Caractérisation d'une enzyme radicalaire de réparation de l'ADN : la lyase du photoproduit des spores – SPOREPAIR

Les spores bactériennes sont des formes dormantes qu'adoptent certaines bactéries en condition de stress. Elles se caractérisent par une déshydratation poussée, la compaction du matériel génétique dans un cœur protégé par des parois et des membranes, ainsi que par une absence d'activité métabolique. Ces caractéristiques confèrent aux spores une résistance bien plus grande que les bactéries végétatives vis-à-vis d'un grand nombre d'agents physico-chimiques comme les radiations ionisantes, la dessiccation, les produits chimiques ou le rayonnement ultraviolet. Dans ce dernier cas, la présence de spores limite les processus de stérilisation basés sur l'utilisation du rayonnement UVC qui cible l'ADN des bactéries.
La résistance des spores aux rayonnements UV s'explique par la combinaison de deux spécificités. Tout d'abord, l'absorption de photons UVC par l'ADN ne conduit pas chez les spores à la formation des dimères de pyrimidines classiques de type cyclobutane ou photoproduit (6-4) rencontrés dans tous les autres types cellulaires. A la place, et du fait des caractéristiques de l'environnement de l'ADN dans les spores, une lésion unique est formée, caractérisée par la présence d'un pontage via le groupe méthyle, entre deux thymines adjacentes. Cette lésion, la 5-(?-thyminyl)-5,6-dihydrothymine, est connue sous le nom de photoproduit des spores (SP).
Lors de la germination de la spore, les photoproduits accumulés doivent être réparés rapidement. C'est là qu'intervient la seconde spécificité des spores. Au lieu d'utiliser le classique système de réparation par excision de nucléotide, lent et consommateur d'ATP, les SP sont éliminés par une enzyme, la "spore photoproduct lyase" (SPL), qui régénère les deux thymines intactes. La SPL est une enzyme de la famille des "radical SAM", possédant un centre [4Fe-4S], qui en combinaison avec un sulfonium biologique, la S-Adénosyl-méthionine (SAM), initie la réparation par production du radical 5’-désoxyadénosyl (Ado°). Ce radical réalise un arrachement d'hydrogène sur la thymine saturée de SP. Il s'en suit la rupture du pontage entre les deux bases avec régénération d'une thymine et formation d'un radical centré sur le méthyle de la seconde. Un transfert d'atome d'hydrogène complète alors le mécanisme.
Bien que la SPL soit bien connue, il reste de nombreux points à élucider qui seront abordés dans le présent projet. Nous étudierons plusieurs aspects :
- 1) l'influence de la nature chimique du substrat (nucléoside, duplex d'ADN) sur l'efficacité de la réaction.
- 2) la nature du donneur d'atome d'hydrogène en fin de processus enzymatique (AdoH ou cystéine de la protéine).
- 3) les aspects énergétiques et thermodynamiques du mécanisme; 4) la structure tridimensionnelle de la protéine.