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Identification et caractérisation des protéines de liaison à l'uranyle de la plante modèle Arabidopsis thaliana


Nous avons développé [collaboration] une approche métalloprotéomique précise et fiable pour isoler et identifier les protéines de liaison à l'U de la plante modèle Arabidopsis thaliana, élucidant ainsi le premier « ​​urano-protéome ​​» d'un organisme photosynthétique. Ces résultats représentent une étape importante pour faire progresser les connaissances dans les domaines de la toxicologie des radionucléides et de la phytoremédiation.

Publié le 2 février 2023
L'uranium (U) est un radionucléide toxique qui peut être absorbé par les plantes à partir du sol et, par conséquent, contaminer la chaîne alimentaire, avec des risques pour la santé humaine. La toxicité cellulaire et les mécanismes de détoxification de l'U sont encore mal décrits mais résultent probablement de sa capacité à se lier fortement aux biomolécules, principalement aux protéines. Ainsi, l'identification et la caractérisation des protéines de liaison à l'U (UraBP) dans les plantes est une étape importante vers l'élucidation des mécanismes de réponse et d'adaptation des plantes au stress U au niveau moléculaire.

Nous avons développé, en collaboration avec des chercheurs de l'IBS, du SyMMES, du BIAM et du DMTS, une approche métalloprotéomique précise et fiable pour isoler et identifier à grande échelle des UraBP à partir de tissus de racines et de feuilles de la plante modèle Arabidopsis thaliana, élucidant ainsi le premier « urano-protéome » d'un organisme photosynthétique. L'une des UraBP identifiées qui présente un intérêt particulier et qui était jusqu'à présent identifiée comme une protéine 1 de liaison aux cations associée à la membrane plasmique (PCaP1) a été caractérisée plus en détail, en utilisant une combinaison d'approches spectroscopiques (essais de liaison aux métaux, titration de la fluorescence du tryptophane), structurelles (études de RMN structurale en solution) et in planta (génétique inverse).
Nous avons montré que la protéine PCaP1 d'Arabidopsis recombinante purifiée après surproduction dans des bactéries était capable de lier l'U in vitro avec une haute affinité (de l'ordre du nanomolaire), mais aussi le cuivre et le fer oxydé dans des proportions très élevées (jusqu'à 60 cations ferreux par monomère de protéine), et que le calcium entrait en compétition avec l'U pour la liaison.
De plus, nous avons montré que l'U induisait l'oligomérisation de PCaP1 in vitro, par liaison à l'interface des monomères, à la fois au niveau du domaine structuré N-terminal et de la région flexible C-terminale de la protéine (Figure). Enfin, nous avons observé que le transfert de l'U des racines aux parties aériennes des plantes d'Arabidopsis (on parle ici de translocation) était fortement affecté chez un mutant perte de fonction de pcap1, ce qui suggère un rôle de cette protéine dans la mobilité des ions in planta.
Ces résultats représentent une étape importante pour faire progresser les connaissances dans les domaines de la toxicologie des radionucléides et de la phytoremédiation (dépollution des sols par les plantes).


Modèle schématique de la liaison de l'uranyle aux parties N-terminale structurée et C-terminale désordonnée de la protéine PCaP1 d'Arabidopsis thaliana, basé sur des études spectroscopiques et de RMN structurale en solution

IBS : Institut de biologie structurale
SyMMES : Laboratoire Systèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l'Énergie et la Santé
DMTS : Département médicaments et technologies pour la santé
BIAM : Institut de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille

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