Caractérisations structurales et fonctionnelles d'une nouvelle famille de protéines fer-soufre de virus géants

Structural and functional characterization of a new family of iron-sulfur proteins from giant viruses

• Auteur / Autrice : Gaspard Toulis
• Direction : Bruno Guigliarelli
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences Chimiques
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Marseille ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : BIP - Bioénergétique et Ingénierie des Protéines

Mots clés

Mots clés libres

Virus géants

FeS proteins

Structure

Fonction

Giant viruses

FeS proteins

Structure

Function

Résumé

Les centres à fer et soufre inorganique (Fe-S) sont des agrégats minéraux essentiels au monde vivant. Ces cofacteurs inorganiques auraient joué un rôle majeur dans la chimie prébiotique et l'apparition de la vie sur Terre. Ils sont présents dans tous les domaines du vivant, et même chez certains virus. Récemment, nous avons découvert dans des virus géants une famille unique de protéines possédant une séquence très simple de 60 acides aminés environ, essentiellement composée de glycine et cystéine, et liant des centres Fe-S. Nous avons baptisé ces protéines GciS, pour Glycine/Cysteine-rich Iron-Sulfur. Ces protéines sont très abondantes dans les particules virales, leur fonction est inconnue mais certainement essentielle pour l'interaction hôte/virus. Nos premières observations mettent en évidence leur capacité originale à lier différents types de centres Fe-S, dont la forme [3Fe-4S]1+ linéaire extrêmement rare en biologie, et à interconvertir ces centres entre eux, probablement grâce à une remarquable flexibilité conformationnelle de la protéine. Ces propriétés structurales pourraient suggérer de nouveaux rôles pour les centres Fe-S en virologie, un domaine très peu exploré actuellement. Le/la candidat(e) recruté(e) travaillera sur la caractérisation biochimique et biophysique de cette famille de protéines Fe-S virales afin de déterminer certaines de leurs propriétés structurales et fonctionnelles. Ce travail s'appuiera principalement sur la combinaison d'approches biochimiques (production des protéines purifiées, reconstitution in vitro en centres Fe-S, dosages analytiques, techniques de caractérisation des protéines) et spectroscopiques (UV/vis, CD, RPE). Une première partie du travail sera centrée sur l'étude détaillée des mécanismes de conversion structurale de centres Fe-S spécifiques aux protéines GciS. Ces transitions structurales de centres Fe-S sont très probablement liées à des réorganisations conformationnelles de la protéine impliquant des mécanismes d'oxydation de cystéines qui seront également étudiés. La seconde partie de ce travail consistera à élucider la fonction de cette famille de protéines Fe-S in vitro mais également dans un contexte physiologique, notamment la capacité à échanger des centres Fe-S avec d'autres protéines, et à identifier des partenaires physiologiques. Ce projet de recherche interdisciplinaire sera réalisé en étroite collaboration avec le laboratoire IGS (UMR 7256, Marseille, C. Abergel, A. Lartigue), le laboratoire LCB (UMR 7283, Marseille, B. Py), et le laboratoire CMB (UMR 5249, CEA Grenoble, G. Blondin).

Inorganic iron-sulfur (Fe-S) centers are mineral aggregates essential to the living world. These inorganic cofactors are thought to have played a major role in prebiotic chemistry and the emergence of life on Earth. They are present in all areas of life, and even in certain viruses. Recently, we discovered in giant viruses a unique family of proteins with a very simple sequence of around 60 amino acids, essentially composed of glycine and cysteine, and binding Fe-S centers. We have named these proteins GciS, for Glycine/Cysteine-rich Iron-Sulfur. These proteins are very abundant in viral particles, their function unknown but certainly essential for host/virus interaction. Our initial observations highlight their original ability to bind different types of Fe-S centers, including the extremely rare linear [3Fe-4S]1+ form, and to interconvert these centers between themselves, probably thanks to the protein's remarkable conformational flexibility. These structural properties could suggest new roles for Fe-S centers in virology, an area currently little explored. The candidate will work on the biochemical and biophysical characterization of this family of viral Fe-S proteins, in order to determine some of their structural and functional properties. This work will mainly rely on a combination of biochemical (production of purified proteins, in vitro reconstitution in Fe-S centers, analytical assays, protein characterization techniques) and spectroscopic (UV/vis, CD, EPR) approaches. The first part of the project will focus on a detailed study of the structural conversion mechanisms of Fe-S centers specific to GciS proteins. These structural transitions of Fe-S centers are most likely linked to conformational reorganizations of the protein involving cysteine oxidation mechanisms, which will also be studied. The second part of the project will involve elucidating the function of this family of Fe-S proteins both in vitro and in a physiological context, in particular their ability to exchange Fe-S centers with other proteins, and identifying physiological partners. This interdisciplinary research project will be carried out in close collaboration with the IGS laboratory (UMR 7256, Marseille, C. Abergel, A. Lartigue), the LCB laboratory (UMR 7283, Marseille, B. Py), and the CMB laboratory (UMR 5249, CEA Grenoble, G. Blondin).