Reproduction de : Thèse doctorat : Chimie bioorganique : Reims : 2004. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. : 129 réf.

Reproduction de : Thèse doctorat : Discipline Biophysique-biochimie : Cergy-Pontoise : 2004. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p.161-171.

Thesis (doctoral)--Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, 2002.

Les caspases forment une famille de protéases à cystéine impliquées dans divers processus comme Fapoptose et l’inflammation. Durant l'apoptose, une forme de mort cellulaire programmée, les caspases initiatrices (caspases 8, 9 et 10) activent par protéolyse les caspases exécutrices 3 et 7. Ces dernières cliveront par la suite divers substrats cellulaires pour ainsi mener au démantèlement contrôlé de la cellule qui est propre à l'apoptose. Durant mon doctorat, je me suis intéressé à l’implication de la caspase 7 durant l'apoptose, autant la façon dont elle est activée que la manière dont elle reconnait ses substrats. D’abord, j'ai voulu étudier l'implication des sites de clivage du connecteur interdomaine (CID) de la caspase 7 dans son activation par les caspases initiatrices et les déterminants primaires sous-jacents impliqués dans cette activation. Cette étude a révélé l'importance de la localisation du site de clivage dans le CID de la caspase 7 pour une activation adéquate par les caspases initiatrices. La mutagénèse de ces sites nous a permis de constater que la séquence des sites chez la caspase 7 était presque optimale pour son activation par les caspases 8 et 9 et qu’il contient des déterminants importants pour l'activité enzymatique de la caspase 7. Mes travaux soulignent également l’importance de la longueur du CID pour l’activité pré-clivage de la caspase 8, mais pas de la caspase 7. En somme, ces travaux ont permis d’éclaircir l’importance des sites de clivage de caspase 7 pour sa reconnaissance par les caspases initiatrices et pour son activité catalytique. Ces travaux ont fait l'objet du premier article de cette thèse. Puis, je me suis intéressé à la reconnaissance de certains substrats de la caspase 7 par des sites de reconnaissance situés à l'extérieur de la pochette de liaison du substrat, les exosites. J'ai identifié un exosite situé dans le domaine N-terminal de la caspase 7 qui est principalement contenu dans une séquence polybasique de quatre résidus lysine (K38-41). Cet exosite améliore le clivage des protéines poly(ADP ribose) polymérase 1 (PARP-1) et p23 sans toutefois changer l’activité catalytique basale de la caspase 7. Il est transférable sur la caspase 3 et est capable de lier PARP-1 seul. Cet exosite est également utilisé lors de l'apoptose pour favoriser le clivage de certains substrats par la caspase 7. L’existence de ce site explique les différentes activités catalytiques des caspases 7 et 3 sur des substrats apoptotiques précis. En somme, ces travaux constituent la première démonstration de l'existence d'exosites chez les caspases. Mes travaux ont donc permis de mieux comprendre la caspase 7, autant les mécanismes de son activation que ceux qu’elle utilise pour choisir ces substrats apoptotiques.

Depuis 1991, année de mon recrutement au CNRS, mon activité de recherche est centrée sur l'étude d'une famille d'enzymes intervenant dans la biosynthèse protéique : les aminoacyl-tRNA synthétases. Mon travail s'est articulé autour de l'étude de leur organisation fonctionnelle et de la compréhension des bases moléculaires de la reconnaissance spécifique entre ces enzymes et leurs substrats. Des approches multidisciplinaires (biologie moléculaire, biochimie, cristallographie aux rayons X, enzymologie et génétique) ont été mises en œuvre pour une exploration globale de ces problèmes. Nous avons pu progresser dans la connaissance de deux enzymes modèles : l'aspartyl-tRNA synthétase et l'arginyl-tRNA synthétase, deux enzymes appartenant respectivement à la classe II et à la classe I des aminoacyl-tRNA synthétases. Nous avons localisé les sites de fixation des différents substrats, proposé des mécanismes catalytiques et sélectionné in vivo des variants d'aminoacyl-tRNA synthétases et de tRNAs aux propriétés de reconnaissance modifiées.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans les organismes photosynthétiques, la ferrédoxine:NADP oxydoréductase (FNR) fournit le NADPH nécessaire à l'assimilation du CO2, mais elle réduit aussi la ferrédoxine (Fd) à partir du NADPH. La cyanobactérie Synechocystis sp. PCC6803 contient deux isoformes de FNR : une forme courte (FNRS, 34 kDa) et une forme longue (FNRL, 46 kDa) qui est liée au phycobilisome (PBS), un complexe collecteur de lumière. Nous avons purifié un sous-complexe du PBS qui contient la FNRL (FNRL-PC) et comparé les propriétés enzymatiques de FNRL-PC à FNRS. Par rapport à FNRS, FNRL-PC présente des affinités plus faible/forte pour le NADPH/la Fd, conformément aux prédictions des activités relatives des deux isoformes. La plupart des différences observées sont attribuées à l'encombrement stérique amené par la phycocyanine dans FNRL-PC. En conditions de turnover multiple, les deux isoformes catalysent de la même manière la réduction de NADP+ et de plus le transfert d'électrons (TE) depuis Fdred est limitant à force ionique élevée. Lors d'études in vivo, nous avons observé une augmentation de l'oxydation du NADPH par TE respiratoire ou cyclique chez un mutant ne contenant que la FNRS et chez le type sauvage à faible CO2. Les mesures ont montré clairement que FNRS est impliqué dans ce TE alternative et nous proposons que FNRS constitue le module déshydrogénase de NDH-1. La localisation de la FNR et/ou la présence de substrats semblent être essentiels dans les rôles respectifs des isoformes de FNR in vivo. Des études futures devraient nous donner une vue plus complète des processus de TE in vivo et clarifier le rôle du TE dépendant du NADPH et favorisé par FNRS dans la réduction du pool de PQ

