Vers un mécanisme unifié de la détoxification du sulfite en sulfate chez les êtres vivants

Publié par Isabelle le 20/11/2020 à 13:00
Source: CNRS INSB
Les ions sulfite sont fortement toxiques pour les êtres vivants et doivent être convertis en sulfate pour diminuer leur toxicité. Cette transformation est efficacement réalisée par des enzymes à molybdène dénommées sulfite oxydases chez les eucaryotes et sulfite déshydrogénases chez la plupart des procaryotes. Bien que ces enzymes soient étudiées depuis plusieurs décennies, les détails de leur mécanisme catalytique restent largement à élucider.

En travaillant sur une sulfite déshydrogénase issue d'une bactérie hyper-thermophile, des chercheurs du BIP à Marseille, en collaboration avec une équipe irlandaise, ont réussi à piéger et à caractériser à l'échelle atomique la structure d'un adduit Mo-phosphate mimant un intermédiaire réactionnel postulé mais jamais détecté dans ce type de molybdoenzymes. Publiés dans la revue ChemComm, ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives dans l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) détaillée du mécanisme moléculaire de conversion du sulfite en sulfate chez les êtres vivants.


© Royal Society of ChemistryFigure: Structure 3D de la sulfite déshydrogénase résolue par diffraction des rayons X en présence de phosphate (Un phosphate, en chimie inorganique, est un sel d'acide phosphorique résultant de l'attaque d'une base par de l'acide phosphorique.) de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve...). Cette structure montre un adduit Mo-phosphate dans son site actif identifié par ailleurs par l'analyse du spectre de Résonance (La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques (électriques, mécaniques...) sont sensibles à certaines fréquences. Un système résonant peut accumuler une...) Paramagnétique Electronique avancée du noyau 31P montré dans l'encart. Reproduit avec la permission de la Royal Society of Chemistry (La Royal Society of Chemistry est une société savante située au Royaume-Uni dont le but est "l'avancement des sciences chimiques". Cette organisation contribue à des recherches, publie...).

Les composés soufrés jouent un rôle crucial pour de nombreuses réactions cellulaires mais leur réactivité peut les rendre toxiques. C'est en particulier le cas du sulfite qui peut causer des dommages oxydatifs aux protéines, aux acides nucléiques et aux lipides conduisant à des préjudices cellulaires irréversibles. Cependant, la plupart des organismes vivants produisent des enzymes capables de convertir efficacement le sulfite en sulfate, moins délétère. Ces oxydoréductases portent le nom générique de sulfite oxydases (SO) et possèdent toutes un site actif contenant un cofacteur à molybdène (Le molybdène est un élément chimique, de symbole Mo et de numéro atomique 42.) (Mo) requis pour la catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui est en général en quantité beaucoup plus faible que les...). La SO humaine est par exemple indispensable à la métabolisation des acides aminés soufrés absorbés avec l'alimentation. Une carence en cette enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et...) due par exemple à l'absence de cofacteur à Mo est létale chez les nouveaux nés.

Par ailleurs, de nombreux microorganismes procaryotes sont capables de tirer profit de la réaction de conversion du sulfite en sulfate pour leur métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l'organisme vivant. C'est un processus ordonné, qui...) énergétique. Ils synthétisent pour cela des enzymes appelées sulfite déshydrogénases (SDH). Alors que l'examen des quelques structures atomiques disponibles de SO et de SDH révèle des structures de leur cofacteur à molybdène quasi-identiques, le mécanisme moléculaire détaillé permettant la conversion du sulfite en sulfate par ces enzymes reste largement incompris.

En utilisant comme organisme source la bactérie hyper-thermophile Thermus thermophilus, des chercheurs du laboratoire de Bioénergétique et Ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou industrielle.) des Protéines (BIP) à Marseille en collaboration avec une équipe de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au...) de Limerick en Irlande ont pu caractériser la structure atomique d'une SDH en présence de phosphate, un analogue du produit de la réaction. En combinant des approches de cristallographie par diffraction des rayons X, de spectroscopie de Résonance Paramagnétique Electronique avancée et de modélisation moléculaire (La modélisation moléculaire est un ensemble de techniques pour modéliser ou imiter le comportement de molécules.) de chimie quantique (La chimie quantique est l'application de la mécanique quantique aux problèmes de la chimie.), ces chercheurs ont démontré la stabilisation inédite d'un adduit Mo-phosphate, et ont résolu les détails structuraux de cette stabilisation. Un tel adduit mime un intermédiaire réactionnel postulé mais jamais démontré chez les SO/SDH. Ce travail fournit ainsi une base solide pour décrypter au niveau moléculaire le mécanisme biologique de conversion du sulfite en sulfate chez les êtres vivants et permet d'unifier plusieurs décennies de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) sur cette classe d'enzymes, qu'elles soient d'origine eucaryote ou procaryote (Le terme « procaryote » (Prokaryota ou Prokarya), du grec pro (avant) et caryon (noyau), est d'abord une référence à une structure cellulaire particulière, sans noyau ni autres organites, et s'opposant...).

Pour en savoir plus:
Structural evidence for a reaction intermediate mimic in the active site of a sulfite dehydrogenase.
Ahmed Djeghader, Melanie Rossotti, Saleh Abdulkarim, Frédéric Biaso, Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm, heaume, casque, protection.) Gerbaud, Wolfgang Nitschke, Barbara Schoepp-Cothenet, Tewfik Soulimane, Stéphane Grimaldi.
Chemical Communications, 2020, DOI:10.1039/d0cc03634j.

Laboratoire:
Bioénergétique et ingénierie des protéines (BIP) - (CNRS/Université Aix-Marseille) - 31 Chemin Joseph Aiguier.- 13402 MARSEILLE CEDEX 20.

Contacts:
- Stéphane Grimaldi - Enseignant- chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent...) à l'Université Aix-Marseille et au laboratoire Bioénergétique et ingénierie des protéines (BIP) - stephane.grimaldi at univ-amu.fr
- Barbara Schoepp-Cothenet - Chercheuse au laboratoire Bioénergétique et ingénierie des protéines (BIP) - schoepp at imm.cnrs (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).).fr
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