Résistance au stress éthanolique
B. Schéma de régulation de l’expression du gène HSP12
36
Msn2 et Msn4
2.3.2
La deuxième voie de régulation des gènes HSP est menée par les facteurs Msn2 et Msn4 (multicopy suppressor of SNF1 mutation). Ces deux facteurs ont des séquences et des rôles similaires, ils sont donc associés dans la régulation de la réponse au stress. Ce sont des protéines en doigts de zinc qui ont la capacité de se fixer à l’ADN afin de réguler la transcription des gènes impliqués dans la réponse aux stress dont le gène HSP12 (Martínez-Pastor et al., 1996; Amorós and Estruch, 2001). Ils reconnaissent spécifiquement des séquences nommées éléments de réponse aux stress (stress responsive elements – STRE). Ces éléments sont caractérisés par une ou plusieurs séquences pentamériques CCCCT ou AGGGG et sont situés dans les régions promotrices des gènes de réponse aux stress (Estruch, 2000). Ces éléments sont présents notamment au sein du promoteur du gène HSP12 (Varela
et al., 1995; Boy-Marcotte et al., 1999) (Figure 5A).
La régulation des facteurs Msn2 et Msn4 est très complexe. Ils sont régulés par plusieurs voies de signalisation qui ont une action sur la localisation des facteurs et/ou leur activation (Figure 5B). Les différentes voies impliquées sont : la voie de la protéine kinase A, la voie TOR, la voie HOG MAPK. Pour qu’il y ait une expression du gène HSP12, les facteurs Msn2 et Msn4 doivent être localisés dans le noyau et être actifs (Gutin et al., 2015). Par exemple, il a été montré que lors d’un stress thermique, l’activité de la protéine kinase A est faible dans le cytoplasme. Cela entraine l’accumulation des 2 facteurs de transcriptions dans le noyau et ainsi l’augmentation des transcrits associés. A l’inverse, une importante activité de la protéine kinase A induit une diminution de la localisation nucléaire de Msn2 et Msn4. Ils ne peuvent donc pas induire la transcription des gènes associés (Görner et al., 1998).
La régulation de Msn2 et Msn4 par plusieurs voies de signalisation permet d’expliquer leur implication dans de nombreux stress tels que les stress thermique, oxydatif, osmotique, éthanolique ou la privation de glucose (Martínez-Pastor et al., 1996).
Conclusion
2.3.3
Les différents stress (thermique, osmotique, oxydatif, éthanolique, privation de glucose) sont intégrés par les cellules selon deux voies de signalisation spécifiques de la
37 réponse aux stress (Figure 5B). Ces stress mènent ainsi à l’activation et au déplacement dans le noyau de trois facteurs de transcription Hsf1, Msn2 et Msn4. Le facteur Hsf1 va reconnaitre les séquences HSE et les facteurs Msn2 et Msn4 vont reconnaitre les séquences STRE dans la région promotrice du gène HSP12 (Figure 5A). Le gène HSP12 est donc régulé par ces 2 voies de réponse aux stress, ce qui n’est pas le cas pour tous les gènes HSP. Cette particularité permet d’expliquer sa forte expression en réponse à une multitude de stress et en fait donc un marqueur de stress intéressant chez la levure. Une fois la protéine Hsp12 traduite, quelle est son rôle ?
