Bacillus cereus est une bactérie aéro-anaérobie facultative à Gram positif ubiquiste pouvant s’adapter à de nombreux environnements et s’y développer. C’est un agent pathogène de l’homme capable de produire tout un éventail de protéines extracellulaires et de toxines jouant un rôle majeur dans la pathogénicité de ce micro-organisme. B. cereus croit suivant un métabolisme de type respiratoire en aérobiose et fermentaire en anaérobiose en l’absence d’accepteur final d’électrons. En aérobiose, la chaine respiratoire est une source majeure des dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) endogènes. En anaérobiose, les ROS endogènes sont générés en réponse au stress oxydant secondaire au stress nutritionnel et au stress réducteur, lorsque les cultures sont réalisées à bas potentiel d’oxydo-réduction (POR). Les résidus méthionines (Met) sont particulièrement sensibles à l’oxydation par les ROS. L’oxydation des Met conduit à la formation de méthionine sulfoxyde (Met(O)), un dérivé oxydé stable détectable par spectrométrie de masse (MS). L'oxydation des résidus Met est réversible : leur réduction est catalysée par des méthionines sulfoxyde réductases (Msr). Pour déterminer le rôle de l’oxydation des résidus Met, nous avons réalisé une étude exhaustive par MS de la dynamique de l’exoprotéome de la souche ATCC 14579 (pBClin 15) de B. cereus en aérobiose (pO2 = 100%) et en anaérobiose (pO2 = 0%) à haut (POR initial = +140 mV) et bas potentiel redox (PORi= -350 mV). Les résultats ont montré que la dynamique des toxines était représentative de la dynamique de l’exoprotéome à la fois en termes d’abondance relative de protéines et d’oxydation des Met dans les trois conditions testées. L’analyse des résultats suggèrent que (i) l’abondance des toxines et leur taux de méthionines oxydés reflètent le niveau d’oxydation cellulaire et (ii) la sécrétion de toxines au cours de la croissance cellulaire contribue au maintien de l'homéostasie redox intracellulaire en piégeant les ROS endogènes, en particulier en phase active de croissance en aérobiose et en fin de croissance en anaérobiose. Pour étayer l’hypothèse selon laquelle, les Met des protéines extracellulaires, et des toxines en particuliers sont des composants de la machinerie cellulaire antioxydante, nous avons construit une souche mutante ne synthétisant plus MsrAB et comparer le protéome et l’exoprotéome de cette souche mutante avec celle de la souche parentale en aérobiose et anaérobiose à haut POR. Cette étude a mis en évidence l’implication de MsrAB mais également du plasmide cryptique pBClin15 dans la sécrétion des toxines et le maintien de l'homéostasie redox intracellulaire / Bacillus cereus is a Gram-positive aerobic or facultative anaerobic worldwide-distributed bacterium. In addition, B. cereus is a human pathogen able to produce a range of extracellular enzymes and toxins playing a major role in the virulence of the bacteria. In presence of oxygen, B. cereus performs respiration. Without oxygen or other electron acceptors, it performs mixed-acid fermentation. Under aerobiosis, the respiratory electron transport chain is a major source of endogenous reactive oxygen species (ROS). Under anaerobiosis, endogenous ROS are generated in response to reductive stress (mainly under high-reductive anaerobiosis) and to starvation (nutrient stress), i.e. in response to secondary oxidative stresses. Methionine residues (Met) of proteins are vulnerable to oxidation by free radicals. Oxidation of Met leads to the formation of methionine sulfoxide (Met (O)), a stable by-product detectable by mass spectrometry (MS). Met(O) can be reduced back to Met by the action of methionine sulfoxide reductase (Msr). To determine the role of oxidation of Met residues, B. cereus exoproteome time courses were monitored by MS under low oxidation-reduction potential (ORP) anaerobiosis (initial ORP = +140 mV and pO2 = 0%), high-ORP anaerobiosis (iORP = -350 mV and pO2 = 0%), and aerobiosis (pO2 = 100%). The results indicated that toxin-related proteins were the most representative of the exoproteome changes, both in terms of protein abundance and their Met(O) content in the presence and in the absence of oxygen. The analysis results suggest that (i) the abundance of toxins and their oxidized methionines rates reflect the cellular oxidation level and (ii) the secretion of toxins during growth helps to maintain redox homeostasis by keeping endogenous ROS at bay, during the exponential growth phase under aerobic conditions and at the end of growth under anaerobiosis. To support our hypothesis that Met residues of extracellular proteins, particulars of toxins are components of the cellular machinery antioxidant, we constructed a mutant strain by deleting the gene of MsrAB and compare the cellular proteome and exoproteome of this mutant strain with the wild-type strain under aerobiosis and high-ORP anaerobiosis. This study highlighted the involvement of MsrAB but also pBClin15 plasmid in the secretion of toxins and maintain of the intracellular redox homeostasis.

