– BIOSUF

Les molécules soufrées sont présentes chez tous les organismes vivants où elles jouent des rôles essentiels. Parmi ces molécules on distingue les composés inorganiques, représentés majoritairement par les centres fer-soufre, et les composés organiques tels que l'acide lipoïque et la biotine. Le soufre étant un composé hautement réactif et potentiellement toxique, on comprend aisément que la biosynthèse des molécules soufrées dépende de machineries protéiques complexes et de réactions chimiques finement contrôlées. L'objectif du projet est de comprendre les caractéristiques mécanistiques, physiologiques et évolutives de ces voies de biosynthèse, en combinant des méthodes de génétique bactérienne, de chimie de protéines et de bio-informatique. Ces connaissances pourront avoir un impact tant sur le plan médical, puisque les mécanismes mis en jeu sont impliqués dans la virulence bactérienne, certains cancers et maladies neurodégénératives, que sur le plan industriel, avec la production de biotine. Un axe majeur de ce projet est l'étude de la biosynthèse des centres fer-soufre ([Fe-S]). Les centres [Fe-S] sont des cofacteurs essentiels d'enzymes impliquées dans de nombreuses réactions cellulaires telles que le transfert d'électron, la régulation de gènes, la stabilisation de structure protéique, les réactions de catalyse rédox et non-rédox. Il y a une dizaine d'années il a été montré que la biosynthèse des centres [Fe-S] dépendait de machineries protéiques complexes. Chez Escherichia coli deux systèmes ont été identifiés, les systèmes ISC et SUF. Dans le modèle actuel, le système ISC est impliqué dans la formation de centres [Fe-S] dans des conditions normales de croissance, et le système SUF fonctionne quant à lui dans des conditions de carence en fer et de stress oxydatif. Par un échange permanent des informations obtenues par la biochimie, la biophysique, la génétique, et la bioinformatique nous espérons atteindre les objectifs suivants : - (i) fournir une analyse fonctionnelle et mécanistique détaillée des composants du système SUF. Ce travail devrait permettre de reconstituer, in vitro, un système complet de biogenèse des centres [Fe-S] et serait une vraie première dans le domaine ; (ii) l'analyse, in vivo, du rôle physiologique des machineries ISC et SUF, en abordant notamment la question de la spécificité versus la redondance de ces deux machineries. Nous comparerons plusieurs aspects de ces machineries (régulation, protéines cibles, caractéristiques biochimiques et évolution) ; (iii) effectuer une analyse génomique et phylogénique complète de tous les composants impliqués dans la biosynthèse des [Fe-S] afin d'identifier de potentiels nouveaux acteurs et d'établir l'histoire de ces machineries. Nous confronterons l'histoire évolutive de ces machineries à celle de l'atmosphère terrestre et plus particulièrement lors de l'apparition de l'oxygène. - La deuxième partie de ce projet vise à étudier un groupe d'enzymes impliquées dans la biosynthèse de molécules soufrées dont le fonctionnement est encore mal compris. Ces enzymes appartiennent à une famille de protéines [Fe-S], les protéines « Radical-SAM », qui doivent contrôler l'utilisation des atomes de fer et de soufre afin de générer, en même temps, des centres [Fe-S] et des sites de fixation transitoires du soufre devant être inséré dans leur substrat. Nous avons choisi comme modèles d'étude MiaB, une thiomethyltransférase qui est impliquée dans la modification des ARN de transfert, et BioB qui catalyse la dernière étape de la biosynthèse de la biotine. Ces deux enzymes ont deux propriétés caractéristiques: (1) elles contiennent deux centres [Fe-S]. L'un d'entre eux réagit avec la S-Adenosyl Méthionine (SAM) pour former une espèce radicalaire essentielle à leur activité. Le rôle du second centre reste à établir, l'hypothèse actuelle est qu'il servirait de donneur de soufre dans la réaction ; (2) elles ne sont pas catalytiques in vitro alors qu'elles le sont in vivo. Ainsi,