Insertion de soufre en biologie par voie radicalaire. Etude des méthylthiotransférases

Biological radical sulfur insertion. A study of methylthiotransferases.

• Auteur / Autrice : Simon Arragain
• Direction : Mohamed Atta
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 07/10/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie et biologie des métaux (Grenoble, Isère, France)
• Jury : Président / Présidente : Franck Fieschi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Atta, Marc Fontecave, John Hunt
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Ploux, Clotilde Policar

Mots clés

Mots clés libres

Méthylthiotransferases

RimO

MiaB

Radical SAM

MtaB

CDKAL1

Methylthiotransferases

RimO

MiaB

Radical SAM

MtaB

CDKAL1

Résumé

Un des problèmes majeurs en enzymologie est la fonctionnalisation de liaisons C-H peu réactives. Ces réactions nécessitent des cofacteurs spécialisés tels que l'hème, des Fer-oxo ou encore la vitamine B12. En 2001, il a été montré que des centres Fe-S particuliers liant la S-Adénosyle méthionine (SAM) pouvaient activer des liaisons C-H non réactives. Les enzymes utilisant ce cofacteur constituent une super-famille appelée « Radical SAM ». Les thiométhyltransférases (MTTases) sont des enzymes « Radical SAM » qui catalysent l'insertion d'un groupe thiométhyle (-SCH3) dans des liaisons C-H non réactives. Par des expériences in vivo et in vitro, nous avons montré qu'on pouvait les regrouper en trois classes. La première classe (RimO) catalyse la formation du β-thiométhylaspartate 89 sur la protéine ribosomale S12 (β-ms-D89-S12) alors que les deux dernières (MiaB et MtaB/eMtaB) catalysent respectivement la thiométhylation des nucléosides 2-methylthio-N6-isopentenyladenosine 37 (ms2i6A-37) et 2-methylthio-N6-threoninecarbamoyl adenosine 37 (ms2t6A-37) de certains ARNts. L'étude in vitro du mécanisme de ces enzymes a permis de démontrer que les MTTases catalysent l'insertion d'un groupement -SCH3 de façon catalytique invalidant l'hypothèse généralement retenue dans la littérature que le soufre inséré dérive de la destruction d'un centre Fe-S.

One of the chemically most challenging problems in enzymology is the functionalization of non-reactive C–H bonds. Such reactions require specialized cofactors as heme, Fe-µ-oxo or vitamin B12. In 2001, special Fe-S centers able to bind S-Adenosylmethionine (SAM) have been shown to activate non-reactive C-H bonds toward subsequent functionalization. Enzymes containing this new cofactor constitute a super-family called “Radical SAM”. Methylthiotransferases (MTTases) belong to the “Radical SAM” super-family and catalyse the insertion of a methylthio group (-SCH3) in C-H bonds. By doing in vitro and in vivo experiments, we were able to classify them into three groups. The first class, (RimO) catalyses the formation of β-methylthio-aspartate 89 on the ribosomal protein S12 (β-ms-D89-S12) whereas the two others (MiaB and MtaB/eMtaB) respectively catalyse the thiomethylation of the nucleosides 2-methylthio-N6-isopentenyladenosine 37 (ms2i6A-37) and 2-methylthio-N6-threoninecarbamoyl adenosine 37 (ms2t6A-37) present in some tRNA. Our studies have shown that, in vitro, MTTases catalyse the insertion of a SCH3 group in a catalytic way suggesting entirely new radical sulfur insertion mechanisms.