Reprogrammation du métabolisme cyanobactérien de Synechocystis sp. PCC6803 pour une meilleure photoproduction d’hydrogène

Le developpement d'organismes photosynthetiques (piegeant le C02 en preservant l'eau douce et les terres cultivables sans ajout d'engrais) capables d'utiliser l'energie solaire pour produire du dihydrogene (H2) passe par une meilleure comprehension du role de l'hydrogenase dans le metabolisme cyanobacterien. Le Laboratoire de Biologie et Biotechnologie des Cyanobateries ou j'ai travaille durant ma these utilise une approche de "Biologie Integrative" pour analyser le metabolisme qui conduit a la photo-production d’H2 chez la cyanobacterie modele Synechocystis sp. PCC6803. Mon travail s'est focalise sur l’analyse des reseaux de regulation amenant a la production d'H2 par l’hydrogenase bidirectionnelle a centre Ni-Fe (composee de 5 sous-unites) codee par l’operon hox. Lorsque j’ai debute ce travail, 2 activateurs de l’operon hox avaient ete identifies: AbrB1 et LexA. Un article dont je suis co-premier auteur est paru (Dutheil et al. 2012 J Bact.), il decrit l'identification par l'utilisation de diverses approches d'un nouveau facteur de transcription de l'operon hox: AbrB2 (homologue d'AbrB1). J'ai ainsi montre que l'expression de l’operon hox etait regulee negativement par AbrB2 en utilisant des fusions transcriptionnelles au gene rapporteur cat (introduites dans la souche sauvage ou depourvues d'AbrB2) ainsi que des experiences de qRT-PCR. Par la technique de retard sur gel, nous avons confirme une interaction directe entre AbrB2 et la region promotrice de l’operon hox. En collaboration avec deux laboratoires du CEA, nous avons montre qu'un mutant depourvu d’AbrB2 possede une activite hydrogenase augmentee, confirmant ainsi qu'AbrB2 est un regulateur negatif de la production d'H2.Dans un deuxieme temps et en collaboration avec deux post-doc du laboratoire, nous avons mis en evidence le role de la cysteine unique d'AbrB2 dans le controle redox de son activite de regulation transcriptionnelle.Par la technique du retard sur gel,j’ai montre que cette cysteine n’est pas cruciale pour la fixation d'AbrB2 sur le promoteur hox, mais que par contre, la modification redox de celle-ci l’affecte de maniere drastique. Dans le cadre de collaborations, nous avons identifie la modification post-traductionnelle qui peut avoir lieu sur la cysteine d'AbrB2 et il s’agit de la premiere fois, qu’un tel mecanisme de regulation est identifie pour cette famille de regulateur et chez les cyanobacteries. J’ai construit une souche portant l'allele mute abrB2 Cys>Ser sur le chromosome et exprime par le promoteur sauvage d’abrB2. J’ai montre grâce a cette construction et en utilisant diverses techniques (activite hydrogenase, qRT-PCR, Western blot et transcriptome) que la cysteine d'AbrB2 joue un role dans son activite de regulation qui est 60% moins bonne sur les 529 genes cibles (directes ou indirectes) du regulateur mute. L’effet est egalement visible sur l’activite hydrogenase. Ce resultat a ete complete par des tests de surexpression thermoinduite d’AbrB2 qui montrent que la mutation C34S affecte la stabilite de la proteine qui ne s’accumule pas autant que la sauvage dans les meme conditions et dont la surexpression est letale. Un manuscrit dont je suis copremier auteur et decrivant ces resultats est en cours de finalisation et sera prochainement soumis a l’Intern. Journ. of Hydrogen Energy.L’ensemble de ces travaux permet de mieux comprendre les mecanismes biologiques lies a l’expression de l’hydrogenase bidirectionnelle et vont dans le sens d’un role important de celle-ci dans la detoxification des stress redox. La determination des relations entre les differents regulateurs de l’hydrogenase et les possibles modifications post-traductionnelles de chacun de ces facteurs que j’ai mises en evidence traduisent une enzyme a la regulation complexe. Ces nouvelles connaissances permettent d’eclairer sous un angle nouveau la photoproduction d’H2 par les cyanobacteries et permettront peut-etre d’elaborer des strategies de production d’H2 efficace.