Karen Loizeau
Étude de la régulation du métabolisme monocarboné chez Arabidopsis thaliana
Publié le 28 septembre 2009
Corps de texte 1
Thèse soutenue le 28 septembre 2009 pour obtenir le grade de Docteur de l'Université Joseph Fourier de Grenoble I - Spécialité : Biologie cellulaire
Résumé :
Les dérivés du tétrahydrofolate (THF), plus connus sous le nom de folate(s) ou vitamine B9, sont des cofacteurs indispensables au métabolisme cellulaire puisqu’ils sont à la base des réactions de transfert d’unités monocarbonées, regroupées sous le terme de "métabolisme C1". Chez tous les organismes, ces réactions sont impliquées dans des processus cellulaires clés comme la synthèse des nucléotides (purines, thymidylate), la synthèse de certains acides aminés (sérine, glycine, méthionine) et, indirectement, dans la synthèse de S- adénosylméthionine. Cette dernière constitue le donneur universel de groupements méthyles et intervient donc dans l’ensemble des réactions de méthylation. Les plantes, les champignons et certains micro-organismes possèdent la capacité de réaliser la synthèse
de novo de THF alors que les animaux en sont incapables et sont contraints de puiser cette vitamine dans leur alimentation.
Lors du développement de la plante, la capacité de synthèse du THF, le pool global et la nature des folates ainsi que la demande en unités C1 varient de façon importante. Pourtant, la littérature reste succincte en ce qui concerne les mécanismes qui permettent de contrôler l’homéostasie en folates en fonction des besoins fluctuants en unités C1 de la plante et sur la manière dont sont distribuées ces unités entre les différentes voies utilisatrices. Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse a permis de mettre en évidence différents niveaux de régulation du métabolisme C1 permettant à la plante de répondre à une diminution du pool de folates. Ainsi, l’étude transcriptomique de la réponse de cellules d’Arabidopsis à un traitement par un antifolate, le méthotrexate, a révélé une absence de processus de compensation de la baisse de la quantité de folates puisque les gènes impliqués dans la synthèse, le transport et la dégradation du THF ne présentent pas de modification de leur expression. La régulation transcriptionnelle mise en place suite à une limitation en folates concerne un nombre restreint de gènes qui vont influencer la composition en dérivés du THF et non l’abondance de ce cofacteur vitaminique. En effet, alors qu’en situation physiologique le flux d’unités C1 alimente majoritairement les réactions de méthylation, il se trouve que le déficit en folates provoque une réorientation de ce flux vers la synthèse des nucléotides.
La diminution des méthylations cellulaires en situation de déficit en folates a été illustrée lors de l’étude d’une méthyltransférase particulière qui intervient dans la synthèse des chlorophylles, la Mg-protoporphyrine IX méthyltransférase. Des feuilles de pois déficientes en folates présentent une forte diminution de l’index de méthylation qui se traduit par une régulation métabolique de l’activité de la Mg-protoporphyrine IX méthyltransférase, conduisant ainsi à une baisse de la synthèse des chlorophylles. Cette étude démontre que le statut en folates influence,
via les réactions de méthylations, des processus physiologiques essentiels comme la biogenèse de l’appareil photosynthétique.
Ce travail de thèse a également mis en évidence un mécanisme de régulation post- traductionnelle de la synthèse de méthionine en situation de carence en folates. Ce mécanisme consiste en un clivage protéolytique de l’extrémité N-terminale de la première enzyme dédiée à la synthèse de méthionine, la cystathionine γ-synthase. L’élimination de ce domaine régulateur de l’enzyme permet, par un mécanisme encore inconnu, d’accroître la biosynthèse de méthionine en situation de déficit en folates.
Jury :
Rapporteur : Jean-François Briat
Rapporteur : Dominique Rolin
Examinateur : Françoise Vedele
Examinateur : Dominique van der Straeten
Examinateur : Uwe Schlattner
Directeur de thèse : Stéphane Ravanel
Mots-clés :Folates, Régulation du métabolisme monocarboné, Transcriptome, Méthylations, Synthèse des nucléotides,
Arabidopsis
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