Diversité fonctionnelle des systèmes de détoxication chez les champignons lignolytiques

Functionnal diversity of the detoxification system in wood-decaying fungi

• Auteur / Autrice : Thomas Perrot
• Direction : Éric Gelhaye, Mélanie Morel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie et écologie des forêts et des agrosystèmes
• Date : Soutenance le 26/09/2018
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interactions Arbres Micro-organismes (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Sabine Fillinger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Rafin, Gabriel Paës, Nicolas Navrot, Fabrice Neiers, Claude Didierjean
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Rafin, Gabriel Paës

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolites fongiques

Ligands (biochimie)

Glutathion S-transférase

Champignons destructeurs du bois

Mots clés libres

Glutathion transférases

Trametes versicolor

Recherche de substrats/ligands

Métabolites secondaires

Glutathione transferases

Trametes versicolor

Research of substrates and ligands

Secondary metabolites

Résumé

Les champignons décomposeurs du bois jouent un rôle important dans le cycle du carbone en participant notamment au recyclage de la matière organique. Outre leur aptitude à minéraliser la biomasse lignocellulosique, ces organismes ont la capacité de dégrader des molécules potentiellement toxiques libérées lors de ce processus. Leur système de détoxication comprend différentes familles multigéniques dont les glutathion transférases. Ces enzymes ubiquitaires, sont regroupées en différentes classes dans le règne fongique, certaines d’entre elles étant étendues chez ces champignons. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse consistait à appréhender les fonctions des glutathion transférases de la classe Omega (GSTOs) étendue chez Trametes versicolor, un champignon de pourriture blanche. Une approche biochimique et structurale a été menée sur neuf protéines produites de façon recombinante. Dans un premier temps, une caractérisation enzymatique de ces isoformes a été réalisée à l’aide de substrats synthétiques montrant une similarité des propriétés catalytiques. Puis, à partir d’une banque de molécules pures et de mélanges complexes issus de différentes essences forestières, une méthode de screening à haut débit a permis d’identifier des ligands potentiels de ces enzymes. La résolution de la structure tridimensionnelle de trois isoformes a démontré l’état homodimérique de ces protéines et l’implication de deux sites de fixation dans la reconnaissance de ces ligands : le site H (présent dans chaque monomère) et le site L (à l’interface du dimère). Par exemple, l’isoforme TvGSTO3S est capable de fixer dans son site H plusieurs hydroxybenzophénones, mais également un flavonoïde, la dihydrowogonine. Dans ce dernier cas, cette interaction avec un ligand naturel issu d’extraits de bois de merisier a été démontré par une approche de cristallographie d’affinité. D’autre part, des expériences de co-cristallisation ont permis de détecter deux molécules d’un autre flavonoïde, la naringénine, dans le site L de l’isoforme TvGSTO6S. Enfin, une interaction spécifique impliquant les sites H et L de l’isoforme TvGSTO2S a été démontrée avec l’oxyresvératrol. L’analyse structurale a révélé que les deux configurations du stilbène étaient liées à la protéine : la configuration trans dans le site H et la configuration cis dans le site L. Ainsi, malgré une redondance fonctionnelle partielle, ces recherches ont démontré l’existence d’un spectre d’interactions spécifiques pour chaque isoforme testée. Le caractère étendu de la classe Omega indiquerait que ces enzymes seraient impliquées dans l’adaptation du champignon à son environnement. En effet, les ligands identifiés au cours de ces travaux suggèrent que les propriétés « ligandines » des TvGSTOs joueraient un rôle dans la détoxication des produits issus de dégradation du bois

Wood decaying fungi play an important role in the carbon cycle by participating in the recycling of organic matter. In addition to their ability to mineralize lignocellulosic biomass, these organisms have the ability to degrade potentially toxic molecules released during this process. Their detoxification system involves several multigenic families including glutathione transferases. These ubiquitous enzymes are grouped into several classes in the fungal kingdom, some of them are widespread in these fungi. In this context, the main objective of this thesis was to understand the functions of glutathione transferases of the Omega class (GSTOs) extended in Trametes versicolor, a white rot fungus. A biochemical and structural approach was led using nine recombinant proteins. Firstly, enzymatic characterization of these isoforms was performed using synthetic substrates, the obtained results demonstrating a similarity of catalytic properties. Then, using a library of pure molecules and another one of complex mixtures from different forest species, a high throughput screening method was applied to identify potential ligands for these enzymes. The resolution of the three-dimensional structure of three isoforms demonstrated the homodimeric state of these proteins and the involvement of two binding sites in the recognition of these ligands: the H site (present in each monomer) and the L site (at the dimer interface). For example, the isoform TvGSTO3S is able to bind several hydroxybenzophenones in its H site, but also a flavonoid, dihydrowogonin. In this case, this interaction with a natural ligand derived from wild-cherry tree extract was demonstrated by an affinity crystallography approach. On the other hand, co-crystallization experiments detected two molecules of another flavonoid, naringenin, in the L site of the isoform TvGSTO6S. Finally, a specific interaction involving the H and L sites of the isoform TvGSTO2S was demonstrated with oxyresveratrol. Structural analysis revealed that the presence of both configurations of the stilbene in the protein: the trans configuration in the H site and the cis configuration in the L site. Thus, despite partial functional redundancy, this research demonstrated the existence of a specific pattern of interactions for each tested isoform. The expansion of the Omega class could indicate that these enzymes are involved in the adaptation of the fungus in its environment. Indeed, the ligands identified during this work suggest that the ''ligandin'' properties of TvGSTOs play a role in detoxifying wood degradation products