The small subunit of the mitoribosome from Andalucia godoyi : isolation and study of its protein composition

Abstract

Les mitochondries proviennent d’une alphaprotéobactérie ingérée qui a développé une relation endosymbiote permanente avec son hôte. Par la suite, la plupart des gènes de l'endosymbionte ont été perdus ou migrés vers l'hôte, et le mitoribosome a été remodelé en raccourcissant les ARNr mitochondriaux (ARNr-mt) et en recrutant de nouvelles protéines ribosomiques mitochondriales (protéines-r-mt). Pourtant, comment exactement ce remodelage évolutionnaire a eu lieu reste spéculatif en raison du petit nombre d'études chez les eucaryotes primitifs. Ici, nous montrons que la petite sous-unité du mitoribosome d’Andalucia godoyi, un jakobid hétérotrophe flagellé avec le génome mitochondrial le plus primitif, a une proportion élevée de composants de type bactérien par rapport à son homologue dans les eucaryotes hautement divergents. Nous avons trouvé dans l'analyse par spectrométrie de masse que la petite sous-unité du mitoribosome d’A. godoyi contient plus de protéines ribosomiques bactériennes (21 protéines) que son homologue dans tout autre eucaryote (9 à 20 protéines). Bien que la petite sous-unité du mitoribosome d’A. godoyi représente un stade plus primitif du remodelage des mitoribosomes, certaines des protéines spécifiques à la mitochondrie sont déjà présentes (S25, S29, S33, S35, Rsm22 et Mrp10), or dans une moindre mesure que dans la petite sous-unité du mitoribosome de S. cerevisiae (16 protéines) et H. sapiens (13 protéines). En outre, la petite sous-unité du mitoribosome d’A. godoyi ne contient pas les protéines-r-mt S22, S26, S27, S31, S34, S36, S37, S38, S39, S41, S42, S43, S44, S45, S46, S48, et S49 - dont la plupart sont spécifiques aux eucaryotes. Nos résultats, en combinaison avec les caractéristiques de type bactérien dans les ARNr-mt d’A. godoyi, démontrent que cet organisme possède la petite sous-unité du mitoribosome la plus primitive connue à cette date. La caractérisation des mitoribosomes primitifs peut constituer un point de départ pour l'étude des étapes précoces et intermédiaires de l'évolution du mitoribosome.

Mitochondria originated from an ingested alpha-proteobacterium that developed a permanent endosymbiont relation with its host. Thereafter, most of the endosymbiont’s genes were lost or migrated to the host, and the mitoribosome was remodeled by shortening the mito-ribosomal RNAs (mt-rRNAs) and the recruitment of new mitochondrion-specific ribosomal proteins (mito-r-proteins). Yet, how exactly this evolutionary remodeling took place remains speculative due to the small number of studies in primitive eukaryotes. Here we show that the mt-SSU ribosome of A. godoyi, a free-living heterotrophic flagellated jakobid with the most primitive mitochondrial genome, has an elevated proportion of bacteria-like components compared to its counterpart in highly diverged eukaryotes. We found by mass spectrometry analysis that the mt-SSU ribosome of A. godoyi contains more homologs of bacterial r-proteins (21 proteins) than its counterpart in any other eukaryote (from 9 to 20 proteins). Although the mt-SSU ribosome of A. godoyi represents a more primitive stage of mitoribosome remodeling, some of the mitochondrion-specific proteins are already present (S25, S29, S33, S35, Rsm22, and Mrp10), yet to a smaller extent than in the mt-SSU ribosome of S. cerevisiae (16 proteins) and H. sapiens (13 proteins). Furthermore, the mt-SSU ribosome of A. godoyi lacks the mito-r-proteins S22, S26, S27, S31, S34, S36, S37, S38, S39, S41, S42, S43, S44, S45, S46, S48, and S49 -most of which are eukaryotic-specific. Our results, in addition to the bacteria-like features of A. godoyi’s mt-rRNAs, demonstrate that this organism possesses the most primitive mt-SSU ribosome known. The characterization of primitive mitoribosomes may be a starting point for studying the early and intermediate steps in mitoribosome evolution.