Global responses of the cyanobacteria Synechocystis to the metal and oxidative stresses : characterization of essentials regulators

Réponses globales de la cyanobactérie Synechocystis PCC6803 aux stress métalliques et oxydant : caractérisation de régulateurs essentiels

• Auteur / Autrice : Laetitia Houot
• Direction : Franck Chauvat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Génomique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Génomique fonctionnelle

Photosynthèse

Métaux

Résumé

Les cyanobactéries (composant majoritaire du phytoplancton) sont les organismes photosynthétiques les plus abondants de la planète et représentent la première barrière biologique à l'entrée des métaux dans la chaîne alimentaire. Nous avons analysé la réponse globale de la cyanobactérie modèle Synechocystis PCC6803 (nombreux gènes conservés par l'évolution, petit génome séquencé et facilement manipulable) aux stress métalliques (cadmium, zinc, fer) et au stress oxydant (H2O2), des stress naturellement rencontrés dans l'environnement. Nous avons montré que le cadmium provoque une large reprogrammation du métabolisme de la cellule, impliquant un effondrement de l'appareil photosynthétique, et probablement le recyclage des composants des photosystèmes (carbone, azote, fer) vers la synthèse de protéines permettant de lutter contre le stress. Cette reprogrammation du métabolisme fait intervenir le régulateur Slr1738, qui possède une homologie de séquence et de fonction avec le régulateur PerR de B. Subtilis (régulateur du stress oxydant). Comme ce régulateur n'explique pas à lui seul l'ensemble des régulations observées, nous avons débuté l'analyse de plusieurs régulateurs putatifs, et montré leur sélectivité de réponse en fonction des stress. Enfin, notre analyse du régulateur LexA montre que cette protéine n'intervient pas dans la réparation de l'ADN, mais est essentielle à la survie en carence en carbone inorganique. En conclusion, nos travaux apportent une vision globale de la réponse au stress, et plus particulièrement du dialogue entre les différentes voies métaboliques (photosynthèse, métabolisme du carbone et de l'azote, métabolisme du fer. . . ).

Cyanobacteria (major component of the phytoplankton) are the most abundant photosynthetic organisms on Earth and represent the first biological barrier at the entry of metals in the food chain. We analyzed the global responses of the unicellular model cyanobacterium Synechocystis PCC6803 (many genes preserved by the evolution, small sequenced genome and easily manipulable) with metal stresses (cadmium, zinc, iron) and with oxidative stress (H2O2), two stresses usually met in the environment. We showed that cadmium elicits a broad reprogramming of the metabolism of the cell, implying a collapse of the photosynthetic apparatus, and probably the recycling of the components of the photosystems (carbon, nitrogen, iron) towards the synthesis of proteins involved in stress detoxification. This reprogramming of the metabolism involves the Slr1738 regulator, which shows sequence and function homologies with the PerR regulator of B subtilis (regulator of the oxidative stress). As this regulator does not explain all the responses observed, we started the analysis of several putative regulators, and showed their stress response selectivity. Lastly, our analysis of the LexA regulator shows that this protein does not intervene in the repair of the ADN, but is critical to the survival of cells facing inorganic carbon starvation. In conclusion, our work brings a global vision of the stress responses, and more specifically of the exchanges between the various metabolic pathways of the cell (photosynthesis, metabolism of carbon and nitrogen, metabolism of iron. . . ).