Nouvel aperçu dans l'évolution du métabolisme des polysaccharides de réserve chez les Archaeplastides

New insight of the evolution of storage polysaccharide metabolism in the Archaeplastida lineages

• Auteur / Autrice : Mathieu Ducatez
• Direction : Christophe Colleoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 16/12/2015
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de glycobiologie structurale et fondamentale (UGSF)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glycosyltransférases

Amidons

Glycogène

Plastes

Endosymbiose

Cyanobactéries

Chlamydiales

Mots clés libres

Archaeplastides

Résumé

Les Archaeplastides sont apparus il y a environ 1,6 milliard d'années lorsqu'une cellule eucaryote a établi une symbiose avec deux autres organismes: une cyanobactérie et une chlamydiales. Durant l'endosymbiose, la cyanobactérie a évolué vers le plaste, tandis que les chlamydiales ont laissé pour empreintes une cinquantaine de gènes chez les Archaeplastides. En parallèle les Archaeplastides ont substitué leur biosynthèse de glycogène, par celle de l'amidon. Si le rôle de la cyanobactérie est évident dans l'émergence des Archaeplastides, qu'en est-il des bactéries parasitaires? Un effecteur sécrété par les chlamydiales correspond à l'activité de la glycogène synthase (GlgA). Des analyses phylogénétiques nous signalent que les isoformes d'amidon synthases III/IV ont probablement évolué à partir d'une GlgA provenant d'une chlamydiale. Nous avons formulé l'hypothèse que l'activité GlgA des chlamydiales possède une propriété biochimique unique expliquant pourquoi elle a été sélectionnée chez les Archaeplastides. Dans ce manuscrit, nous avons premièrement rapporté la caractérisation de la mutation d'une souche de cyanobactérie, ne synthétisant plus que du glycogène. Ceci est corrélé avec une défectuosité dans GlgA2. Ces résultats suggèrent que GlgA2 est indispensable à la synthèse d'amidon chez Cyanobacterium sp. CLg1. Nous nous sommes également occupés de caractériser les activités synthases des chlamydiales. L'activité GlgA de certaines chlamydiales est capable d'utiliser les deux nucléotides sucres : ADP-glucose et UDP-glucose. Ces résultats démontrent que l'activité GlgA de certaines chlamydiales a évolué de manière à mieux détourner le stockage des carbohydrates de l'hôte.

The Archaeplastida appear approximately 1.6 billion years ago when a heterotrophic eukaryote cell established a symbiotic relationship with two partners: a cyanobacterium and a chlamydiales. During the endosymbiosis process, the cyanobacterium has evolved to plastid, while chlamydiales have left in Archaeplastida a fingerprint of 50 genes. In parallel Archaeplastida have substituted the glycogen biosynthesis by starch. If the role of ancestral cyanobacteria is pretty obvious in the emergence of Archaeplastida, what about those parasitic bacteria? One effectors secreted by the chlamydiales corresponds to glycogen synthase activity (GlgA). Phylogenetic analyses point out that starch synthase III/IV isoforms have probably evolved from GlgA of chlamydiales. We hypothesize that GlgA activity of chlamydiales displays unique biochemical properties that could explain why this activity has been selected in the Archaeplastida. In this manuscript, we, first, report the characterization of mutant strain of cyanobacterium strain, which produce only glycogen. This phenotype is correlated with a defect in the GlgA2 isoform, which belongs to the same family of SSIII/IV of plants. Altogether, results suggest that GlgA2 is indispensable to starch in the Cyanobacterium sp. CLg1. We also carry out the biochemical characterization of synthase activities of the chlamydiales. We show that GlgA activities of some chlamydiales are able to use both nucleotide-sugars: ADP-glucose and UDP-glucose. These results stress out that GlgA activities of some chlamydial species have evolved to be more efficient to hijack the carbohydrate storage of infected cell.