Les peroxydases à thiol, relais dans la signalisation cellulaire redox associée au peroxyde d’hydrogène : mécanismes moléculaires responsables de la spécificité de l’activation du facteur de transcription Yap1 chez Saccharomyces cerevisiae

Thiol peroxydases, relay in hydrogen peroxide-dependent redox cell signaling : Molecular mechanisms responsible for the specificity of activation of the Yap1 transcription factor in Saccharomyces cerevisiae

• Auteur / Autrice : Antoine Bersweiler
• Direction : Sophie Rahuel-Clermont, Hortense Mazon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 09/12/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie moléculaire et physiopathologie articulaire (Vandœuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Magdalou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Toledano
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Collet, Kai Tittmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régulation cellulaire

Cinétique chimique

Peroxyde d'hydrogène

Oxydoréduction

Acides sulféniques

Peroxydases

Mots clés libres

Peroxydase à thiol

Acide sulfénique

Signalisation redox

Peroxyde d’hydrogène

Cinétique rapide

Thiol peroxydase

Sulfenic acid

Redox signaling

Hydrogen peroxide

Rapid kinetic

Résumé

Les peroxydases à thiol jouent un rôle central dans la physiologie du peroxyde d’hydrogène (H2O2), un oxydant possédant une fonction de messager cellulaire. Ces enzymes catalysent la réduction de H2O2 par réaction avec une Cys catalytique, ce qui leur confère la capacité de jouer le rôle de détecteur et relais du message redox. Chez Saccharomyces cerevisiae, l’activation H2O2-dépendante du facteur de transcription Yap1, un régulateur clef de la réponse au stress oxydant, dépend de la formation de ponts disulfure intramoléculaires catalysés par la peroxydase à thiol Orp1, via la réaction de l’intermédiaire acide sulfénique avec une Cys de Yap1 pour former un complexe disulfure mixte. L’étude des mécanismes à l’origine de la spécificité de la réaction entre Orp1 et Yap1, et du rôle de la protéine Ybp1 comme partenaire essentiel de l’activation de Yap1, constitue la question centrale de ce travail. Nos résultats montrent que Ybp1 permet de recruter Yap1 et Orp1 au sein d’un complexe ternaire au sein duquel (i) la cinétique de la réaction entre les deux partenaires est fortement activée, et (ii) la compétition avec la formation d’un pont disulfure intramoléculaire dans Orp1 est inhibée. La spécificité de l’activation de Yap1 par H2O2 repose donc sur des mécanismes qui combinent à la fois la réactivité chimique intrinsèque de l’acide sulfénique, et la reconnaissance moléculaire entre Yap1, Orp1 et Ybp1 qui jouerait un rôle de protéine « de charpente ». Ces principes, assurant une activation rapide et spécifique des défenses antioxydantes de la levure Saccharomyces cerevisiae, pourraient s’appliquer à d’autres voies de signalisation dépendantes des peroxydases à thiol

Thiol-peroxidases play a central role in the physiology of hydrogen peroxide, an oxidant which can act as a cellular messenger. They catalyze H2O2 reduction by the very efficient reaction of a catalytic Cys residue, responsible for their ability to act as an H2O2 sensor and relay. In Saccharomyces cerevisiae, the H2O2-activation of the transcription factor Yap1, a key regulator of oxidative stress response, depends on the formation of intramolecular disulfide bonds catalyzed by the thiol peroxidase Orp1, through the reaction of the sulfenic acid intermediate with a Cys of Yap1 to form a mixed disulfide complex. Due to the high reactivity of the sulfenic acid species, several reactions can compete with Yap1. The study of the mechanisms underlying the specificity of the reaction between Orp1 and Yap1, and of the role of the Ybp1 protein as an essential partner of Yap1 activation, is the central question of this work. Our results show that Ybp1 can recruit Yap1 and Orp1 within a ternary complex that allows (i) strong activation of the reaction between the two partners and (ii) inhibition of the competition raised by the formation of an intramolecular disulfide bond within Orp1. The specificity of the activation of Yap1 by H2O2 therefore relies on mechanisms that combine intrinsic chemical reactivity of the sulfenic acid species and molecular recognition between Yap1, Orp1 and Ybp1, which would act as a scaffold. These principles, which afford rapid and specific activation of antioxidant defenses in Saccharomyces cerevisiae, could apply to other redox signaling pathways dependent on thiol peroxidase as a H2O2 sensor