Décrypter les mécanismes moléculaires impliqués dans le transfert du soufre chez les plantes – SULTRAF

Le soufre est un élément indispensable au développement et à la croissance des plantes. Donneur majeur de soufre, la cystéine est un métabolite clé impliqué dans la biosynthèse de nombreux composés soufrés, au travers de processus complexes peu décrits chez les plantes. Parmi ces processus peuvent être cités ceux menant à la biosynthèse de centres fer-soufre (Fe-S), de biotine, de thiamine, d’acide lipoïque, de molybdoptérine et de bases soufrées des ARNt (thionucléosides). Pour certains d’entre eux, le soufre est issu de centres Fe-S, mais d’autres voies nécessitent des réactions de transfert de soufre, impliquant notamment des réactions de trans-sulfhydration au travers de la formation de groupements persulfure sur des cystéines réactives. Ces voies de biosynthèse sont requises dans différents compartiments subcellulaires suggérant que plusieurs protéines spécifiques sont dédiées à la mobilisation et aux échanges de soufre. La mobilisation du soufre, catalysée par les cystéine désulfurases (CDs), aboutit à la formation d’un groupement persulfure au niveau d’une cystéine du site actif. Ce groupement persulfure est transféré à un accepteur nucléophile par des sulfurtransférases (STRs), enzymes à domaine rhodanese. En dépit de son importance dans la physiologie des plantes, l’étude du métabolisme soufré reste en retrait comparée à celle des métabolismes de l’azote et du phosphore et les mécanismes moléculaires impliqués dans le transfert du soufre restent majoritairement peu décrits. Ce projet de recherche vise à élucider ces mécanismes moléculaires impliqués dans la mobilisation et le transfert d’atomes de soufre chez les plantes. Pour cela, nous développerons une approche intégrée combinant des méthodes in vitro et in vivo afin de réaliser une analyse fonctionnelle des protéines impliquées dans la mobilisation (cystéine désulfurases) et le transfert (sulfurtransférases) du soufre. Ainsi, nous proposons d’étudier le rôle des STRs d’Arabidopsis thaliana, notamment celles qui sont spécifiques des plantes ou qui n’ont pas encore été caractérisées jusqu’à présent, en définissant leurs propriétés biochimiques et structurales (premier objectif), en étudiant leur interaction avec les CDs (deuxième objectif), en identifiant des protéines partenaires, puis en validant et caractérisant ces interactions par des approches complémentaires in vitro et in vivo (troisième objectif). Ce projet devrait permettre de répondre à trois questions principales :
1. Les couples CD/STR remplissent-ils un rôle central dans la mobilisation et le transfert de soufre chez les plantes ?
2. Comment les STRs différencient-elles et interagissent-elles avec les donneurs et les accepteurs de soufre?
3. Les STRs et leurs partenaires physiologiques sont-ils impliqués dans la biogenèse d’H2S et les mécanismes de signalisation associés aux réactions de trans-sulfhydration ?
Ce projet améliorera nos connaissances fondamentales du métabolisme du soufre et aidera à replacer les évènements de transfert de soufre au niveau des voies de biosynthèse des composés soufrés mais également de fournir un aperçu de la hiérarchie de l’incorporation du soufre dans les biomolécules chez les plantes. De manière plus globale, une meilleure compréhension au niveau moléculaire des voies métaboliques reliées à la croissance et à la productivité des plantes est essentielle pour construire une agriculture durable à même de répondre à la demande en nourriture sans impacter l’environnement, tout cela dans un contexte de croissance démographique mondiale.