Caractérisation du mécanisme de photo-protection impliquant l'orange carotenoid protein (OCP) chez les cyanobactéries

par Clémence Boulay

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Diana Kirilovsky.


  • Résumé

    Pour se protéger des fortes illuminations, les cyanobactéries ont développé un mécanisme de photo-protection nommé qEcya. Sous forte lumière, il diminue la formation d’espèces dérivées de l'oxygène très réactives et dangereuses, en augmentant la dissipation de l’énergie absorbée sous forme de chaleur. L’énergie provenant des phycobilisomes (PBS, les antennes externes des cyanobactéries) atteignant les centres réactionnels est ainsi diminuée. Le mécanisme est induit par l’absorption de la lumière bleue-verte par une protéine photoactive soluble qui attache un caroténoïde : l’Orange Carotenoïd Protein (OCP). Le processus est accompagné d’une diminution de fluorescence réversible. Dans une étude sur les mécanismes de photo-protection sous carence en fer, nous avons montré que le large quenching de fluorescence induit par la lumière bleue-verte est associé à l'OCP et au mécanisme qEcya. Et qu’il n’est pas associé à la protéine IsiA induite sous carence en fer comme cela avait été suggéré dans le passé. Ensuite, j'ai montré que l'OCP et son mécanisme de photo-protection associé sont répandus chez les cyanobactéries à phycobilisomes. Alors que les cyanobactéries contenant l’OCP augmentent leur dissipation d'énergie au niveau des phycobilisomes pour diminuer l'énergie arrivant aux centres réactionnels, il est apparu que les quelques cyanobactéries ne contenant pas l’OCP ont développé une autre stratégie basée sur la dégradation rapide de leurs phycobilisomes en condition de stress. Des résultats préliminaires sur les interactions OCP-PBS sont aussi décrits dans ce travail. Des PBS incubés en présence de l’OCP ont été co-isolés en complexes OCP-PBS dans un gradient de saccharose, même quand seulement des cœurs de PBS ont été mis en présence de l’OCP. Ces résultats suggèrent fortement que l’OCP et les PBS interagissent. Cependant le mécanisme qEcya n’a pas pu être induit in vitro sur ces complexes OCP-PBS purifiés. Le résultat principal de cette thèse est la découverte d'un nouvel acteur essentiel au mécanisme qEcya: une protéine de 13kDa fortement attachée à la membrane. Nous l’avons nommée la Fluorescence Recovery Protein, FRP, car elle est impliquée dans la récupération de l’émission de fluorescence des phycobilisomes dans le mécanisme qEcya après une forte illumination de lumière bleue-verte. La caractérisation de son gène, slr1964, a montré qu’il est conservé en aval du gène de l’OCP chez les cyanobactéries, et qu’il peut être transcrit indépendamment ou co-transcrit avec le gène de l’OCP. De plus, notre étude suggère fortement que l'OCP et la FRP interagissent.

  • Titre traduit

    Characterization of the orange carotenoid protein associated photo-protective mechanism in cyanobacteria


  • Résumé

    Cyanobacteria have developed a photoprotective mechanism, named qEcya, to protect themselves from high light intensities. It diminishes the formation of dangerous oxygen species by increasing energy dissipation into heat and thus, decreases the energy arriving at the reaction centers from the phycobilisomes (PBS, the cyanobacterial external antennae). The mechanism is induced by the absorption of blue-green light by the carotenoid of the soluble photoactive Orange Carotenoid Protein, OCP. The process is accompanied by a reversible decrease (quenching) of fluorescence. In this work, we first demonstrated that, in the cyanobacterium Synechocystis PCC 6803 under iron starvation conditions, the large blue-green light-induced fluorescence quenching is related to OCP and its associated qEcya mechanism, and not to the iron-starvation-induced IsiA protein. Then, I showed that the OCP and the qEcya mechanism are widespread among phycobilisome-containing cyanobacteria. While in the OCP containing cyanobacteria, energy dissipation and fluorescence quenching are increased under stress conditions like iron starvation, another strategy based on a quick degradation of their PBS was developed in the few cyanobacteria without OCP. Preliminary results about OCP-PBS interactions are also described. It was not possible to isolate OCP-containing-PBS. However after incubation of PBS in the presence of the OCP, I was able to isolated OCP-PBS complexes in a sucrose gadient, even when only the core of the PBS was put in the presence of the OCP. These results strongly suggest that OCP and the core of the PBS are interacting. However I did not succeed to induce the qEcya mechanism in these purified OCP-PBS complexes in vitro. The most important result of this PhD is the discovery and the first characterization of a new component essential for the qEcya mechanism : a 13kDa protein strongly bound to the membrane encoded by the slr1964 gene in Synechocystis PCC 6803. This protein appeared to be conserved in almost all the OCP cyanobacteria. We have named this protein the Fluorescence Recovery Protein, FRP, because it is involved in the recovery of the phycobilisome fluorescence quenching induced by strong blue-green light. The characterization of the slr1964 gene showed that it is conserved downstream to the gene of OCP in cyanobacteria, and that it can be transcribed independantly or co-transcribed with the gene of OCP. Our results also strongly suggested that the FRP and the OCP interact.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XI-370 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 311-335

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2009)123
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