Les thiorédoxines (TRX) sont des protéines ubiquistes à activité d'oxydoréductase de ponts disulfure de protéines dites " cibles ". Le génome d'Arabidopsis thaliana code une vingtaine de TRX canoniques dont 10 (divisées en 5 types : f, m, x, y et z) sont localisées dans les plastes. Les TRX f sont connues depuis plus de trente ans pour être des régulateurs centraux du métabolisme photosynthétique, mais les approches expérimentales récentes (protéomique, génétique inverse.) indiquent que ces protéines interviennent dans des métabolismes non photosynthétiques variés, notamment le cycle oxydatif des pentoses phosphate (COPP). Ce travail a consisté à analyser in vitro la capacité des TRX plastidiales à réguler les déshydrogénases du COPP qui assurent la majorité de la production de pouvoir réducteur (sous forme de NADPH) dans des conditions non-photosynthétiques. Les résultats obtenus ont été validés dans un système ferrédoxine/TRX reconstitué et ont permis de proposer un modèle de régulation stricte par certaines TRX de la glucose-6-phosphate déshydrogénase chloroplastique G6PDH1 où la TRX f assure la coordination des cycles réductif (cycle de Calvin) et oxydatif des pentoses phosphate. Des approches biochimiques et biophysiques ont permis de mettre en évidence plusieurs modifications de propriétés catalytiques et structurales faisant suite à la régulation redox de G6PDH1 et d'aborder les déterminants des spécificités de régulations. Ce travail in vitro a été complété par une caractérisation in vivo (basée sur l'utilisation de mutants perte de fonction) de l'importance des TRX y dans le contrôle de l'activité G6PDH racinaire, et les processus de germination. Les résultats obtenus suggèrent que, dans les graines, ce type de TRX interviendrait dans les processus de levée de dormance et de vieillissement via son interconnexion avec les mécanismes de détoxication des formes actives de l'oxygène.

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 thiorédoxines (TRX) sont des protéines ubiquistes à activité d’oxydoréductase de ponts disulfure de protéines dites « cibles ». Le génome d’Arabidopsis thaliana code une vingtaine de TRX canoniques dont 10 (divisées en 5 types : f, m, x, y et z) sont localisées dans les plastes. Les TRX f sont connues depuis plus de trente ans pour être des régulateurs centraux du métabolisme photosynthétique, mais les approches expérimentales récentes (protéomique, génétique inverse.) indiquent que ces protéines interviennent dans des métabolismes non photosynthétiques variés, notamment le cycle oxydatif des pentoses phosphate (COPP). Ce travail a consisté à analyser in vitro la capacité des TRX plastidiales à réguler les déshydrogénases du COPP qui assurent la majorité de la production de pouvoir réducteur (sous forme de NADPH) dans des conditions non-photosynthétiques. Les résultats obtenus ont été validés dans un système ferrédoxine/TRX reconstitué et ont permis de proposer un modèle de régulation stricte par certaines TRX de la glucose-6-phosphate déshydrogénase chloroplastique G6PDH1 où la TRX f assure la coordination des cycles réductif (cycle de Calvin) et oxydatif des pentoses phosphate. Des approches biochimiques et biophysiques ont permis de mettre en évidence plusieurs modifications de propriétés catalytiques et structurales faisant suite à la régulation redox de G6PDH1 et d’aborder les déterminants des spécificités de régulations. Ce travail in vitro a été complété par une caractérisation in vivo (basée sur l’utilisation de mutants perte de fonction) de l’importance des TRX y dans le contrôle de l’activité G6PDH racinaire, et les processus de germination. Les résultats obtenus suggèrent que, dans les graines, ce type de TRX interviendrait dans les processus de levée de dormance et de vieillissement via son interconnexion avec les mécanismes de détoxication des formes actives de l’oxygène. / Thioredoxins are ubiquitous thiol-disulfide oxidoreductases on target proteins. In Arabidopsis, many TRX isoforms are found, especially in plastids where 10 isoforms are found and subdivided into five types (f, m, x, y and z type).The f-type TRX is known for decades as a regulator of photosynthetic metabolism, but proteomics and genetics indicate that these proteins might regulate many non photosynthetic metabolic pathways, such as the oxidative pentose phosphate pathway (OPPP).In this work, I have examined in vitro the redox regulation of OPPP dehydrogenases by plastidial TRX, the OPPP being a major source of reducing power (as NADPH) in non-photosynthesizing conditions. Biochemical studies were reproduced in a reconstituted ferredoxin / TRX system, allowing to propose a new function for f-type TRX isoforms co-ordinating both reductive (Calvin cycle) and oxidative pentose phosphate pathways. Biochemical and biophysical approaches revealed several modifications of catalytic and structural properties accompanying the redox regulation of G6PDH1, the first dehydrogenase of the OPPP.In vivo studies, using reverse genetics were developed, to analyse the possible role of y-type TRX in the control of root G6PDH activity and germination physiology. Seeds of y-type TRX mutants display an altered behaviour in dormancy and aging. The possible role of y-type TRX in the control of seed germination through their antioxidant function is discussed.