Les flavohemoglobines comme cibles potentielles des antibiotiques

par Emna El Hammi

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Laura Baciou et de Mohamed Nejib Marzouki.

Le président du jury était Samir Bejar.

Le jury était composé de Laura Baciou, Mohamed Nejib Marzouki, Samir Bejar, Abderraouf Ben salah, Francesca Zito, Chantal Houée Levin.

Les rapporteurs étaient Abderraouf Ben salah, Francesca Zito.


  • Résumé

    Les flavohémoglobines (FlavoHbs) sont des protéines fixant l’oxygène qui possèdent un domaine globine N-terminal lié de manière covalente à un domaine C-terminal réductase contenant une flavine adénine dinucléotide (FAD) et un site de fixation du nicotinamide adénine dinucléotide (phosphate) (NAD(P)H). Ces protéines que l’on retrouve exclusivement chez les microorganismes possèdent une action NO dioxygénase et interviennent donc dans la défense des microorganismes contre les dommages générés par le NO. De par ce rôle essentiel de défense microbienne, les flavoHbs sont considérés comme des cibles attractives des antibiotiques. En particulier, les dérivés azolés ont montré la capacité d’inhiber la fonction NO dioxygénase des flavoHbs par un mécanisme inconnu. Afin de mieux comprendre le mode d’action de ces antibiotiques, nous avons entrepris une étude structurale, enzymatique et spectroscopique sur trois flavoHbs d’intérêt. Les structures tridimensionnelles de la flavoHb de R. eutropha (FHP) en complexe avec le miconazole, l’éconazole et le kétoconazole ainsi que celle de S. cerevisae (YHB) seule et en complexe avec l’éconazole ont été obtenues à des résolutions satisfaisantes permettant de décrire précisément les interactions entre la protéine et les inhibiteurs. Les structures ont révélé des réarrangements conformationnels importants selon la nature chimique de l’inhibiteur et la présence d’acides gras dans la poche de l’hème. Afin de comprendre le rôle fonctionnel des acides gras dans le cycle catalytique de l’enzyme, la structure tridimensionnelle de la FHP en complexe avec l’acide linolénique a été obtenue et des analyses enzymatiques et spectroscopiques ont montré l’importance des acides gras dans la modulation de l’activité de la protéine. Parallèlement, des études sur la FHP, la YHB et la flavoHb de S. aureus (Shb) ont permis de mieux appréhender le rôle des inhibiteurs dans le processus de transfert d’électrons au sein de la protéine.

  • Titre traduit

    Flavohemoglobins as potential targets of antibiotics


  • Résumé

    Flavohemoglobins (FlavoHbs) are oxygen binding proteins which consist of a heme-globin domain fused with a ferredoxin reductase –like FAD and NAD-binding domain. FlavoHbs have been identified exclusively in microorganisms where they play a key role in defence against NO damages by using their NO dioxygenase activity. These proteins are therefore considered as targets for new antibiotic drugs. Recently, azole derivatives were proven to be attractive nitric oxide dioxygenase inhibitors by a mechanism that remains elusive. In order to explore their binding characteristics, we determined the X-ray structure of the flavoHb from Ralstonia eutropha in a complex with miconazole (FHPm), econazole (FHPe), and ketoconazole (FHPk) as well as the X- ray structure of S. cerevisae flavoHb in both ligand-free and econazole-bound forms. We describe the interactions between the protein matrix and the inhibitors in a comparative manner and how the bulky structures of the azole inhibitors dictate the profile of the hemebinding pocket and vice versa in flavoHbs.Although the azole compounds were able to push the lipid out of its binding site, a fatty acid fragment is still bound inside the heme pocket of FHPe and FHPk and dictates the state of the protein. To go further in the compréhension of the fatty acid function in the flavoHbs, we determined the three dimensionnal structure of FHP in complex with linolenic acid. Spectroscopic and enzymatic analyzis confirmed the important role of fatty acids in enhancing the protein activity. We also made studies to understand how azoles modulate the electron transfer process in the flavoHbs.


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