Biosynthèse de l'ubiquinone : étude biochimique de Coq6 de S. cerevisiae, impliquée dans l'hydroxylation en C-5

Ubiquinone biosynthesis : biochemical study of Coq6 from S. cerevisiae, involved in C-5 hydroxylation

• Auteur / Autrice : Lucie Gonzalez
• Direction : Marc Fontecave, Murielle Lombard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 20/10/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie moléculaire de Paris Centre (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie des Processus Biologiques
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Axel Magalon, Michael Marden, Fabien Pierrel, Sandrine Sagan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ubiquinones

Saccharomyces cerevisiae

Mots clés libres

Ubiquinone

Coq6

Monooxygénase à flavine

Adrénodoxine réductase

Adrénodoxine

Saccharomyces cerevisiae

Flavin monooxygenase

Coq6

Résumé

L'ubiquinone, ou coenzyme Q, est une molécule lipophile polyisoprényle présente dans toutes les membranes biologiques chez les eucaryotes et composée d'un noyau aromatique actif de façon rédox et d'une chaîne grasse. Elle joue un rôle clef dans la chaîne respiratoire et est un important antioxydant membranaire. Chez l'homme, des pathologies sévères sont associées à des mutations de gènes de la biosynthèse de l'ubiquinone. Chez S. cerevisiæ, la biosynthèse de l'ubiquinone est réalisée par un complexe multiprotéique situé à la membrane interne mitochondriale. Certaines étapes de cette voie de biosynthèse ne sont pas encore connues et très peu ont été caractérisées in vitro. L'étude présentée ici a permis d'améliorer la compréhension de l'étape d'hydroxylation en C-5 à laquelle sont associés Coq6, monooxygénase à flavine, ainsi que Arh1 et Yah1, une adrénodoxine réductase et une adrénodoxine. Nous avons réalisé la première purification de Coq6 de S. cerevisiæ avec son cofacteur flavinique et nous avons démontré in vitro l'existence d'une chaîne de transfert d'électrons du NADPH au FAD de Coq6 via l'homologue humain de Arh1 et Yah1. Les études enzymatiques menées avec différents analogues de substrats synthétisés n'ont pas permis de détecter d'activité enzymatique de Coq6 dans les conditions utilisées. Des études préliminaires de fluorescence nous ont néanmoins permis d'avancer une hypothèse quant au substrat de Coq6, qui n'est pas connu avec certitude. Nous avons également réalisé une caractérisation cinétique de la réduction du FAD de l'homologue humain de Arh1 par le NADH et le NADPH, révélant ainsi son comportement particulier avec le NADPH, notamment en présence de Mg2+.

Coenzyme Q, or ubiquinone, is a lipophilic molecule found in all biological membranes in eukaryotes and composed of a redox active aromatic ring and a polyisoprenyl chain. It is a key electron carrier in the respiratory chain and a very important membrane soluble antioxidant. Severe pathologies in humans are associated with mutations in the ubiquinone biosynthesis genes. In S. cerevisiæ, ubiquinone biosynthesis is done by a multiproteic complex at the inner mitochondrial membrane. Some steps of the ubiquinone biosynthesis are still unknown and very few have been characterized in vitro. This study allowed us to better understand the C-5 hydroxylation step that is associated with Coq6, a flavin monooxygenase, Arh1, an adrenodoxin reductase and Yah1, an adrenodoxin. We achieved the first purification of S. cerevisiæ Coq6 with its flavin cofactor and we demonstrated in vitro the existence of an electron transfer chain from NADPH to Coq6 FAD via Arh1 human homologue and Yah1. Enzymatic studies made with several synthetic substrate analogues did not allow us to detect Coq6 enzymatic activity with the tested conditions. Nevertheless, preliminary fluorescence studies led us to make an assumption about Coq6 substrate which is still not well known. We also carried out a kinetic characterization of the NADPH or NADH reduction of Arh1 human homologue, showing its unusual behavior with NADPH, in particular when Mg2+ is present.