Des mutations dans le génome mitochondrial donnent lieu à l’apparition de maladies neuro-dégénératives ou de myopathies. Pour développer des approches de thérapie génique pour prévenir de ces syndromes, nous devons mieux comprendre les mécanismes moléculaires d’import mitochondrial des ARN. Pour cela nous tentons de récapituler in vitro l’import des ARN à partir d’extraits cellulaires fractionnés par différentes méthodes telles que la chromatographie d’exclusion ou d’affinité à l’aide d’étiquettes d’ARN ou de protéines. Nos résultats affinent nos connaissances de ces mécanismes et permettent d’avancer l’idée que l’énolase, une enzyme de la glycolyse, n’agit pas seule lors de la première étape de l’import de l’ARNtLys avec anticodon CUU (tRK1). En effet nous avons montré que l’énolase ultra-purifiée ne se fixait plus à tRK1 in vitro, alors que des préparations de mitochondries de levure récapitulaient l’import lorsque diverses fractions ajoutées à l’énolase étaient testées. Les fractionnements d’extraits opérés permettent de cerner certaines protéines qui pourraient fonctionner de concert avec l’énolase pour véhiculer tRK1 vers la mitochondrie. / Mutations in the mitochondrial genome give rise to neurodegenerative diseases or myopathies. To develop gene therapy for preventing the appearance of these syndromes, we need to better understand the molecular mechanisms of mitochondrial RNA. For this purpose we try to recapitulate in vitro the import of RNA from cell extracts fractionated by different methods such as exclusion or affinity chromatography using tagged RNAs or proteins. Our results refine our knowledge of these mechanisms and allow to advance the idea that enolase, an enzyme of glycolysis, does not act alone during the first stage of import of tRNALys with anticodon CUU (tRK1). Indeed, we have shown that ultra-purified enolase no longer binds to tRK1 in vitro, while preparations of yeast mitochondria recapitulate the import when various fractions mixed with enolase were tested. The performed extracts fractionation make it possible to point to certain proteins which could work in concert with the enolase to convey tRK1 to mitochondria.

This thesis addresses several aspects of mitochondrial iron sulfur (Fe-S) cluster biogenesis and mitochondrial tRNA import and modifications in Trypanosoma brucei. Using RNA interference it uncovers essential role of Fe-S cluster assembly in tRNA(s) thiolation in both the cytosol and the mitochondrion of T. brucei. Further, this thesis describes the role of modifications in tRNA editing and in mitochondrial import of tRNAs. Finally, it provides evidence that in contrast to protein import, mitochondrial membrane potential is dispensable for import of tRNAs into the mitochondrion of T. brucei.

Mon étude a porté sur la spécificité de l'interaction entre deux protéines du parasite du paludisme (Plasmodium), tRip (tRNA import protein) et la tyrosyl-ARNt synthétase apicoplastique (api-TyrRS), avec l'ARN de transfert (ARNt). Plasmodium est un parasite intracellulaire qui conserve une organelle vestigiale, l’apicoplaste, qui possède son propre système de traduction. J’ai adapté la séquence de l’ARN messager pour produire l’api-TyrRS in vitro, et j’ai étudié la spécificité de la reconnaissance de l’ARNtTyr apicoplastique, qui évite les interactions erronées plutôt que de favoriser les correctes. La protéine tRip est située à la surface du parasite et est responsable de l’import des ARNt de l’hôte. Mes résultats suggèrent que cet import à lieu pendant la phase sanguine duparasite. Elle ne reconnait pas tous les ARNt de la même façon. Les modifications posttranscriptionnelles modulent l’affinité de tRip, et potentiellement, le taux d’import de cet ARNt. Finalement, j’ai identifié par SELEX une séquence nucléotidique qui se lie spécifiquement à tRip, un début pour la conception d'une molécule qui ciblerait spécifiquement le parasite du paludisme. / My study focused on the specificity of the interaction between two proteins of the malaria parasite (Plasmodium), tRip (tRNA import protein) and the apicoplastic tyrosyl-tRNA synthetase (api-TyrRS), with the transfer RNA (tRNA). Plasmodium is an intracellular parasite with a vestigial organelle, the apicoplast, which has its own translation system. The messenger RNA sequence was adapted to produce api-TyrRS in vitro, and I studied the specificity of apicoplastic tRNATyr recognition, which avoids erroneous interactions rather than favoring the correct ones. The tRip protein is located on the surface of the parasite, and is responsible for importing tRNAs from the host. My results suggest that this import takes place during the blood phase of the parasite. In addition, not all tRNAs are recognized uniformly. The post-transcriptional modifications of the tRNAs define the affinity of tRip, and potentialy, the import rate of this tRNA. Finally, I identified a short nucleotide sequence that binds specifically to tRip. It is a good starting point for designing a molecule that specifically targets the malaria parasite.

La protéine tRip de Plasmodium, l’agent du paludisme, fait l’objet de mon travail de thèse. Identifiée au laboratoire, elle est localisée à la membrane plasmique de P. berghei, le modèle murin étudié in vivo. Elle permet l’import d’ARNt exogènes à l’intérieur du parasite. La génération et l’étude d’une souche P. berghei tRip-KO m’ont permis d’explorer l’importance de ce mécanisme et l’implication de tRip dans un complexe multiprotéique. J’ai démontré que la multiplication de P. berghei est très réduite lors du stade sanguin chez la souche tRip-KO. Par protéomique, j’ai montré qu’en l’absence de tRip, de nombreuses protéines sont sous-exprimées, en particulier celles riches en asparagines. Enfin, j’ai identifié trois partenaires protéiques de tRip, dont le substrat est l’ARNt. Ces résultats suggèrent que les ARNt importés par Plasmodium via tRip pourraient être substrat de protéines plasmodiales et acteurs de la synthèse protéique du parasite. Le transport d’ARNt étrangers dans une cellule est un mécanisme inconnu en dehors de cette étude. Il révèle une interaction inédite entre un hôte et son parasite intracellulaire, propice au développement de ce dernier. / The organism studied in this work is Plasmodium, the malaria parasite. The laboratory identified a membrane protein, called tRip for tRNA import protein, displaying a tRNA binding domain exposed outside of the parasite. In vivo, in P. berghei which is the murine model used, tRip mediates the import of exogenous tRNAs into the parasite cytosol. My PhD work begun with the construction of a tRip-KO strain of P. berghei to investigate the role of tRNA import and the putative involvement of tRip within a proteic complex. The phenotype of the tRip-KO strain is significantly modified compared to the wild-type parasite during the blood stage: its rate of multiplication is much lower. By proteomic analyses, I showed that many proteins are under-regulated in the tRip-KO strain, especially those very rich in asparagines. Moreover, I dentified three protein partners for tRip, being tRNA aminoacylation or modification enzymes. These results suggest that host imported tRNAs could be taken in charge by parasitic enzymes and take part to Plasmodium protein synthesis. This work reveals a new host pathogen interaction and is the first example showing exogenous tRNA import into a cell.