Evolution et Fonction des NO-Synthases de plantes – ALGAE-NOS

Le monoxyde d’azote (NO) est un médiateur impliqué dans ne nombreux processus biologiques dans tous les règnes du vivant. Chez les mammifères NO est essentiel à la régulation de la pression artérielle, à la communication neuronale, et est synthétisé par une famille d’enzymes, les NO-Synthases (NOSs). La plupart des études structurales et fonctionnelles ont été réalisées sur les NOSs de mammifères (mNOS), archétypes de toute NOS. Des centaines de séquences homologues aux NOSs ont été récemment identifiées dans le génome d’organismes tels que bactéries, champignons, insectes… En dépit de la grande diversité écologique et physiologique de ces organismes et de la grande hétérogénéité de structure des NOSs, ces protéines ont été considérées comme des NOSs de mammifères. Ce « biais mammifère » a conduit à l’idée erronée que toutes ces protéines synthétisaient du NO et intervenaient dans des processus de signalisation. Ainsi NO est connu pour jouer chez les plantes un rôle important dans la signalisation, dans des processus aussi différents que la croissance, la réponse au stress abiotique ou la fixation symbiotique d’azote. L’analyse du génome des plantes terrestres a établi l’absence de mNOS dans ces organismes. Cependant, nos équipes ont décrit la présence de NOSs dans les algues vertes et caractérisé pour la première fois la structure et le fonctionnement d’une NOS de plante. Algae-NOS est le prolongement de cette collaboration qui a initié avec succès les premières études sur cette nouvelle famille. Nos premiers résultats ont mis en évidence d’importantes variations de structure chez les NOSs de plantes, ce qui rend nécessaire une étude approfondie de la relation entre structure moléculaire, mécanisme catalytique, niche écologique et fonction biologique. Afin de caractériser la structure, l’activité et le rôle des NOSs de plantes, Algae-NOS développera une approche originale qui combinera simultanément de la modélisation moléculaire, des études structurales, et des analyses fonctionnelles in vitro et in vivo.
In silico: nous dresserons un inventaire complet, une classification structurale et une analyse phylogénétique de cette famille de NOSs. Nous sélectionnerons des NOSs modèles représentatives de la diversité structurale et physiologique des NOSs d’algues. Sur la base de modèles 3D de ces NOSs, nous comparerons les motifs structuraux jouant un rôle crucial dans leur structure et leur activité.
In vitro: nous caractériserons par une combinaison de spectroscopies la structure du site catalytique de ces NOSs ainsi que les propriétés électroniques et structurales des principaux intermédiaires catalytiques. Nous étudierons leur capacité à synthétiser du NO mais aussi à produire d’autres oxydes d’azote en fonction du milieu. La relation structure-activité des NOSs d’algues nous permettra de prédire différentes activités biochimiques en fonction des conditions physiologiques
In vivo: nous étudierons l’activité et le rôle des NOSs de plantes in vivo en couplant, pour les mêmes organismes modèles, les approches de biologie cellulaire et moléculaire. Les dynamiques d’expression et d’activités enzymatiques de ces NOSs d’algues, ainsi que les bases moléculaires d’une signalisation NO, seront étudiées dans le cadre de processus tels que l’immunité ou la réponse au stress abiotique. Ces résultats, avec l’identification des protéines partenaires/cibles fourniront des informations précieuses sur la régulation et les fonctions des NOSs d’algues.
Une telle approche interdisciplinaire et intégrative sur la relation Structure-Activité-Environnement est nécessaire pour caractériser le mécanisme moléculaire et le rôle biologique des NOSs de plantes. Elle mettra en évidence les paramètres structuraux et physiologiques qui déterminent l’activité des NOSs. Au-delà de la fonction et de l’évolution des NOSs, Algae-NOS apportera des informations utiles à la compréhension du rôle de NO et de l’évolution de la signalisation redox dans les plantes.