Plusieurs facteurs conduisent à la génération de radicaux libres oxydants dans les organismes qui endommagent les biomolécules et en particulier les protéines du vivant. L’une des cibles de l’oxydation dans les protéines est la méthionine (Met). Son oxydation provoque des effets très dommageables, comme la maladie d’Alzheimer ou les maladies à prion. Nous avons étudié la réaction des radicaux hydroxyle (•OH) et de l’état triplet de la 3-carboxybenzophénone (3CB*) avec ces peptides. Le but de ce travail était de caractériser les espèces transitoires et les produits stables formés après oxydation radiolytique et photolytique de peptides contenant la Met (les dipeptides contenant de la Met et les pepetides plus longs tels que la bradykinine, une hormone humaine importante impliquée dans la diminution de la pression artérielle). Nous avons utilisé la photolyse éclair laser (LFP) et la radiolyse pulsée (PR) (pour les espèces transitoires de courte durée de vie), tandis que la radiolyse gamma et la photolyse continue (pour obtenir une caractérisation des produits stables). Les modifications structurelles ont été caractérisées par des techniques de HPLC et par couplage de la spectrométrie de masse (MS) et la détection par spectrométrie infrarouge couplée à la MS (IRMPD, CLIO laser à électrons libres). En outre, il nous a paru intéressant d’étudier deux autres dérivés de la benzophénone (BP), l’oxybenzone (OXB) et le sulisobenzone (SB), qui sont largement utilisés dans les produits de protection solaire commerciaux. En effet, l’application d’écrans solaires est controversée car certaines études épidémiologiques ont indiqué un risque accru de mélanome malin pour leurs utilisateurs. L’oxydation de dipeptides contenant Met par les radicaux •OH ou photosensibilisée par la ³(CB)* a conduit à la formation de radicaux cations centrés sur le soufre de la Met (>S•⁺) qui ont été en outre stabilisés par la formation de liaison deux centres à trois électrons (S∴Y)⁺, Y étant un atome possédant un doublet libre, ou qui ont subi une déprotonation donnant les radicaux contrés sur le carbone en α (α-S). L’oxydation des dipeptides par •OH a abouti à la formation de sulfoxyde de Met (MetSO) en tant que produit principal. Sans aucun doute, l’identification et la caractérisation des MetSO en solutions désoxygénées contenant la catalase est une étape importante dans la quête de produits stables. Toutefois, dans certains cas, d’autres produits ont été identifiés. En ce qui concerne, les produits stables de photolyse, ce sont des adduits avec le groupement 3CB, probablement résultant de la réaction de recombinaison radical-radical. Un autre produit formé au cours de la photolyse était 3CB-3CB résultant d’une photo-addition, qui a une structure similaire à celle du produit d’irradiations de la BP. Tous les produits identifiés (MetSO et la photo-adduits) ont été formés à partir des radicaux α-S par l’intermédiaire d’une dismutation ou une réaction avec 3CBH•/3CB•⁻. L’oxydation de la Met-Lys-bradykinine (MKBR) a abouti à la formation de photo-adduits similaires par réaction sensibilisée avec 3CB. L’oxydation induite de MKBR par •OH a abouti à plusieurs produits, en accord avec la non sélectivité des radicaux •OH. L’un des principaux produits est le MetSO et la phénylalanine hydroxylée. Notons que l’arginine n’est pas oxydée. Enfin, la photolyse de SB et OXB a été étudiée à l’aide de photolyse éclair au laser femto-et nanoseconde, ainsi que l’oxydation à un électron de ces molécules par radicaux •OH ont été réalisées en PR. