Étude fonctionnelle de facteurs de maturation tardifs des protéines fer-soufre chloroplastiques chez A. thaliana

Functional study of chloroplastic iron-sulfur proteins late maturation factors in A. thaliana

• Auteur / Autrice : Mélanie Roland
• Direction : Nicolas Rouhier, Jérémy Couturier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie et écologie des forêts et des agrosystèmes
• Date : Soutenance le 27/11/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interactions Arbres Micro-organismes (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Gaymard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Rouhier, Jérémy Couturier, Sandrine Ollagnier-de Choudens, Béatrice Py, Claude Didierjean
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Ollagnier-de Choudens, Béatrice Py

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines recombinées

Centres fer-soufre

Chloroplastes

Biologie moléculaire

Mots clés libres

Chloroplaste

Centres Fe-S

NFU

SUFA

IBA57

Arabidopsis

Chloroplast

Fe-S cluster

NFU

SUFA

IBA57

Arabidopsis

Résumé

De nombreux processus cellulaires tels que la respiration, la photosynthèse, l'assimilation du soufre et de l'azote ou encore la synthèse de vitamines ou de métabolites secondaires, dépendent de protéines à centre fer-soufre (Fe-S). Chez les plantes, la maturation de protéines Fe-S chloroplastiques, mitochondriales et cytosoliques ou nucléaires repose sur les machineries SUF, ISC et CIA respectivement. Dans le chloroplaste, un centre Fe-S, assemblé sur un complexe d'échafaudage SUFBC2D, est transféré via un ensemble de protéines de transfert vers les protéines cibles. L’objectif était de comprendre le rôle des protéines de transfert SUFA1, IBA57.2 et NFU1 en analysant leur capacité à lier des centres Fe-S et en isolant leurs partenaires au sein de la machinerie SUF et parmi les cibles chloroplastiques connues afin d’élucider les mécanismes moléculaires de ces interactions. Les expériences de reconstitution de centres Fe-S in vitro à partir des protéines recombinantes ont montré que SUFA1, NFU1 et le complexe SUFA1-IBA57.2 lient différents types de centres Fe-S. De plus, NFU1 incorpore un centre [4Fe-4S] au sein d’un dimère qui peut être transféré vers SUFA1, mais aussi vers les protéines cibles ISPG et THIC, deux enzymes impliquées dans la synthèse des isoprénoïdes et de la thiamine. L’ensemble des interactions identifiées par double hybride en levure et/ou BiFC pour ces protéines, mais aussi pour NFU2, NFU3 et HCF101, ont permis d’affiner leurs rôles respectifs dans la maturation des quelques 50 protéines Fe-S chloroplastiques.

Numerous cellular processes such as respiration, photosynthesis, nitrogen and sulfur assimilation or vitamin and secondary metabolite synthesis, rely on iron-sulfur (Fe-S) proteins. In plants, the maturation of chloroplastic, mitochondrial and cytosolic or nuclear proteins depends on the SUF, ISC and CIA machineries respectively. In plastids, an Fe-S cluster is assembled on the SUFBC2D scaffold complex before being transferred to target proteins via transfer proteins. The objective was to understand the role of the SUFA1, IBA57.2 and NFU1 transfer proteins by analyzing their ability to bind Fe-S clusters and isolating their partners within the SUF machinery and among known chloroplastic targets in order to elucidate the molecular mechanisms of these interactions. In vitro Fe-S cluster reconstitution experiments using recombinant proteins have shown that SUFA1, NFU1 and the SUFA1-IBA57.2 complex bind different types of Fe-S clusters. In addition, NFU1 binds a [4Fe-4S] cluster within a dimer that can be transferred to SUFA1, but also to the target proteins, ISPG and THIC, two enzymes involved in the synthesis of isoprenoids and thiamine. All the interactions identified by yeast two-hybrid and/or BiFC for these proteins, but also for NFU2, NFU3 and HCF101, allowed refining their respective roles for the maturation of some of the 50 chloroplastic Fe-S proteins.