Le complexe NADPH oxydase est un élément essentiel de l’immunité inné. Présent dans les cellules phagocytaires (neutrophile), sa fonction est de produire massivement, dans le phagosome, des anions superoxyde et générer ainsi des espèces encore plus réactives de l’oxygène qui vont détruire acides nucléiques, lipides et protéines des bactéries phagocytées. Le cœur membranaire catalytique du complexe NADPH oxydase est constitué d’un hétérodimère membranaire, le cytochrome b₅₅₈ (Cyt b₅₅₈). Après activation de celui-ci par les partenaires protéiques cytosoliques p47phox, p67phox, p40phox et Rac, une succession de réactions de transferts d’électron de part et d’autre de la membrane a lieu au sein du Cyt b₅₅₈ pour aboutir à la réduction du dioxygène de manière très contrôlée. Afin de mieux comprendre cette régulation, nous nous sommes d’abord intéressés aux stéreoisomères trans de l’acide arachidonique, activateur naturel de cet enzyme (cis), sur le fonctionnement de la NADPH oxydase et avons abordé cette étude parallèlement sur du Cytb₅₅₈ d’origine bovine présent dans des membranes de neutrophiles et dans des membranes de levures exprimant le Cytb₅₅₈ de manière hétérologue. Nous avons montré que la géométrie joue un rôle important sur l’activation du complexe enzymatique. Dans un deuxième temps, afin d’étudier le rôle de l’environnement membranaire sur le fonctionnement de la NADPH oxydase, nous avons déterminé les propriétés cinétiques et thermodynamiques de l’activité NADPH oxydase du Cytb₅₅₈ recombinant exprimé en levures, purifié, puis reconstitué en liposomes de composition lipidique variée. Après comparaison avec ces mêmes propriétés obtenues pour le Cytb₅₅₈ dans les membranes plasmiques et du réticulum endoplasmique de levures, nous avons montré que l’activité NADPH oxydase très sensible à la température peut être modulée par la composition et l’état physique de la membrane. / NADPH oxidase complex is a major actor of both antimicrobial host defense and inflammation by generating highly regulated superoxide anion, rapidly converted into reactive oxygen species (ROS). The NADPH oxidase complex consists of a heterodimeric integral membrane flavocytochrome b₅₅₈ and three cytosolic components p67phox, p47phox and p40phox, and the small GTP binding protein Rac. In response to a cellular stimulus, cytosolic proteins are recruited to the phagosomal membrane where they are assembled with the Cytb₅₅₈ to form the active NADPH oxidase. The aim of the work was to better understand the modulation of superoxide anion production by this enzyme. For this purpose, we performed experiments with both bovine neutrophil membranes and yeast membranes expressing the bovine recombinant Cytb₅₅₈. We first investigated the effect of the trans-isomerization of the cis-arachidonic acid, the activator of NADPH oxidase in vitro and showed that specific geometry of the activator plays an important role in the activation of the complex. We also studied the role of the membrane environment on the functioning of NADPH oxidase and determined the kinetics and thermodynamics of NADPH oxidase activity depending on the lipid composition of Cytb₅₅₈ proteoliposomes. Comparison with these properties obtained with recombinant Cytb₅₅₈ embedded into endoplasmic reticulum and plasma membranes, we showed that the NADPH oxidase activity is highly temperature dependent and can be modulated by the lipid environment and the physic state of the membrane.

La mutagénèse dirigée et la transfection stable dans le modèle cellulaire X-CGD PLB-985 ont été utilisées pour étudier les mécanismes moléculaires du dysfonctionnement de l'oxydase dans 3 cas de CGD-X+ (H303N /P304R, D500G, L505R), 1 cas de X–-CGD (S193F) et le rôle de 2 domaines de Nox2 191TSSTKTIRRS200 et 484DESQANHFAVHHDEEKD500. Les mutations H303N, P304R et D500G inhibent l'assemblage et l'activité de l'oxydase. La mutation L505R diminue partiellement l'affinité de Nox2 pour NADPH et son interaction avec p67phox in vitro. Cependant cet acide aminé n'est impliqué dans la fixation directe du NADPH. La boucle D et la région (484-504) sont essentielles à l'activité oxydase. Seule la région C-terminale est impliquée dans l'assemblage de l'oxydase et le transfert électronique du NADPH vers FAD. La boucle D des Nox1/3/4 est fonctionnelle pour l'activité oxidase de Nox2. Le modèle-3D de la partie C-terminale de Nox2 confirme l'importance de l'hélice-alpha dans l'activation du complexe oxydase.

La NADPH-oxydase phagocytaire, responsable de la production d'anions superoxydes microbicides, résulte de l'assemblage des protéines cytosoliques avec le cytochrome b558 membranaire redox formé de Nox2 et p22phox. Nous avons mis en évidence précédemment que le remplacement de la boucle D de Nox2 par celle de Nox4 (mutant D-loopNox4-Nox2) était à l'origine d'une " super-activité " oxydase. Le présent travail a consisté à élucider les mécanismes moléculaires à l'origine de la super-activité oxydase de ce mutant. Le mutant présente une activité oxydase ex vivo 2 à 8 fois supérieure à celle de cellules PLB-985 WT-Nox2, en réponse aux stimuli solubles et particulaires. Cette suractivité est plus importante en réponse à l'ionomycine et au facteur chimiotactique fMLF, dont les voies d'activation impliquent une augmentation du taux de Ca2+i. Cette suractivité a également été mise en évidence dans un système simplifié in vitro contenant uniquement les protéines purifiées du complexe oxydase et activé par l'acide phosphatidique. L'activité oxydase du mutant ex vivo présente une sensibilité accrue à un influx de calcium. Le cytochrome b558 muté est moins sensible aux événements de phosphorylation dépendant d'ERK1/2 durant l'activation par le fMLF. Ainsi, la suractivité du mutant D-loopNox4-Nox2 pourrait provenir d'une modification de la conformation de Nox2 mutée, favorisant l'état activé du complexe oxydase. De plus, la super-activité du mutant améliore son pouvoir bactéricide vis-à-vis de la souche atténuée P. aeruginosa PAO1. Enfin, nous avons pu mettre en évidence l'existence de deux phases distinctes et interdépendantes dans le processus de bactéricidie de ce microorganisme.