Analyse globale de la réponse adaptative du métabolisme central d'E. Coli à une modulation contrôlée de la glucose-6-phosphate déshydrogénase : étude par fluxomique et corrélation transcriptome / fluxome

par Cécile Nicolas

Thèse de doctorat en Microbiologie et catalyse industrielles

Sous la direction de Jean-Charles Portais.

Soutenue en 2007

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    Les microorganismes présentent une forte capacité à adapter leur métabolisme en réponse à des perturbations d’ordre génétique ou environnemental. Cette flexibilité métabolique repose en grande partie sur l’organisation en réseau du métabolisme cellulaire, qui permet la mise en place de mécanismes alternatifs pour compenser les effets de la perturbation. Ainsi, chez Escherichia coli, la suppression de glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PDH), une enzyme clé qui conditionne l’alimentation de la voie des pentoses-phosphate, n’a pas d’effet significatif sur la croissance de la bactérie. Les défauts de formation de pouvoir réducteur (NADPH) et de précurseurs bio synthétiques (érythrose-4-phosphate et ribose-5-phosphate) induits par l’absence de G6PDH sont efficacement compensés par une réorganisation globale des flux métaboliques favorisant les processus formateurs de NADPH. Pour comprendre comment ces mécanismes de compensation se mettent en place, et plus globalement, comprendre le fonctionnement du réseau métabolique d’E. Coli, nous avons étudié l’impact d’une modulation contrôlée de la G6PDH sur le comportement métabolique d’E. Coli. Pour cela, huit mutants présentant des niveaux d’activité G6PDH compris entre 2% et 1500% de l’activité observée chez la souche parente ont été obtenus par insertion de promoteurs artificiels en amont du gène zwf codant pour cette enzyme. La distribution des flux métaboliques dans ces différents mutants a été analysée par une stratégie de marquage isotopique (13C) couplé à la spectrométrie de masse et à la RMN. Aucune variation de flux métabolique n’est observée lorsque l’activité G6PDH est supérieure (jusqu’à 15 fois plus) à celle de la souche sauvage, indiquant que la voie des pentoses-phosphate n’est pas contrôlée par la G6PDH dans ces conditions.

  • Titre traduit

    Global analysis of the response of E. Coli central metabolism to quantitative modulation of glucose-6-phosphate dehydrogenase : approach by fluxomic and transcriptome / fluxome correlation


  • Résumé

    Microorganisms have an efficient capacity for adapting their metabolism in response to genetic or environmental changes. Part of the robustness originates from the network organization of metabolic systems, which provides alternative mechanisms for compensating the perturbations. Thus in Escherichia coli the suppression of glucose-6-phosphate pathway, has no significant consequence on E. Coli growth behaviour. The default of reductive power formation (NADPH) and biosynthetic precursors (erythrose-4-phosphate and ribose-5-phosphate) induced by the lack of G6PDH are efficiently compensated by a global reorganization of metabolic fluxes and notably the activation of processes producing NADPH. The effectes of G6PDH modulation on E. Coli metabolic behaviour were investigated to understand how compensation mechanisms are set up and over-all to investigate the functioning of E. Coli metabolic network. To this aim eight mutants exhibiting G6PDH activity levels from 2 % to 1500 % of the WT one were obtained by insertion of artificial promoters upstream the zwf gene encoding this activity. Metabolic flux distribution in these strains was analysed using a 13C-labelling strategy coupled with mass spectrometry and NMR. No variation was observed for G6PDH activity higher (until 15 times) than the wild type one, providing evidences of the absence of G6PDH control in these conditions. However the diminution of G6PDH activity results in a decrease of fluxes in the pentose phosphate pathway. This effect is moderate as G6PDH activity is higher than 3 % of the WT one but becomes deep for lower G6PDH activity, revealing that G6PDH strongly controls the pentose phosphate pathway at very low levels. Moreover the observed effect on PP pathway leads to a global repercussion on metabolic fluxes. The observed metabolic reorganization essentially relies on the compensation of NADPH production gap, since a very low activity level (2%) is sufficient to meet precursor requirements. They imply a restructuring around the TCA cycle. Transcriptomics were used to determine if the observed metabolic reorganizations were due to transcriptional regulations. Correlations between fluxome and transcriptome suggested that part of compensation mechanisms resulted from transcriptional regulations, particularly in PP pathway and in anaplerotic pathways (phosphoenolpyruvate carboxylase and malic enzyme)

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Informations

  • Détails : 1 vol. (229 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 213-223

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007/877/NIC
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