Rôles des glutathion-S-transférases chez la cyanobactérie modèle Synechocystis PCC 6803 - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Roles of glutathione-S-transferases in the model cyanobacterium Synechocystis PCC 6803

Rôles des glutathion-S-transférases chez la cyanobactérie modèle Synechocystis PCC 6803

Résumé

Cyanobacteria are environmentally-crucial prokaryotes that perform the (plant-like) oxygen producing photosynthesis, which use solar energy to assimilate a huge amount of CO₂ and minerals to produce a huge amount biomass (and O₂) that sustain a large part of our food chain. Furthermore, cyanobacteria are increasingly studied for a future ecologically-responsible production of high-value chemicals (drugs, perfumes, biodegradable bioplastics, biofuels…). The realization of this important objective requires a better understanding of the cyanobacterial tolerance to stresses. Furthermore, in colonizing most waters and soils of our planet, cyanobacteria are inevitably challenged by environmental stresses triggered by drastic changes of sun light (the overstimulation of photosynthesis generates toxic oxygen reactive species) or availability of minerals nutrient and/or pollutants (heavy metals and pesticides). In response to these stresses cyanobacteria have developed various strategies including the key metabolite glutathione and the glutathione-dependent enzymes glutathione-S-transferases that have been conserved through evolution from (cyano)bacteria to human.During my thesis, I have used a combination of techniques (genetic, biochemistry and cell physiology) to decipher the role of the six GSTs of the model cyanobacterium Synechocystis PCC 6803. Very interestingly, I report that one GST (conserved in human) plays a crucial role in the detoxification of the methylglyoxal a toxic by-product of glucose catabolism that is involved in diabetes and neurological diseases. Another GST operates in the protection against heat (fever in human), cold and lipid peroxidation, while other Synechocystis GST are involved in photosynthesis and CO₂ assimilation. All these results are presented in three articles manuscripts (one already submitted for publication).
Grâce à leur puissante photosynthèse, les cyanobactéries utilisent l’énergie solaire, le CO₂ atmosphérique et l’eau (même polluée) pour proliférer (elles colonisent la planète depuis 2 à 3 milliard d'années) et produire une grande partie de la biomasse et de l'oxygène (O₂) nécessaire à la chaîne alimentaire. Elles peuvent aussi être modifiées pour la production de composés d’intérêt (biocarburants, bioplastiques biodégradable, molécules anti-oxydantes…). Cependant, les cyanobactéries sont continuellement confrontées aux stress (brutales variations de lumière et de température, carence ou excès de métaux et minéraux…). Ainsi, l'analyse des réponses aux stress (notamment photo-oxydant généré par la photosynthèse) a donc un double objectif : (i) le premier, fondamental, vise à améliorer nos connaissances sur ces processus encore mal connus et (ii) le second, appliqué, vise à accroitre la tolérance des cyanobactéries aux stress et aux composés que l’on souhaite leur faire produire. Pour répondre à divers stress, les cyanobactéries ont inventé le « système glutathion », qui a été conservé par l'évolution jusqu’à l'homme. Ce système est basé sur le glutathion (GSH), un tripeptide qui peut se conjuguer sur de nombreux toxiques (grâce notamment aux enzymes glutathion-S-transférases (GST)) et sert de réducteurs à d'autres enzymes (glutarédoxines, glutathion peroxydases…). Pour analyser la redondance/sélectivité des GST, qui est mal connue, j'ai utilisé la cyanobactérie modèle Synechocystis PCC 6803 car elle est unicellulaire (pas de différenciation cellulaire et tissulaire), et elle possède un petit génome entièrement séquencé et facilement manipulable (grâce aux outils du laboratoire). Ma thèse décrit l'analyse des six GST de Synechocystis PCC 6803 (leurs orthologues sont présents chez la plante et l'homme) par une approche génétique (délétion/surexpression des gènes gst); physiologique (sensibilité/résistance à divers stress); et biochimique (dosage de molécules oxydantes, de glutathion et d'activité enzymatiques). Ainsi, j’ai démontré pour la première fois: (i) qu'une GST joue un rôle central dans la tolérance aux stress thermique et (ii) qu'une autre GST joue un rôle prépondérant dans la détoxication du méthylglyoxal, un métabolique toxique issus du catabolisme du glucose qui s'accumule dans les cellules diabétiques et dérègle leur fonctionnement. Ces résultats sont discutés au regard des connaissances actuelles sur les GST et leur classification dans le règne du vivant. Ils sont présentés dans trois manuscrits d'articles (un est soumis pour publication, deux sont en cours d'écriture).
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03402974 , version 1 (26-10-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03402974 , version 1

Citer

Xavier Kammerscheit. Rôles des glutathion-S-transférases chez la cyanobactérie modèle Synechocystis PCC 6803. Bactériologie. Université Paris Saclay (COmUE), 2019. Français. ⟨NNT : 2019SACLS402⟩. ⟨tel-03402974⟩
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