Les cytochromes P450 (P450) et la NADPH-cytochrome P450 réductase (CPR) sont les principaux acteurs du métabolisme des xénobiotiques chez les mammifères. La CPR est une protéine multidomaine formée de deux domaines catalytiques comprenant les cofacteurs FAD et FMN et reliés par un domaine de connexion. Grâce aux propriétés rédox de ses deux flavines, la CPR est capable de scinder le flux diélectronique du NADPH en deux transferts monoélectroniques vers les P450. Jusqu'alors, la CPR avait toujours cristallisé dans une conformation dite fermée, compatible avec un transfert interne du FAD au FMN, mais dans laquelle le FMN était tellement enfouie au cœur de la protéine qu'un transfert externe vers les P450 était inenvisageable. Le projet de cette thèse consistait à construire et analyser les caractéristiques structurales et biochimiques de CPR chimères constituées de domaines issues des CPR humaine et de levure. Ces chimères sont toujours fonctionnelles vis-à-vis d'accepteurs artificiels et naturels. Leurss constantes catalytiques, la vitesse des différents transferts d'électrons internes et externes, les potentiels standards de leurs cofacteurs ou encore leur stabilité vis-à-vis d'agents dénturants ou de la température ont été mesurés et comparés aux caractéristiques des CPR parentales. De plus, la structure cristallographique de l'une d'elle a pu être déterminée à 2,5 Å de résolution et dans une nouvelle conformation dite ouverte. Celle-ci prouve le caractère dynamique de cette protéine multidomaine, et pourrait correspondre à la conformation de la CPR au sein du complexe bimoléculaire CPR-P450 lors du transfert externe entre le FMN et le cytochrome. Les facteurs pouvant influencer ou dicter ces changements conformationnels ont été appréhendés grâce à des analyses d'enzymologie, de cinétiques rapides, de potentiométrie ou encore de dénaturation.

Functional metagenomic approach was performed using total environmental DNA extracted from a temperate forest soil sample and from an Antarctica soil sample. Searching for clones harbouring phenotypes related to the production of new hydrolytic enzyme allows the isolation of several new enzymes. Amongst them, an esterase and a cellulase, named RBest1 and RBcel1 respectively, were characterized. By accurate description of their catalytic proprieties these two new enzymes appear to present interesting features. The RBest1 esterase is an enzyme whose activity is stabilised or improved in presence of non water-miscible organic solvent. By sequence analysis, RBest1 is related to other organic solvent tolerant enzyme. Moreover, in aqueous buffer, RBest1 is highly specific for butyrate compound but surprisingly its specificity appears to be shifted in presence of organic solvent. The RBcel1 cellulase, was thoroughly characterized for its involvement both in cellulose degradation and production. Our data highlight the requirement for such enzyme in the bacterial cellulose synthesis process. According to our results, the mining of metagenomic libraries by functional screening associated to detailed description of the isolated enzymes gives hints for both ecological and microbiological questions.

Dans les organismes photosynthétiques, la ferrédoxine:NADP oxydoréductase (FNR) fournit le NADPH nécessaire à l'assimilation du CO2, mais elle réduit aussi la ferrédoxine (Fd) à partir du NADPH. La cyanobactérie Synechocystis sp. PCC6803 contient deux isoformes de FNR : une forme courte (FNRS, 34 kDa) et une forme longue (FNRL, 46 kDa) qui est liée au phycobilisome (PBS), un complexe collecteur de lumière. Nous avons purifié un sous-complexe du PBS qui contient la FNRL (FNRL-PC) et comparé les propriétés enzymatiques de FNRL-PC à FNRS. Par rapport à FNRS, FNRL-PC présente des affinités plus faible/forte pour le NADPH/la Fd, conformément aux prédictions des activités relatives des deux isoformes. La plupart des différences observées sont attribuées à l'encombrement stérique amené par la phycocyanine dans FNRL-PC. En conditions de turnover multiple, les deux isoformes catalysent de la même manière la réduction de NADP+ et de plus le transfert d'électrons (TE) depuis Fdred est limitant à force ionique élevée. Lors d'études in vivo, nous avons observé une augmentation de l'oxydation du NADPH par TE respiratoire ou cyclique chez un mutant ne contenant que la FNRS et chez le type sauvage à faible CO2. Les mesures ont montré clairement que FNRS est impliqué dans ce TE alternative et nous proposons que FNRS constitue le module déshydrogénase de NDH-1. La localisation de la FNR et/ou la présence de substrats semblent être essentiels dans les rôles respectifs des isoformes de FNR in vivo. Des études futures devraient nous donner une vue plus complète des processus de TE in vivo et clarifier le rôle du TE dépendant du NADPH et favorisé par FNRS dans la réduction du pool de PQ.