Responsable de thème: N. Rouhier

Au cours de la dernière décennie, avec l’objectif global de comprendre comment les plantes (en utilisant en particulier le modèle arbre Populus trichocarpa) et les champignons (en utilisant en particulier le champignon de pourriture blanche Phanerochaete chrysosporium) peuvent faire face et s’adapter aux contraintes environnementales, notre groupe a étudié la relation structure-fonction d’enzymes antioxydantes appartenant aux familles des thiorédoxine (TRX), glutarédoxine (GRX), thiol peroxydase (TPX), méthionine sulfoxyde réductase (MSR) et glutathion-transférase (GST). Nous avons fourni des informations sur les propriétés catalytiques, les spécificités de substrat, les structures 3D et le mode d’interaction de ces enzymes. Les projets actuels et les chercheurs impliqués sont résumés ci-dessous.

 

SULTRAF: Rôles des sulfurtransférases dans le trafic du soufre chez les plantes – relation avec les systèmes TRX et GRX

Acteurs: J. COUTURIER, N. ROUHIER, T. DHALLEINE

En tant que principal donneur de soufre, la cystéine est un métabolite clé impliqué dans la biosynthèse de nombreux cofacteurs ou biomolécules contenant du soufre (clusters Fe-S, biotine, thiamine, acide lipoïque, molybdoptérine et bases contenant du soufre dans les ARNt). La première étape caractéristique dans la mobilisation du soufre est la formation de groupement persulfure sur la cystéine catalytique d’enzymes appelées cystéine desulfurases (CD). Compte tenu de la diversité des molécules accepteurs, le trafic de soufre implique également l’existence de protéines de transfert, appartenant notamment à la famille des sulfurtransférases (STR). La plupart des STR catalysent donc le transfert d’un atome de soufre provenant de donneurs tels que les CD, mais pas seulement, vers des accepteurs en formant également des intermédiaires persulfure sur un cystéine réactive. Dans ce contexte, l’intervention des systèmes de réduction TRX et glutathion (GSH)/GRX dans les voies de signalisation et de trafic du soufre sera examinée puisqu’ils pourraient clairement moduler ce processus à travers la réduction pure et simple de persulfures ou en participant au transfert vers des protéines cibles spécifiques.

 

METOX: Identification de nouvelles fonctions régulées par des métaux ou par des processus redox chez les plantes

Acteurs: N. ROUHIER, J. COUTURIER, F. ZANNINI (PhD)

Dans ce projet, nous visons à identifier et caractériser des protéines de fonction inconnue possédant un ou plusieurs motifs CXXC conservés qui sont particulièrement adaptés pour la formation de ponts disulfure et pour la coordination de métaux. A partir d’analyses génomiques in silico, nous allons sélectionner environ 50 protéines candidates et effectuer une caractérisation biochimique et structurale poussée des protéines recombinantes correspondantes, avant d’étudier les rôles biologiques des candidats les plus prometteurs en utilisant des approches génétiques. L’approche proposée devrait permettre (i) d’identifier de nouveaux processus cellulaires et voies de signalisation chez le peuplier et plus généralement chez les plantes qui sont régulés redox, c’est-à-dire assistés par des échanges thiol-disulfure ou par des métalloprotéines et (ii) de comprendre la manière dont les fonctions de ces protéines sont contrôlées au niveau cellulaire en lien avec les systèmes TRX et GRX notamment.

 

FES: Analyse moléculaire des étapes tardives de la maturation des centres et protéines fer-soufre dans les organites

Acteurs: N. ROUHIER, J. COUTURIER, J. T. RORET (Post-doc), J. Przybyla-Toscano (PhD), M. ROLAND (PhD)

L’objectif général est de comprendre le fonctionnement des machineries d’assemblage des clusters Fe-S dans les organites et plus précisément les mécanismes moléculaires contrôlant la deuxième étape, à savoir le transfert des clusters Fe-S préformés sur des protéines d’échafaudage lors de la première étape vers des accepteurs finaux. Ce projet se concentrera principalement sur la caractérisation fonctionnelle des deux familles de protéines (NFU et SUFA/ISCA) qui participent à ces étapes en conjonction avec les familles GRX et BOLA que nous continuerons de caractériser. Cette analyse fonctionnelle combinera des approches de génétique des plantes, de physiologie, de biologie moléculaire et structurale et des approches de biochimie pour déterminer (i) si ces protéines peuvent assembler différents types de clusters Fe-S et de fait posséder des partenaires d’interaction spécifiques et (ii) quelles sont les conséquences physiologiques et métaboliques de la suppression de ces gènes pour le développement et la physiologie des plantes.

