Role of glutaredoxins and glutathionylation in photosynthetic organisms

Rôle des glutarédoxines et de la glutathionylation chez les végétaux

• Auteur / Autrice : Laure Michelet
• Direction : Stéphane Lemaire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Sciences du végétal
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thiorédoxine

Stress oxydatif

Glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénases

Chlamydomonas reinhardtii

Arabidopsis thaliana

Mots clés libres

Glutarédoxine

Glutathionylation

Signalisation redox

Résumé

Le glutathion, principal thiol libre soluble de faible masse moléculaire chez la plupart des organismes, a été récemment impliqué dans une modification post-traductionnelle réversible appelée glutathionylation, pouvant permettre la régulation d’activités enzymatiques, et/ou la protection des thiols libres et réactifs des protéines contre une oxydation irréversible. Tout d’abord, nous avons étudié la glutathionylation in vitro des thiorédoxines (TRX) chloroplastiques d’Arabidopsis et de Chlamydomonas. Seules les TRX f sont glutathionylables, ce qui affecte leur réduction. De même, l’activité de la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase A4 (GAPDH-A4), une enzyme du cycle de Calvin, est inhibée par glutathionylation. Nous avons ensuite développé une approche protéomique afin d’identifier des protéines glutathionylées in vivo chez Chlamydomonas. 25 cibles ont été identifiées, dont 18 chloroplastiques, surtout impliquées dans les processus de photosynthèse et de réponse au stress oxydatif. 3 cibles ont été confirmées in vitro : l’HSP70B, la peroxyrédoxine 2-cys chloroplastique, l’isocitrate lyase. Chez les organismes non-photosynthétiques, les glutarédoxines (GRX) peuvent catalyser efficacement la déglutathionylation. Nous avons caractérisé biochimiquement 2 GRX de Chlamydomonas. La GRX1, GRX CPYC cytosolique, possède les activités GRX classiques, alors que la GRX3, GRX CGFS chloroplastique, est inactive dans ces tests. Par ailleurs, la GRX3 possède un potentiel électrochimique particulièrement bas, proche de celui des TRX. Le système chloroplastique de réduction des TRX permet de réduire la GRX3 qui peut alors déglutathionyler très efficacement la GAPDH-A4.

Glutathione, the main soluble low molecular weight free thiol in most organisms, has been recently involved in a reversible post-translational reaction called glutathionylation, which can allow regulation of enzyme activity, and/or protection of protein reactive free thiols from oxidation. We first studied in vitro glutathionylation of chloroplastic thioredoxins (TRX) from Arabidopsis and Chlamydomonas. Only TRX f underwent glutathionylation, leading to impaired reduction of the protein. A4-glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (A4-GAPDH), a Calvin cycle enzyme, was also found to undergo glutathionylation in vitro with a subsequent inhibition of its activity. In order to determine the role and importance of glutathionylation in photosynthetic organisms, we developed a method based on proteomics to identify glutathionylated proteins in vivo in Chlamydomonas. 25 targets have been identified, mainly chloroplastic, mostly involved in photosynthesis and in response to oxidative stress. 3 targets were confirmed in vitro: HSP70B, chloroplastic 2-cys peroxiredoxin and isocitrate lyase. In non-photosynthetic organisms, it has been demonstrated that glutaredoxins (GRX) can catalyze efficiently deglutathionylation. Thus, we biochemically characterized 2 GRX from Chlamydomonas. GRX1, a cytosolic CPYC GRX, exhibits classical GRX activities, whereas GRX3, a chloroplastic CGFS GRX, exhibits no activity in these assays. Further analysis demonstrated that GRX3 has an atypically low redox potential close to that of TRX. The chloroplastic system of TRX reduction was able to reduce GRX3, which then can catalyze very efficiently A4-GAPDH deglutathionylation.