Les particules ribonucléoprotéiques (ou RNP) sont à la base de nombreuses fonctions cellulaires fondamentales. La formation de ces particules RNP est un processus très complexe qui nécessite de nombreuses étapes de maturation et de multiples facteurs d'assemblage. Par ailleurs, une structure correcte des particules RNP est essentielle à leur fonction. Il est donc critique de comprendre comment ces particules sont formées dans la cellule. Au cours de ma carrière, je me suis intéressée à plusieurs aspects de ces mécanismes.<br /> Au cours de ma thèse dirigée par Chantal Ehresmann (1990-1994), dans l'équipe de Bernard Ehresmann (UPR 9002 du CNRS) j'ai étudié le mode d'interaction de la protéine ribosomique S8 sur l'ARNr 16S d'E. coli. <br /> Mon travail post-doctoral dans l'équipe de David Tollervey (EMBL, Heidelberg (1994-1996) et Université d'Edimbourg (1996-2001) a porté sur l'étude des mécanismes de maturation, d'assemblage et de dégradation de diverses RNP. J'ai notamment contribué à la caractérisation de l'exosome, un complexe d'exonucléases 3'->5' impliqué dans la maturation et la dégradation de divers ARN chez la levure. J'ai également étudié le rôle de protéines chaperons dans la biogenèse des snoARN (biogenèse des ribosomes), des ARN ribosomiques et des ARNt. <br />En 2001, j'ai été recrutée au grade de chargée de recherche au CNRS dans l'équipe d'Alain Krol où nous étudions les mécanismes de synthèse des sélénoprotéines. L'incorporation de sélénocystéine dans les sélénoprotéines fait appel au recodage co-traductionnel d'un codon UGASec en phase. Chez les eucaryotes, ce mécanisme implique l'assemblage d'un complexe ARN-protéine au niveau d'une structure en tige-boucle ou ARN SECIS (Selenocysteine Insertion Sequence) située dans la région 3' non codante de l'ARNm des sélénoprotéines. La protéine SBP2 se fixe spécifiquement à l'ARN SECIS et recrute les facteurs de la machinerie de biosynthèse. Elle fait également partie de complexes supramoléculaires dans le cytoplasme et le noyau, suggérant un possible assemblage nucléaire de la mRNP SECIS. Nous avons montré que la protéine SBP2 présentait une origine évolutive commune avec des protéines de la famille L7Ae. Ces protéines partagent un domaine de liaison à l'ARN similaire et participent à la construction de plusieurs RNP essentielles telles les sous-unités ribosomiques, les snoRNP (biogenèse des ribosomes), les snRNP (épissage), et les mRNP codant pour les sélénoprotéines. Nos objectifs sont d'élucider les principes d'interaction SBP2/SECIS, d'identifier les composants moléculaires des complexes qui se forment autour du SECIS et de comprendre leur assemblage.<br />En collaboration avec Edouard Bertrand (Montpellier) et Bruno Charpentier et Christiane Branlant (Nancy) nous avons identifié une machinerie d'assemblage des RNP L7Ae conservée de la levure à l'homme et d'importance fondamentale pour la cellule. Elle est constituée d'une protéine adaptatrice et d'un complexe de protéines chaperons. Notre objectif est de comprendre son rôle dans l'assemblage des mRNP de sélénoprotéines.

Le travail présenté dans ce manuscrit a permis de définir un nouveau rôle de l'uridylation des ARNm en utilisant Arabidopsis comme organisme d'étude. L'uridylation des ARN est catalysée par des ARN nucléotidyltransférases de la famille des poly(A) polymérases non canoniques ou ncPAP. Parmi les 14 gènes codant pour des ncPAP chez Arabidopsis, nous avons identifié une terminale uridylyl transférase, TUT1, responsable de l'uridylation des ARNm. Nos résultats montrent que TUT1 uridyleles ARNm après une étape de déadénylation. Cette uridylation ne modifie pas la vitesse de dégradation des ARNm mais est essentielle pour prévenir l'attaque des extrémités 3' des ARNm déadénylés par des activités 3'-5' exoribonucléasiques et la formation de transcrits aberrants tronqués en 3'. De manière intéressante, cette protection par l'uridylation peut être détectée au niveau des polysomes. Une des fonctions biologiques de l'uridylation des ARNm consiste à établir une polarité de 5' en 3' de la dégradation des ARNm. Cette polarité pourrait être essentielle dans le cas d'une dégradation des ARNm en cours de traduction.

