THE ARABIDOPSIS THALIANA ABC TRANSPORTERS TAP1, NAP8 AND ATH12 EXTRUDE PEPTIDES FROM CHLOROPLASTS AND ARE LINKED TO CHLOROPLAST PROTEIN HOMEOSTASIS MAINTENANCE.

The chloroplast is the photosynthesising organelle of green algae and plants. The chloroplast originated from an ancient endosymbiosis event with a cyanobacteria-like ancestor, similar to what occurred for the mitochondrion. As vestiges of its origin, the chloroplast retains its genome which still encodes a few plastid proteins. As a direct consequence, the chloroplast proteome is a mosaic of nuclear- and plastid-encoded proteins. This requires an important exchange of information between the two genomes, to coordinate gene expression for chloroplast biogenesis and organelle adaptation to internal or external variations. Retrograde signalling is a collection of pathways generated by the chloroplast to inform the nucleus about its developmental and operational status. The study of the molecular pathways involved in the communication of perturbed plastid protein homeostasis is a recent and dynamic research field. In nematodes, a retrograde signalling pathway triggered by the deterioration of the mitochondrial protein homeostasis relies on the extrusion of peptides, produced by the proteolysis of the damaged proteins, by the HAF-1 ABC transporter on the mitochondrial envelope, paving the way for peptides as possible signalling molecules. HAF-1 is the homolog of the MDL1 mitochondrial peptide transporter of yeast, which if removed causes sensitivity to heat. In this work, TAP1, NAP8 and ATH12 uncharacterized ABC transporters of the chloroplast in Arabidopsis thaliana were identified as the closest homologues of both HAF-1 and MDL1. The presence of the transporters is required to extrude peptides from chloroplasts upon heat exposure and each of them could complement the heat sensitivity of Δmdl1 null mutant in yeast. Triple mutant plants exhibit higher sensitivity to conditions that challenged the plastid protein homeostasis, such as high temperature. Coherently, triple mutant plants failed the up-regulation of CLPB3 plastid chaperone at the protein level, but not of the corresponding transcripts, upon exposure to high temperatures, suggesting a possible role for these transporters in the post-transcriptional regulation of CLPB3 and, overall, in the protection of chloroplast protein homeostasis against threats.

Il cloroplasto è l’organello fotosintetico delle alghe verdi e delle piante. Il cloroplasto originò da un antenato simile ai cianobatteri tramite un antico evento endosimbiontico, in maniera simile a quanto accaduto per il mitocondrio. Come vestigi delle sue origini, il cloroplasto possiede un genoma che ancora esprime poche proteine plastidiali. Come diretta conseguenza, il proteoma del cloroplasto è un mosaico di proteine codificate dal nucleo e dal cloroplasto stesso. Questo richiede un importante scambio di informazioni tra i due genomi, per coordinare l’espressione genica per la biogenesi del cloroplasto e per adattarlo alle esigenze fisiologiche e ai cambiamenti nell’ambiente. La segnalazione retrograda è una collezione di vie molecolari generate dal cloroplasto per informare il nucleo del suo stato di sviluppo e funzionale. Lo studio delle vie di segnalazione retrograda coinvolte nella comunicazione di una perturbata omeostasi plastidiale è un campo di ricerca recente e dinamico. Nei nematodi, la via di segnalazione retrograda della omeostasi proteica mitocondriale si affida all’estrusione di peptidi, prodotti dalla degradazione delle proteine danneggiate, da parte del trasportatore ABC HAF-1 localizzato sulla membrana interna del mitocondrio. HAF-1 è omologo al trasportatore di peptidi mitocondriale MDL1 di lievito, che se rimosso causa sensibilità al calore. In questo lavoro, i trasportatori ABC del cloroplasto di Arabidopsis thaliana TAP1, NAP8 e ATH12, non ancora caratterizzati, sono stati identificati come i più vicini omologhi sia di MDL1 che di HAF-1. La presenza di questi trasportatori è necessaria ai cloroplasti per estrudere peptidi quando esposti a calore, e ognuno di loro, è in grado di complementare la sensibilità al calore del mutante di lievito Δmdl1. Piante mutanti nei tre corrispettivi geni sono più sensibili a condizioni che perturbano l’omeostasi proteica plastidiale. Coerentemente, il mutante triplo fallisce nel accumulare a livello di proteina, ma non a livello di trascritto, la chaperona plastidiale CLPB3, , quando esposto ad alte temperature, suggerendo un possibile ruolo per questi trasportatori nella regolazione post-trascrizionale di CLPB3 e, in generale, nella protezione contro le minacce verso la omeostasi proteica del cloroplasto.