 

GLUTANAC: Caractérisation biochimique et structurale des glutathion transférases avec leurs substrats naturels

Acteurs: A. HECKER, M. MOREL-ROUHIER, R. SORMANI, E. GELHAYE, N. ROUHIER, J.M. GIRARDET, R. BCHINI, T. PERROT (PhD)

Jusqu’à récemment, la plupart des études portant sur la modification de métabolites via les glutathion transférases (GST) se sont concentrées sur leur activité de glutathionylation. Cependant, plusieurs classes de GST possèdent un résidu cystéinyl dans leur site catalytique (Cys-GST) leur conférant ainsi l’aptitude à catalyser la réaction inverse, à savoir l’élimination du glutathion à partir d’un certain nombre de molécules aux structures assez diverses. Bien qu’elles soient présentes dans tous les règnes, les fonctions physiologiques de ces enzymes restent souvent inconnues. Ce projet vise à comprendre le rôle des enzymes à activité de déglutathionylation (Cys-GST) en identifiant les substrats physiologiques d’isoformes végétales et fongiques par chromatographie d’affinité ou par compétition avec des sondes fluorescentes. Nous nous concentrons sur les Cys-GST précédemment caractérisées (oméga, lambda, glutathionyl hydroquinone réductases), mais aussi sur des familles non caractérisées ou nouvellement identifiées. La nature (ligandine vs transformation catalytique) et la force des interactions seront validées par la mesure de constantes d’association utilisant des molécules glutathionylées ou non. En parallèle, nous tentons de résoudre la structure de complexes GST/ligand. Ces aspects doivent fournir les renseignements nécessaires à la compréhension des fonctions moléculaires et physiologiques des Cys-GST. Globalement, nous visons à identifier de nouvelles étapes intermédiaires de certaines voies métaboliques qui nécessitent des activités de transport ou de conjugaison au GSH.

LifAttack: mécanismes de résistance des champignons à des environnements toxiques: vers de nouvelles éco-stratégies visant à limiter les attaques fongiques sur les plantes et le bois
Acteurs: M. MOREL-ROUHIER, R. SORMANI, E. GELHAYE, N. VALETTE (PhD)

Les champignons sont des organismes étonnants capables de résister et de s’adapter rapidement à des environnements hostiles. Cela peut avoir par exemple des conséquences dramatiques sur la production agricole ou la préservation du bois. Étant donné que la capacité d’adaptation d’une population est étroitement corrélée à la pression sélective exercée par sa niche locale, ce projet vise à délimiter les mécanismes moléculaires expliquant les phénotypes de sensibilité/résistance des champignons en présence de divers extraits naturels de plantes, y compris le bois. Sur la base de notre expertise sur les GST, nous allons nous concentrer sur l’analyse des systèmes de détoxification en couplant des approches globales sans a priori (analyse transcriptomique) à la caractérisation fonctionnelle de protéines d’intérêt (peroxydases, CYP450, GSTs, dioxygénases). Outre l’identification d’extraits possédant des propriétés antifongiques, les résultats aideront à comprendre la physiologie, l’histoire évolutive et les mécanismes d’adaptation développés par les champignons, connaissances qui sont nécessaires pour le développement de nouvelles stratégies écologiques visant à limiter les attaques fongiques sur les plantes de cultures et les matériaux en bois.

 

FunMic: Mimer les systèmes fongiques pour développer de nouveaux outils biotechnologiques
Acteurs: E. GELHAYE, R. SORMANI, F. SAIAG (CDD)

Grâce à l’expertise acquise par l’équipe sur la dégradation microbienne des polymères, nous envisageons de poursuivre le développement d’innovations biotechnologiques. Les principaux objectifs sont d’imiter les systèmes fongiques pour dégrader des molécules synthétiques ou biologiques à des fins d’extraction ou de bioremédiation ou produire/identifier/modifier des molécules d’intérêt. Tous ces projets sont actuellement développés avec des partenaires industriels et/ou la société impliquée dans la valorisation et le transfert de technologie accompagnant les personnels de l’université de Lorraine (SATT Grand est). Deux procédés sont actuellement évalués pour le dépôt de brevet.

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