Le travail présenté dans ce manuscrit a permis de définir un nouveau rôle de l’uridylation des ARNm en utilisant Arabidopsis comme organisme d’étude. L’uridylation des ARN est catalysée par des ARN nucléotidyltransférases de la famille des poly(A) polymérases non canoniques ou ncPAP. Parmi les 14 gènes codant pour des ncPAP chez Arabidopsis, nous avons identifié une terminale uridylyl transférase, TUT1, responsable de l’uridylation des ARNm. Nos résultats montrent que TUT1 uridyleles ARNm après une étape de déadénylation. Cette uridylation ne modifie pas la vitesse de dégradation des ARNm mais est essentielle pour prévenir l’attaque des extrémités 3’ des ARNm déadénylés par des activités 3’-5’ exoribonucléasiques et la formation de transcrits aberrants tronqués en 3’. De manière intéressante, cette protection par l’uridylation peut être détectée au niveau des polysomes. Une des fonctions biologiques de l’uridylation des ARNm consiste à établir une polarité de 5’ en 3’ de la dégradation des ARNm. Cette polarité pourrait être essentielle dans le cas d’une dégradation des ARNm en cours de traduction. / The work presented in this manuscript defines a new role of mRNA uridylation, using Arabidopsis as a model organism. RNA uridylation is catalyzed by RNA nucleotidyltransferases belonging to the non canonical poly(A) polymerase (ncPAP) family. Among the 14 genes encoding ncPAPs in Arabidopsis, we identified a terminal uridylyl transferase, TUT1, responsible for mRNA uridylation. Our results show that mRNAs are uridylated by TUT1 after a deadenylation step. Uridylation doesn’t modify mRNA degradation rates but is essential for deadenylated mRNA 3’ end protection against 3’- 5’ exoribonucleolytic attacks and to prevent 3’ truncated aberrant mRNA formation. Interestingly, this protection by uridylation is detected in polysomes. One biological function of mRNA uridylation is to establish a 5’-3’ mRNA degradation polarity that could be essential in the case of cotranslational mRNA decay.

La dégradation des ARN est un mécanisme essentiel à la régulation de l’expression des génomes. L’importance de l’uridylation dans les mécanismes de dégradation des ARN commence juste à être appréciée. Cette thèse présente l’étudede l’UTP :RNA Uridylyltransferase 1 (URT1) et de son rôle dans la dégradation des ARN chez Arabidopsis thaliana. L’étude des propriétés catalytiques de URT1 montre que cette uridylyltransférase est intrinsèquement spécifique des UTP et distributive pour les premières uridines ajoutées. URT1 est responsable in vivo de l’uridylation des ARNm après une étape de déadénylation, protégeant leur extrémité 3’ et polarisant la dégradation de 5’ en 3’. URT1 est localisée dans le cytosol au niveau des granules de stress et des processing bodies. Le mécanisme d’adressage de URT1 dans les processing bodies implique une partie de la région N terminale prédite comme intrinsèquement désorganisée, alors que le domainenucléotidyltransférase C terminal semble suffisant pour permettre l’adressage de URT1 au niveau des processing bodies et granules de stress en réponse à un stress thermique. Ces travaux de thèse ont permis de mieux comprendre les mécanismes et les rôles de l’uridylation dans la dégradation des ARNm chez Arabidopsis. Ils ouvrent des perspectives dans l’étude d’autres fonctions de l’uridylation comme l’inhibition de la traduction. / RNA degradation is an essential mechanism for the regulation of genome expression. The importance of uridylation for RNA degradation is just emerging. This thesis presents the study of URT1 (UTP :RNA Uridylyltransferase 1) and its role in RNA degradation in Arabidopsis thaliana. URT1 is an uridylyltransferase intrinsically and strictly specific for UTP and is distributive for the first nucleotides added. URT1 uridylates mRNA in vivo after a deadenylation step. This uridylation protects mRNA’s3’ end from further attacks and polarise degradation in the 5’ to 3’ direction. This protection of 3’ ends by uridylation and its conferred polarity of 5’ to 3’ degradation are also detected in polysomes. Uridylation is therefore likely important in case of cotranslational degradation of mRNAs. A region in URT1’s N terminal region predicted to be intrinsically disorganised is required for addressing URT1 to processing bodies. However, following heat shock, the nucleotidyltransferase domain present in the C terminal region of URT1 is sufficient to address URT1 to both processing bodies and stress granules, This work contributes to a better understanding of the mechanisms and roles of uridylation in RNA degradation in Arabidopsis thaliana. These results also open perspectives for studying other functions of uridylation such as translation inhibition.

