Nouvelle fonction des centres [4Fe-4S] dans des réactions non-rédox : étude biochimique et structurale de thiouridylases d'ARN de transfert et d’une thiouracile désulfidase - Laboratoire de Chimie des Processus Biologiques Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

New function of [4Fe-4S] clusters in non-redox reactions : biochemical and structural study of transfer RNA thiouridylases and a thiouracil desulfidase

Nouvelle fonction des centres [4Fe-4S] dans des réactions non-rédox : étude biochimique et structurale de thiouridylases d'ARN de transfert et d’une thiouracile désulfidase

Jingjing Zhou
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1212722
  • IdRef : 266797660

Résumé

The sulfur atom is an abundant and essential element for life. It is present in a wide variety of sulfur-containing biomolecules, such as certain essential amino acids - the cysteine and the methionine, which are at the center of various metabolic pathways -, transfer RNA thionucleosides, and certain essential cofactors participating in many biological processes, such as iron-sulfur centers [Fe-S]. The [Fe-S] centers are known for their redox activity and their role in electron transfer reactions. They have important cellular functions in photosynthesis, respiration, and regulation of gene translation under stress conditions. My thesis consisted of the study of two families of enzymes with [4Fe-4S] centers involved in sulfur metabolism: several transfer RNA thiouridylases (MnmA from E. coli, ThiI from archaea Methanococcus maripaludis), catalyzing sulfur insertion into tRNA uridines, as well as a ThioUracil DeSulfidase (TudS) catalyzing sulfur abstraction from thiouracil. By combining various biochemical (in vitro activity tests, site-directed mutagenesis) and biophysical (UV-visible spectroscopy, EPR, Mössbauer, X-ray crystallography) characterization methods, we were able to demonstrate the chemical nature and the role of the [4Fe-4S] cluster in the non-redox reactions catalyzed by these metalloenzymes. Identifying a reaction intermediate [4Fe-5S] in crystal, in the structure of the enzyme TudS, has confirmed a new function of the [4Fe-4S] clusters in the catalysis of non-redox reactions, previously proposed for transfer RNA thiouridylases (TtuA): the [4Fe-4S] cluster being liganded by only three amino acids, the fourth uncoordinated iron would play the role of Lewis acid by binding and activating the sulfur atom of the substrate (exogenous sulfide or thiouracil, respectively) to catalyze the reaction of thiolation (tRNA thiouridylases) or dethiolation (TudS).
L’atome de soufre est un élément abondant et indispensable à la vie. Il est présent dans une grande diversité de biomolécules contenant du soufre, tels que certains acides aminés essentiels - comme la cystéine et la méthionine, qui sont à la base de diverses voies métaboliques -, des thionucléosides des ARNs de transfert, et de certains cofacteurs indispensables à de nombreux processus biologiques, comme les centres fer-soufre [Fe-S]. Les centres [Fe-S] sont connus pour leur activité rédox et leur rôle dans des réactions de transferts d’électrons. Ils ont des fonctions cellulaires importantes dans la photosynthèse, la respiration et la régulation de la traduction génétique dans des conditions de stress. Ma thèse a consisté en l’étude de deux familles d’enzymes à centres [4Fe-4S] impliquées dans le métabolisme du soufre : plusieurs thiouridylases d'ARN de transfert (MnmA d’E. coli, ThiI de l’archée Methanococcus maripaludis), catalysant l’insertion d’un soufre dans les uridines d’ARNt, et une ThioUracile DéSulfidase (TudS) catalysant l’abstraction du soufre du thiouracile. En combinant diverses méthodes de caractérisation biochimique (tests d’activité in vitro, mutagénèse dirigée) et biophysiques (spectroscopies UV-visible, RPE, Mössbauer, cristallographie aux rayons X), nous avons pu démontrer la nature chimique et le rôle de cofacteur du centre [4Fe-4S] dans les réactions non rédox catalysées par ces métalloenzymes. L’identification d’un intermédiaire réactionnel [4Fe-5S] in crystallo, dans la structure de l’enzyme TudS, a permis de confirmer une nouvelle fonction des centres [4Fe-4S] dans la catalyse de réactions non-redox, précédemment proposée pour les thiouridylases d’ARN de transfert (TtuA) : le centre [4Fe-4S] étant ligandé par trois acides aminés seulement, le quatrième fer non coordonné jouerait le rôle d’acide Lewis en liant et activant l’atome de soufre du substrat (sulfure exogène ou thiouracile, respectivement) pour catalyser la réaction de thiolation (thiouridylases d’ARNt) ou déthiolation (TudS).
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03935704 , version 1 (12-01-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03935704 , version 1

Citer

Jingjing Zhou. Nouvelle fonction des centres [4Fe-4S] dans des réactions non-rédox : étude biochimique et structurale de thiouridylases d'ARN de transfert et d’une thiouracile désulfidase. Biochimie [q-bio.BM]. Sorbonne Université, 2022. Français. ⟨NNT : 2022SORUS325⟩. ⟨tel-03935704⟩
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