Solubilisation des oléosines de graines d'Arabidopsis thaliana, études structurales pour la valorisation

Solubilization and structural characterization of Arabidopsis thaliana seed oleosins

• Auteur / Autrice : Jean-David Vindigni
• Direction : Thierry Chardot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie structurale
• Date : Soutenance le 12/12/2011
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean-Pierre Bourgin (Versailles ; 2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Denis Faure
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Chardot, Bruno Biatry, Isabelle Dugail, Yann Gohon, Christophe Tribet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Breyton, Olivier Leprince

Mots clés

Mots clés libres

Oléosines

Corps lipidiques

Monocouche de phospholipides

Structure secondaire

Oleosins

Lipid bodies

Phospholipid monolayer

Secondary structure

Résumé

Les corps lipidiques (CLs) sont des organites de stockage de lipides neutres rencontrés dans des organismes très variés, depuis les procaryotes jusqu’aux organismes complexes (animaux, végétaux). La surface des CLs est constituée d’une monocouche de phospholipides (PLs) entourant un coeur hydrophobe dans lequel sont stockés les lipides neutres. La monocouche de PLs est associée plus ou moins étroitement avec des protéines structurales, capables de stabiliser les CLs et d’accompagner certaines de leurs modifications morphologiques. Dans les graines de plantes oléagineuses, les CLs sont stabilisés par les oléosines. Ces protéines contiennent le plus long domaine hydrophobe connu (70 résidus) situé entre deux extrémités N et C-terminales hydrophiles. Leur mode d’association avec les CLs n’est pas connu et la littérature fait état de résultats contradictoires concernant leur structure secondaire. Nous avons montré que les oléosines de graines d’Arabidopsis thaliana sont maintenues en solution par différentes catégories de surfactants, comme les détergents anioniques ou des polymères amphiphiles appelés amphipols (Apols). La détermination de la structure secondaire des oléosines maintenues en solution dans ces différents surfactants, par dichroïsme circulaire utilisant le rayonnement synchrotron, a mis en évidence des profils contrastés. Les détergents chargés augmentent le contenu en hélices α des oléosines alors que des proportions plus importantes de feuillets β sont observées avec le détergent zwitterionique (Foscholine-12) ou les Apols. Afin d’obtenir un profil structural modèle dans un système proche du naturel, nous avons réalisé une expression hétérologue d’une isoforme d’oléosine pour la cibler dans les CLs de Saccharomyces cerevisiae. Les CLs purifiés de levures restent intacts et contiennent une forte majorité de cette isoforme d’oléosine à leur surface. Nous avons été les premiers à montrer que les oléosines étaient repliées dans un tel environnement, avec un profil structural majoritairement β. Celui-ci se rapproche du profil observé en Foscholine-12. Ce détergent est par conséquent un outil de choix pour envisager des études structurales plus résolutives (structures tridimensionnelles).

Lipid Bodies (LBs) are neutral lipid storage organelles found in various organisms from procaryotic cells to complex organisms. These neutral lipids are packed into the core of the particle which is surrounded by a phospholipid monolayer. The surface of LBs is more or less tightly associated with structural proteins involved in their stabilization and able to assist modifications of their shape or size. In oleaginous seeds, LBs are stabilized by oleosins. These proteins contain the longest known hydrophobic domain (70 residues) flanked by hydrophilic N and C-termini. The way of association of these proteins with LBs is poorly known and secondary structure descriptions in the literature are contradictory. We have shown that Arabidopsis thaliana seed oleosins could be solubilized by various surfactants such as detergents or amphiphatic polymers called amphipols (Apols). Secondary structure determination of solubilized oleosins using synchrotron radiation circular dichroism gave contrasted profiles. Negatively charged detergents increase the α-helix content of oleosins whereas the zwitterionic detergent (Foscholine-12) or Apols allow higher proportions of β-sheets. In order to get closer to the natural environment of olesins, we have opted for the heterologous expression of one oleosin isoform in the yeast Saccharomyces cerevisiae. This approach allows the biological targeting and insertion of oleosins into cytosolic LBs. Purified yeast LBs remain intact and contain a large majority of oleosins at their surface. In this natural like environment, oleosins are folded and contain a majority of β-sheets. This secondary structure profile is close to that of oleosins solubilized by Foscholin-12, making it a suitable detergent for more resolutive structural studies (three-dimensional structures).