Caractérisation de nouvelles enzymes impliquées dans la biosynthèse de cofacteurs de microorganismes. Mécanismes des tyrosine lyases à radical SAM

Characterization of novel enzymes involved in biosynthesis of microbial cofactors. Mechanisms of radical SAM tyrosine lyases

• Auteur / Autrice : Laure Decamps
• Direction : Olivier Berteau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 13/01/2014
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Interactions des bactéries commensales et probiotiques avec l’hôte (Jouy-en-Josas, Yvelynes)
• Jury : Président / Présidente : Armel Guyonvarch
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Berteau, Armel Guyonvarch, Christophe Léger, Sandrine Ollagnier-de Choudens, Marc Fontecave, Philippe Langella
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Léger, Sandrine Ollagnier-de Choudens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tyrosine

Biosynthèse

Métalloenzymes

Mots clés libres

Biosynthèse de cofacteur

F420

F0

Enzyme à radical SAM

Tyrosine

Vitamine

Fer-soufre

Cofactor biosynthesis

F420

F0

Radical SAM enzyme

Tyrosine

Vitamin

Iron-sulfur

Résumé

Le cofacteur F420 est un coenzyme d’oxydoréduction essentiel pour la méthanogenèse chez les archées, un processus qui influence fortement les interactions métaboliques au sein du microbiote intestinal ; en outre, il joue un rôle important dans la pathogénicité de la bactérie Mycobacterium tuberculosis. L’étude de sa biosynthèse présente donc un intérêt majeur en Biologie.La formation du chromophore du F420 est catalysée par la F0-synthase, qui contient, de façon unique, deux domaines caractéristiques des enzymes à radical SAM (rSAM). Ces enzymes catalysent le clivage de la S-adénosylméthionine (SAM) pour former un radical 5′ déoxyadénosyle, capable d’initier un grand nombre de réactions radicalaires.Nous avons réussi à identifier les substrats de la F0-synthase et à reconstituer la synthèse du F0 in vitro. Nous avons également démontré que cette enzyme contient deux centre [4Fe-4S] 2+/1+ rSAM fonctionnels et caractérisé les étapes de la synthèse du F0. Ceci nous a permis de proposer un mécanisme réactionnel pour la F0 synthase. Nous avons ensuite entrepris la comparaison de la F0 synthase avec les deux autres enzymes rSAM tyrosine lyases connues à ce jour : ThiH, impliquée dans la biosynthèse de la vitamine B1, et HydG, impliquée dans la biosynthèse du cofacteur métallique de l’hydrogénase à fer-fer. Nous avons ainsi découvert de nouveaux aspects de la réaction de clivage de la tyrosine par ces enzymes, permettant une meilleure compréhension de ce groupe émergent au sein de la superfamille des enzymes rSAM.

Cofactor F420 is a redox coenzyme crucial for methanogenesis in Archaea, a process which plays a major role in metabolic interactions in the gut microbiota ; It also constitutes a key pathogenicity factor for Mycobacterium tuberculosis. Understanding the biosynthesis of this cofactor is thus of major interest.The biosynthesis of the chromophore of F420 is catalyzed by F0 synthase, which comprises, in a unique manner, two radical SAM (rSAM) domains. These enzymes catalyze the cleavage of S adenosylmethionine (SAM) to produce a 5′-deoxyadenosyl radical, which can initiate a broad range of radical reactions.We succeeded to identify the substrates of F0-synthase and to perform the biosynthesis of F0 in vitro. We ascertained that F0-synthase contains two functional [4Fe-4S]2+/1+ rSAM clusters, and characterized the steps of the reaction of F0 synthesis. Based on these date, we proposed a mechanism for the F0-synthase reaction. Furthermore, we compared F0 synthase with the two other radical SAM tyrosine lyases identified to date: ThiH, which is involved in vitamin B1 biosynthesis, and HydG, which is involved in the biosynthesis of the metal cofactor of iron-iron hydrogenases. We obtained novel insights of the reaction of tyrosine cleavage catalyzed by these enzymes, providing a better understanding of this emerging group in the rSAM enzyme superfamily.