Etude moléculaire de la protection contre le stress (photo)oxydatif par les caroténoides – CAROPROTECT

Les molécules de caroténoïdes jouent un rôle important dans la protection des organismes contre les dommages induits par la lumière. Quand les plantes sont soumises à un stress lumineux, elles mettent en place des pièges à énergie qui évacuent l'énergie excédentaire absorbée sous forme de chaleur. Des caroténoïdes, dont la zéaxanthine, jouent un rôle important dans ce mécanisme encore mal compris. Chez les cyanobactéries, nous avons montré que l'OCP (orange carotenoid protein, une protéine dont la fonction étaie encore inconnue), est impliquée, par le biais de mécanismes encore inconnus, dans la protection contre le stress photo-oxydatif. Enfin, la zéaxanthine joue un rôle essentiel dans la protection de la macula lutea humaine, dans laquelle elle est sélectivement transportée et accumulée à de fortes concentrations. Le but de ce projet est de comprendre les mécanismes qui permettent aux caroténoïdes d'assurer la défense contre le stress photo-oxydatif des organismes photosynthétiques et de la rétine humaine. Il implique l'utilisation de techniques de biochimie et de biologie moléculaire, combinées avec des spectroscopies optiques, électroniques et vibrationnelles, et d'imagerie Raman de résonance. La spectroscopie Raman de résonance est une méthode de choix pour étudier les caroténoïdes, car elle permet, in vivo, d'étudier finement la structure de ces molécules, leurs propriétés électroniques et (indirectement) les interactions intermoléculaires dans lesquelles ils sont impliqués. L'OCP est une petite protéine de structure connue qui lie un seul caroténoïde, l'hydroxyechinenone. Dans l'OCP ce caroténoïde possède des propriétés spectroscopiques et photochimiques particulières. L'étude de protéines OCP modifiées génétiquement nous permettra de déterminer les paramètres qui permettent la modulation des propriétés de ce caroténoïde. Par ailleurs, nous déterminerons le mécanismes qui permet à cette protéine de protéger les cyanobactéries contre le stress photo-oxydatif : s'agit-il de modulation photo-induite des propriétés de l'OCP, quel type de cycle photochimique est-il induit par l'éclairement, y a-t-il d'autres protéines impliquées dans ce mécanisme ? En cas de stress lumineux, chez les plantes, le caroténoïde violaxanthine est dé-époxydé en zéaxanthine. Cette dernière augmente la capacité des membranes photosynthétique à former des pièges à énergie. Nous étudierons comment ce caroténoïde assure cette fonction. En présence de violaxanthine, le piégeage de l'énergie est corrélé avec un changement de conformation protéique. Nous déterminerons si la zéaxanthine est directement impliquée dans la dissipation de l'énergie, ou si sa présence influence la structure des protéines photosynthétiques pour augmenter leur capacité à dissiper l'énergie. Enfin, nous étudierons le rôle de la zéaxanthine dans la macula lutea de l'œil humain. Le rôle précis de ce caroténoide est encore mal compris, mais sa disparition, ou dégénescence maculaire, est la première cause de cécité dans les pays occidentaux. Nous développerons un banc d'imagerie Raman pour la rétine humaine i) pour caractériser les propriétés électroniques de la zéaxanthine dans le tissus rétinien, ii) pour déterminer s'il existe des sous-populations de caroténoïdes possédant des propriétés électroniques particulières et iii) pour cartographier leur localisation. A plus long terme, ces études mèneront à la compréhension de la relation entre la présence des caroténoïdes et la protection de la rétine.