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux d’autres dérivés de la BP. L’état singulet excité subit un quenching à 100 % par transfert de proton intraomléculaire à l’état excité (ESIPT) en milieu aprotique et en milieu non polaire. Dans le cas d’un solvant polaire, la formation de radicaux phénoxyles a été identifiée. La réactivité des filtres solaires UV-excité vers dérivés simples de méthionine est également en cours d’étude. / Several factors (radiation, metabolism, pollutants) lead to the generation of oxidizing free radicals in living organisms that damage all biomolecules and especially proteins. One of the protein targets is Methionine (Met). Its oxidation causes highly damaging effects, such as Alzheimer’s or prion disease. The aim of this work was to investigate the transient species and the stable products formed after radiolytic and photolytic oxidation of Met-containing peptides. The reaction of hydroxyl radicals (•OH) and 3-carboxybenzophenone triplet state with Met-residue in peptides was investigated for model compounds (Met-dipeptides) and for longer peptides (e.g. Bradykinin). Laser flash photolysis and pulse radiolysis were used to characterize short-lived transient species, while gamma radiolysis and steady-state photolysis were used for quantitative and qualitative characterization of stable products. The structural modifications induced by oxidation have been characterized by the HPLC coupled with mass spectrometry and Infrared Multi Photon Dissociation Spectroscopy (IRMPD, CLIO Free electron laser). The oxidation of investigated Met-containing compounds by •OH or 3CB* led to the formation of S-centered radical cation >S•+ on Met-residue, that were further stabilized by formation of two-centered three-electron bond (S∴Y)+ or underwent the deprotonation reaction yielding the α-(alkylthio)alkyl radicals (α-S). The oxidation of Met-containing dipeptides by •OH radicals yielded the formation of Met sulfoxide (MetSO) as a main product. Undoubtedly, the identification and characterization of MetSO in deoxygenated solutions containing catalase was a milestone in investigation of stable products. However, in some cases, other products were identified. The stable products of photolysis were adducts with 3-carboxybenzophenone moiety, resulting from radical recombination reaction. Another identified product formed during photolysis was 3CB-3CB benzpinacol photoadduct, which has similar structure to the product of BP irradiations. Identified products (MetSO and the photo-adduct) were formed from the α-S via disproportionation or reaction with 3CBH•/3CBH•⁻. The oxidation of Met-Lys-Bradykinin (MKBR) yielded formation of similar photo-adducts via sensitized reaction with the 3CB*. The •OH induced oxidation of MKBR yielded several products, e.g. the sulfoxide and hydroxylated phenylalanine. In addition, other derivatives of benzophenone (oxybenzone (OXB) and sulisobenzone (SB)) were investigated due. They are widely used in commercial sun-protecting products dp to their unique photophysical properties. However the application of sunscreens awakes controversies because some epidemiological studies indicated an increased risk of malignant melanoma for their users. Photo-instability of sunscreen filters would result in reduced protection and may produce reactive free radicals or mutagens. In addition, the reactions of the sunscreens with oxygen free radicals e.g. hydroxyl radicals are likely to arise and they were not yet sufficiently documented. Finally, the radiolytic and photolytic properties of SB and OXB were investigated using femto-and nanosecond laser flash photolysis. Pulse radiolysis studies of the oxidation of those molecules by •OH radicals were performed. The results obtained for SB and OXB were compared to several other benzophenone derivatives. The results shown the formation of excited singlet state that was deactivated efficiently via the Excited State Intramolecular Proton Transfer (ESIPT). In case of polar solvent, the formation of trace amounts phenoxyl radicals was identified, while for nonpolar media those radicals were not observed. The reactivity of UV-excited sun filters towards simple derivatives of Met was also investigated, however, this topic requires further and more detailed investigations.

