Vers une meilleure compréhension du mécanisme de transfert de soufre pour la maturation des formiate déshydrogénases microbiennes

Toward a better understanding of the sulfur transfer mechanism for microbial formate dehydrogenase maturation

• Auteur / Autrice : Pierre-Xavier Maziani
• Direction : Pascal Arnoux, Anne Walburger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie structurale
• Date : Soutenance le 28/06/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie bactérienne (LCB) (Marseille) - Institut de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille
• Jury : Président / Présidente : James N. Sturgis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Agnès Rodrigue
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yvain Nicolet, Mirjam Czjzek

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés métaux de transition-soufre

Biochimie physique

Cystéine

Escherichia coli

Molybdène -- Composés organiques

Mots clés libres

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Résumé

Les formiate déshydrogénases (FDH) utilisent un cofacteur à molybdène (Moco) pour convertir de façon réversible le formiate en CO2. Le Moco des FDH doit être sulfuré par la protéine soufre-transférase dimérique FdhD. Chez Escherichia coli, la protéine FdhD possède une boucle flexible par monomère, chacune portant deux cystéines essentielles et assurant le transfert de soufre depuis la cystéine désulfurase dimérique IscS vers le Moco. Nous avons étudié le mécanisme de transfert de soufre selon deux axes de travail : i) les bases structurales de l’interaction FdhD/IscS, et ii) l’importance fonctionnelle des deux boucles flexibles de FdhD. Par des approches de biochimie et de biophysique, nous avons montré que l’interaction FdhD/IscS est à la fois hautement dynamique et hautement affine, et que le complexe a une stœchiométrie FdhD4 -IscS2, interrogeant sur le rôle de chacune des boucles flexibles puisque deux boucles sont présentes pour transférer un seul atome de soufre depuis IscS. À l’aide d’un équivalent chimérique de la protéine FdhD nous avons montré qu’une seule boucle catalytique est suffisante pour sulfurer le Moco efficacement, et que le variant avec une seule cystéine par boucle reste actif bien que moins efficacement. De plus, nous avons montré que des homologues de FdhD possédant une seule cystéine par boucle sont actifs. En conclusion, nous proposons un modèle de sulfuration du Moco par FdhD impliquant deux résidus cystéines soit provenant de la même boucle catalytique, soit provenant chacun d’une boucle catalytique différente. Dans ce dernier cas, les boucles coopéreraient afin de fournir les deux cystéines requises pour le transfert de soufre.

Formate dehydrogenases (FDH) use a molybdenum cofactor (Moco) to convert reversibly formate into CO2. FDH’s Moco must be sulfurated by the dimeric sulfur-transferase protein FdhD. In Escherichia coli, the protein FdhD possesses one flexible loop per monomer, each one bearing two essential cysteines and assuring sulfur transfer from the cysteine desulfurase IscS to the Moco. We studied the sulfur transfer mechanism through two working axis: i) the structural basis of FdhD/IscS interaction, and ii) the functional importance of the two flexible loops of FdhD. Through biochemistry and biophysics approaches, we showed that FdhD/IscS interaction is highly dynamic and also shows a high affinity. We also showed that the complex has a FdhD4-IscS2 stoichiometry, questioning on the role of each flexible loop since two loops are available for transfering only one sulfur atom from IscS. Thanks to a chimeric equivalent of the FdhD dimer, we showed that only one catalytic loop is sufficient to sulfurate Moco efficiently, and that the variant possessing only one cysteine per loop is active, though less efficient. Also, we showed that FdhD homologs possessing only one cysteine per loop are active. To conclude, we propose a model of Moco sulfuration by FdhD involving two cysteine residus originating either from the same loop, or from two different loops. In the latter case, the two loops would cooperate to provide the two cysteines required for sulfur transfer.