants de l’horloge circadienne ont été découverts, l’étude visait à identifier les réactions nécessaires au fonctionnement de l’horloge circadienne, en particulier celles qui dépendent de la température. Tout d’abord, le groupe de recherche a introduit un gène rapporteur dans les mutants du gène horloge pour surveiller l’expression du gène horloge CCA1 et a mesuré les durées de période du rythme circadien chez les mutants résultants à des températures allant de 12 ℃ à 28 ℃. Le résultat a montré que les mutants prr5 et toc1 ont notamment perdu la compensation de température.
La vitesse de l’horloge augmentait avec la température chez les deux mutants, ce qui suggère que les deux gènes agissent comme un frein pour ralentir l’horloge à des températures élevées. Pour vérifier cette fonction, ils ont observé les souches surexprimant PRR5 et TOC1 et ont constaté que ce trait devenait plus prononcé à une température plus élevée et disparaissait à basse température. Il a été démontré que les protéines PRR5 et TOC1 augmentaient à haute température alors qu’elles subissaient une ubiquitination et étaient activement dégradées à basse température. Ainsi, dans les plantes, les changements quantitatifs de PRR5 et TOC1 dépendant de la température fonctionnent comme un frein activé à haute température.
L’analyse protéomique visant à explorer les facteurs impliqués dans la régulation de la force de freinage a conduit à la découverte de LKP2, une ubiquitine E3 ligase qui interagit avec PRR5 et TOC1 de manière inductible à froid. Le mutant lkp2 présentait une périodicité étendue à basse température avec des périodes circadiennes inutilement longues. L’horloge circadienne de la plante est considérée comme freinée de manière appropriée par LKP2, qui régule les quantités de PRR5 et de TOC1 en réponse à la température ambiante afin que le rythme de l’horloge circadienne reste constant quelles que soient les fluctuations de la température ambiante.
Nakamichi a déclaré : « Nous étions intéressés par le « mécanisme » par lequel l’horloge d’Arabidopsis résiste à la température, mais les critiques de notre article ont demandé : « Comment ce mécanisme peut-il être interprété d’un point de vue évolutif ? ce que nous n’avions jamais envisagé. Nous n’avons pas pu obtenir de réponse claire à ce point de vue dans cette étude, mais nous y travaillons actuellement comme l’un des prochains thèmes que nous souhaitons résoudre.
Informations sur le journal
Publication: Avancées scientifiques
Titre : La dégradation induite par le froid des protéines de l’horloge centrale met en œuvre une compensation de température dans l’horloge circadienne d’Arabidopsis
DOI : 10.1126/sciadv.adq0187
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