Chez les eucaryotes, la régulation de l'expression des gènes fait intervenir des mécanismes de contrôle qualité qui préservent l'intégrité des ARN et des protéines par la détection et l'élimination des produits défectueux. Ces processus sont essentiels pour limiter l'accumulation de protéines déficientes qui ont tendance à former des agrégats qui peuvent entraîner une toxicité cellulaire et des pathologies telles que des maladies neurodégénératives. La traduction de certains ARNm aberrants conduit à un blocage des ribosomes, ce qui déclenche le recrutement de facteurs de contrôle qualité permettant la dissociation des ribosomes bloqués et la dégradation de ces ARNm et des peptides aberrants correspondants. Au cours de ma thèse, j'ai découvert l'existence du complexe RQC, composé de Rqc1, Rqc2, Ltn1 et Cdc48, qui se lie aux sous-unités 60S bloquées afin de reconnaître les peptides naissants aberrants. Alors que Ltn1 assure leur polyubiquitinylation, Rqc2 permet l'ajout d'alanines-thréonines à leur extrémité C-terminale (CAT tails), et Cdc48 extrait ces peptides de manière à ce qu'ils soient escortés au protéasome pour être dégradés. Rqc1 est essentiel à la fois pour le recrutement de Cdc48 et pour la prévention de l'agrégation des peptides aberrants. Ce phénomène d'agrégation permet notamment de déclencher la réponse Hsf1 en cas de stress. Enfin, nous avons découvert que de multiples voies de contrôle qualité participent à l'élimination des agrégats de protéines aberrantes lorsque Rqc1 est déplété. L'ensemble de ces mécanismes de contrôle qualité permet aux cellules de répondre efficacement à un stress traductionnel afin de maintenir l'homéostasie des protéines. / Gene expression in eukaryotes requires quality control mechanisms that preserve the integrity of the transcriptome and the proteome by detecting and eliminating defective RNAs and peptides. These processes are essential to prevent the accumulation of deficient proteins that are prone to aggregation, which can cause a cellular toxicity and pathologies such as neurodegenerative diseases. In the cytosol, translation of aberrant mRNAs may lead to ribosome stalling, which triggers the recruitment of quality control factors that enable the dissociation of stalled ribosomes and the degradation of these aberrant transcripts. However, since the polypeptides synthesized from these mRNAs are generally deficient, they must also be degraded. During my thesis, I discovered the existence of the RQC complex, composed of Rqc1, Rqc2, Ltn1 and Cdc48, that bind stalled 60S subunits to detect and eliminate aberrant nascent peptides. Whereas Ltn1 ensures their polyubiquitylation, Rqc2 enables the addition of C-terminal alanine-threonine tails (CAT tails), and Cdc48 extracts these peptides so that the RQC complex can escort them to the proteasome for their degradation. A study of Rqc1 revealed that this factor is essential for Cdc48 recruitment and to prevent the aggregation of aberrant proteins. This aggregation phenomenon is essential to trigger the Hsf1 response in case of stress. Finally, we discovered that multiple quality control pathways participate in the elimination of aberrant protein aggregates when Rqc1 is depleted. This set of quality control mechanisms ensures an efficient cellular response in case of translational stress in order to maintain protein homeostasis.