Les Méthionine sulfoxyde réductases (Msr) catalysent la réduction spécifique des méthionine sulfoxydes (Met-O) en méthionines (Met). Elles sont impliquées dans la résistance des cellules à un stress oxydant et dans la virulence des bactéries pathogènes du genre Neisseria. Cette famille d'enzyme se compose de trois classes, les MsrA et B, structuralement distinctes, et présentant une stéréosléctivité respectivement pour l'isomère S et R de la fonction sulfoxyde du substrat. Une troisième classe, découverte récemment, et appelée fRMsr, catalyse la réduction spécifique de la forme libre de l'isomère R de la fonction sulfoxyde. La fRMsr appartient à la famille des domaines GAF, généralement impliqués dans la signalisation cellulaire, et les fRMsr représentent le premier domaine GAF présentant une activité enzymatique. Les études réalisées au cours de ma thèse sur la fRMsr de Neisseria meningitidis ont permis de montrer que : 1) fRMsr de N. meningitidis présente un mécanisme catalytique identique à MsrA/B avec la formation d'au moins un pont disulfure intramoléculaire Cys84-Cys118 réduit par la thiorédoxine (Trx) ; 2) La Cys118 est le résidu catalytique sur lequel l'intermédiaire acide sulfénique doit se former ; 3) L'étape réductase est l'étape cinétiquement déterminante du mécanisme à deux étapes conduisant à la formation du pont disulfure Cys84-Cys118. La combinaison de l'analyse des résultats cinétiques, et de la structure tridimensionnelle de la fRMsr de N. meningitidis en complexe avec le substrat ont permis de montrer : 1) L'existence d'un site de reconnaissance oxyanion impliqué dans la stabilisation de la fonction carboxylate ; 2) Un rôle de la fonction carboxylate du résidu Asp143 dans la catalyse de l'étape réductase ; 3) Le résidu Glu125 est impliqué dans la reconnaissance et/ou le positionnement du substrat Met-O probablement via la stabilisation du groupement NH3+ ; 4) Un rôle du résidu Asp141 dans le positionnement des résidus Asp143 et Glu125 ; 5) le noyau indole du Trp62 est impliqué dans la stabilisation du groupe méthyle-[epsilon] / Methionine sulfoxide reductases (Msr) catalyze the specific reduction of methionine sulfoxides (Met-O) into methionine (Met). They are involved in cell defences against oxidative stress and virulence of pathogenic bacteria of Neisseria genius. This family of enzymes consists of three classes, MsrA and MsrB, structurally-unrelated, Specific for the S and the R epimer of the sulfoxide function of the substrate, respectively. A third class, recently discovered and called fRMsr, selectively reduce the free form of the R epimer of the sulfoxide function. The fRMsr belongs to the family of GAF domains, they are usually involved in cell signaling, and fRMsr represent the first GAF domain to show enzymatic activity. The studies of the Neisseria meningitidis fRMsr have shown that: 1) The Neisseria meningitidis fRMsr have a identical catalytic mechanism to MsrA and MsrB with the formation of at least one intramolecular disulfide bond, Cys84-Cys118 reduced by thioredoxin (Trx) ; 2) The Cys118 is demonstrated to be the catalytic Cys on which a sulfenic acid is formed ; 3) The Reductase step is the rate determining step of the mechanism leading to the formation of the disulfide bond Cys84-Cys118. The combination of the biochemical and kinetics data, and the examination of the 3D structure of the N. meningitidis fRMsr in complex with its substrate shown: 1) an oxyanion hole involved in the accommodation of the carboxylate group ; 2) the carboxylate group of the Asp143 residue involved in the catalysis of step reductase, and 3) The Glu125 residue involved in the recognition and/or positioning of the Met-O probably by the stabilization of the NH3+; 4) the Asp141 residue involved in the positioning of Asp143 and Glu125 residues ; 5) the indole ring of the Trp62 residue involved in stabilizing of the epsilon-methyl group

