Journal of Glycomics & Lipidomics
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Abstrait

Evaluation de l'homéostasie métabolique redox chez les procaryotes

Sanna Kreula

Français Le travail se concentre sur l'homéostasie redox cellulaire chez les microorganismes procaryotes, et plus particulièrement sur les facteurs associés au métabolisme des cofacteurs de la nicotinamide adénine [NADP(H) et NAD(H)] chez  E. coli  et la cyanobactérie photoautotrophe  Synechocystis sp . PCC 6803. Ces cofacteurs participent à de nombreuses réactions de transfert d'électrons dans la cellule, reliant les réactions enzymatiques au métabolisme énergétique global avec les réactions de biosynthèse et les fonctions ménagères. Obtenir une vue complète des interactions et des circuits de régulation est donc d'une importance capitale pour comprendre l'adaptation à différentes  conditions environnementales , telles que celles impliquées dans la transition entre les modes de croissance autotrophe et hétérotrophe chez les cyanobactéries. L'objectif principal est d'étudier le rôle de la pyridine nucléotide transhydrogénase couplée au gradient de protons PntAB. Caractérisation fonctionnelle combinée à une modélisation structurale de PntAB chez  Synechocystis sp . Le PCC 6803 a été réalisé et des réseaux riches en informations ont été créés pour identifier de nouveaux candidats impliqués dans la régulation du NADP(H) dans différents organismes. De plus, PntAB est étudié par le biais de mutants de délétion et de surexpression dans des conditions de fermentation anaérobie et sous différents pH dans  E. coli . Plus précisément, l'initiative vise à élucider dans quelle mesure la régulation de l'équilibre redox du cofacteur a lieu au niveau des voies cataboliques alternatives dans la dégradation du glucose, et quel est le rôle de PntAB dans ces conditions spécifiques. L'approche consiste à générer  des souches de surexpression et de knock-out de pntAB  , et à les comparer en termes de propriétés de croissance phénotypiques ainsi qu'en ce qui concerne les changements dans le métabolisme central du carbone en analysant la distribution des ratios locaux d'acides aminés en utilisant le glucose marqué au C13 ^comme  sonde . La chimie redox fait partie intégrante du métabolisme végétal. L'état redox cellulaire est déterminé par l'oxydation ou la réduction de diverses espèces redox-actives, qui sont impliquées dans un grand nombre de réactions métaboliques. Dans le chloroplaste, des réducteurs tels que la ferredoxine (Fdx) et le NADPH sont produits par la chaîne de transport d'électrons photosynthétique et, avec l'ATP, utilisés pour générer des sucres-phosphates, des acides aminés et de nombreux autres métabolites qui sont fournis au reste de la cellule. En outre, le métabolisme du NAD(P)H est impliqué dans des processus centraux tels que la glycolyse, la fermentation et la voie oxydative des pentoses phosphates (OPP) dans le cytosol, le cycle de l'acide tricarboxylique (TCA),   le transport d'électrons respiratoires et les processus biosynthétiques dans les mitochondries, ainsi que la photorespiration dans les plastes, les mitochondries et les peroxysomes.En plus d'être une partie intrinsèque du métabolisme, le statut redox joue un rôle actif dans la régulation métabolique. À cet égard, le statut redox fonctionne comme un intégrateur majeur du métabolisme cellulaire et est lui-même régulé simultanément par les processus métaboliques. Cela permet un réajustement des voies métaboliques globales et de l'homéostasie du statut redox en réponse aux changements des conditions environnementales, impliquant une reprogrammation de l'expression génétique et une modification post-traductionnelle des enzymes cibles par des modulations thiol-disulfure. Les voies de signalisation sous-jacentes n'ont été que partiellement découvertes au cours des dernières années. Alors que l'on en sait beaucoup sur les signaux du statut redox impliqués dans l'activation lumineuse des processus photosynthétiques, on en sait peu sur la régulation redox