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Laboratoire


LMB

Espèces réactives de l'oxygène

Publié le 6 avril 2017

Responsable
Anja LISZKAY-KRIEGER
CEA/Saclay / Bât. 532
01 69 08 18 03
anja.krieger-liszkay@cea.fr

Moyens humains
Anja LISZKAY-KRIEGER, Chercheuse
Eiri HEYNO, Chercheur Postdoctoral
Laure MICHELET, Chercheur Postdoctoral
Kathleen FEILKE, Doctorante

 

Thèmes de recherche

Les espèces réactives de l’oxygène (ROS) se forment dans les cellules à la suite de nombreux processus, stress biotiques ou abiotiques, déséquilibres rédox, interventions ou synthèses d’hormones, développement, mort cellulaire programmée… Ces molécules sont généralement produites par des enzymes spécifiques (chaine de transport d’électrons, péroxydases) dans les organites comme le chloroplaste, dans le cytoplasme ou le périplasme et peuvent être la conséquence de disfonctionnements cellulaires. Les ROS sont à l’origine d’un système de signalisation cellulaire, et leur concentration et leur influence sur le métabolisme cellulaire est régulée par des mécanismes de protection tels que la dissipation de l’énergie lumineuse excédentaire dans la membrane photosynthétique, ou l’intervention d’enzymes (superoxyde dismutase, peroxidases, catalases). Leur localisation, ainsi que l’importance et la durée de leur production, et leur stabilité dans le temps déterminent la spécificité de la réponse cellulaire.

 

 

NADPH Oxydases 

Les NADPH Oxydases sont responsables de l’augmentation soudaine de l’oxydation qui a été observée en réponse à une attaque pathogène. Elles produisent des espèces réactives de l’oxygène qui utilisent NADH et NADPH comme substrats. L’enzyme de la plante possède 70% d’homologie avec la sous-unité catalytique de la NADPH oxydase humaine localisée dans la membrane plasmique des macrophages. Il manque néanmoins les 5 sous-unités supplémentaires qui sont obligatoires pour l’activation de l’enzyme humaine. C’est pour cette raison que l’enzyme de la plante est un bon candidat pour étudier la biochimie en détail. Chez Arabidopsis plus de 10 gènes homologues à la NADPH oxydase du phagocyte ont été trouvés (ils sont appelés activateurs homologues Atrboh A-J). Quatre de ces gènes sont exprimés pendant l’attaque pathogène alors que AtrbohC semble être impliqué dans les processus du développement.
Selon notre hypothèse, les espèces réactives de l’oxygène, spécialement les radicaux hydroxyles, jouent un rôle important dans l’étirement des parois cellulaires. Ces radicaux hydroxyles sont produits dans l’apoplaste à partir de peroxyde d’hydrogène et de superoxide qui sont produits par la NADPH oxydase. Des données préliminaires montrent que la NADPH oxydase est présente dans la zone de croissance de pousses et des racines. Le but du projet est d’isoler la NADPH oxydase des tissus en croissance, de caractériser leurs propriétés biochimiques en détail et de comprendre leur rôle dans la fonction de croissance, spécialement dans l’affaiblissement des parois cellulaires, qui est un pré-requis pour l’élongation des cellules dans la plante. Il n’y a pratiquement aucune donnée biochimique valable pour cette enzyme. La caractérisation de l’activité de cette enzyme promet d’apporter des contributions importantes dans la compréhension des propriétés redox et des fonctions de la membrane plasmique des plantes jusqu’à maintenant largement inconnues.

Approche cellulaire de l'accumulation des radicaux hydroxyles et signalisation 

La vie en atmosphère riche en oxygène doit lutter contre le danger du stress oxydant. Les plantes sont spécialement exposées au stress oxydant causé par les étapes de la photosynthèse. Les espèces réactives de l’oxygène (ROS) sont produites normalement lors du métabolisme cellulaire mais leur production est augmentée de façon drastique quand les plantes sont exposées à des stress tels que l’exposition à une forte lumière, des températures basses ou la sécheresse. Malgré le rôle néfaste des ROS vis-à-vis des molécules, certaines ROS, comme H2O2, sont reconnues comme ayant un rôle majeur dans la signalisation cellulaire et dans la régulation de l’expression des gènes dans un grand nombre d’organismes y compris les plantes.
 L’objectif est de comprendre comment la production et l’accumulation des ROS sont contrôlées et comment les ROS fonctionnent dans la signalisation moléculaire. Un environnement stressant déclenche chez les chloroplastes des perturbations du transfert d’électrons pendant la photosynthèse qui engendrent une production de ROS. En même temps, l’état redox des chloroplastes est détecté par l’état de réduction des thioredoxines. D’après nos hypothèses de travail, les thioredoxines régulent de façon négative l’activité des enzymes de détoxification des ROS et autorisent ainsi une augmentation soudaine transitoire de l’oxydation qui déclenche l’expression des gènes réactifs aux ROS. Nous étudierons le mécanisme moléculaire, les cinétiques de production et d’accumulation des ROS pendant le photosynthèse, le rôle des thioredoxines dans le contrôle dans le processus de photosynthèse et dans la production de ROS, le rôle des thioredoxines dans la régulation de l’activité des enzymes ROS-detoxifiantes (comme l’ascorbate peroxidase et les catalases) et le niveau d’expression de gène cibles en réponse à différentes ROS. Une description génétique détaillée de la voie de signalisation des ROS sera effectuée en tenant compte des avancées récentes d’outils moléculaires qui permettent de suivre in vivo les signalisations des ROS chez Chlamydomonas et qui sont basées sur l’utilisation de promoteurs répondant spécifiquement à 1O2 ou H2O2 couplé spécifiquement au rapporteur de gène luciférase.


Ce projet associe des techniques de spectroscopie, de biochimie, de biologie moléculaire et de génétique pour comprendre le processus complet de production et de signalisation des ROS qui permet aux plantes de s’adapter aux conditions environnementales. Deux études complémentaires d’organismes modèles : l’algue verte unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii et la plate supérieure Arabidopsis thaliana seront utilisées.