Methionine sulfoxide reductase A (MSRA) and MSRB are responsible for the repairing of methionine-R-sulfoxide (Met-S-SO) and methionine-S-sulfoxide (Met-R-SO) back to me-thionine, respectively. Five MSRA isoforms and four MSRB isoforms are discovered in the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii. Whether high light regulates CrMSR ex-pression via photosynthetic electron transport (PET) was examined. By checking the se-quence of PCR product of each isoform, quantitative real-time primers were designed for discrimination of isoform expression. Light ≥ 300 £gE m-2 s-1 and PET inhibitors inhibited PSII activity (Fv/Fm, Fv´/Fm´) and photosynthetic O2 evolution rate, particularly 1,000 £gE m-2 s-1, in which it did not recover after 3 h. A transfer to dark decreased CrMSRA2, CrMSRA3, CrMSRB1.1, CrMSRB1.2, CrMSRB2.1 mRNA levels but increased CrMSRA4 mRNA levels. When exposed to 50, 300, 600, or 1,000 £gE m-2 s-1, CrMSRA2, CrMSRA3, CrMSRA5, CrMSRB1.1, CrMSRB2.1 and CrMSRB2.2 mRNA levels increased as light ≥ 300 £gE m-2 s-1, and concomitantly CrMSRA4 mRNA level decreased. Changes in mRNA levels increased as light intensity increased. The treatment of 3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea (DCMU) in 1,000 £gE m-2 s-1 inhibited high light effect, and the treatment of 2,5-dibromo-3-methyl-6- isopropyl-p- benzoquinone (DBMIB) in 50 £gE m-2 s-1 increased CrMSRA3, CrMSRA5 and CrMSRB2.2 mRNA levels but decreased CrMSRA4 mRNA level. The application of phena-zine methosulfate (PMS), an electron donor to P700+ that promotes cyclic electron transport, in 300 £gE m-2 s-1 enhanced the increase of CrMSRA3 and CrMSRA5 mRNA levels by high light but inhibited the decrease of CrMSRA4 mRNA level, reflecting a role of cyclic PET. The above results let us to draw a conclusion that plastoquinone as reduced status mediates the expression of CrMSRA3, CrMSRA4, CrMSRA5 and CrMSRB2.2 by high light. The im-plication of linear electron transport and cyclic electron transport on the regulation of CrMSR gene expression will be discussed.We speculated that the high light up-regulation of CrMSR mRNA expression offers the resistance of Chlamydomonas to photooxidative stress.

Beneath glycation, oxidation reactions may take place at cereal proteins during production of malt. The extent of oxidative chemical changes at malt proteins has not yet been studied. In the present short communication, malt protein was characterized by the determination of free thiol groups and degree of methionine oxidation as well as the sites that are reactive to covalent modification by 2,4-dinitrophenylhydrazine (DNPH, “protein carbonylation”). Protein carbonylation in pale malts was around 1.5 nmol/mg protein and increased with increasing malt colour. Investigations on the protein pellet isolated for determination of carbonylation revealed that solubility and colour may disturb the quantification of carbonyl sites in roasted malts. Free thiols decreased with increasing malt colour already in pale malts (EBC < 10). The formation of methionine sulfoxide (MetSO) was intensified with increasing malt colour. An amount of 7–20% of methionine was converted to MetSO in pale and dark malt, whereas nearly 60% of methionine was oxidized to MetSO in roasted malts. The formation of methionine sulfone was negligible. This study shows that malt proteins suffer from oxidation during kilning, and future studies will have to show whether this supports the pro- or antioxidant activity of malt.