Caractérisation biochimique et implication dans la réponse au stress de la protéine "Selenium-Binding Protein" (SBP1) chez Arabidopsis thaliana

Biochemical characterization and involvment in stress response of the protein "Selenium Binding Protein 1" (SBP1) in Arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Florie Schild
• Direction : Jacques Bourguignon, Véronique Hugouvieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale
• Date : Soutenance le 29/11/2013
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physiologie cellulaire végétale (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Thomine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Géraldine Sarret, Cécile Bouton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Briat, Alain Vavasseur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arabidopsis

Tests de toxicité

Sélénium

Cadmium

Mots clés libres

Cadmium

Selenium

Toxicité

Caractérisation biochimique

Arabidopsis

Cadmium

Selenium

Toxicity

Biochemical characterization

Arabidopsis

Résumé

La protéine « Selenium Binding Protein » (SBP1), présente chez la plupart des êtres vivants, a un rôle qui n'est pas encore élucidé. Cette protéine possède dans sa structure primaire de nombreux sites potentiels de liaisons aux métaux. Chez Arabidopsis thaliana, la surexpression de SBP1 augmente la tolérance à deux composés toxiques pour la plante, le cadmium (Cd) et le sélénium (Se) qui sont présents dans les sols pollués. Pour mieux comprendre la fonction de SBP1 dans les mécanismes de détoxication, une démarche intégrée combinant deux approches complémentaires, in vitro et in planta, a été menée. La caractérisation biochimique de SBP1 a mis en évidence ses propriétés chélatrices vis-à-vis de différents ligands dont le Cd et le Se. Le Cd se lie à SBP1 avec un ratio molaire ligand/SBP1 de 3 et un KD de 2,2 × 10-7 M via principalement des acides aminés soufrés et potentiellement à moindre échelle des résidus histidines. Le Se, initialement sous forme SeO32-, se lie à SBP1 de façon covalente, avec un ratio molaire ligand/SBP1 de 1, via les cystéines 21 et 22 pour former une liaison de type R-S-Se-S-R. Les analyses in planta de localisation subcellulaire ont montré que SBP1 était à la fois cytosolique et nucléaire. L'utilisation de lignées bioluminescentes a permis d'analyser la zone promotrice du gène SBP1. Le motif cis ‘GAGAC' connu pour être impliqué dans la régulation de certains gènes à une carence en soufre (S) a été identifié comme élément cis majeur de la régulation de l'expression de SBP1 en réponse à différents stress, dont le Cd et le Se. Ce résultat démontre l'existence d'un lien entre la fonction de SBP1 et une demande en S de la cellule. La surexpression de SBP1 in planta perturbe le niveau d'accumulation du Se dans les parties aériennes, mais pas sa spéciation. L'ensemble de ces résultats semble indiquer que SBP1 soit impliquée dans des mécanismes de détoxication via ses propriétés chélatrices et qu'elle joue également un rôle dans le métabolisme du S et du Se.

The function of the protein “Selenium binding protein 1” (SBPP1), present in almost all organisms, is not yet well established. This protein has numerous potential metal binding sites. In Arabidopsis thaliana, SBP1 overexpression increases tolerance to two toxic compounds for the plant, cadmium (Cd) and selenium (Se), which are often found as soil pollutants. For a better understanding of SBP1 function and its involvement in detoxification mechanisms, an integrated approach combining in vitro and in planta experiments, has been performed. Biochemical characterization of SBP1 has revealed its chelating properties to different ligands including Cd and Se. Cd is bound to SBP1 with a metal ion to protein molar ratio of 3 and a KD of 2.2 × 10-7 M mainly via sulfur-containing amino acids and potentially histidine residues. Se from SeO32- can covalently bound SBP1 with a ligand to protein molar ratio of 1. This binding occurs via cysteines 21 and 22 and forms a R-S-Se-S-R complex. In planta analyses have shown that SBP1 is cytosolic and nuclear. The use of bioluminescent lines allowed the identification of a GAGAC motif in the SBP1 promoter region. This motif is a sulfur starvation responsive element and a major cis element involved in SBP1 expression in response to stress, including Cd and Se. The result directly links SBP1 function to an enhanced sulfur demand of the cell. SBP1 over expression in plants disturbs Se accumulation in shoots but not its speciation. All together these results strongly suggested that SBP1 could act as a detoxifying protein through its chelating properties and plays a role in S/Se metabolisms.