La soutenance de thèse de Katayoun KAZEMZADEH FERIZHENDI de l'équipe TIMC TrEE aura lieu le vendredi 3 novembre 2023 à 14h00, sur le thème :
 

« Études des voies de biosynthèse de l’ubiquinone chez les protéobactéries. »

Jury :

• Ludovic PELOSI, Professeur des Universités, Université Grenoble Alpes, Directeur de thèse
• Fabien PIERREL, Directeur de recherche, CNRS délégation Alpes, Codirecteur de thèse
• Laurent AUSSEL, Professeur des Universités, Aix-Marseille Université, Rapporteur
• Simonetta  GRIBALDO, Professeure, Institut Pasteur, Rapporteure
• Christelle BRETON, Professeure des Universités, Université Grenoble Alpes, Examinatrice
• Anne WALBURGER, Maîtresse de conférences, Aix-Marseille Université, Examinatrice

Encadrement :

• Ludovic PELOSI, Professeur des Universités, Université Grenoble Alpes, Directeur de thèse
• Fabien PIERREL, Directeur de recherche, CNRS délégation Alpes, Codirecteur de thèse

  Mots clés

Ubiquinone, Aérobiose / Anaérobiose, Métabolisme respiratoire, Hydroxylases, Protéobactéries, Pathogénicité

  Résumé

L'ubiquinone (UQ) est un lipide redox qui intervient dans le transfert d'électrons et de protons dans les chaines respiratoires des eucaryotes et des protéobactéries. Il joue un rôle clé dans la bioénergétique de ces organismes et sa voie de biosynthèse a été largement étudiée chez Escherichia coli. Cette bactérie anaérobie facultative synthétise l’UQ en aérobie via une voie O2-dépendante et en anaérobie via une voie O2-indépendante. Ces deux voies multi-étapes font intervenir différentes enzymes et protéines accessoires. Certaines sont communes aux deux voies (UbiA à UbiE, UbiG et UbiX) alors que d’autres sont impliquées uniquement dans la voie O2-dépendante (UbiI, UbiH, UbiF, UbiJ et UbiK) ou dans la voie O2-indépendante (UbiT à UbiV). Chacune des deux voies comporte trois réactions d’hydroxylation sur des atomes de carbone contiguës du cycle aromatique des intermédiaires de l’UQ. Durant ces travaux de thèse, nous nous sommes intéressés aux réactions d’hydroxylation des deux voies chez les protéobactéries, d’un point de vue biochimique, évolutif et physiologique. D’autre part, nous avons également abordé le rôle de l’UQ dans la pathogénicité de la bactérie Francisella novicida. En conditions aérobies, les trois réactions d’hydroxylation sont catalysées par des monooxygénases à flavine (FMOs) ou à fer (Coq7) qui utilisent le dioxygène (O2) comme source de groupement hydroxyle. Il a été montré que diverses combinaisons d’hydroxylases étaient utilisées par les bactéries. Par exemple, E. coli utilise trois FMOs, (UbiI, H et F) alors que Rhodospirillum rubrum emploie UbiL (FMO) et Coq7, et que Neisseria meningitidis n’a qu’une seule enzyme, UbiM (FMO). Ces résultats ont suggéré une régiosélectivité (capacité à hydroxyler un carbone spécifique du cycle aromatique) variée pour les hydroxylases O2-dépendante, notamment pour les FMOs. Nous avons donc exploré l’évolution de la régiosélectivité des FMOs impliquées dans la biosynthèse de l’UQ (Ubi-FMOs) en analysant les génomes de 2352 espèces d’α-, β- et γ-protéobactéries. Nos analyses phylogénétiques et biochimiques ont mis en évidence l’existence d’une nouvelle FMO (UbiN) et ont révélé que les Ubi-FMOs se sont diversifiées via trois événements de duplication associés à un cas de sous-fonctionnalisation et à deux cas de néo-fonctionnalisation liés à une perte de Coq7. Par ailleurs, l’équipe a montré l’implication des protéines UbiT, U, V dans la voie O2-indépendante de biosynthèse de l’UQ. Cependant, l’identité des hydroxylases et du donneur de groupement hydroxyle pour les réactions d’hydroxylation O2-indépendantes restaient à élucider. Grâce à des expériences in vivo, nous avons montré que l’hétérodimère UbiU-V est capable d’hydroxyler les trois atomes de carbone des intermédiaires de l’UQ et que l’activité d’UbiU-V dépend d’un métabolite de la voie du shikimate, vraisemblablement le préphénate. Des expériences de marquage ont démontré que ce métabolite est la source de groupement hydroxyle utilisé dans la voie anaérobie de biosynthèse de l’UQ. Ces résultats révèlent la première molécule organique utilisée comme donneur d’hydroxyle dans des réactions biologiques et suggèrent que les protéines appartenant à la même famille qu’UbiU-V pourraient fonctionner de façon similaire. Par ailleurs, des analyses génétiques et physiologiques ont montré que l’expression d’UbiU-V est régulée par FNR, un régulateur transcriptionnel sensible à l’O2, et qu’UbiU-V procurent un léger avantage à E. coli pour coloniser l’intestin de souris, une de ses niches écologiques. Dans l’ensemble, nos résultats révèlent qu’UbiTUV participent à la stratégie utilisée par E. coli pour s’adapter aux conditions respiratoires dans des environnements versatiles tel que l’intestin. Enfin, nous avons caractérisé la voie de biosynthèse de l’UQ chez la bactérie F. novicida. A l’aide du modèle Galleria mellonella, nous avons pu montrer pour la première fois que l’UQ contribué à la pathogénicité de cette bactérie.