Caractérisation structurale et fonctionnelle de la neuroglobine et de la cytoglobine : nouvelles classes de globines de vertébrés exprimées dans le système nerveux

par Djemel Hamdane

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Gaston Hui Bon Hoa.


  • Résumé

    La Ngb et la Cygb, globines, récemment découvertes dans le cytoplasme des cellules de vertébrés, adoptent le repliement classique des globines. Ils se distinguent des hémoglobines par la présence d'un hème hexacoordiné par l'His distale. Cette liaison réversible entre en compétition avec les ligands externes pour la fixation à l'hème, ce qui a pour conséquence de moduler l'affinité des globines hexacoordinées pour ces mêmes ligands. Nos résultats montrent que la différence structurale entre une globine hexacoordinée et une globine pentacoordinée est faible. Par exemple, l'augmentation de la pression induit une hexacoordination du fer dans les globines, où initialement cette dernière n'est pas présente. La Ngb possède une faible dépendance de température de son affinité pour l'O2 et une forte stabilité thermique essentiellement dues à la sixième liaison du fer avec l'His-E7. La migration des ligands à travers la matrice protéique de ces globines est rendue possible grâce à une dynamique importante de la structure, qui constitue l'étape limitante de la réaction. La présence de larges cavités chez la Ngb et la Cygb, exceptionnelles au sein de la famille des globines, rend possible d'éventuels changements structuraux de grande ampleur. D'une manière assez originale, la liaison de l'O2 et du CO, à la Ngb humaine est couplée à l'état redox de la cellule via la possibilité de former un pont S-S intra-chaîne. Ce mécanisme semble aussi contribuer à l'augmentation de sa stabilité thermique. L'affinité observée de ces globines pour l'O2 est proche de celle d'une Mb. Ce résultat va dans le sens d'une fonction dévolue au stockage et/ou au transport de l'oxygène dans les cellules.

  • Titre traduit

    Structural and functional characterization of neuroglobin and cytoglobin : new members of vertebrates globins expressed in nervous system


  • Résumé

    Ngb and Cygb, recently discovered intracellular members of vertebrate hemoglobin family. Display the classical three-on-three helical globins fold and are endowed with a hexacoordinate heme iron, in both their ferrous and ferric forms, having the heme distal His-E7 residue as the endogenous ligand. Reversible intramolecular hexa- to penta-coordination of the heme modulates Ngb and Cygb ligand binding properties. Our result show that the overall structural difference between penta and hexa coordinated globins may be rather small and can be overcome by external mofidifications such as high pressure. Contribution of hexacoordination to the hyperthermal stability (Tm ~100°C) and a weak temperature dependence of Ngb oxygenation are two new original mechanisms. In Ngb and Cygb ligand migration to/from the heme distal site may be assisted by a large fluctuation of the protein. Accordingly, the rate-limiting step is rather attributed to the migration of whatever the ligand (internal and external) through the protein matrix than to the chemical barriers. The presence of tremendous cavities leads to a more flexibility of the protein to allow a dynamic conformationnal changes. Interestingly, the human Ngb oxygenation and carbonylation are linked to the redox state of the cell via an intra-molecular disulphide bridge formation/dissociation. The contribution of the cysteines in thermal stability of Ngb is also demonstrated. Overall, apparent affinity for O2 binding to Ngb and to Cygb is comparable to those displayed by pentacoordinated globins such as Mb (~0. 5 mmHgb). Thus, their physiological role can be involved in oxygen storage and its delivery into neurons.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (174 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 156-163

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2005)148
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