2.4 Hsp12, une chaperonne de membrane ?
La protéine Hsp12 pourrait interagir avec la membrane plasmique de la levure. En effet, des analyses par immunocytochimie ont révélé que la protéine Hsp12 est localisée au niveau de la membrane plasmique (Sales et al., 2000). De plus, il a été montré que la protéine Hsp12 pouvait interagir avec certains phospholipides sous forme de liposomes (Welker et al., 2010; Kim et al., 2018). Cette interaction conduit à l’apparition de structures secondaires (hélices ). Plusieurs phospholipides ont été testés et il apparait que la protéine Hsp12 se lie uniquement avec ceux possédant une charge négative (les dérivés du phosphatidylglycérol (PG) et du phosphatidylinositol (PI)). Il a également été montré que la protéine Hsp12 entrainait la rigidification d’une bicouche lipidique constituée de PG (Welker et al., 2010). Les auteurs ont ainsi suggéré une liaison de la protéine Hsp12 aux phospholipides de la membrane plasmique des levures, et un possible rôle de la protéine dans la stabilisation de la membrane via la modulation de sa fluidité. Toutefois ces résultats ont été obtenus avec des liposomes de PG, un phospholipide qui n’existe pas chez les levures. Il serait donc intéressant d’étudier l’interaction de la protéine Hsp12 avec des phospholipides présents dans la membrane plasmique des levures, afin de se rapprocher au plus près des conditions physiologiques.
Traditionnellement, lorsque l’on évoque les protéines Hsp, elles sont associés à leur activité chaperonne pour des protéines non conformées. La protéine Hsp12, quant à elle, pourrait interagir avec les phospholipides comme une chaperonne de membranes et ce n’est pas la seule protéine de stress à avoir ce rôle. En effet, des protéines Hsp peuvent interagir
38 avec la membrane plasmique chez différents organismes (Horváth et al., 2008). C’est le cas par exemple de la protéine Hsp17 de la cyanobactérie Synechocystis sp (Tsvetkova et al., 2002), HspA de la cyanobacterie Synechococcus vulcanus (Nitta et al., 2005), Hsp29 de l’eukaryote Toxoplasma gondii (De Miguel, Echeverria and Angel, 2005) et Hspb2 des cellules humaines (Nakagawa et al., 2001). La protéine Hsp17 a été largement étudiée. Cette protéine interagit avec des phospholipides et préférentiellement ceux chargés négativement. Cette interaction entraine une augmentation de l’ordre des lipides ainsi qu’une augmentation de la viscosité, traduisant une augmentation globale de la rigidité de la membrane. Par conséquent, l’association de la protéine Hsp17 aux membranes permettrait de préserver l’intégrité structurale et fonctionnelle des membranes en cas de stress (Tsvetkova et al., 2002). La protéine Hsp12 présente des similarités avec la protéine Hsp17. Il serait alors pertinent d’explorer l’interaction de la protéine Hsp12 avec des bicouches lipidiques et de voir si la protéine préserve leur intégrité.
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3 Hsp12, une protéine sucrée
Cette thèse s’inscrit dans une collaboration avec l’entreprise BioLaffort et l’unité de recherche Œnologie de l’ISVV afin d’étudier le rôle de la protéine Hsp12 sur le goût du vin.
Le vin est un produit complexe, constitué de plusieurs milliers de composés dont seulement une petite partie est connue. Parmi ces composés, certains possèdent des propriétés organoleptiques et peuvent ainsi participer au goût du vin. Les saveurs du vin sont liées en partie aux molécules présentes dans les raisins, mais elles vont évoluer au cours de la vinification et jusqu’à la dégustation. Les composés responsables de l’acidité ont fait l’objet de nombreuses études et sont actuellement bien connus (Ribéreau-Gayon et al., 2017). Ce sont les acides organiques, avec notamment les acides tartrique, malique et lactique. Concernant l’amertume, des composés phénoliques ont été identifiés comme responsable en partie de cette saveur (Hufnagel and Hofmann, 2008). La saveur sucrée des vins secs, quant à elle, est la moins expliquée au niveau moléculaire. A ce stade, il faut distinguer le caractère sucré des vins moelleux de celui des vins secs. En effet dans les vins moelleux, le gout sucré est dû au glucose et au fructose du raisin, non transformés par les levures. Par contre dans les vins secs, le goût sucré ne peut être attribué aux sucres car leurs teneurs sont inférieures à leurs seuils de perception. On parle alors dans ce cas de « sucrosité » car il n’y a pas de sucres. Quelles sont les déterminants de la sucrosité ?