Enzymologie du mécanisme de régulation des Peroxyrédoxines par suroxydation au cours de la signalisation cellulaire redox

Enzymology of the regulatory mechanism of Peroxiredoxins by hyperoxidation during redox cell signalling

• Auteur / Autrice : Alexandre Kriznik
• Direction : Sophie Rahuel-Clermont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 22/06/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale BioSE - Biologie, Santé, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie moléculaire et physiopathologie articulaire (Vandœuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Rouhier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Rahuel-Clermont, Corinne Lionne, Marie-Thérèse Giudici-Orticoni, Bastien Doumèche
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Corinne Lionne, Marie-Thérèse Giudici-Orticoni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse conformationnelle

Oxydation biologique

Régulation cellulaire

Acides sulfiniques

Peroxyrédoxine

Mots clés libres

Peroxyrédoxine

Acide sulfinique

Régulation redox

Suroxydation

Changement conformationnel

Peroxiredoxin

Sulfinic acid

Redox regulation

Hyperoxidation

Conformation change

Résumé

La suroxydation des peroxyrédoxines (Prx) est un mécanisme post-traductionnel essentiel impliqué dans la régulation et la signalisation cellulaire redox. Les Prx sont des peroxydases à thiol, qui réagissent avec les peroxydes pour former un intermédiaire acide sulfénique. Leur sensibilité à la suroxydation dépend de la compétition entre la réaction de sulfinylation et la formation d’un pont disulfure au cours du cycle peroxydase. Cette compétition est contrôlée par une transition conformationnelle entre deux conformations FF : structurée et LU : localement déstructurée. Dans ce projet, nous abordons le mécanisme de suroxydation de Tsa1, la principale Prx1 cytosolique de S. cerevisiae, par des analyses cinétiques à l'état pré-stationnaire en cinétique rapide, à l'état stationnaire et in vivo. Une phase cinétique correspondant à un changement de conformation associé à la transition FF/LU a été identifiée, montrant que la formation de l’acide sulfénique facilite cette transition. L’utilisation de mutants de sensibilité à la suroxydation altérée et de différents substrats peroxydes a permis de montrer que la sensibilité est découplée de l'étape de formation du pont disulfure et ne dépend que des constantes de vitesse de sulfinylation et de transition conformationnelle FF/LU. A partir de ces deux paramètres, nous pouvons prédire l'indice de sensibilité à la suroxydation CHyp1%, une prédiction démontrée in vitro et in vivo.

Peroxiredoxins from the Prx1 subfamily (Prx) are moonlighting peroxidases that operate in peroxide signaling and are regulated by sulfinylation. Prxs offer a major model of protein−thiol oxidative modification. They react with H2O2 to form a sulfenic acid intermediate that either engages into a disulfide bond, committing the enzyme into its peroxidase cycle, or again reacts with peroxide to produce a sulfinic acid that inactivates the enzyme. Sensitivity to sulfinylation depends on the kinetics of these two competing reactions and is critically influenced by a structural transition from a fully folded (FF) to locally unfolded (LU) conformation. Analysis of the reaction of the Tsa1 Saccharomyces cerevisiae Prx with H2O2 by Trp fluorescence-based rapid kinetics revealed a process linked to the FF/LU transition that is kinetically distinct from disulfide formation and suggested that sulfenate formation facilitates local unfolding. Use of mutants of distinctive sensitivities and of different peroxide substrates showed that sulfinylation sensitivity is not coupled to the resolving step kinetics but depends only on the sulfenic acid oxidation and FF-to-LU transition rate constants. From these two parameters, the relative sensitivities of Prxs toward hyperoxidation with different substrates can be predicted, as confirmed by in vitro and in vivo patterns.