Developing new optogenetic redox biosensors for sulfur compounds

Responsable scientifique : Jérémy Couturier (UMR 1136 Interactions Arbres/Micro-organismes – IAM)

Collaborations : Bruce Morgan (Univ. of Kaiserslautern, Germany), Andreas Meyer (Univ. of Bonn, Germany), Markus Schwarzländer (Univ. of Münster, Germany)

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Contexte — De nombreux biosenseurs redox fluorescents ont été mis au point ces dernières années, offrant ainsi de nouvelles perspectives pour la mesure dynamique d’un large éventail de molécules biologiques. La protéine roGFP2 (réduction-oxydation GFP) est l’une de ces sondes permettant des études d’imagerie cellulaire non invasives, en temps réel et dans des compartiments sub-cellulaires spécifiques. Ces sondes ont révolutionné l’accès expérimental aux paramètres physiologiques des cellules vivantes. Comparé à l’azote et au phosphore, le métabolisme du soufre reste encore peu étudié et les mécanismes moléculaires impliqués dans le transfert du soufre restent majoritairement peu décrits. Les composés soufrés et notamment ceux dérivés de la cystéine sont indispensables à la physiologie, au développement et à la réponse au stress des plantes. Le développement de nouveaux biosenseurs optogénétiques permettant une meilleure compréhension du métabolisme de la cystéine apparaît nécessaire.

Objectifs — Ce projet vise à développer des biosenseurs fluorescents spécifiques de la cystéine et deux métabolites dérivés, le thiosulfate et le 3-mercaptopyruvate.

Démarche — Des expériences préliminaires démontrant que certaines sulfurtransférases et cystéine désulfurases catalysent l’oxydation de la protéine roGFP2 en présence de 3-mercaptopyruvate, de thiosulfate et de cystéine, suggèrent la possibilité d’élaborer de nouveaux senseurs optogénétiques. Nous évaluerons la capacité des enzymes sélectionnées à oxyder la protéine roGFP2 en utilisant des protéines recombinantes isolées, ou fusionnées à la protéine roGFP2. Les candidats intéressants seront ensuite exprimés in vivo dans des compartiments sub-cellulaires de la levure et des cellules végétales.

Résultats et impacts attendus — Compte tenu de l’impact important des sondes spécifiques du glutathion et de H₂O₂ dans les travaux concernant ces deux molécules, le développement de sondes évaluant spécifiquement les niveaux de composés soufrés pourrait être une avancée majeure pour l’étude de l’homéostasie redox, des réponses au stress et des phénomènes impliquant le métabolisme de la cystéine chez les plantes et les autres organismes vivants.