La régulation et le contrôle-qualité de l'expression génique permettent respectivement de maintenir un équilibre entre synthèse et dégradation des ARNm répondant aux besoins cellulaires et d'empêcher l'expression d'ARNm ou protéines aberrants potentiellement toxiques. Pour mieux comprendre ces processus cytoplasmiques, je me suis intéressée à Jlp2, Tac4 et Ska1, trois protéines ayant des liens physiques ou fonctionnels avec des acteurs du contrôle-qualité des ARNm et peptides appartenant aux complexes RQC et SKI. Jlp2 montre des liens de létalité synthétique avec les complexes RQC et SKI mais son absence n'altère pas le " NonStop mRNA Decay ". Elle pourrait donc être impliquée dans une autre voie de contrôle dépendante des complexes RQC et SKI. Tac4 est une ARN hélicase putative associée aux ribosomes, au niveau de l'hélice H16 de l'ARNr 18S comme son homologue putatif mammifère DHX29. Elle interagit également au niveau de régions 3'UTR d'ARNm. Ces observations suggèrent que Tac4 pourrait être impliquée dans la réinitiation de la traduction et le sauvetage de ribosomes non-dissociés récemment identifiés dans la région 3'UTR d'ARNm. Enfin, nous avons identifié Ska1, une protéine appartenant à une nouvelle sous-population de complexes SKI. Nos données suggèrent que ce complexe SKI-Ska1 est impliqué dans la dégradation de transcrits dépourvus de ribosome. Nous proposons un modèle selon lequel ce complexe SKI-Ska1 agirait durant la dégradation de 3'UTR avec l'exosome, puis en arrivant dans la région codante et en rencontrant un ribosome, Ska1 se dissocierait du complexe pour lui permettre d'interagir directement avec le ribosome et poursuivre la dégradation 3'-5' de l'ARN. / Mechanisms responsible for the regulation of gene expression and its quality-control are required, respectively for maintaining an equilibrium between mRNA synthesis and degradation and to prevent synthesis of aberrant mRNAs and proteins potentially toxic for the cells. To better understand these quality-control processes, I studied three factors, Jlp2, Tac4 and Ska1, with physical or functional links described with factors involved in mRNA and protein quality-control, the RQC and SKI complexes. Jlp2 shows synthetic lethality with the RQC and SKI complexes but its deletion has no effect on the NonStop mRNA Decay, suggesting that Jlp2 could be implicated in another control pathway linked to the RQC and SKI complexes. Tac4 is a putative RNA helicase bound to ribosomes, on the 18S rRNA H16 helix, as its mammalian putative homolog DHX29. DHX29 plays a role in translation initiation but surprisingly, Tac4 interacts, in addition to ribosomes, with mRNA 3’UTRs. These observations suggest that Tac4 could be implicated in translation reinitiation and rescue of non-dissociated-ribosomes, recently described within mRNA 3’UTRs. Finally, we identified Ska1, a new factor associated to a SKI complex subpopulation. Our observations suggest that the SKI-Ska1 complex is implicated in the degradation of transcripts devoid of ribosomes. It suggests a model by which the SKI complex would proceed in two steps. First, the SKI-Ska1 complex could assist the exosome to degrade 3’UTR regions of RNAs and then, when its reaches the coding region and encounter a ribosome, Ska1 would leave the complex and allow it to interact directly with ribosomes to proceed further in the 3’-5’ RNA degradation.

