Les systèmes de défense contre les ROS

Il existe plusieu s ol ules pe etta t le ai tie de l’e i o e e t i t a ellulai e duit et la capture des ROS. Une partie est constituée par des antioxydants non enzymatiques

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comme le couple NADPH/NADH, le coenzyme A et le bacillithiol. L’aut e pa tie est o stituée d’e z es sp ifi ues apa les de di i ue le i eau de ROS o e les superoxydes dismutases (SOD), les catalases et les peroxydases.

II.5.1 Les systèmes de défense non enzymatiques

Le coenzyme A (CoASH) est un thiol de bas poids moléculaire abondant chez Bacillus megaterium, B. cereus et Staphylococcus aureus (Figure 24) (Newton, et al., 1996, Antelmann,

2015).

Figure 24: Structure du coenzyme A (Antelmann, 2015)

Le CoASH est impliqué dans les mécanismes de défense contre le stress oxydant en réduisant le pe o de d’h d og e. Il est pa la suite g ia le oe z e A disulfide du tase (Boylan, et al., 2006). De nombreuses bactéries Gram positif à faible pourcentage de GC possèdent un autre thiol de bas poids moléculaire, le bacillithiol (BSH). Le BSH dont l’e p essio est li e à Oh R a été caractérisé pour la première fois en 2009 chez S. aureus et

D. radiodurans (Newton, et al., 2009). La structure du bacillithiol est similaire à celui du

mycothiol, un substitut du glutathion. Le groupement inositol est remplacé par le L-malate, ce ui fait du a illithiol u gl oside α-anomérique de L-cystéinyl-D-glucosamine avec un groupe acide L-malique (Newton, et al., 2009). Le potentiel redox du BSH est de -221 mV in vitro, ce qui est légèrement supérieur à celui de la cystéine (-223 mV) et supérieur à celui du coenzyme A (-234 mV) (Sharma, et al., 2013). Cela i pli ue ue le BSH ’a pas u e plus g a de apa it de réduire le stress oxydant que les résidus cystéines et le CoASH. De plus, la délétion du gène codant pour ce thiol entraine une légère augmentation de la sensibilité de la bactérie au diamide, méthylglyoxal et ROS (paraquat, H2O2) (Gaballa, et al., 2010). Ceci suggère que la cystéine et / ou CoASH peu e t o pe se l’a se e de BSH. Cependant, en considérant la faible valeur du pKa du BSH (pKa SH/S = 7,97) et sa concentration intracellulaire élevée (0.5-5,0 mmol.L-1), il est possible que le BSH constitue une cible importante des ROS (Sharma, et al., 2013). Le BSH est principalement présent sous sa forme réduite avec un ratio BSH/BSSB situé entre 100 :1 et 400 :1 chez B. subtilis. Ce atio i di ue la p se e p o a le d’u e bacillithiol disulfide réductase (Chi, et al., 2011).

L’e z e ui au ait e ôle se ait

l

e FAD-dépendant pyridine nucléotide oxydoréductase de thiol-disulfure YpdA (Gaballa, et al., 2010). La biosynthèse du BSH se déroule en trois étapes (Figure 25) (Antelmann, 2015). Le glycosyltransférase BshA transfère un N-acétylglucosamine

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(GlcNAc) sur le malate (Mal). Les N-acétylglucosamine déacétylase BshB1 et BshB2 catalysent la désacétylation du GlcNAc-Mal. La de i e tape o siste à l’ajout d’u e cystéine sur l’i te diai e GlcNAc-Mal (Antelmann, 2015). Une étude a révélé que le BSH pouvait moduler la concentration intracellulaire du zinc en formant un complexe BSH :zinc avec une structure en tétraèdre comportant deux ligands soufres et deux ligands oxo (Ma, et al., 2014). Chez B. subtilis, il a été démontré que le BSH permettait de protéger les résidus cystéines d’u e o datio i e si le e a ides sulfo i ues (Chi, et al., 2011, Chi, et al., 2013). Chez B.

subtilis, une bacillithiol-S-transférase a été décrite comme étant responsable de la conjugaison

du bacillithiol avec différents substrats. Le rôle de la S-bacillithiolation est de protéger les thiols et les mécanismes de régulation redox chez plusieurs bactéries, comme le régulateur transcriptionnel OhrR et les enzymes métaboliques. La S-bacillithiolation de OhrR au niveau du sidu C s o duit à l’i a ti atio du gulateu et à l’e p essio de Oh A hez B. subtilis (Lee, et al., 2007).

