Dissection des interactions moléculaires de la glutarédoxine S15 mitochondriale chez les plantes

Dissecting the molecular interactions of mitochondrial glutaredoxin S15 in plants

• Auteur / Autrice : Loïck Christ
• Direction : Nicolas Rouhier, Jérémy Couturier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie et écologie des forêts et des agrosystèmes
• Date : Soutenance le 28/06/2023
• 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 : Claire Remacle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Rouhier, Jérémy Couturier, Sandrine Ollagnier-De Choudens, Benoît D'Autréaux, Claude Didierjean
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Ollagnier-De Choudens, Benoît D'Autréaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glutarédoxines

Dynamique moléculaire

Arabidopsis thaliana

Mitochondries végétales

Centres fer-soufre

Thiorédoxine

Mots clés libres

Glutarédoxine

Centre fer-Soufre

NFU

BOLA

Mitochondrie

Arabidopsis

Glutaredoxin

Iron-Sulfur cluster

NFU

BOLA

Mitochondria

Arabidopsis

Résumé

Les glutarédoxines sont des protéines retrouvées chez la plupart des organismes vivants et faisant partie de la superfamille des thiorédoxines. Elles interviennent généralement dans la régulation redox via la catalyse de réactions de glutathionylation ou de déglutathionylation, ou dans l’homéostasie du fer via leur capacité à lier et transférer un centre fer-soufre (Fe-S). La glutarédoxine S15 d’Arabidopsis thaliana (GRXS15) joue un rôle central dans la machinerie mitochondriale d’assemblage des centres Fe-S (ISC), à l’interface entre la maturation des protéines à centre [2Fe-2S] et la synthèse des centres [4Fe-4S]. Sa capacité à lier un centre Fe-S est dépendante de l’état redox de son unique cystéine, dont les caractéristiques ont par conséquent été étudiées. Il a notamment été montré que la cystéine de GRXS15 est susceptible de subir différents types d’oxydation réversibles pouvant affecter sa fonction au sein de la machinerie ISC. D’autre part, les glutarédoxines de classe II sont généralement capables de former des hétérodimères liant un centre [2Fe-2S] avec les protéines BOLA. Les expériences réalisées ont permis de montrer que les isoformes mitochondriales, BOLA1 et BOLA4, sont effectivement capables de former un hétérodimère liant un centre Fe-S en interaction avec GRXS15. De plus, les résultats suggèrent que l’hétérocomplexe GRXS15-BOLA4 est capable de transférer son centre [2Fe-2S] afin de permettre la formation d’un centre [4Fe-4S] sur le facteur de maturation tardif NFU4. Par ailleurs, des analyses de complémentation fonctionnelle d’un mutant de levure grx5, effectuées avec plusieurs variants ou chimères de la GRXS15 d’A. thaliana, n’ont pas permis d’identifier les déterminants moléculaires sous-jacents à l’absence de complémentation fonctionnelle par l’isoforme de peuplier observée précédemment, même si l’importance d’un résidu impliqué dans la fixation du glutathion a été confirmée. Enfin, une expérience de co-immunoprécipitation a permis d’isoler et d’identifier plusieurs partenaires potentiels de GRXS15. Parmi eux, se trouvent des membres de la machinerie ISC, mais également des sous-unités de complexes protéiques dont l’activité est impactée dans des lignées d’A. thaliana sous-exprimant GRXS15. Tous ces résultats pourraient suggérer l’existence d’une activité redox, en plus de l’activité de transfert de centre Fe-S.

Glutaredoxins are ubiquitous proteins present in most organisms and part of the thioredoxin superfamily. They are generally involved either in redox regulation owing to their ability to catalyze glutathionylation or deglutathionylation reactions, or in iron homeostasis through their ability to bind and transfer an iron-sulfur (Fe-S) cluster. The mitochondrial glutaredoxin S15 from Arabidopsis thaliana (AtGRXS15) plays an essential role in the iron-sulfur cluster (ISC) machinery, being at the interface of [2Fe-2S] protein maturation and [4Fe-4S] cluster synthesis. Its ability to bind an Fe-S cluster depends on the redox state of its unique cysteine, the characteristics of which were therefore studied. Noteworthy, it has been shown that GRXS15 can undergo different types of reversible oxidation that could affect its function in the ISC machinery. Additionally, it was shown that monothiol glutaredoxins generally form heterodimeric complexes with BOLA proteins binding a [2Fe-2S] cluster. We have shown that the mitochondrial isoforms, BOLA1 and BOLA4, can form heterodimeric complexes with GRXS15 binding an Fe-S cluster. In addition, functional complementation analyses of a yeast grx5 mutant with several variants or chimeras of A. thaliana GRXS15 failed to identify the molecular determinants underlying the lack of functional complementation by the poplar isoform previously observed, although the importance of a residue involved in glutathione binding was confirmed. Finally, a co-immunoprecipitation experiment allowed to isolate and identify several potential partners of GRXS15 and among them, members of the ISC machinery, but also subunits of protein complexes whose activity is impacted in A. thaliana lines under-expressing GRXS15. These results might suggest the existence of a redox activity in addition to a role in the transfer of Fe-S clusters.