Les processus mitochondriaux tels que la réplication et la traduction sont effectués par des complexes multiprotéiques. Par contre, le métabolisme et la voie de maturation des ARN mitochondriaux (p. ex précurseurs des ARNt et des ARNr) sont habituellement traités comme une suite de réactions catalysées par des protéines séparées. L’exécution fidèle et optimale de ces processus mitochondriaux, exige un couplage étroit nécessaire pour la canalisation des intermédiaires métaboliques. Or, les évidences en faveur de l'interconnexion postulée de ces processus cellulaires sont peu nombreuses et proviennent en grande partie des interactions protéine-protéine. Contrairement à la perception classique, nos résultats révèlent l’organisation des fonctions cellulaires telles que la transcription, la traduction, le métabolisme et la régulation en supercomplexes multifonctionnels stables, dans les mitochondries des champignons (ex Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus nidulans et Neurospora crassa), des animaux (ex Bos taurus), des plantes (B. oleracea et Arabidopsis thaliana) et chez les bactéries (ex E. coli) à partir desquelles les mitochondries descendent. La composition de ces supercomplexes chez les champignons et les animaux est comparable à celle de levure, toutefois, chez les plantes et E. coli ils comportent des différences notables (ex, présence des enzymes spécifiques à la voie de biosynthèse des sucres et les léctines chez B. oleracea). Chez la levure, en accord avec les changements dûs à la répression catabolique du glucose, nos résultats révèlent que les supercomplexes sont dynamiques et que leur composition en protéines dépend des stimulis et de la régulation cellulaire. De plus, nous montrons que l’inactivation de la voie de biosynthèse des lipides de type II (FASII) perturbe l’assemblage et/ou la biogenèse du supercomplexe de la RNase P (responsable de la maturation en 5’ des précurseurs des ARNt), ce qui suggère que de multiples effets pléiotropiques peuvent être de nature structurale entre les protéines. Chez la levure et chez E. coli, nos études de la maturation in vitro des précurseurs des ARNt et de la protéomique révèlent l’association de la RNase P avec les enzymes de la maturation d’ARNt en 3’. En effet, la voie de maturation des pré-ARNt et des ARNr, et la dégradation des ARN mitochondriaux semblent êtres associées avec la machinerie de la traduction au sein d’un même supercomplexe multifonctionnel dans la mitochondrie de la levure. Chez E. coli, nous avons caractérisé un supercomplexe similaire qui inclut en plus de la RNase P: la PNPase, le complexe du RNA degradosome, l’ARN polymérase, quatre facteurs de transcription, neuf aminoacyl-tRNA synthétases, onze protéines ribosomiques, des chaperons et certaines protéines métaboliques. Ces résultats supposent l’association physique de la transcription, la voie de maturation et d’aminoacylation des ARNt, la dégradation des ARN. Le nombre de cas où les activités cellulaires sont fonctionnellement et structurellement associées est certainement à la hausse (ex, l’éditosome et le complexe de la glycolyse). En effet, l’organisation en supercomplexe multifonctionnel représente probablement l’unité fonctionnelle dans les cellules et les analyses de ces super-structures peuvent devenir la prochaine cible de la biologie structurale. / It is known that processes such as transcription, translation and intron splicing require a multitude of proteins (plus a few non-protein components) organized in large ‘molecular machines’. But, according to traditional views, processing of RNA precursors (e.g., tRNA and rRNA) and metabolic pathways are pools of individual enzymes (single proteins or small complexes), with sequential enzymatic reaction steps connected via diffusible metabolites. This perception is incompatible with the ‘molecular crowding’ in most cellular compartments (e.g., 60% in the mitochondrial matrix). It is also not in line with the cumulating indirect evidence from comprehensive studies of protein-protein interactions and affinity purification, showing that numerous protein complexes involving different metabolic and regulatory processes are interconnected. However, direct evidence of extensive cross-talk among diverse cellular processes remains to be clearly demonstrated. Here we show that in mitochondria of yeast and other fungi (Neurospora crassa and Rhizopus oryzae), animal (Bos taurus), plant (Brassica oleracea), and in E. coli (standing for the “bacterial ancestor” of mitochondria), metabolism is physically interlinked (in supercomplexes) with translation, replication, transcription and