Figure 25: Biosynthèse du bacillithiol (Antelmann, 2015)

II.5.2 Les systèmes de défense enzymatiques

Les superoxydes dismutases (SOD) catalysent la réduction de deux superoxydes en peroxyde d’h d og e et o g e. Il existe quatre types de SOD classés sur la base du cofacteur métallique qui peut être du cuivre et du zinc, du manganèse, du fer ou du nickel: Cu / Zn-SOD, Mn-SOD, Fe / Ni-SOD. Deux SOD ont été décrites chez E. coli : une enzyme utilisant le fer o e ofa teu et do t l’e p essio est odul e pa la o e t atio i t a ellulai e e fe (Niederhoffer, et al., 1990) et une SOD à manganèse prédominante en aérobiose dont l’e p essio i pli ue si gulateu s t a s iptio els (Compan & Touati, 1993). Da s l’espa e p iplas i ue d’E. coli, un troisième SOD utilisant le cuivre ou zinc comme cofacteur a été identifié (Benov & Fridovich, 1994). Ces deux classes de SOD dont les cofacteurs sont le fer ou le cuivre-zinc ont par la suite été identifiées chez plusieurs bactéries dont B. anthracis (Passalacqua, et al., 2006). Le pe o de d’h d og e est e suite li i g â e à l’a tio de deux catalases : l’h d ope o dase I HPI et l’h d ope o dase II HPII . Chez B. subtilis, les g es oda t pou les deu atalases fo t pa tie d’u op o de g es o t ôl s par le régulateur oxyR (Storz & Tartaglia, 1992). katG est le g e oda t pou HPI do t l’e p essio est i du ti le pa la p se e de pe o de d’h d og e. katE code pour HPII. Il est exprimé en entrée de phase stationnaire sous le contrôle du régulateur rpoS codant pour le fa teu σS

(Kolter, et al., 1993). Les systèmes de défense enzymatiques incluent également des systèmes de pa atio s de l’ADN et des e z es p ot ol ti ues et lipol ti ues. Les s st es de

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pa atio de l’ADN so t o stitu s pa l’e do u l ase IV, u e talloe z e i duite pa le st ess o da t et l’e o u l ase III i duite au ou s de la phase statio ai e (Demple & Harrison, 1994). L’u e des odifi atio s les plus f ue tes est la du tio des po ts disulfures. Cette réduction implique la thiorédoxine réductase qui transfère les électrons depuis le NADPH e s la thio do i e o d e ia le oe z e t a spo teu d’h d og e FAD. La thiorédoxine est une enzyme antioxydante découverte en 1964 chez E. coli. Le système de thiorédoxine comprend le NADPH, la thiorédoxine réductase (TrxR), et la thiorédoxine (TRX). C’est un système de type disulfure-réductase qui peut fournir des électrons à une large gamme d'enzymes impliquées dans la synthèse de l'ADN et la défense contre le stress oxydant (Holmgren, 1985). La thiorédoxine est une réductase de 12 kDa catalysant la réduction des ponts disulfures des protéines avec un motif conservé (CGPC) au niveau du site actif. La st u tu e de la thio do i e est o pos e de feuillets β fo a t le o au de la protéine et 4 hélices α plus u e pa tie d’h li e e tou a t le o au. Le site a tif est situ ap s le feuillet β au i eau de la partie N-te i ale de l’h li e α2 (Eklund, et al., 1991). De nombreuses enzymes essentielles impliquées dans les systèmes antioxydants thiol-dépendants possèdent cette structure comme la glutarédoxine (Fernandes & Holmgren, 2004), la peroxyrédoxine (Wood, et al., 2003) et le glutathion peroxydase (Ladenstein, et al., 1979). La thiorédoxine réductase est une flavoprotéine homodimérique faisant partie de la famille pyridine nucléotide-disulfide oxydoréductase incluant le glutathion réductase (GR), le trypanothione réductase (TryR), l’alkyl hydroperoxyde réductase, le lipoamide déshydrogénase et le mercurique réductase (Argyrou & Blanchard, 2004). En plus de la thiorédoxine réductase, il existe un homologue participant également aux mécanismes de défense contre le stress oxydant qui est AhpF (alkyl hydroperoxyde peroxydase sous-unité F). AhpF transfert directement les électrons depuis AhpC vers un alkyl hydroperoxyde (Poole, et al., 2000). Les cellules procaryotes possèdent également des protéines capables de réparer directement les modifications de la structure primaire des protéines. Tous les acides aminés des protéines sont oxydables par les ROS. La cystéine et la méthionine sont les deux seuls acides aminés contenant un atome de soufre. Ils sont présents dans la plupart des protéines et leur oxydation est e si le. L’u e des odifi atio s les plus f ue tes est l’o datio des cystéines conduisant à la formation de ponts disulfures. Leur réduction est possible grâce aux thiorédoxine réductases, glutarédoxines et la protéine disulfide isomérase chez E. coli qui est à la fois une enzyme et une protéine chaperonne (Cabiscol, et al., 2000). Les résidus cystéines sont connus pour contribuer à la structure et fonction des protéines mais le rôle clé des résidus thio i es ’est pas lai e e t ta li. Les sidus thio i es so t les plus sus epti les à être oxydés par les ROS (Vogt, 1995) et des tudes o t e t u’ils joue t u ôle i po ta t dans les mécanismes de défense contre le stress oxydant (Levine, et al., 1996, Levine, et al., 1999, Luo & Levine, 2009)

.

Les thio i es o d es peu e t t e duites g â e à l’a tio d’u e fa ille d’e z es, les thio i es sulfoxydes réductases.

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Tableau 4: Constante de vitesse de réaction de la méthionine avec des oxydants à pH= 7 en solution aqueuse (Davies, 2004)

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Dans le document Dynamique de l'exoprotéome et homéostasie rédox chez Bacillus cereus : rôle de l'oxydation et réduction des résidus méthionines (Page 57-62)