Bases moléculaires de l'adaptation piézophile : études structurales et biochimiques d'enzymes clés du métabolisme provenant d'archées et de bactéries isolées dans les fonds marins

Molecular basis of piezophilic adaptation : structural and biochemistry studies of metabolic enzymes from deep sea Archea and Bacteria

• Auteur / Autrice : Louise Lassalle
• Direction : Eric Girard, Bruno Franzetti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique pour les sciences du vivant
• Date : Soutenance le 19/12/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie structurale (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Jebbar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florian Nachon, Stéphane Marchal
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mirjam Czjzek, Magali Remaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie des eaux

Mots clés libres

Piezophile

Extremophile

Biochimie

Cristallographie

Piezophic

Extremophily

Biochemistry

Cristtalography

Résumé

L'exploration récente des fonds marins a révélé l'existence d'une vie microbienne abyssale bien plus diverse et abondante que l'état de nos connaissances sur les limites du vivant ne le laissait penser. Ainsi on estime que plus de 60 % de la biosphère subit des conditions de pression jugées a priori défavorable au fonctionnement de la machinerie cellulaire. Ces pressions peuvent atteindre 1000 bars dans les fosses sous-marines les plus profondes. La découverte récente de Pyrococcus yayanosii CH1, premier organisme hyperthermophile et piézophile strict, a relancé la question de l'adaptation aux fortes pressions.Au cours de cette thèse cette question de l'adaptation à la haute pression a été abordée à travers les protéines par l'étude de deux familles enzymatiques, les malate déshydrogénases et les glyoxylate hydroxypyruvate réductases, provenant d'organismes piézophiles et non piézophiles.Les études comparatives associant enzymologie, biophysique et cristallographie des protéines présentées dans cette thèse révèlent des différences de comportements significatives vis à vis de la pression, chez des protéines d'une même famille enzymatique. Nos analyses montrent que ces différences portent sur différents aspects de la dynamique fonctionnelle des protéines. Nous montrons donc ainsi que la pression peut ''potentiellement'' représenter un paramètre discriminant susceptible de faire l'objet d'une adaptation.Le travail réalisé a permis de poser les bases d'une méthode de comparaison exhaustive des propriétés des protéines vis à vis de la pression afin de détecter les traces d'une adaptation piézophile sur d'autres systèmes protéiques.

The recent discovery of marine biodiversity shows that a large part of the biosphere is a high-pressure environment. The existence of a specific pressure adaptation is still an open question. Recently, the first obligate piezophilic hyperthermophilic microorganism was isolated from hydrothermal vent. This finding suggests the existence of a specific enzyme adaptation with respect to high pressure.To deeper understanding protein adaptation with respect to high pressure, we examine the enzymatic properties of two family enzymes, malate deshydrogenases and glyoxylate hydroxypyruvate reductases arising from piezophilic and non-piezophilic organisms.Using an integrated approach combining enzymology, biophysics and X-ray crystallography, we reveal significantly different behaviors with respect to high pressure. Our analysis show that these differences involved the dynamic component of the enzyme. These results suggest that pressure could be a discriminating parameter susceptible to induce an adaptative response.This thesis work allows to set the foundations of a protein-properties comparative method with respect to high pressure to reveal piezophilic adaptation in other protein systems.