Plant cell nucleolus as a hot spot for iron.

J Biol Chem. 2011 Aug 12;286(32):27863-6. Epub 2011 Jun 30.
Plant cell nucleolus as a hot spot for iron.
Roschzttardtz H, Grillet L, Isaure MP, Conéjéro G, Ortega R, Curie C, Mari S.
Laboratoire de Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes, Institut de Biologie Intégrative des
Plantes, Centre National de la Recherche Scientifique, UMR5004, Institut National de la Recherche
Agronomique, Ecole Nationale Supérieure d'Agronomie, Université Montpellier II, F-34060
Montpellier Cedex 2.
Review :
Les ions métaux jouent de multiples rôles, que se soit dans la structure ou dans des
fonctions catalytiques au sein des cellules du vivant. En effet, de nombreux processus
métaboliques nécessitent du fer comme cofacteur dans les compartiments subcellulaires
comme les mitochondries et les chloroplastes. Par exemple, les chloroplastes sont considérés
comme le site principal de stockage du fer avec une chaine de transfert d’électrons contenant
22 atomes de Fer (1). Cependant, la distribution sub-cellulaire du fer ainsi que son transport
entre les compartiments est très peu documenté, et ce seulement par quelques études
biochimique. Il est donc intéressant d’étudier les phénomènes dynamiques de transport des
ions Fer puisque le maintient de la balance entre transport, stockage et recyclage est
nécessaire pour empêcher les stress oxydatif liés à la production d’espèces réactives de
l’oxygène. Par exemple, chez les mammifères, la dérégulation de la compartimentation du Fer
est généralement associée à des pathologies neuro-dégénératives (2,3). Chez Arabidopsis
thaliana, l’altération de la distribution du Fer dans les chloroplastes et la vacuole impacte
sévèrement la croissance des plantes (4,5).
Dans cette étude, les auteurs ont cherchés à localiser les différents pools de Fer
intracellulaire en combinant 3 méthodes d’imageries complémentaires :
 La coloration histochimique avec la ferrocyanide et diaminobenzidine (Perls/DAB)
 L’émission de rayon X induite par des micros particules chargées (µPIXE)
 La micro fluorescence à rayon X (µXRF)
Ces observations ont été faites sur l’embryon de pois et ce pour plusieurs raisons.
D’abord, les cellules de pois ont une haute teneur en fer, les cellules et leurs organites sont de
grandes tailles et le pois est, avec d’autres légumineuses, très courant dans l’alimentation
humaine.
La coloration histochimique spécifique pour le fer a montré un marquage fort d’une
unique structure dans chaque cellule, qui co-localise avec la fluorescence de l’ADN par
coloration DAPI, supposant la présence de fer dans le noyau de cellules végétale (Fig. 1A).
Ces premières observations ont été ensuite vérifiées par imagerie µPIXE, qui révèle la
présence d’une forte concentration de fer, confirmant l’existence d’un pool de fer dans le
noyau.

Ces observations pouvant être causées par le procédé d’échantillonnage, les auteurs
ont ensuite utilisé une imagerie µXRF sur des embryons de pois cryo-fixé et cryo-sectionné.
La détection du fer par cette méthode montre un signal fort, d’une taille comparable à celle
d’un noyau. L’augmentation de la fluorescence visant à saturer le signal correspondant au
noyau a permis de révéler la présence d’autres pools de fer à la périphérie des cellules ainsi
qu’à la vacuole. Prises ensembles, ces données indiquent clairement qu’en plus des organites
habituel tels que les mitochondries et les chloroplastes, le noyau est un nouveau site
d’accumulation massif de fer dans les cellules végétales. Enfin, l’observation détaillée des
colorations des pools de fer par la méthode Perls/DAB indique que ces pools sont restreints
dans un domaine sub-nucléaire, qui rappelle la taille et la forme du nucléole (Fig. 1, B et C).
En effet, l’étude de la structure nucléaire par coloration Perls/DAB au cours des différentes
étapes de la division cellulaire à permis de constater que le nucléole est la structure riche en
fer dans les cellules de pois.
Figure 1. Les cellules végétales accumulent du fer dans leur noyau et particulièrement
au niveau des nucléoles. A, analyses histochimiques de cellules embryonnaires de pois par
superposition d’images obtenues suite à la coloration du fer par Perls/DAB (noir) et du noyau par la
méthode DAPI (bleu) ; Bar = 20µm. B-C, analyses de la localisation du pool de fer dans le noyau ;
Bar = 10µm ; B, Cellule embryonnaire de pois colorée au Perls/DAB ;
C, concentration relative en fer d’une cellule embryonnaire de pois par µXRF.
Les précédentes études sur les rôles et la répartition du fer ont montrées son
implication en tant que co-facteur dans de nombreux processus métabolique comme la
respiration, la photosynthèse, la division cellulaire et la biosynthèse d’acide gras et d’acides
aminés ramifiés. Sa présence dans le noyau d’une cellule était jusqu’alors associée seulement
à des pathologies. De ce fait, cette étude soulève la question du rôle du fer nucléolaire dans les
cellules végétales. En effet, le fer est associé dans les autres compartiments à de nombreuses
protéines, telles que les protéines Fer-souffre et la dinitrogénase, il est donc concevable que
des atomes de fer soit associés a une grande classe de molécules au sein du nucléole. De plus,
le nucléole a pour rôle principal la synthèse d’ARN ribosomique, supposant l’implication du
fer dans ce processus chez les plantes. Par exemple, le fer pourrait stimuler la biosynthèse des
ARNr, être fixer aux ARNr néo-synthétisés pour en stabiliser la structure secondaire, ou
catalyser la maturation des différentes sous-unités d’ARNr.
A
C
B

Cette étude ouvre la voie de nouvelles approches dans l’homéostasie et les différents
rôles du fer dans la cellule végétale. En effet il a été montré que des cellules seines peuvent
accumuler et tolérer de grande quantité de fer dans leur noyau sans présenter de
disfonctionnement particulier. De nouvelles études seront nécessaires pour comprendre
l’implication du fer dans les différents métabolismes nucléaires.
Références :
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5. Roschzttardtz H., Conéjéro G., Curie C., Mari S. (2009) Identification of the
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