Toxicité de l'oxygène : une approche du rôle biologique des superoxydes dismutases chez Escherichia coli

Biological role of superoxide dismutase in Escherichia coli

• Auteur / Autrice : Antoine Carlioz
• Direction : Danièle Touati
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 1988
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés contrôlés

Escherichia coli

Superoxyde dismutase

Oxygène

Mots clés libres

Toxicité de l'Oxygène

Radicaux libres

Mutants d'Escherichia coli

Séquence-structure

Résumé

Les superoxydes dismutases (SOD) sont des métalloprotéines, elles éliminent le radical 02-, premier des dérivés de l'oxygène, les responsables de la "Toxicité de l'oxygène". Escherichia coli possède une SOD à fer (FeSOD), synthétisée de façon constitutive, et une SOD à manganèse (MnSOD) inductible par l'oxygène. Dans le but d'étudier la fonction biologique de ces enzymes, nous avons construit par mutagénèse insertionnelle des mutants dépourvus de FeSOD (mutant sodB) ou de MnSOD (mutant sodA). En milieu riche, l'absence de l'une ou l'autre SOD a peu d'effet ; en milieu minimum, la croissance aérobie reste peu affectée mais la sensibilité au paraquat (producteur intracellulaire de radicaux 02-) est accrue, particulièrement pour le mutant sodA. Un double mutant totalement dépourvu de SOD a aussi été construit : il est hypersensible à l'oxygène au paraquat et au peroxyde d'hydrogène. En milieu minimum, la croissance n'est restaurée que si l'on ajoute les 20 acides aminés. Nous pouvons en conclure que l'absence de SOD chez E. Coli crée une sensibilité conditionnelle à l'oxygène. Par ailleurs, nous avons déterminé la séquence de sodB, gène de structure de la SOD à fer, et déduit celle de la FeSOD. A l'aide de ces données et d'une analyse cristallographique en rayons X, nous avons pu comparer la structure complète de la FeSOD de E. Coli à celle de la MnSOD de Thermus thermophilus : les homologies s'étendent de la structure primaire à la structure quaternaire, elles concernent également la conformation du site catalytique, la place et la nature des ligands des cofacteurs métalliques. Ces résultats révèlent que l'homologie de la famille des SOD à fer et à manganèse dépasse l'identité de leurs séquences.

Superoxide dismutases are metalloenzymes essential for cellular protection against oxygen toxicity; they scavenge the superoxide radical, 02-. . E. Coli possesses two types of SOD: an iron SOD (FeSOD) which is constitutive and a mangano SOD (MnSOD) which is inducible by oxygen. Ln order to study the biological role of these enzymes, we constructed (by insertion mutagenesis) mutants lacking FeSOD (sodB) or MnSOD (sodA). Ln rich medium, absence of either SOD had no major effect, while in minimal medium, aerobic growth was little affected but sensitivity to paraquat (an intracellular generator of 02- was increased, especially in sodA mutant. The double mutant sodAsodB was hypersensitive to oxygen, paraquat and hydrogen peroxide, and its growth on minimal medium was restored only by supplementing the medium with all the 20 amine acids. We conclude that absence of SOD in E. Coli creates a conditional sensitivity to oxygen. We also determined FeSOD structural gene sodB sequence and deduced from it that of the protein. These and X-rays cristallographie data allowed us to compare the structure of E. Coli FeSOD with MnSOD of Thermus thermophilus. Homologies extended from primary to quaternary structure, as well as to catalytic site conformation and the metal cofactor ligands. These similarities confirm the high homologies of the iron and mangano SOD's family.