d'autres voies métaboliques dans le plaste et du métabolisme extra-plastidien. Alors que des études récentes apportent la preuve de l'existence de signaux redox coordonnant le métabolisme et l'expression génétique entre différents organites, tels que le plaste, la mitochondrie et le noyau, leur nature n'a pas encore été clarifiée. Dans cette revue, nous décrirons le contrôle du statut redox du métabolisme et le contrôle métabolique du statut redox aux niveaux cellulaire et subcellulaire, en nous concentrant principalement sur les mécanismes post-traductionnels. Malgré l'ampleur de la littérature consacrée à l'expression des gènes régulée par le statut redox, nous ne décrirons cela qu'en passant étant donné qu'il fait l'objet de quelques excellentes revues récentes. Dans la première partie, les processus métaboliques liés au statut redox seront décrits dans leur contexte subcellulaire, en ce qui concerne les propriétés régulatrices du statut redox et les signaux intra-organellaires impliqués dans leur coordination. À cet égard, nous nous concentrons principalement sur les organites tels que les plastes, les mitochondries et les peroxysomes, les lecteurs étant renvoyés à d'autres revues complètes pour plus de détails sur les aspects cytosoliques et apoplasiques du statut redox, seul un aperçu général des caractéristiques les plus importantes dans le contexte du métabolisme et de la fonction cellulaires étant fourni ici. Dans la deuxième partie, nous discuterons de l'intégration au niveau cellulaire en nous concentrant principalement sur les signaux inter-organellaires coordonnant la régulation du statut redox du métabolisme entre les différents compartiments subcellulaires. Biologie du statut redox plastidial Les chloroplastes sont des organites spécifiques aux plantes avec des propriétés importantes, la plus importante étant leur capacité à effectuer la photosynthèse oxygénée. Au cours de ce processus, l'énergie lumineuse est absorbée par les photosystèmes I (PS I) et II (PS II) situés dans la membrane thylakoïde et utilisée pour activer le transport d'électrons photosynthétique. Le flux d'électrons linéaire nécessite que les deux photosystèmes fonctionnent en série, ce qui conduit au transfert d'électrons de l'eau vers le NADP ⁺  pour générer du NADPH comme pouvoir réducteur et un gradient de protons trans-thylakoïde qui entraîne la synthèse d'ATP  via  CF ₀ F ₁ATPase. Cela implique un transfert d'électrons de PS II à PS I  via  la plastoquinone (PQ), le complexe cytochrome b ₆ f  et la plastocyanine comme transporteurs redox supplémentaires. Du côté stromal de PS I, les électrons sont ensuite donnés à Fdx, qui fonctionne comme un transporteur d'électrons mobile distribuant des électrons au NADP ⁺  via  la Fdx-NADP-réductase (FNR) pour produire du NADPH ou directement à des processus spécifiques situés dans le stroma, tels que l'assimilation de S et N, la synthèse de chlorophylle et d'acides gras et les réactions impliquées dans la régulation redox du chloroplaste. Dans ce dernier cas, les électrons sont transférés de Fdx aux thioredoxines (Trxs)  via  la Fdx-Trx-réductase (FTR). Les Trxs sont de petites protéines régulatrices contenant un groupe disulfure redox-actif qui contrôle l'échange thiol-disulfure des protéines cibles. Chez les plantes, les Trxs constituent une famille de gènes de taille moyenne avec 10 isoformes différentes ( f 1–2,  m 1–4,  x ,  y 1–2 et  z ) situées dans le chloroplaste d'Arabidopsis, tandis que d'autres isoformes sont situées dans le cytosol et les mitochondries.  Des études in vitro  utilisant des protéines purifiées indiquent que les Trxs  f  et  m  sont impliqués dans la régulation du métabolisme stromal, tandis que les types x, y et z servent de substrats réducteurs pour les enzymes antioxydantes. Plus récemment, des études génétiques ont été utilisées pour décortiquer plus en détail les rôles spécifiques de différents Trxs  in vivo , fournissant des preuves que différentes isoformes de Trxs  f  et  m  ont des fonctions différentes chez les plantes.