Un des principaux acteurs impliqués dans la régulation du statut redox intracellulaire, permettant aux plantes de s’adapter aux contraintes environnementales, est une famille multigénique de petites (12-14 kDa) oxydoréductases ubiquistes appelées thiorédoxines (TRX). Le génome d’Arabidopsis code une vingtaine de TRX canoniques dont neuf sont plastidiales (TRX f, m, x et y). Très étudiées dans notre laboratoire par des approches biochimiques, les TRX de types f et m apparaissent réguler majoritairement l’activité d’enzymes impliquées dans le métabolisme primaire tandis que les types x et y servir principalement de substrats réducteurs d’enzymes antioxydantes. Plus récemment, une dixième TRX, proposée plastidiale et nommée TRX z, a été identifiée. Au cours de ma thèse, j’ai caractérisé cette nouvelle TRX chloroplastique montrant des propriétés physico-chimiques inhabituelles, la rendant unique. En effet, la TRX z semble interagir, via des interactions électrostatiques, avec des protéines pour former des complexes de masses moléculaires élevées, potentiellement liés aux acides nucléiques. De plus, la TRX z, dont l’expression est induite à la lumière, principalement dans les tissus photosynthétiques, est la première TRX chloroplastique qui n’est pas réduite par le système FTR à la lumière mais qui peut être réduite par les autres TRX plastidiales, suggérant une interconnexion entre ces différentes TRX. D’autre part, une recherche exhaustive de cibles de la TRX z, par deux approches spécifiques et complémentaires (protéomique et double hybride), ont révélé 90 cibles putatives de la TRX z. La plupart de ces cibles, jamais identifiées comme cibles des TRX, sont impliquées dans la réponse de défense des plantes mise en place lors de stress biotiques. Ces résultats suggèrent que la TRX z pourrait être un élément clé dans la mise en place de ces réponses. L’analyse fonctionnelle préliminaire de la TRX z au cours de la réponse immune innée conforte cette hypothèse. L’ensemble de ces résultats indique que la TRX z pourrait jouer le rôle d’une protéine senseur de l’état d’oxydoréduction de la cellule. / One of the main actors involved in regulation of the cellular redox state, which allow plant adaptation to stress environmental conditions, is a multigenic family of small (12-14 kDa) ubiquitous oxidoreductases named thioredoxins (TRX). Arabidopsis encodes around twenty canonical TRX, including nine plastidial isoforms (TRX f, m, x and y). Extensively studied in our laboratory by biochemical approaches, TRX f and m was found to mainly redox regulate the activity of enzymes involved in the primary metabolism whereas TRX x and y serve as reducing substrates for antioxidant enzymes. More recently, a tenth TRX, predicted plastidial and named TRX z, was identified. During my PhD, I have characterized this new plastidial TRX showing unusual physicochemical properties, making it unique. Indeed, TRX z seems to interact, via electrostatic bonds, with proteins to form high molecular weight complexes, potentially linked to nucleic acids. Moreover, TRX z, which is expressed in green tissues in the light, is the first plastidial TRX which is not reduced by the FTR system but which can be reduced by other plastidial TRX, suggesting an interconnection between these TRX. Furthermore, a large scale inventory of TRX z targets, by two specific and complementary approaches (proteomic and yeast two hybrid), revealed 90 putative TRX z targets. Most of these, which have never been identified as TRX targets before, are implicated in plant defense response to biotic stresses. These results suggest that TRX z might be a key player in these responses. Preliminary functional analysis of TRX z during immune innate response reinforces this hypothesis. Altogether, these results indicate that TRX z appears as an important sensor of the redox status of the cell.

Les peroxydases à thiol jouent un rôle central dans la physiologie du peroxyde d’hydrogène (H2O2), un oxydant possédant une fonction de messager cellulaire. Ces enzymes catalysent la réduction de H2O2 par réaction avec une Cys catalytique, ce qui leur confère la capacité de jouer le rôle de détecteur et relais du message redox. Chez Saccharomyces cerevisiae, l’activation H2O2-dépendante du facteur de transcription Yap1, un régulateur clef de la réponse au stress oxydant, dépend de la formation de ponts disulfure intramoléculaires catalysés par la peroxydase à thiol Orp1, via la réaction de l’intermédiaire acide sulfénique avec une Cys de Yap1 pour former un complexe disulfure mixte. L’étude des mécanismes à l’origine de la spécificité de la réaction entre Orp1 et Yap1, et du rôle de la protéine Ybp1 comme partenaire essentiel de l’activation de Yap1, constitue la question centrale de ce travail. Nos résultats montrent que Ybp1 permet de recruter Yap1 et Orp1 au sein d’un complexe ternaire au sein duquel (i) la cinétique de la réaction entre les deux partenaires est fortement activée, et (ii) la compétition avec la formation d’un pont disulfure intramoléculaire dans Orp1 est inhibée. La spécificité de l’activation de Yap1 par H2O2 repose donc sur des mécanismes qui combinent à la fois la réactivité chimique intrinsèque de l’acide sulfénique, et la reconnaissance moléculaire entre Yap1, Orp1 et Ybp1 qui jouerait un rôle de protéine « de charpente ». Ces principes, assurant une activation rapide et spécifique des défenses antioxydantes de la levure Saccharomyces cerevisiae, pourraient s’appliquer à d’autres voies de signalisation dépendantes des peroxydases à thiol / Thiol-peroxidases play a central role in the physiology of hydrogen peroxide, an oxidant which can act as a cellular messenger. They catalyze H2O2 reduction by the very efficient reaction of a catalytic Cys residue, responsible for their ability to act as an H2O2 sensor and relay. In Saccharomyces cerevisiae, the H2O2-activation of the transcription factor Yap1, a key regulator of oxidative stress response, depends on the formation of intramolecular disulfide bonds catalyzed by the thiol peroxidase Orp1, through the reaction of the sulfenic acid intermediate with a Cys of Yap1 to form a mixed disulfide complex. Due to the high reactivity of the sulfenic acid species, several reactions can compete with Yap1. The study of the mechanisms underlying the specificity of the reaction between Orp1 and Yap1, and of the role of the Ybp1 protein as an essential partner of Yap1 activation, is the central question of this work. Our results show that Ybp1 can recruit Yap1 and Orp1 within a ternary complex that allows (i) strong activation of the reaction between the two partners and (ii) inhibition of the competition raised by the formation of an intramolecular disulfide bond within Orp1. The specificity of the activation of Yap1 by H2O2 therefore relies on mechanisms that combine intrinsic chemical reactivity of the sulfenic acid species and molecular recognition between Yap1, Orp1 and Ybp1, which would act as a scaffold. These principles, which afford rapid and specific activation of antioxidant defenses in Saccharomyces cerevisiae, could apply to other redox signaling pathways dependent on thiol peroxidase as a H2O2 sensor