Les glutathion peroxydases et protéine disulfure isomérases de peuplier : potentialités du repliement thiorédoxine pour la catalyse des réactions redox

Biochemical properties of thioredoxin superfamily proteins catalysing versatile redox reactions

• Auteur / Autrice : Benjamin Selles
• Direction : Jean-Pierre Jacquot, Nicolas Rouhier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale et forestière
• Date : Soutenance le 29/06/2011
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IAM - Interactions Arbres Micro-organismes - UMR 1136
• Jury : Président / Présidente : Pierre Leroy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Collet, Pascal Rey, Florence Vignols

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stress oxydatif

Thiorédoxine

Protéine disulfure isomérase

Glutathion peroxydase

Oxydoréductases

Mots clés libres

Protéine disulfure isomérase

Glutathion peroxydase

Thiorédoxine

Stress oxydant

Oxydation

Réduction

Peuplier

Protein disulfide isomerase

Glutathione peroxidase

Thioredoxin

Oxidative stress

Oxidation

Reduction

Résumé

La formation de ponts disulfure constitue une modification post-traductionnelle des protéines importante pour de nombreux processus physiologiques, jouant un rôle particulier dans le repliement, la catalyse et la régulation de leur activité. Ce travail concerne l'étude des relations structure-fonction d'oxydoréductases de peuplier appartenant à deux familles de la superfamille des thiorédoxines, les glutathion peroxydases (Gpxs) et les protéine disulfure isomérases (PDIs).L'étude biochimique fine de la Gpx5 a permis de montrer que cette peroxydase réduit le peroxynitrite, propriété inconnue pour ce type de Gpx et de détailler plusieurs étapes du mécanisme catalytique (formation de l'acide sulfénique, changement structural entre formes réduites et oxydées, régénération par les Trxs). La dimérisation de la Gpx5 n'est pas requise pour son activité mais pourrait jouer un rôle dans la reconnaissance de certains substrats. Enfin, l'inactivation de la cystéine peroxydatique par suroxydation suggère que les Gpxs pourraient également avoir une fonction dans la signalisation en réponse aux peroxydes.Concernant les PDIs, suite à une analyse phylogénétique détaillée amenant à proposer une nouvelle classification en 9 classes chez les organismes photosynthétiques, la caractérisation biochimique de plusieurs isoformes présentant des organisations modulaires distinctes et appartenant à trois classes de PDIs a été entreprise. Aucune activité enzymatique typique n'a été identifiée pour la PDI-A, alors que les PDI-L1a et -M possèdent à la fois une activité oxydase et réductase. Les deux modules a de la PDI-M catalysent des réactions spécifiques, de réduction ou d'oxydation.

Protein activity and folding can be regulated by post-translational modifications that can impact on their physiological functions. One of these is the formation/reduction of disulfide bridges. The aim of the present work is to study the structure-function relationship of protein members of the thioredoxin superfamily, the protein disulfide isomerases (PDI) and the glutathione peroxidases (Gpx).A precise biochemical study has allowed us to demonstrate that this enzyme is an efficient peroxynitrite scavenger, a new finding for this type of protein and allowed investigating several steps of the Gpx5 catalytic mechanism (i.e. sulfenic acid formation, structural changes between reduce dand oxidized forms, Trx-mediated recycling). We also demonstrate that the dimer form of Gpx5 is not absolutely required for peroxide reduction but probably involved in peroxide specificity. Finally, the capability of the peroxidatic cysteine to be overoxidized brings some new clues in favor of an additional signaling function for Gpx5.Concerning PDIs, a detailed phylogenetic analysis of photosynthetic organisms allowed us to identify 9 classes of PDIs and to propose a new nomenclature that fits all these organisms. The biochemical characterization of isoforms of interest has allowed us to highlight some specificity of PDI-L1a and PDI-M in terms of reduction or oxidation reactions catalyzed. A detailed analysis of PDI-M isoform also indicates that the two Trx modules of this protein show differential oxidation or reduction capacities. We could not detect any activity for PDI-A isoforms, leaving us to wonder whether this enzyme is simply active or possesses highly specific protein partners.