Exploration du rôle des membranes dans la biominéralisation intracellulaire chez les cyanobactéries – CYANOMAN

Le projet CYANOMAN vise à élucider le processus de biominéralisation conduisant à la formation d'inclusions intracellulaires de carbonate de calcium amorphe (iACC) chez les cyanobactéries. Ces inclusions, que l'on trouve dans diverses souches de cyanobactéries, stockent des quantités importantes de Ca et d'autres éléments alcalino-terreux (AEE). La formation des iACC est régulée génétiquement et se produit dans des compartiments enveloppés de lipides ou de protéines. Une caractéristique particulière est l'état amorphe de ces granules, responsable de leur réactivité relativement élevée, et probablement en rapport avec leur fonction et représentant un aspect inhabituel, très intéressant à étudier. L'identification d'une nouvelle famille de gènes, ccyA, et de sa protéine associée, la calcyanine, en tant que marqueurs diagnostiques de la biominéralisation iACC souligne l'importance des approches génomiques dans l'élucidation des mécanismes de biominéralisation. Ces dernières ont révélé un large éventail de cyanobactéries capables de former des iACC, ce qui indique l'importance phylogénétique et environnementale de ce processus. En outre, ce processus de biominéralisation a une origine ancienne, qui pourrait remonter à plus d'un milliard d'années, ce qui souligne plus encore son importance écologique et évolutive. En tant qu'acteur clé de ce processus, la calcyanine est une protéine unique aux cyanobactéries formant l'iACC. Cependant, sa structure tridimensionnelle (3D), en particulier celle de ses motifs GlyZip, sa localisation cellulaire et son interaction avec les membranes des cyanobactéries restent inconnues. De plus, des observations récentes suggèrent que d'autres partenaires protéiques pourraient être impliqués dans la biominéralisation de l'iACC. Ce projet implique des approches multidisciplinaires, y compris des techniques d'imagerie avancées telles que la cryo-microscopie électronique et la spectromicroscopie électronique, mais aussi des approches bioinformatiques pour prédire les caractéristiques clés des calcyanines et de leurs partenaires associés, ainsi que des outils génétiques pour l'expression de protéines recombinantes dans les cyanobactéries. La compréhension de ces mécanismes pourrait éclairer les systèmes d’homéostasie du Ca chez les cyanobactéries et les stratégies potentielles de bioremédiation d'AEE radioactifs, comme le 90Sr ou les isotopes du radium. Plus précisément, le projet vise à atteindre les objectifs suivants : 1) Localisation de la calcyanine dans les cellules et caractérisation de l'organisation de l'iACC. 2) Identifier les partenaires protéiques impliqués dans la biominéralisation de l'iACC et le transport de l'AEE. 3) Étudier la structure de la calcyanine et de ses domaines pour comprendre leur rôle dans la biominéralisation et leurs interactions avec les lipides, ce qui permettra de mieux comprendre leur importance fonctionnelle. 4) Déterminer la structure et la stabilité des iACC en utilisant à la fois des modèles synthétiques d'ACC et des iACC purifiés de cyanobactéries pour comparer leurs propriétés structurelles et évaluer l'impact des protéines, des lipides et des ions sur la formation et la stabilité des iACC. Ces objectifs visent à approfondir notre compréhension des processus de biominéralisation intracellulaire chez les cyanobactéries et de leurs applications potentielles dans divers domaines. En élucidant les mécanismes moléculaires à l'origine de la formation des iACC, nous espérons non seulement approfondir notre compréhension des processus biologiques fondamentaux, mais aussi ouvrir de nouvelles voies pour l'assainissement de l'environnement. Grâce à une collaboration multidisciplinaire, le potentiel des cyanobactéries en tant qu'agents polyvalents dans les processus de biominéralisation continue de se montrer, ce qui ouvre des perspectives passionnantes pour la recherche et l'innovation futures.