– Bacterialoxi

1- Contexte scientifique et objectifs du projet Les cytochromes oxydases sont les enzymes terminales de la chaîne respiratoire dans les mitochondries des cellules eucaryotes et chez les bactéries en catalysant le transfert d'électrons du cytochrome c à l'oxygène. Ce transfert d'électron est couplé à une translocation de protons à travers la membrane et contribue au gradient électrochimique nécessaire à la synthèse d'ATP en aérobie. Les oxydases terminales sont des complexes multiprotéiques contenant des cofacteurs (hèmes et ions métalliques). L'assemblage de leurs sous-unités requiert la coopérativité de nombreux facteurs. Des dysfonctionnements d'assemblage dans la biogenèse des oxydases sont associés à des maladies génétiques souvent sévères chez l'homme. L'utilisation d'un système biologique modèle comme la levure a conduit à l'identification d'un grand nombre de gènes impliqués dans ce processus, cependant, les mécanismes de cette biogenèse sont encore bien mal connus. Les modèles bactériens présentent des avantages à exploiter pour réaliser ces études et mieux connaître ces mécanismes biologiques essentiels. Curieusement, jusqu'à récemment la biogenèse des oxydases a été peu étudiée chez les bactéries. Notre projet concerne l'étude de ces mécanismes chez la bactérie modèle Rubrivivax gelatinosus. Cette bactérie est facilement manipulable génétiquement et présente l'avantage de pousser en anaérobiose par photosynthèse ou en aérobiose par respiration. Ces caractéristiques sont particulièrement intéressantes car elles facilitent l'obtention de mutants de déficience respiratoire. En outre, nous avons découvert que cette bactérie modèle possède non seulement une cytochrome oxydase de type procaryote (cbb3) mais aussi une de type mitochondrial (aa3) et plusieurs gènes d'assemblage trouvés chez les eucaryotes, incluant cox11, sco1, sco2, cox10, cox15, surf1 et surf2. En outre, jusqu'à alors, elle est la seule bactérie à posséder deux copies des gènes surf1et sco1 comme chez les eucaryotes. Notre but est donc d'assigner des rôles précis à ces protéines dans le processus de biogenèse des cytochromes oxydases. Nous pensons que ces études sur cette bactérie apporteront rapidement de nouvelles informations sur les mécanismes de biogenèse des oxydases terminales tant chez les procaryotes que chez les eucaryotes. 2- Description du projet, méthodologie Les gènes homologues des gènes d'assemblage eucaryotes seront manipulés pour étudier leur contribution au processus d'assemblage. L'effet des mutations nulles ou ponctuelles sur l'assemblage, l'intégrité et l'activité des oxydases sera analysé. Nous porterons nos efforts en particulier sur les gènes surF. Les rôles des protéines qu'ils codent chez les eucaryotes ne sont à ce jour pas élucidés bien que l'on sache que les gènes surF jouent un rôle important dans la biogenèse des oxydases et qu'ils sont impliqués dans des maladies humaines. Ce projet requiert une approche pluridisciplinaire: génétique moléculaire (intégrant les données génomiques), physiologie microbienne (photosynthèse et respiration), biochimie (concernant en particulier la purification et la caractérisation de protéines et de complexes membranaires transporteurs d'électron) et biophysique (essentiellement basées sur des méthodes spectroscopiques non invasives résolues en temps, permettant la mesure des transferts d'électron). 3- Résultats attendus Le rôle de chaque gène d'assemblage dans la biogénèse des cytochromes oxydases sera déterminé. Nous devrions pouvoir comprendre les mécanismes d'assemblage, en particulier en déterminant quelles sous-unités sont en interaction. Un modèle explicitant la séquence des événements conduisant à la mise en place des oxydases chez les procaryotes et chez les eucaryotes sera affiné. Il servira à tester le rôle des mutations identifiées dans des maladies humaines sur la mise en place et la fonctionnalité de ces oxydases.