Direction des sciences du vivant

Champs d’investigation:

Nous étudions les effets biologiques de l’O2 et de ses espèces activées, appelées ROS et comprenant l’ion superoxyde et l’H2O2, ainsi que les réactions d’oxydoréduction du résidu cystéine. La dérégulation des systèmes affectés par l’O2 et les ROS ou impliqués dans leur métabolisme est un facteur essentiel du vieillissement et de ses maladies satellites, en particulier le cancer.
 Notre environnement est « oxydant » en raison de la présence d’oxygène. Ce caractère oxydant, s’il n’était contré, induirait l’oxydation inéluctable de toute matière vivante sur terre. Les organismes aérobies ont « domestiqué » le pouvoir oxydant de l’O2 par son utilisation comme accepteur terminal des électrons de la chaîne respiratoire génératrice de l’énergie cellulaire, et comme catalyseur ou cofacteur d’une multitude de réactions tirant parti, pour un grand nombre d’entre elles, des propriétés redox du résidu cystéine. Citons la synthèse d’ADN; le repliement des protéines secrétées, par formation de ponts disulfures catalysée par l’oxydase Ero1; l’import de certaines protéines mitochondriales, par formation de ponts disulfures catalysée par Erv1; la signalisation cellulaire par l’H2O2… La « domestication » de l’O2 est également liée aux systèmes cellulaires de détoxification des ROS, dont certains, les peroxyredoxines (Prxs) et glutathion peroxydases (GPxs), utilisent le résidu cystéine pour la réduction de l’H2O2. Le résidu cystéine intervient dans les réactions cellulaires citées car il existe alternativement dans deux formes redox, la forme réduite thiol (—SH) et la forme oxydée du pont disulfure (S—S). L’oxydation du résidu cystéine, parce qu’il induit un changement de conformation de la protéine, est un mécanisme de régulation, un thème essentiel de notre laboratoire. Deux systèmes cellulaires contrôlent l’état d’oxydation des cystéines, la voie du glutathion (GSH) et celle de la thioredoxine, elles-mêmes utilisant les propriétés redox de la cystéine pour cette fonction.

Projets en cours
1. Les voies de signalisations de contrôle des systèmes antioxydants. Elles sont activées par l’H2O2 et constituent des mécanismes de détection ultra-précis de cet oxydant (voire figure 1).
a) Yap1 chez S. cerevisiae. Nous avons montré que Yap1 était activé par oxydation. Nous avons identifié Orp1 comme la protéine détectant l’H2O2 et oxydant Yap1. Nos efforts se concentrent sur la relation structure-fonction du système Yap1 in vivo et in vitro après reconstitution  avec protéines purifiées.
b) La voie Keap1-Nrf2 chez les mammifères. Nous cherchons à comprendre comment Keap1, contrôlant la dégradation du facteur de transcription Nrf2, est régulé par H2O2 et par l’oxyde nitrique (NO).
2. L’identification à l’échelle du protéome de S. cerevisiae des protéines portant des résidus cystéines oxydés et des cibles des voies du GSH et de la thioredoxine. Notre objectif est d’identifier de nouveaux mécanismes redox.
3. Les fonctions biologiques des antioxydants.
a) Chez S. cerevisiae : Établir la contribution de tous les systèmes intervenant dans la tolérance cellulaire vis-à-vis de l’H2O2, les antioxydants proprement dit, les voies du GSH et de la thioredoxine, et des régulateurs cellulaires impliqués dans le contrôle de cette tolérance. Ce projet « biologie de système » utilise des approches génétiques innovatrices.
b) chez la souris : Établir des knockouts d’antioxydants et d’enzymes de réparation de l’ADN pour démontrer la toxicité des ROS vis-à-vis de l’ADN et leur carcinogénicité.

©CEA/M.B. Toledano

Figure 1 . Modèle de fonctionnement du détecteur d’H2O2 Orp-Yap1.  Yap1 forme un pré-complexe avec le chaperon Ybp1. Orp1 est oxydé par l’H2O2 sur la Cys36. Le Cys36-SOH (ac. sulfénique) formé se condense avec Cys598 de Yap1 en un pont disulfure intermoléculaire. Ce dernier est transposé en pont intramoléculaire par attaque de la Cys303. La formation du deuxième pont disulfure utilise une deuxième molécule oxydée d’Orp1 selon la même voie. Ybp1 permettrait l’interaction redox Orp1-Yap1. L’activation par electrophiles et métaux est Orp1-indépendente. Le cycle peroxidatique d’Orp1 est représenté. D’après Delaunay et col. (2002).©CEA/F.

   ©CEA/F. Tacnet & M. B. Toledano


Figure 2. Utilisation d’une sonde fluorescente spécifique de l’H2O2 pour quantifier la concentration intracellulaire de cet oxydant. On remarque l’hétérogénéité de cette concentration entre cellules. D’après Tacnet et Toledano, résultats non publiés.