Diversification des voies de biosynthèse de l'ubiquinone chez les bactéries et les eucaryotes

Diversification of ubiquinone biosynthetic pathways in bacteria and eukaryotes

• Auteur / Autrice : Emma Bouvet
• Direction : Sophie Abby, Ludovic Pelosi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Virologie - Microbiologie - Immunologie
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Translational Innovation in Medicine and Complexity

Mots clés

Mots clés libres

Voies de biosynthèse

Biochimie des enzymes

Evolution moléculaire

Quinones isoprénoïdes

Génomique comparative

Lipides

Biosynthetic pathways

Enzyme biochemistry

Molecular evolution

Isoprenoid quinones

Comparative genomics

Lipids

Résumé

Les quinones telles que l'ubiquinone (appelée communément coenzyme Q), sont des lipides isoprénoïdes nécessaires au transfert d'électrons et de protons dans les chaînes respiratoires et photosynthétiques. Elles réalisent donc des fonctions essentielles à la production d'énergie dans les cellules. En dépit de leur importance, leurs voies de biosynthèse ne sont bien caractérisées que chez une poignée d'organismes modèles (1). Afin de répondre à ce problème, nous proposons de coupler l'utilisation d'approches bioinformatiques et expérimentales afin d'étudier la diversité des voies de biosynthèse des quinones, et comprendre leur évolution. En particulier, nous nous intéresserons à la diversité de la voie de biosynthèse de l'ubiquinone (UQ), présente chez les Pseudomonadota (ex-Protéobactéries) et les eucaryotes. Les objectifs de cette thèse sont les suivants : • Continuer la caractérisation de la diversité de la voie de biosynthèse de l'UQ côté bactérien dans la lignée de nos travaux récents (2,3). Le cas des étapes de décarboxylation et d'hydroxylation sera plus particulièrement étudié. • Réaliser pour la 1ère fois un inventaire du répertoire en enzymes de la voie de biosynthèse de l'UQ chez les eucaryotes afin de comprendre sa diversité et son histoire évolutive. • Caractériser expérimentalement de nouveaux candidats potentiels proposés par des analyses de génomique comparative et de phylogénie pour les étapes manquantes côté eucaryotes et bactéries, en particulier celles correspondant aux étapes de décarboxylation et d'hydroxylation. • Étudier le lien évolutif entre les enzymes des voies bactériennes et eucaryotes pour comprendre les origines de la voie chez les eucaryotes, qu'on sait être apparue au moment de l'eucaryogénèse et de l'établissement de la mitochondrie. En particulier, la contribution d'autres lignées que celle de la mitochondrie sera évaluée, nous renseignant sur les acteurs bactériens de l'eucaryogénèse.

Quinones, such as ubiquinone (commonly known as coenzyme Q), are isoprenoid lipids required for electron and proton transfer in the respiratory and photosynthetic chains. They therefore perform functions essential to energy production in cells. Despite their importance, their biosynthetic pathways are well characterized in only a handful of model organisms (1). To address this issue, we propose to couple the use of bioinformatics and experimental approaches to study the diversity of quinone biosynthetic pathways, and understand their evolution. In particular, we will focus on the diversity of the ubiquinone (UQ) biosynthetic pathway, present in Pseudomonadota (ex-Proteobacteria) and eukaryotes. The objectives of this thesis are as follows: - To continue the characterization of the diversity of the UQ biosynthetic pathway on the bacterial side, in line with our recent work (2,3). In particular, the decarboxylation and hydroxylation steps will be studied. - Carry out for the 1st time an inventory of the enzyme repertoire of the UQ biosynthetic pathway in eukaryotes, in order to understand its diversity and evolutionary history. - Experimentally characterize potential new candidates proposed by comparative genomics and phylogeny analyses for the missing steps in eukaryotes and bacteria, in particular those corresponding to the decarboxylation and hydroxylation steps. - Study the evolutionary link between bacterial and eukaryotic pathway enzymes to understand the origins of the eukaryotic pathway, which is known to have emerged at the time of eukaryogenesis and the establishment of mitochondria. In particular, the contribution of lineages other than mitochondria will be evaluated, providing us with information on the bacterial players in eukaryogenesis.