Etude biophysique, structurale et fonctionnelle d'une protéine à cuivre issue de la bactérie acidophile Acidithiobacillus ferrooxidans

Biophysical, structural and functional study of a copper-binding protein from Acidithiobacillus ferrooxidans, an acidophile organism.

• Auteur / Autrice : Magali Roger
• Direction : Marie-Thérèse Giudici-Orticoni, Marianne Ilbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 29/04/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Marius Réglier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Devin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Robert, Gilles Truan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytochrome c

Cuivre -- Composés

Respiration cellulaire

Mots clés libres

Acidithiobacillus ferrooxidans

Cytochrome c oxydase

Cuprédoxine

Centre cuivre T1

Spectroscopie

Chaîne respiratoire

Acidithiobacillus ferrooxidans

Cytochrome c oxidase

Cupredoxin

T1 copper-Center

Spectroscopy

Respiratory chain

Résumé

Les protéines à cuivre jouent un rôle crucial dans de nombreux processus biologiques essentiels à la vie tels que la respiration. De nombreuses études ont été menées afin de décrypter le lien entre la structure de leur centre actif, les propriétés électroniques qui en découlent et la fonction de ces protéines.Les travaux réalisés au sein du laboratoire sur l’étude de la chaîne respiratoire d’un organisme acidophile, A. ferrooxidans, ont permis de mettre en évidence une protéine à cuivre (AcoP), appartement à la vaste famille des cuprédoxines, indispensable au fonctionnement de cette voie. Une approche pluridisciplinaire mêlant des méthodes de spectroscopies, d’électrochimie, de cristallographie aux rayons X combinée à des expériences de mutagénèse dirigée, a permis de dévoiler la présence d’un centre cuivre atypique associé à des propriétés électroniques et d’oxydoréduction rarement retrouvées au sein de cette vaste famille. Le rôle d’une telle protéine au sein de la chaîne respiratoire d’A. ferroxidans a par la suite fait l’objet de notre attention. AcoP interagit avec le cytochrome c et l’enzyme terminale de la chaîne respiratoire, la cytochrome c oxydase. L’étude du complexe cytochrome c – AcoPcytochrome c oxydase nous a permis de proposer un rôle d’AcoP dans le recrutement du cytochrome c au sein de ce complexe, ainsi que dans le transfert d’électron entre ces deux partenaires. Ces travaux de recherche démontrent que l’étude de la biodiversité permet non seulement la découverte de nouveaux systèmes permettant la vie dans des environnements extrêmes, mais également la découverte de nouvelles protéines aux propriétés remarquables.

Copper proteins play key roles in many biological processes, such as in respiratory chains. Although many studies have been carried out to decipher the relationship between their active site structure, electronic properties and function, these features are still not fully understood. Previous studies on the respiratory chain of an acidophilic organism, Acidithiobacillus ferrooxidans, have revealed the presence of a new copper-binding protein: AcoP. This cupredoxin is critical for the correct functioning of this respiratory pathway. Using site-directed mutagenesis and a wide-range of biophysical approaches, electrochemistry and X-ray crystallography, we can show that an unconventional copper-active site in AcoP might underlie its rare electronic and redox features. The function of such a protein in the respiratory chain of A. ferrooxidans has subsequently raised our curiosity. It was shown that AcoP interacts with cytochrome c and the cytochrome c oxidase. We showed that AcoP could act as a linker between the cytochrome c and the cytochrome c oxidase, by recruiting the former, and could also participate in the electron transfer between these two partners. This work shows how exploring biodiversity leads to the discovery of new systems that allow life in extreme environments, as well as of new proteins with remarkable features.