Peroxygénase végétale : Double localisation d'une oxygénase originale

Plant peroxygenase : Dual localisation of an original oxygenase

• Auteur / Autrice : Michel Burcklen
• Direction : Elizabeth Blee
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Strasbourg 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hème

Réticulum endoplasmique

Plantes -- Moyens de défense

Biologie moléculaire végétale

Oxygénases

Résumé

L'intérêt pour le métabolisme et les rôles physiologiques des oxylipines s'est accru ces dernières années puisque ces composés semblent être impliqués dans les phénomènes d'infection. Chez la plante, les phytooxylipines dérivent essentiellement de l'acide linoléique (C18:2) et de l'acide linolénique (C18:3) par la voie de la lipoxygénase. Les hydroperoxydes formés par la lipoxygénase sont rapidement métabolisés en composés physiologiquement actifs, sous l'action de CYP74s et d'une peroxygénase (PXG). Cette enzyme, qui catalyse des réactions d'oxydation, est une hémoprotéine membranaire, unique par son mécanisme catalytique puisqu'elle ne présente aucune homologie de séquence avec des oxydases. Métabolisant aussi bien des hydroperoxydes d'acides gras, substrats de CYP74, que l'eau oxygénée, substrat des peroxydases, j'ai recherché les caractéristiques moléculaires qui confèrent son originalité à la peroygénase en identifiant le mode de coordination de son hème. J'ai pu montrer que chez AtPXG1, ce groupement prosthétique n'était pas lié par l'intermédiaire d'une cystéine comme chez les CYP74s, mais à un résidu histidine. Ces résultats, obtenus par mutagenèse dirigée et confirmés par RPE identifient chez AtPXG1 un hème dont le fer est coordonné via un résidu histidine. J'ai montré que les différentes isoformes possédaient des spécificités de réactions différentes. Afin d'apporter des éléments réponses aux rôles physiologiques de la peroxygénase, j'ai localisé, par fusion à la GFP, AtPXG1 et AtPXG3 dans le réticulum endoplasmique et les oléosomes, des organites constitués d'un noyau de lipides neutres entourés d'une monocouche phospholipidique et protéique. J'ai montré qu'une signature de type FFAT ciblait la peroxygénase vers le RE et qu'une signature de type DXE permettait son export du RE vers les oléosomes. Cet export serait dépendant de la protéine Sar1, un élément du complexe COPII qui permet l'export des protéines du réticulum vers l'appareil de Golgi.

During the last decade, increasing interest in oxygenated fatty acids, collectively named oxylipins, has been generated as these metabolites are considered to be involved in infection. In plants, oxylipins mainly derive from linole(n)ic acid via the lipoxygenase pathway. Fatty acids hydroperoxyds produced by lipoxygenase are rapidly metabolised in a variety of physiologically active derivatives by CYP74s and by peroxygénase (PXG). This later membrane bound hemoprotein catalyses reaction of oxydation by a mechanism which seems to be quite unique and surprisingly, it do not presents any homology with presently known oxidases. Peroxygenase is able to metabolise fatty acid hydroperoxyds (CYP74's substrate) as good as hydrogen peroxyd (peroxydase's substrate), raising questions about peroxygenase original mechanism origin which I try to characterize in studying the mode of linking of the heme iron. By site-directed mutagenesis experiments on AtPXG1, I found that the heme was not coordinated by cysteine residues like in CYP74s but to a histidine residue like in peroxydases. These results were confirmed by EPR, identifying an heme in which iron is coordinated via an histidine residue. In a second time, I have demonstrated that different isoforms differ from each other by various reactions specificity. In order to find some answer concerning plant peroxygénase physiological function, I have localized, by GFP fused strategy, AtPXG1 and AtPXG3 isoforms in endoplasmic reticulum and in lipid bodies, which are organelles constituted by a neutral lipid core surrounded by a proteic and phospholipid monolayer. I demonstrated that an FFAT motif was responsible of peroxygénase targeting to reticulum and that a DXE motif permit its export from RE to lipid bodies. First experiment round seems to demonstrate that this export is dependant from Sar1, an element of COPII complex, responsible of protein export from RE to Golgi apparatus.