Proteomic and biochemical analysis of nitrosylation and glutathionylation in the photosynthetic organism Chlamydomonas reinhardtii

par Samuel Morisse

Thèse de doctorat en Biochimie

Sous la direction de Stéphane Lemaire et de Christophe Marchand.

Soutenue le 26-09-2014

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Complexité du vivant (Paris) .

Le jury était composé de Christophe Marchand, Nicolas Rouhier, Michael Schroda, Emmanuel Baudouin, Jean-Michel Camadro, Yves Choquet.

  • Titre traduit

    Analyse protéomique et biochimique de la nitrosylation et glutathionylation chez l'organisme photosynthétique Chlamydomonas reinhardtii


  • Résumé

    Acteurs des mécanismes moléculaires de signalisation cellulaire, les espèces réactives de l'oxygène (ROS) et les espèces réactives de l'azote (RNS) agissent comme des molécules signal transférant des informations extracellulaires ou intracellulaires et induisant des réponses spécifiques. Les ROS/RNS agissent principalement via un ensemble de modifications post-traductionnelles réversibles des résidus thiols sur les protéines parmi lesquelles la nitrosylation et la glutathionylation apparaissent comme des éléments jouant un rôle important dans de nombreux processus cellulaires fondamentaux et impliqués dans nombre de maladies humaines. Bien que présents chez les organismes photosynthétiques, ces modifications ont été moins étudiées. Mon projet était d'étudier, in vivo, chez l'algue Chlamydomonas reinhardtii, la dynamique de la nitrosylation et de la glutathionylation, en utilisant une combinaison d'approches multidisciplinaires incluant protéomique, biochimie et biologie moléculaire. En réponse au stress nitrosatif, 492 protéines S-nitrosylées in vivo et 392 sites de nitrosylation ont été identifiés par spectrométrie de masse. Ces protéines participent à un large éventail de processus biologiques tels que la photosynthèse et la réponse au stress. Avec une stratégie similaire, l’analyse de la glutathionylation en réponse à des stresses physiologiques de forte lumière et de choc thermique, a révélé des voies spécifiques de réponse au stress. En parallèle, la dépendance redox des mécanismes moléculaires sous-jacents a été examinée pour la GAPDH cytoplasmique et l’isocitrate lyase, mais aussi la triosephosphate isomérase et la phosphoglycérate kinase chloroplastiques.


  • Résumé

    Actors of the molecular mechanism of cell signaling, reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) act as signaling molecules to transfer extracellular or intracellular information and elicit specific responses. ROS/RNS mainly act through a set of reversible post-translational modifications of thiol residues on proteins among which nitrosylation and glutathionylation have emerged as key elements playing a major role in numerous fundamental cell processes and implicated in a broad spectrum of human diseases. Despite ROS and RNS are present in photosynthetic organisms, such modifications have been less studied. My project was to investigate in the green algae Chlamydomonas reinhardtii, the in vivo dynamics of nitrosylation and glutathionylation, using a combination of multidisciplinary approaches including proteomic, biochemistry and molecular biology. In response to nitrosative stress, 492 in vivo s-nitrosylated proteins and 392 sites of nitrosylation were identified by mass spectrometry. These proteins were found to participate in a wide range of biological processes and pathway such as photosynthesis, stress response and carbohydrate metabolism. Employing a similar strategy, analysis of glutathionylation in response to physiological stresses, specifically high light and heat stress revealed specific stress dependent targeted pathways. In a second part, the redox dependence of the underlying molecular mechanisms was examined for the cytoplasmic GAPDH and ICL, but also the chloroplastic TPI and PGK. This work has highlighted the existence of a strong interplay between these redox modifications. a complex redox network

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