Déchiffrage de la structure atomique et des fonctions des protéines HCF101 par une approche biologique intégrative ciblant deux orthologues divergents sur le plan évolutif – HCFforLIFE

Les centres fer-soufre (Fe-S) sont des cofacteurs universels au sien de protéines de diverses familles, la plupart assurant des fonctions biologiques essentielles. La livraison de Fe-S aux apoprotéines clientes est assurée par des machineries complexes impliquant quelques dizaines de protéines transférant des centres Fe-S à des centaines d'apoprotéines clientes. Notre projet transdisciplinaire vise à déchiffrer les fonctions de deux protéines livreuses de centres Fe-S essentielles mais peu caractérisées, affiliées à des NTPases et appelées protéines HCF101, choisies chez deux eucaryotes modèles ayant une origine évolutive et un mode de vie différents : la plante Arabidopsis thaliana (At) et le parasite apicomplexe Toxoplasma gondii (Tg).

Les protéines HCF101 (High Chlorophyll Fluorescence 101) sont limitées aux algues, plantes terrestres et parasites apicomplexes. D’abord identifiée chez Arabidopsis, AtHCF101 platidiale a été associée à la livraison de centres Fe-S à partir d’étude de mutants létaux Athcf101, dépourvus des sous-unités [4Fe-4S] du photosystème I et incapables de réaliser la photosynthèse. HCF101 est également essentielle chez le parasite humain T. gondii. Pourtant, malgré leur rôle crucial dans le maintien de la viabilité, les propriétés structurales des HCF101, leurs fonctions exactes, mode d'action et protéines clientes restent encore à caractériser.

Les rares informations disponibles sur HCF101 rendent ces protéines énigmatiques. Les Apicomplexa possèdent un plaste ancestral, l’apicoplaste, dont la fonction photosynthétique a été perdue pendant l'évolution. De manière intrigante, nos résultats et les prédictions in silico montrent que TgHCF101 réside dans le cytosol, remettant en question le rôle de HCF101 dans ce compartiment. Toutes les protéines HCF101 présentent une organisation typique avec trois domaines. Pourtant, les régions N- et C-terminales ont une fonction inconnue, tandis que le domaine central affilie HCF101 à une classe de NTPases, dont l’activité reste à prouver. Nous pensons que les HCF101 partagent une organisation de leurs domaines et structure 3D communes, en lien avec une conservation de leurs propriétés biochimiques, de leur activité enzymatique et de la livraison des centres Fe-S. Néanmoins, parce At et Tg HCF101 sont dans des compartiments différents, leur répertoire de protéines clientes est probablement différent, et causé par des changements particuliers dans l'interface d'interaction HCF101/partenaire.

Pour combler le manque de connaissances sur les protéines HCF101, nous proposons de :
- Établir les protéomes des mutants hcf101 et les interactomes des HCF101 pour révéler leurs clientes,
- Déterminer les structures des protéines At et TgHCF101 et celles de certains complexes HCF101/interactant, afin d’identifier les déterminants structuraux par mutagenèse dirigée et transgénèse,
- Analyser les propriétés redox des HCF101 et évaluer leur activité NPTase.

Notre étude de HCF101 issues d’organismes phylogénétiquement éloignés est une opportunité unique de déchiffrer le rôle et les protéines clientes de ces protéines essentielles, avec des données moléculaires et structurales inédites. Elle réunit des experts en biophysique, biologie moléculaire et biochimie des plantes et des parasites de l’homme, avec des approches robustes et des technologies de pointe. Vue l'importance des cofacteurs Fe-S pour la photosynthèse et d'autres voies clés, de belles perspectives s’ouvriront pour promouvoir la croissance des plantes, la photosynthèse étant cruciale pour la productivité et la santé des cultures. HCF101 n'existe pas chez les mammifères ; TgHCF101 est donc une excellente cible médicamenteuse pour le contrôle du Toxoplasme. Notre projet offre donc aussi une opportunité d'enrichir l'arsenal thérapeutique contre les parasites qui infectent ~un tiers de la population humaine mondiale et de nombreux vertébrés, causant des complications graves comme l'avortement et l'encéphalite