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Équipe 03 Dynamique du métabolisme C1



Responsable de l'équipe
 
Stéphane Ravanel,
DR2 INRA
iRTSV/LPCV
CEA/Grenoble,
17 rue des Martyrs
38 054 Grenoble cedex 9
Tel. : 04 38 78 33 83
Fax : 04 38 78 50 91
 
Composition de l'équipe
 
Claude Alban, DR2 INRA
Sylvie Figuet, Adjointe technique INRA
Jacqueline Martin-Laffon, Ingénieure de recherche CNRS
Morgane Mininno, étudiante en thèse
 
Introduction
 
Les réactions de transfert d'unités monocarbonées, regroupées sous le terme de métabolisme C1, impliquent 3 cofacteurs : les folates (vitamine B9), la S-adénosylméthionine (AdoMet) et la biotine (vitamine B8) (Figure 1). Seules les plantes et certains micro-organismes sont capables de synthétiser de novo les vitamines B8 et B9. La synthèse de l'AdoMet est universelle ; après l'ATP, c'est le composé le plus utilisé dans le métabolisme cellulaire.

Figure 1 : Illustration du métabolisme C1 et de ses 3 principaux cofacteurs.

Chez tous les organismes, le contrôle de l'homéostasie de ces 3 cofacteurs est essentiel puisqu'ils participent à des processus cellulaires clés comme le métabolisme des nucléotides, des lipides et de certains acides aminés, ainsi que les réactions de méthylation. Les méthylations cellulaires sont extrêmement variées puisqu'elles concernent des métabolites, des acides nucléiques (ADN, ARN), ainsi que des protéines (histones et non-histones) ; elles sont au cœur de voies de biosynthèse vitales pour la plante et de processus de régulation indispensables à leur développement.
 
Activité de recherche
 

Les recherches effectuées dans l'équipe concernent :
• la caractérisation des voies de biosynthèse et d'utilisation des cofacteurs du métabolisme C1 ainsi que des processus de régulation mis en œuvre pour contrôler leur homéostasie.
• l'identification de protéines méthylées 'non-histones' et la caractérisation du rôle de la modification post-traductionnelle dans le fonctionnement de ces protéines.


Biosynthèse des folates et de la biotine - Nous avons identifié, caractérisé et localisé la plupart des étapes impliquées dans les voies de synthèse de ces cofacteurs. Les structures tridimensionnelles d'une enzyme de synthèse de la biotine ont également été déterminées ; elles ont permis de comprendre le fonctionnement coordonné des 2 activités portées par la protéine (
Figure 2).
Ces voies de biosynthèse sont des cibles herbicides, antibiotiques ou antiparasitaires potentielles. Nous avons identifié un inhibiteur spécifique de la synthèse des folates grâce à l'utilisation de la plateforme de criblage à haut débit du Centre de Criblage pour Molécules Bio-Actives (CMBA) dans notre institut. Cet antifolate se comporte in vivo comme un puissant anti-parasitaire (Plasmodium, toxoplasme).


Figure 2 : Structure du dimère de l'enzyme BIO3-BIO1. (A) Les domaines DAPA-aminotransférase (BIO1) et dethiobiotine synthétase (BIO3) de chaque monomère sont représentés en bleu foncé/clair et rouge/magenta, respectivement. (B) La crevasse externe impliquée dans le transfert de l'intermédiaire DAPA est indiquée par la ligne verte.

Biotinylation des protéines - La biotine assure son rôle de transporteur de groupement carboxyle uniquement lorsqu'elle est liée de façon covalente à un nombre limité de carboxylases. Nous avons montré que cette modification post-traductionnelle très spécifique est assurée par un gène unique dont le produit est adressé vers les différents compartiments de la cellule végétale suite à une régulation de l'initiation de la traduction par un micro cadre de lecture ouverte.

Régulation du métabolisme C1 - Nous avons caractérisé des transporteurs chloroplastiques d'AdoMet et de folates impliqués dans le contrôle de l'homéostasie intracellulaire de ces cofacteurs. La combinaison d'approches transcriptomiques, métaboliques et biochimiques nous a permis de mettre en évidence certains éléments de régulation intervenant dans le contrôle du métabolisme C1 en situation de déficit en folates. Des niveaux de régulation transcriptionnel, post-traductionnel et enzymatique sont mis en place pour adapter le pool d'AdoMet aux besoins cellulaires en groupements méthyles.

Méthylation des protéines dans les chloroplastes - La méthylation des protéines est une modification post-traductionnelle qui contrôle de façon réversible la fonction biologique de nombreuses protéines cellulaires, histones et non-histones. En collaboration avec le laboratoire de Biologie à Grande Echelle (BGE) de notre institut nous avons édité le premier inventaire de méthylprotéines non-histones chez les plantes en utilisant comme modèle le chloroplaste d'Arabidopsis (
Figure 3). Ce méthylprotéome comprend plus d'une vingtaine de protéines modifiées sur des résidus Lysine ou Arginine. Elles participent au métabolisme (photosynthèse, isoprénoïdes…) et à la maintenance des chloroplastes (traduction, division…). Nous avons identifié le réseau de protéines Lysine/Arginine méthyltransférases chloroplastiques et reconstitué certains couples méthyltransférase/méthylprotéine. En particulier, nous avons établi que la protéine Lysine méthyltransférase LSMT-like méthyle spécifiquement les fructose 1,6-bisphosphate aldolases chez toutes les plantes étudiées. Chez un nombre restreint d'espèces (légumineuses, solanacées…), cette enzyme prend également en charge la Rubisco comme substrat alternatif. Ces données suggèrent que le métabolisme carboné du chloroplaste peut être modulé ou contrôlé par l'état de méthylation de certaines de ses enzymes.



Figure 3 : Protéines méthylées dans les chloroplastes d'Arabidopsis.

 
Mots-clefs
 
Folates, S-adénosylméthionine, biotine, biosynthèse, homéostasie, biotinylation, méthylation, protéines méthylées, chloroplaste.