Cytosolic enzymes involverd in NADP+ and glutathione reduction : roles in H2 O2 metabolism and signaling in arabidopsis

par Amna Mhamdi

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Graham Noctor.

  • Titre traduit

    Enzymes cytosoliques impliquées dans la reduction du NADP+ et du glutathion : Rôles dans le métabolisme du H2 O2 et dans la signalisation chez Arabidopsis


  • Résumé

    L’augmentation de la disponibilité des espèces actives de l’oxygène, comme le H2 O2 est une caractéristique commune aux réponses aux stress biotiques et abiotiques. L’accumulation du H2 O2 est contrôlée par les catalases ou par les peroxydases. Ces derniers systèmes dépendent des réducteurs cellulaires comme l’ascorbate et le glutathion, dont les teneurs sont soutenues par le NADPH. Le flux augmenté via ces voies peut provoquer des perturbations (comme celles qui peuvent affecter le statut thiol-disulfure) qui prennent le relais pour la transduction des signaux oxydatifs. Bien que plusieurs enzymes puissent réguler le système NADPH-glutathion dans le cytosol, l’importance physiologique de chacune de ses enzymes reste à élucider. Cette étude est basée sur la combinaison d’approches génétiques, biochimiques, transcriptomiques et métaboliques dans le but d’analyser les rôles de la glutathion réductase cytosolique (GRI) et des déshydrogénases NADP-dépendantes dans le métabolisme, les réponses induites par le H2 O2 et la résistance aux pathogènes. L’analyse comparative des mutants T-ADN des trois catalases d'Arabidopsis a révélé que seulement cat2 montre des perturbations redox et un stress oxydatif conditionnel au niveau foliaire. Cette lignée a été donc utilisée comme un fond génétique pour examiner l'importance du système NADPH-glutathion cytosoliquedans la réponse au H₂ O₂ produit au niveau intracellulaire par une voie physiologiquement pertinente (la photorespiration). L'analyse comparative des mutants gr1, cat2 e(t cat2 gr1 a révélée que GR1 joue un rôle déterminant dans les réponses des feilles au H₂ O₂intracellulaire et qu'elle asure une expression génique appropriée via les voies de signalisation par l'acide salicylique (AS) et par l'acide jasmonique. Une strtégie similaire a été utilisée pour explorer les fonctions de l'isocitrate déshydrogène cytosolique à NADP (ICDH) et des deux glucose-6-phosphate déshydrogénases cytosoliques (G6PPD5 et G6PD6). Cette analyse a montré que ces trois enzymes contribuent au maintient du statut glutathion dans le fond cat2. L'étude a aussi révélée que la mutation icdh et les mutations g6pd produisent des effets distincts où antagonistes par rapport à la mort cellulaire déclenchée par H2 O2 aux réponses aux pathogènes SA dépendantes et à la résistance aux bactéries. Ainsi, l'étude montre que la GR ne peut être remplacée par la deuxième GR ou par le système thiorédoxine dans les conditions de sur-disponibilité de H2 O2 et met en évidence les fonctions spécifiques des systèmes cytosoliques producteurs de NADPH dans la détermination des résultantes du stress oxdatif.


  • Résumé

    Increased availability of ractive oxygen species asuch as H2 O2 is a feature of biotic and abiotic stresses. H2 O2 accumulation is controlld either by catalases or by peroxidases. The second depend on cellular reductants such as ascorbate and glutathione, both of which are supported by NADPH pools. Increased flux through these pools may cause perturbations (eg. In thiol-disulfide statud) that act in the relay of H2 O2-dependent redox signals. Although several enzyme systems are known that could regulate the NADPH-glutathione system in the cytosoln the significance of each remians largely unknown. This study look a combined genetic, biochemicaln and transcript and metablotie profiling approach to analyzing the roles of cytosolic glutathione reductase (GR) and NADP-dependent dehydrogenases in metabolism, H2 O2-triggered responses, and biotic stress. Comparative analysis of T-DNA mutants for the three Arabidopsis catalases revealed that only cat2 showed conditional redox pertubation and stress in rosettes. This line was therefore used as a gnentic background to investigate the importance of the cytosolic NADPH-glutathione system in response to H₂ O₂ produced intracellularly through a physiologically relevant pathway (photorespiration). Comparative analysis of gr1, cat2 and cat2 gr1 mutant lines revealed that GR1 plays a crucial role in leaf reponses to intracellular H2 O2 and is required to ensure appropriate gene expression throug both salicylic acid (SA) and jasmonic acid signaling pathways. Using a similar strategy, the functions of cytosolic NADP-isocitrate dehydrogenase (ICDH) an the two cytosolic glucose-6-phosphate dehydrogenases (G6PD5 and G6PD6) were explored. This analysis provided evidence that all three dehydrogenases contribuate to maintaining glutathione status under conditions of increased H₂ O₂ availability but revealed that the icdh and g6pd mutations produce distinct or opposing effects on H2 O2-triggered cell death, SA-dependent pathogenesis reponses and bacterial resistance. Thus, the study shows that GRI cannot be replaced by the second GR or by the thioredoxin system under conditions of increased H2 O2 and provides evidence for the specificity of cytosolic NADPH-producing systems in determining the outcome of oxidative stress.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (127 p..)
  • Annexes : Bibliogr. p. 109-127. Index

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Og ORSAY(2010)167
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