Mécanismes d’action des peroxirédoxines dans la réponse au stress oxydant et le vieillissement – PrxAGE

A. CONTEXTE
Ce projet aborde le stress oxydant et le vieillissement par l’étude des peroxiredoxines (Prx), des peroxydases à cystéine catalytique (CP), impliquées dans la signalisation H2O2. La suroxydation de CP par H2O2 inactive ces fonctions et confère aux Prxs une activité chaperon de type holdase. La sulfiredoxine catalyse la réduction de la CP, régulant ainsi les fonctions des Prx.
Nous avons montré récemment qu’une copie supplémentaire du gène TSA1, codant la Prx majeure de S. cerevisiae, accroit la durée de vie réplicative de la levure via une nouvelle voie contrôle de qualité des protéines (PQC) impliquant les chaperons Hsp70. Nous avons aussi montré que l’adaptation de la levure à des concentrations extrêmes d’H2O2 dépendait uniquement de l’activité peroxydase de Tsa1. TSA1 et similairement, les Prx d’autres organismes possèdent des phénotypes très riches, mais, à l’exception des deux exemples ci-dessus, il est généralement impossible de les corréler à une des fonctions moléculaires des Prxs. La relation structure-fonction des Prx est bien décrite pour la fonction peroxydase, mais pas pour la fonction PQC, encore peu définie.

B. OBJECTIF GÉNÉRAL
Ce projet vise à élucider les mécanismes sous-tendant les fonctions des Prx in vivo et à associer systématiquement activité enzymatique et phénotype durant le stress oxydant et le vieillissement, ce qui implique d’élucider le mécanisme de l’activité PQC. Le projet vise de plus à explorer l’hypothèse d’un rôle des Prx dans les effets protecteurs de H2S vis-à-vis de H2O2.

C. STRATÉGIE
1. Générer des mutants séparant de façon non ambiguë les activités peroxydase et chaperons des Prx, aujourd’hui la meilleure stratégie d’étude en raison de l’intrication moléculaire de ces fonctions:
- Par ingénierie structure-fonction,
- Par sélection de mutants TSA1 générés au hasard dans des conditions dans lesquelles l’une ou l’autre des fonctions de Tsa1 est nécessaire à la viabilité, et grâce à un système microfluidique permettant de suivre l’adaptation au stress H2O2 et le vieillissement réplicatif sur cellule unique de levure.

2. Caractérisation complète des mutants
- In vitro par des approches biophysiques et biochimiques
- In vivo par des approches de biologie et biochimie cellulaires

3. Explorer les effets de H2S dans le vieillissement et le stress H2O2 et de leur modulation par les Prx, par la mise en place d’une souche de levure surproduisant H2S de façon conditionnelle, et tester l’hypothèse d’un rôle direct des Prx en tant qu’oxydase d’H2S.

4. Corréler systématiquement activités enzymatiques et phénotypes, dans les conditions calibrées (i) utilisées pour le du criblage des mutants, et (ii) dont la dépendance à TSA1 est inconnue et sera ainsi révélée.

D. CONSORTIUM
Le projet s’appuie sur une forte complémentarité et synergie entre trois équipes ayant collaboré aux données préliminaires du projet et conçu son approche stratégique. M. Toledano (CEA-Saclay, coordinateur), expert en génétique de levure et biochimie du stress oxydant et des protéines redox et G. Charvin (CNRS-IGBMC, Strasbourg), expert en biologie des systèmes, conduiront les essais de tolérance à H2O2 et de vieillissement réplicatif grâce à un système de microfluidique qu’il a inventé ; S. Rahuel-Clermont (CNRS-Nancy), experte en enzymologie moléculaire qui concevra les mutants avec M. Toledano et conduira les analyses in vitro des mutants.

E. RÉSULTATS ATTENDUS
Le projet contribuera à élucider les relations structure-fonction des Prx, leur rôle physiologique, et réciproquement repousser les limites des connaissances des processus moléculaires responsables du stress oxydant et du vieillissement, afin d’ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques des maladies liées au vieillissement, en particulier neurodégénératives et cancer.