Metabolic contest: une nouvelle façon de contrôler l'utilisation des sources de carbone

Publié par Adrien le 26/01/2022 à 09:00
Source: CNRS INSB
Dans cet article publié dans la revue PLoS Biology, les scientifiques décrivent un nouveau mécanisme moléculaire permettant aux trypanosomes, parasites responsables de la maladie du sommeil, de contrôler et de prioriser l'utilisation des sources de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...). En utilisant des approches biochimiques, métabolomiques et de génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est...) inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...), ils ont élucidé le mécanisme de la préférence pour le glycérol (Le glycérol ou la glycérine (C3H8O3) est un polyol. Son nom officiel est le...) par rapport au glucose (Le glucose est un aldohexose, principal représentant des oses (sucres). Par convention, il est...), qui est basé sur la compétition entre deux enzymes pour le même substrat.


Mécanisme moléculaire unique ("metabolic contest") expliquant la préférence des trypanosomes pour le glycérol, alors que le glucose est généralement préféré par les micro-organismes. Dans les glycosomes du parasite (observés à gauche en vert avec des anticorps anti-PEX11), la glycérol kinase (GK) et l'hexokinase (HK) sont en compétition pour le même pool d'ATP (décrit au centre). L'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) de la GK étant 74 fois plus élevée que celle de l'HK, le glycérol est rapidement métabolisé, alors que le glucose ne l'est pas en présence de glycérol. Il en résulte que le glucose est utilisé une fois la totalité du glycérol consommée (à droite, carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses...) et rond ( Le mot rond caractérise et par abus de langage désigne un cercle ou une sphère. En...) blancs).
© Frédéric Bringaud

Les micro-organismes doivent faire le bon choix en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) de consommation de nutriments pour s'adapter à leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) changeant. En conséquence, les bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) et les levures ont développé des mécanismes de régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se...) connus sous le nom de "répression catabolique", permettant de réorienter le métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques...) cellulaire pour maximiser la consommation d'une source de carbone énergétiquement efficace. Ces mécanismes complexes impliquent la détection et la signalisation des nutriments au travers de cascades de phosphorylation. Les scientifiques présentent un nouveau mécanisme appelé "metabolic contest" permettant de réguler l'utilisation des sources de carbone sans détection des nutriments ni activation (Activation peut faire référence à :) d'une voie de signalisation.

Trypanosoma brucei est un eucaryote unicellulaire transmis par un insecte (Les insectes (Insecta) font partie du sous-embranchement des hexapodes, elle-même incluse dans...) vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet...) (mouche tsé-tsé) et responsable de la trypanosomiase humaine africaine ou maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal...) du sommeil (Le sommeil est un état naturel récurrent de perte de conscience (mais sans perte de la...). Contrairement à la plupart des microorganismes, ce parasite développe une préférence métabolique pour le glycérol par rapport au glucose; la consommation de glucose commençant après l'épuisement du glycérol présent dans le milieu. Ce "metabolic contest" dépend de la combinaison (Une combinaison peut être :) de trois conditions:

(i) la séquestration des deux voies métaboliques en compétition dans le même compartiment subcellulaire - ici dans les glycosomes, organites apparentés aux péroxysomes;

(ii) la compétition pour le même substrat , l'ATP, de deux enzymes - ici la glycérol kinase et l'hexokinase, qui catalysent respectivement la 1ère étape des voies métaboliques du glycérol et du glucose;

(iii) une activité déséquilibrée entre les enzymes en compétition - ici l'activité glycérol kinase est 74 fois plus élevée que l'activité hexokinase.

La conséquence est l'utilisation de l'ATP glycosomale par la glycérol kinase au détriment de l'hexokinase, laquelle reste inactive en présence de glycérol.

En théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...), ce type de mode de régulation des flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) métaboliques pourrait se trouver dans tous les organismes, si ces trois conditions sont remplies. L'avantage du "metabolic contest" par rapport à la "répression catabolique" est principalement un passage immédiat à la source de carbone la moins préférée lorsque la source préférée est épuisée, et ce avec un coût énergétique minimal puisqu'aucune régulation de l'expression génétique n'est nécessaire.

Publication:
Glycerol suppresses glucose consumption in trypanosomes through metabolic contest Allmann S., M. Wargnies, E. Cahoreau, M. Biran, N. Plazolles, P. Morand, E. Pineda, H. Kulyk-Babier, C. Asencio, O. Villafraz, L. Rivière (En hydrographie, une rivière est un cours d'eau qui s'écoule sous l'effet de la...), E. Tetaud, B. Rotureau, A. Mourier, J.-C. Portais, & F. Bringaud.
PLoS Biology 13 aout 2021. doi: 10.1371/journal.pbio.3001359.

Laboratoire:
Laboratoire de Microbiologie (La microbiologie est une sous-discipline de la biologie basée sur l'étude des...) Fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) et Pathogénicité (MFP) (CNRS/Université de Bordeaux)
146, rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux...) Léo Saignat.
33076 Bordeaux cedex - France.
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