Les méthionine sulfoxyde reductases de type B plastidiales d'Arabidopsis Thaliana : mécanismes de régénération par les thioredoxines et les glutaredoxines, cibles potentielles et rôles physiologiques

Arabidopsis thaliana plastidial methionine sulfoxide reductases B : regeneration mechanisms by thioredoxins and glutaredoxins, potential targets and physiological roles

• Auteur / Autrice : Lionel Tarrago
• Direction : Pascal Rey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEMP - Laboratoire d'Ecophysiologie Moléculaire des Plantes (Marseille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stress oxydatif

Glutathion

Thiorédoxine

Méthionine sulfoxyde réductases

Mots clés libres

Méthionine sulfoxyde réductase

Thiorédoxine

Glutathion

Glutarédoxine

Chloroplaste

Stress oxydant

Résumé

Les espèces actives de l’oxygène peuvent oxyder les protéines, au niveau d’acides aminés sensibles comme la méthionine qui est convertie en deux diastéréoisomères, S et R, de méthionine sulfoxyde (MetSO). Cette modification est réversible par action des méthionine sulfoxyde réductases (MSR) de types A et B, spécifiques des diastéréoisomères S et R, respectivement. Les MSR utilisent généralement le pouvoir réducteur fourni par des oxydoréductases à thiol de type thiorédoxine (Trx) pour régénérer leur activité. La plante modèle Arabidopsis thaliana possède deux gènes codant des MSRB chloroplastiques, MSRB1 et MSRB2. Le travail réalisé au cours de cette thèse vise à caractériser les propriétés biochimiques et les rôles de ces deux isoformes. L’existence d’une spécificité marquée dans les systèmes régénérant l’activité de ces MSR a été montrée. MSRB2 est réduite par les Trx des familles f, m et y selon un échange dithiol/disulfure alors que MSRB1 est régénérée par une Trx particulière, CDSP32, et par le système constitué du glutathion et des glutarédoxines (Grx). La régénération de l’activité de MSRB1 s’effectue par la réduction directe de l’acide sulfénique produit sur la cystéine catalytique après réduction de la MetSO, par CDSP32 ou par le glutathion. La forme glutathionylée de MSRB1 est réduite par les Grx. La recherche des cibles des MSRB plastidiales a permis d’identifier des protéines impliquées dans des processus fondamentaux, comme la photosynthèse, la traduction ou la protection contre le stress. L’étude du phénotype de mutants d’Arabidopsis thaliana, dont l’expression des gènes MSRB1 et MSRB2 est supprimée, a montré que ces deux isoformes sont responsables de la majorité de l’activité MSR dans les feuilles et qu’elles sont impliquées dans le maintien de la croissance lors de contraintes environnementales par un rôle de protection de l’appareil photosynthétique.

Reactive oxygen species can alter protein properties through the oxidation of susceptible amino acids such as methionine. Methionine oxidation leads to the formation of two diastereoisomers, S and R, of methionine sulfoxide (MetSO). This modification is reversible thanks to the action of two types of methionine sulfoxide reductases (MSRs), A and B, specific to the diastereoisomers S and R, respectively. MSRs generally use thioredoxins (Trxs) as a source of electrons for regenerating their activity. The plant model Arabidopsis thaliana possesses two plastidial MSRBs, termed MSRB1 and MSRB2. The PhD work aims to characterize the biochemical properties and the roles of the two isoforms. Our data show a strong specificity in the systems regenerating the activity of these enzymes: MSRB2 is reduced only by Trxs f, m and y through a classical dithiol/disulfide exchange, whereas MSRB1 is regenerated by the unusual CDSP32 Trx and by the system composed of glutathione and glutaredoxins (Grxs). MSRB1 regeneration proceeds through the direct reduction by CDSP32 or by glutathione of the sulfenic acid formed on catalytic cysteine after MetSO reduction. The glutathionylated form of MSRB1 is subsequently reduced by Grxs. The search for potential targets of MSRBs has led to the identification of proteins involved in fundamental processes such as photosynthesis, translation or protection against stress. The characterization of Arabidopsis mutants defective for the expression of MSRB1 and MSRB2 genes has revealed that both enzymes account for most MSR activity in leaves and preserve plant growth during environmental constraints through a role in the protection of the photosynthetic apparatus