RNA processing. Further, the supercomplexes also contain a variety of helper proteins, in support of earlier reports that describe such proteins as important structural units assisting complex assembly. Whereas the composition of supercomplexes in fungi (e.g., Neurospora crassa), animals and yeast is relatively similar, plants and E. coli present substantial compositional differences (e.g., plant-specific enzymes involved in the biosynthesis of sugars and secondary metabolites). In yeast, the supercomplex pattern of glucose-repressed cells is completely different from that of cells grown on galactose/glycerol, and the protein composition perfectly correlates with known regulatory changes under glucose repression. The destabilization of the complex organization is also illustrated by the deletion of genes in the mitochondrial fatty acid type II biosynthetic pathway (mutant strain oar1Δ). Mutants have both, a defect in fatty acid synthesis and in 5’ processing of mitochondrial tRNA, and no longer have a supercomplex containing Oar1p and components of RNase P (5’ tRNA processing). The pleiotropic mutant phenotype is best explained by a structural (assembly) defect. Also in yeast mitochondria, we demonstrate that RNase P and tRNA Z activities are part of a large complex, which further includes the RNA degradosome complex, five additional RNA processing proteins, and several other mitochondrial pathways. 5’ and 3’ tRNA processing enzymes are also associated in a large, multifunctional supercomplex in E. coli that includes six out of the seven proteins of the RNA degradosome, nine aminoacyl-tRNA synthases, RNA polymerase plus four transcription factors, eleven ribosomal proteins plus four translation factors, several components of protein folding and maturation, and a small set of metabolic enzymes. Apparently, not only is RNA processing coordinated, but it is also structurally connected to aminoacylation, transcription and other cellular functions. The number of documented cases where functionally related activities are structurally integrated is definitely increasing (e.g., editosome, glycolysis complex, etc). Indeed, structural integration of related functions and pathways may turn out to be a principle and the analyses of such super-structures may become a next structural biology frontier.

Les processus mitochondriaux tels que la réplication et la traduction sont effectués par des complexes multiprotéiques. Par contre, le métabolisme et la voie de maturation des ARN mitochondriaux (p. ex précurseurs des ARNt et des ARNr) sont habituellement traités comme une suite de réactions catalysées par des protéines séparées. L’exécution fidèle et optimale de ces processus mitochondriaux, exige un couplage étroit nécessaire pour la canalisation des intermédiaires métaboliques. Or, les évidences en faveur de l'interconnexion postulée de ces processus cellulaires sont peu nombreuses et proviennent en grande partie des interactions protéine-protéine. Contrairement à la perception classique, nos résultats révèlent l’organisation des fonctions cellulaires telles que la transcription, la traduction, le métabolisme et la régulation en supercomplexes multifonctionnels stables, dans les mitochondries des champignons (ex Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus nidulans et Neurospora crassa), des animaux (ex Bos taurus), des plantes (B. oleracea et Arabidopsis thaliana) et chez les bactéries (ex E. coli) à partir desquelles les mitochondries descendent. La composition de ces supercomplexes chez les champignons et les animaux est comparable à celle de levure, toutefois, chez les plantes et E. coli ils comportent des différences notables (ex, présence des enzymes spécifiques à la voie de biosynthèse des sucres et les léctines chez B. oleracea). Chez la levure, en accord avec les changements dûs à la répression catabolique du glucose, nos résultats révèlent que les supercomplexes sont dynamiques et que leur composition en protéines dépend des stimulis et de la régulation cellulaire. De plus, nous montrons que l’inactivation de la voie de biosynthèse des lipides de type II (FASII) perturbe l’assemblage et/ou la biogenèse du supercomplexe de la RNase P (responsable de la maturation en 5’ des précurseurs des ARNt), ce qui suggère que de multiples effets pléiotropiques peuvent être de nature structurale entre les protéines. Chez la levure et chez E. coli, nos études de la maturation in vitro des précurseurs des ARNt et de la protéomique révèlent l’association de la RNase P avec les enzymes de la maturation d’ARNt en 3’. En effet, la voie de maturation des pré-ARNt et des ARNr, et la