Molecular actors of Chloroplast-Mitochondrion energetic interactions in the marine diatom Phaeodactylum tricornutum | Acteurs moléculaires des interactions énergétiques entre le chloroplaste et la mitochondrie chez la diatomée marine Phaeodactylum tricornutum

英语. To produce the energy needed for cell metabolism, eukaryotic photosynthetic organisms rely on two organelles: the chloroplast and the mitochondrion. The former converting light energy into chemical energy, the latter performing cell respiration. Since both organelles have overlapping function, their activities need to be regulated. While in plants and green algae they seem to work overall independently according to environmental conditions, like light and sugar availability, in Diatoms the direct exchange of ATP and NADPH between these two organelles are essential for the cell’s survival. Although the physiology of this energetic crosstalk is well established, the molecular actors of this process are still unknown. During this PhD project, I have selected four candidate proteins, which turned out to play a role the organelles’ cross talk mechanisms. These are transporters predicted to be located within the chloroplast envelope and the inner membrane of the mitochondrion. To understand their physiological role, we compared the photosynthetic performances of the wildtype and the mutant strains with spectroscopic and fluorescence approaches, while the respiration was quantified measuring the oxygen evolution rates.The observed differences suggest that the selected transporters play a role the chloroplast-mitochondrion crosstalk and that other proteins might be involved in this regulative process.The further characterization of these transporters might also validate them as possible targets to improve algal biomass productivity for biotech, promoting the simultaneous use of respiration and photosynthesis (mixotrophy).

法语. Pour produire l’énergie nécessaire au métabolisme cellulaire, les eucaryotes photosynthétiques se servent de deux organites : le chloroplaste et la mitochondrie. Le premier est capable de convertir l’énergie lumineuse en énergie chimique et la deuxième est le lieu de la phosphorylation oxydative. Puisque les deux organites partagent la même fonction de production d’énergie, leurs activités doivent être régulées. Chez les plantes et les algues vertes ces deux « moteurs » cellulaires travaillent principalement de façon indépendante selon les conditions environnementales, comme la présence de sucre ou de lumière. Au contraire, chez les diatomées, l’échange direct de ATP et de NAPDH entre ces organites est essentiel pour assurer la survie de la cellule. Bien que cette interaction énergétique ait été caractérisée d’un point de vue physiologique, les acteurs moléculaires responsables de ce processus restent encore inconnus. Dans le cadre de mon projet de thèse, quatre protéines candidates ont été sélectionnées et étudiées pour déterminer leur implication dans les échanges énergétiques entre ces deux organites. Ces protéines sont des transporteurs localisés au niveau de l’enveloppe chloroplastique et de la membrane interne de la mitochondrie. Pour comprendre leur rôle physiologique, les souches mutantes correspondantes ont été générées. La capacité photosynthétique et la respiration cellulaire de ces mutants ont été évaluées par des approches de fluorescence, de spectroscopie, ou de mesure du taux d’évolution de l’oxygène. Ces mesures suggèrent que les transporteurs sélectionnés contrôlent en partie les mécanismes des échanges énergétiques entre le chloroplaste et la mitochondrie bien que d’autres protéines (non identifiées) semblent aussi impliquées dans cette régulation. Une caractérisation plus avancée de ces transporteurs pourrait permettre d’augmenter la production de biomasse des microalgues dans le cadre d’applications biotechnologiques, en favorisant l’utilisation simultanée de la respiration et de la photosynthèse (mixotrophie).