Caractérisation fonctionnelle de nouveaux gènes mitochondriaux chez les espèces à DUI : étude du gène f-orf chez la moule marine Mytilus edulis

Abstract

Dans les cellules animales, les mitochondries sont des organites responsables de la production d’énergie qui contiennent un génome distinct de celui de la cellule mais qui est normalement transmis à la descendance de manière strictement maternelle. Toutefois, plusieurs espèces de mollusques bivalves transmettent leurs mitochondries d’une manière « doublement uniparentale » (DUI), c’est-à-dire que chacun des deux sexes transmet ses mitochondries en plus d’avoir un génome mitochondrial différent de celui de l’autre sexe. Récemment, de nouveaux gènes ont été découverts dans les génomes mitochondriaux mâles (m-orf) et femelles (f-orf) d’espèces de bivalves à DUI. Ces gènes n’ont aucun homologue détectable parmi les séquences géniques répertoriées dans les bases de données, et leur fonction demeure également inconnue. Le dimorphisme sexuel poussé de ces gènes suggère qu'ils sont impliqués dans le fonctionnement du système DUI, le maintien du gonochorisme ou la détermination du sexe. Pour mieux comprendre le rôle de ces gènes, le présent projet visait d’abord à valider le potentiel codant du gène f-orf de la moule marine Mytilus edulis, puis à caractériser la protéine encodée par ce gène le cas échéant en déterminant l’emplacement subcellulaire de la protéine et les complexes protéiques qu’elle forme dans la cellule à l’aide d’un anticorps anti-F-ORF produit par un lapin. Pour ce faire, nous avons établi la distribution tissulaire de la protéine F-ORF putative grâce à de l'immunobuvardage, visualisé son emplacement subcellulaire par immunohistochimie, et tenté d’identifier ses partenaires d’interaction protéiques en utilisant la co-immunoprécipitation suivi de séquençage par spectrométrie de masse. Les résultats supportent l'idée que ce gène code effectivement pour une protéine fonctionnelle chez les spécimens mâles et femelles de Mytilus edulis, protéine qui serait bien intra-mitochondriale dans les cellules de la lignée germinale mâle. Par contre, nous n’avons pu identifier de partenaire d'interaction. Malgré cela, ces résultats s'accordent avec ce qui est observé dans d'autres modèles de DUI, et incitent fortement à poursuivre davantage les efforts de caractérisation fonctionnelle de ces gènes chez toutes les espèces qui expriment ce mode de transmission mitochondriale.

In animal cells, mitochondria are organelles responsible for energy production. They carry their own genome, which is distinct from the nuclear genome but is normally passed on to progeny in a strictly maternal fashion. Interestingly, many species of bivalve mollusks instead pass on their mitochondrial genome through a process known as doubly uniparental inheritance, or DUI. This system implies that male and female individuals each possess their own unique mitochondrial transfer pathway and have a mitochondrial genome which differs greatly from its opposite-sex counterpart. Recently, new genes were discovered within male (m-orf) and female (f-orf) mitochondrial genomes of DUI bivalve species. However, these genes have no homologues in sequence databases, meaning the functions of these genes have not been clearly established. Because these genes demonstrate a high level of sexual dimorphism, they are suspected to be involved in processes pertaining to DUI function, persistence of gonochorism throughout generations or sex determination. Here we have attempted to characterize the protein encoded by the f-orf gene in the blue mussel Mytilus edulis by preparing an antibody against a 20 amino acid sequence motif in the predicted protein. The antibody reacted with a protein of 60 kDa on Western blots, instead of the expected 25 kDa, but a signal was found in all tissues as anticipated. The subcellular distribution of the antigen recognised by the antibody, as determined by immunohistochemistry, was found to be uniquely mitochondrial. Immunoprecipitation of the 60 kDa band, followed by LC-MS/MS sequencing of the band excised from an SDS gel, did not identify any peptides expected for the F-ORF. Although a complete functional analysis of the protein could not be realized, the experiments described here represent a coherent and complete experimental protocol for this purpose.