dégradation des ARN mitochondriaux semblent êtres associées avec la machinerie de la traduction au sein d’un même supercomplexe multifonctionnel dans la mitochondrie de la levure. Chez E. coli, nous avons caractérisé un supercomplexe similaire qui inclut en plus de la RNase P: la PNPase, le complexe du RNA degradosome, l’ARN polymérase, quatre facteurs de transcription, neuf aminoacyl-tRNA synthétases, onze protéines ribosomiques, des chaperons et certaines protéines métaboliques. Ces résultats supposent l’association physique de la transcription, la voie de maturation et d’aminoacylation des ARNt, la dégradation des ARN. Le nombre de cas où les activités cellulaires sont fonctionnellement et structurellement associées est certainement à la hausse (ex, l’éditosome et le complexe de la glycolyse). En effet, l’organisation en supercomplexe multifonctionnel représente probablement l’unité fonctionnelle dans les cellules et les analyses de ces super-structures peuvent devenir la prochaine cible de la biologie structurale. / It is known that processes such as transcription, translation and intron splicing require a multitude of proteins (plus a few non-protein components) organized in large ‘molecular machines’. But, according to traditional views, processing of RNA precursors (e.g., tRNA and rRNA) and metabolic pathways are pools of individual enzymes (single proteins or small complexes), with sequential enzymatic reaction steps connected via diffusible metabolites. This perception is incompatible with the ‘molecular crowding’ in most cellular compartments (e.g., 60% in the mitochondrial matrix). It is also not in line with the cumulating indirect evidence from comprehensive studies of protein-protein interactions and affinity purification, showing that numerous protein complexes involving different metabolic and regulatory processes are interconnected. However, direct evidence of extensive cross-talk among diverse cellular processes remains to be clearly demonstrated. Here we show that in mitochondria of yeast and other fungi (Neurospora crassa and Rhizopus oryzae), animal (Bos taurus), plant (Brassica oleracea), and in E. coli (standing for the “bacterial ancestor” of mitochondria), metabolism is physically interlinked (in supercomplexes) with translation, replication, transcription and RNA processing. Further, the supercomplexes also contain a variety of helper proteins, in support of earlier reports that describe such proteins as important structural units assisting complex assembly. Whereas the composition of supercomplexes in fungi (e.g., Neurospora crassa), animals and yeast is relatively similar, plants and E. coli present substantial compositional differences (e.g., plant-specific enzymes involved in the biosynthesis of sugars and secondary metabolites). In yeast, the supercomplex pattern of glucose-repressed cells is completely different from that of cells grown on galactose/glycerol, and the protein composition perfectly correlates with known regulatory changes under glucose repression. The destabilization of the complex organization is also illustrated by the deletion of genes in the mitochondrial fatty acid type II biosynthetic pathway (mutant strain oar1Δ). Mutants have both, a defect in fatty acid synthesis and in 5’ processing of mitochondrial tRNA, and no longer have a supercomplex containing Oar1p and components of RNase P (5’ tRNA processing). The pleiotropic mutant phenotype is best explained by a structural (assembly) defect. Also in yeast mitochondria, we demonstrate that RNase P and tRNA Z activities are part of a large complex, which further includes the RNA degradosome complex, five additional RNA processing proteins, and several other mitochondrial pathways. 5’ and 3’ tRNA processing enzymes are also associated in a large, multifunctional supercomplex in E. coli that includes six out of the seven proteins of the RNA degradosome, nine aminoacyl-tRNA synthases, RNA polymerase plus four transcription factors, eleven ribosomal proteins plus four translation factors, several components of protein folding and maturation, and a small set of metabolic enzymes. Apparently, not only is RNA processing coordinated, but it is also structurally connected to aminoacylation, transcription and other cellular functions. The number of documented cases where functionally related activities are structurally integrated is definitely increasing (e.g., editosome, glycolysis complex, etc). Indeed, structural integration of related functions and pathways may turn out to be a principle and the analyses of such super-structures may become a next structural biology frontier.