Mécanismes moléculaires d'adaptation aux conditions physico-chimiques extrêmes dans la famille des lactate-malate déshydrogénases

par Nicolas Coquelle

Thèse de doctorat en Biophysique

Sous la direction de Frédéric Vellieux et de Dominique Madern.

Soutenue en 2008

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .


  • Résumé

    La vie est présente partout, ou presque, sur Terre, et notamment dans des environnements considérés comme extrêmes. Ces organismes extrêmophiles, non contents de subsister sous ces contraintes physico-chimiques extrêmes, s'y complaisent. Plusieurs mécanismes adaptatifs, à divers niveaux de l'organisation cellulaire, ont été mis en place. Les études présentées ici s'intéressent aux mécanismes d'adaptation moléculaire des protéines en utilisant la famille des lactate-malate déshydrogénases comme modèle. Il semblerait qu'une réorganisation des interactions au sein de la structure assure la stabilité, la solubilité et l'activité de la protéine sous cette contrainte physico-chimique extrême. Dans une première partie, les propriétés biochimiques et structurales des lactates déshydrogénases de la bactérie thermophile Thermus thermophilus (TtLDH1 de la bactérie mésophile Deinococcus radiodurans (DrLDH) et du poisson psychrophile de Champsocepha/us gunnari (CgLDH) ont été déterminées. Les deux premières ont été comparées pour étudier la transition thermophile/mésophile. La dernière a été comparée à la LDH de Squa/us acanthias (SaLDH) pour comprendre la transition mésophile/psychrophile. Peu de substitutions semblent être à l'origine des différences de propriétés thermiques entre ces enzymes. Cette hypothèse a pu être vérifiée par la caractérisation d'un mutant de TtLDH. Cinq substitutions judicieusement choisies ont permis d'altérer ses propriétés thermiques. L'adaptation moléculaire aux fortes concentrations en sel a été, pendant longtemps, étudiée en utilisant la malate désydrogénase de Ha/oarcu/a marismortui (HmMalDH). Nous présentons ici les caractéristiques biochimiques et structurales de la malate désydrogénase issue de Sa/inibacter ruber (SrMaIDH), la seule bactérie halophile extrême connue à ce jour. Les propriétés de cette enzyme semblent intermédiaires entre une enzyme non halophile et une enzyme totalement efficace aux fortes concentrations en sel. Cela a permis, pour la première fois, de proposer un découplage des différents effets affectant la stabilité conformationnelle,l'activité enzymatique et la solubilité. Enfin, l'irradiation des cristaux de protéine provoque des dommages au sein de la structure de la macromolécule, et touche notamment les groupements carboxyle des chaînes latérales des résidus acides. La forme apo (enzyme seule) et le complexe ternaire (enzyme :NADH :analogue de substrat) de TtLDH ont été irradiés et, à dose absorbée équivalente, l'amplitude des dommages entre les deux formes a été comparée. La fixation du cofacteur et du substrat ne protège pas des radiations le résidu acide présent dans le site actif.


  • Résumé

    Life is found everywhere, or almost, on earth and particularly in environments considered as extreme. These extremophilic organisms do not only subsist, but thrive in these conditions. Several adaptative mechanisms, at different cellular levels, have beendevelopped. Our studies focus on molecular mechanisms of proteins adaptation, using the lactate-malate dehydrogenases family as model. An intramolecular reorganization of interactions seems to be sufficient to en sure conformational stability, enzymatic activity and solubility of the protein in the se eXtreme conditions. First, biochemical and structural properties of lactate dehydrogenases from the thermophilic bacterium Thermus thermophilus (TtLDH), the mesophilic bacterium Deinococcus radiodurans (DrLDH) and the psychrophilic fish Champsocepha/us gunnari (CgLDH) have been determined. The first two have been compared to understand the thermophilic/mesophilic transition. The latter has been compared to the LDH from Squa/us acanthias (SaLDH) to study the mesophilic/psychrophilc transition. Few substitutions seems to be responsible for the differences in thermal properties between these enzymes. This hypothesis has been validated using a molecular variant of TtLDH. Five amino acid substitutions have modified its thermal properties. Molecular adaptation to high salt concentrations has been studied for a long time using the Ha/oarcu/a marismortui malatedehydrogenase (HmMaIDH). We present here the biochemical and structural properties of the malate dehydrogenase tTom Sa/inibacter ruber (SrLDH), the only extreme halophilic bacterium known to date. Properties of this enzyme appear to be 'intermediate' between a non halophilic enzyme and a fully active enzyme in high salt. For the first time, different effects that modiry conformational stability, enzymatic activity or solubility have been uncoupled.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (217 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 283 réf.

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
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  • Cote : TS08/GRE1/0259/D
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