PhD Defense Rémi Mor-Gautier "Biosynthèse des clusters Fe-S par la machinerie mitochondriale ISC : un mécanisme de transfert de persulfure dépendant du fer"

Les clusters fer-soufre (Fe-S) sont des groupements prosthétiques constitués d’ions fer et sulfure. Parmi les plus anciens cofacteurs biologiques, ces clusters sont présents chez la majorité des organismes vivants et constituent les sites actifs de nombreuses protéines et enzymes, intervenant dans une grande diversité de processus biologiques fondamentaux, tels que le transfert d’électrons, la catalyse redox et non-redox, la donation de soufre ou encore la signalisation cellulaire. Dans le vivant, les clusters Fe-S sont biosynthétisés par des machineries multiprotéiques hautement conservées. Chez les eucaryotes, et notamment chez l’Homme, cette biosynthèse est assurée par la machinerie mitochondriale Iron Sulfur Cluster (ISC).

L’assemblage des clusters [2Fe-2S] par la machinerie ISC humaine repose sur une succession d’étapes mobilisant de nombreuses protéines. Le processus débute par l’insertion d’ions ferreux dans le site d’assemblage de la protéine échafaudage ISCU2, sur laquelle les clusters sont formés. Le soufre est fourni par la cystéine désulfurase NFS1, une protéine PLP-dépendante, sous la forme d’un persulfure lié à une cystéine catalytique. Cette protéine, peu soluble, est stabilisée par deux protéines partenaires, ISD11 et ACP, formant un complexe noté NIA. Le persulfure est ensuite transféré vers ISCU2 via un mécanisme de transfert de persulfure dépendant du fer. Cette étape constitue l’étape cinétiquement limitante du processus et est accélérée par la frataxine (FXN). Une fois transféré, le persulfure est réduit en sulfure par le système FDX2/FDXR, qui fournit les électrons nécessaires via l’oxydation du NADPH, conduisant à la formation du cluster [2Fe 2S].

L’objectif de cette thèse est d’élucider le mécanisme moléculaire du transfert de persulfure de NFS1 à ISCU2, en particulier le rôle du fer dans ce processus. Ce travail vise à caractériser les intermédiaires réactionnels impliquant un centre Fe(II) et un persulfure formés au cours de la réaction. L’existence de tels intermédiaires permettrait d’expliquer le rôle du fer dans la coordination et l’activation du persulfure, facilitant ainsi un transfert contrôlé vers ISCU2 et la formation régulée de sulfure. Pour étudier l’environnement du centre Fe(II) au cours de ce processus, des approches biochimiques ont été combinées à des techniques spectroscopiques de résonance paramagnétique électronique (RPE), de Mössbauer et de résonance nucléaire vibrationnelle (NRVS), ainsi qu’à des calculs de chimie quantique basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). L’ensemble de ces approches a permis de proposer un modèle mécanistique décrivant le rôle central du fer dans le transfert de persulfure au sein de la machinerie ISC.