Les réseaux d'énergie photosynthétique pour le fonctionnement et la régulation du CCM – AlgalCCM

Les microalgues sont responsables de près de la moitié du CO2 fixé annuellement par les écosystèmes terrestres. Du fait de la lente diffusion du CO2 dans l'eau et de la faible affinité pour le CO2 de l'enzyme de la photosynthèse qui fixe le CO2 (Rubisco), l'efficacité photosynthétique des microalgues dépend fortement d'un mécanisme qui concentre le CO2 (CCM). Au cours du CCM, le transport transmembranaire du carbone inorganique (Ci) contre un gradient de concentration est un processus consommant une partie de l'énergie produite par la photosynthèse. Récemment, les mécanismes bioénergétiques impliqués dans la fourniture d'énergie à la CCM ont commencé à être mis à jour et un schéma intégré des réseaux de fourniture et de distribution d'énergie nécessaires au bon fonctionnement de la CCM a été proposé. Comme l’énergie de la photosynthèse est également nécessaire aux réactions métaboliques de la fixation du CO2, un contrôle étroit des réactions de production et de consommation d'énergie est nécessaire pour que ces deux mécanismes fonctionnent de manière optimale et coordonnée dans un environnement fluctuant. Les modifications post-traductionnelles redox de thiols sont apparues comme des mécanismes de régulation importants dans tous les organismes et il a été démontré que les thiorédoxines contrôlent le statut thiol-disulfure de nombreuses protéines impliquées dans la fixation photosynthétique du CO2. De plus, une récente étude de protéomique à grande échelle (appelée "thiorédoxome") a montré que plusieurs composants du CCM sont des cibles des thiorédoxines. L'objectif du projet Algal-CCM est de dévoiler les mécanismes moléculaires régulant la production, la distribution et l'utilisation de l'énergie photosynthétique pour un fonctionnement optimal de la CCM en se concentrant sur le contrôle redox par les thiorédoxines.
Nous prévoyons dans un premier temps d'identifier de nouveaux composants du CCM régulés par les thiorédoxines en utilisant la protéomique. Ensuite, nous prévoyons de déterminer le niveau redox de certaines cystéines clefs impliquées dans la régulation du CCM dans des conditions physiologiques contrastées, notamment lorsque le CCM fonctionne sous différents régimes de CO2. En parallèle, nous étudierons les régulations redox des composants du CCM in vitro et in vivo, en particulier les composants du stroma chloroplastique impliqués dans la production/utilisation d'énergie (tels que les transporteurs d'électrons des voies alternatives) ou le recyclage du CO2 (tels que les anhydrases carboniques), ainsi que les composants impliqués dans la distribution d'énergie (navettes métaboliques) ou le transport du bicarbonate.
En combinant l'expertise de deux laboratoires spécialisés dans les domaines de bioénergétique/génétique de la photosynthèse et de régulation métabolique redox/protéomique, le projet Algal-CCM apportera un nouvel éclairage sur le fonctionnement et la régulation du CCM. L'ambition ultime du projet est de déterminer comment les composants de la fixation du CO2 et de la CCM sont finement ajustés pour permettre une utilisation optimale de l'énergie et un fonctionnement coordonné des deux systèmes de concentration et de fixation du CO2 dans un environnement fluctuant. Ces connaissances seront d'une importance capitale pour mieux évaluer l'efficacité de la capture du CO2 par les algues dans les écosystèmes aquatiques soumis au changement climatique, comme elles le seront pour la mise en œuvre d'un CCM algal fonctionnel dans les plantes afin d'améliorer la productivité des cultures.