Les organismes photosynthétiques s’adaptent en permanence à des environnements variables afin d'optimiser la capture de l’énergie lumineuse, tout en évitant les dommages photo-oxydatifs. Les études structurales des complexes protéiques impliqués dans cette adaptation sont complexes en raison de la nature transitoire des interactions protéiques et des difficultés liées au maintien de conditions physiologiques. La thèse présentée ici propose une stratégie de biologie structurale intégrative combinant la spectrométrie de masse avec réticulation (XL-MS) à l’analyse fonctionnelle des thylacoïdes dans leur état natif. L’objectif est d’élucider l’organisation dynamique et l’interactome du photosystème II (PSII), un complexe membranaire central à la photosynthèse et présent dans les membranes des thylacoïdes.
Le premier chapitre montre l’optimisation de l’approche XL-MS afin d’améliorer l’efficacité et la reproductibilité des réactions de réticulation dans les membranes thylacoïdiennes. Le chlorure de triméthylphénylammonium (TMPAC), un amphiphile cationique, a été introduit afin de neutraliser la répulsion électrostatique entre le réticulant PhoX, chargé négativement, et la membrane thylacoïdienne. TMPAC permet d'augmenter le rendement et la reproductibilité de la réaction de réticulation dans les membranes d'A.thaliana et de S.oleracea, sans nuire à la performance photosynthétique, comme le montrent des mesures de fluorescence de la chlorophylle.
Dans le deuxième chapitre, l’approche XL-MS optimisée est utilisée pour étudier la dynamique des interactions protéiques lors de la dissipation thermique non photochimique (NPQ), un processus photoprotecteur essentiel lorsque l’intensité lumineuse est élevée. En induisant la NPQ, par des cycles lumière/obscurité, les analyses XL-MS ont permis de cartographier les interactions dynamiques entre différents complexes (PSII, PSI, antennes, PSBS) et d'autres composants des thylacoïdes. Les variations d’abondance de certains peptides réticulés pendant l’induction et la relaxation de la NPQ ont été corrélées aux mesures de fluorescence, confirmant ainsi le rôle de mécanismes de modulation des antennes. Ces résultats permettent de reconstituer la chronologie des processus moléculaires impliqués dans la NPQ et révèlent une réorganisation structurale du PSII en situation de lumière excessive, impliquant des protéines déjà connues, mais aussi de nouveaux partenaires.
Les travaux présentés ici proposent une approche de protéomique structurale permettant l’analyse de complexes protéiques membranaires dans des conditions proches des conditions physiologiques. Les études quantitatives menées ont permis d'étudier les interactions dynamiques des protéines membranaires impliquées dans la photosynthèse. Au-delà de ce cas d’étude, cette approche permet de cartographier les interactomes d'autres organelles, comme les mitochondries.

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Contacter : ​Myriam Ferro​ avant le 26 novembre​

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