Perception du stress métallique (nickel/cobalt) par le

THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Chimie Biologie
Arrêté ministériel : 7 août 2006
Présentée par
Juliette Trepreau
Thèse dirigée par Jacques Covès et
codirigée par Antoine Maillard
préparée au sein de l'Institut de Biologie Structurale
Equipe Homéostasie des Métaux et Signalisation
dans l'École Doctorale Chimie et Sciences du Vivant
Perception du stress métallique
(nickel/cobalt) par le système de
signalisation transmembranaire
Cnr chez Cupriavidus
metallidurans CH34
Thèse soutenue publiquement le
18 novembre 2011
devant le jury composé de :
Mme Cécile WANDERSMAN
Directeur de Recherche, Institut Pasteur de Paris, Rapporteur
M. Peter FALLER
Professeur, Université Paul Sabatier de Toulouse, Rapporteur
M. Johannes GEISELMANN
Professeur, Université Joseph Fourier de Grenoble, Membre
Mme Agnès RODRIGUE
Maître de Conférence, INSA Université de Lyon-1, Membre

!

Remerciements
Je remercie le docteur Cécile Wandersman et le professeur Peter Faller pour avoir accepté
d’être rapporteurs de cette thèse. Je remercie le professeur Hans Geiselmann ainsi que le docteur
Agnès Rodrigue pour avoir accepté d’examiner ce travail.
Beaucoup de personnes ont contribué au bon déroulement de ma thèse, je tiens à les remercier
pour leur aide précieuse durant ces trois années.
Je tiens tout d’abord à remercier chaleureusement Jacques Covès et Antoine Maillard, mes
directeur et co-directeur de thèse qui m’ont accueillie et encadrée avec patience et compétence.
Grâce à vous, votre disponibilité et votre aide j’ai pu travailler dans une atmosphère scientifique
remarquable, cela a été un grand bonheur scientifique de travailler dans votre équipe pendant
ces 3 années.
Ensuite je voudrai remercier pêle-mêle beaucoup de personnes qui autant par leur soutien
que leur amitié ont contribué à faire de ma vie au laboratoire et à Grenoble une période heureuse
et enrichissante ... Eve pour ses idées lumineuses et ses conseils avisés.... Isa pour son aide au
laboratoire au quotidien et pour sa patience avec NccX...Eric pour les discussions scientifiques et
amicales productives et son aides sur tous les logiciels trop compliqués...Carole pour la RPE mais
surtout pour les excellents moments passés à Vancouver en ta compagnie...Géraldine pour le XAS
et ton aide patiente pour me faire comprendre la technique....Anne Imberty pour le décryptage
de l’ITC...Aymeric et Catherine pour leur aide au quotidien en ITC...Cécile de la repro du CNRS
pour tout le temps que l’on a pris pour faire de beaux posters .... Bien sûr tous les membres de
l’ex LPM, en particulier Michel alias Mac Gyver, Céline et Corinne qui ont toujours apporté des
réponses à toutes mes questions.... Ieva, Vera, Pankaj, Maria pour les bon moments dans notre
bureau multiculturel...ainsi que Franck, Antoine, Lina, et tous les autres...Egalement un grand
merci aux membres du ex LCCP pour m’avoir accueillie si gentiment parmi eux, Juan pour ses
infos sur les post doc, Patricia pour tous les problèmes d’ordinateurs et son soutien, Christine
et Mickael pour votre aide et votre compagnie à Vancouver, Yvain, Marina, les 2 Elodie, Hugo
Lydie et Claudine...un grand merci aussi à Monika pour son écoute et ses conseils avisés....Tous
les amis de Grenoble anciens comme nouveaux Eric, Julien, Mamé, Lydia, Gael, Vincent, mes
collocs Anne-So et Titi et les collocs de la rue des castors qui ont dû me supporter pendant ces
dernières semaines Guillaume, Carole et Cécile....Un remerciement très spécial pour Romain avec
qui on a bien galéré (surtout à la fin) merci pour ton principal défaut à savoir d’être toujours
disponible et de ne pas savoir dire non, à Sarah que j’ai rencontré trop tard mais qui par sa
fraîcheur m’a permis de me changer les idées... Un grand merci à Julien Curier, dit le patron,
qui a un don pour l’excellence...merci d’être toi !
Et bien sûr un grand merci à ma famille et à tous les amis de Paris, de Lyon ou de Marseille,
en particulier ceux qui se sont déplacés pour la soutenance Alice, Mic, Jez, Fanny, Mat, Aude et
Chloé...
1

Pour finir une pensée spéciale pour Richard qui m’a tellement appris et qui était un petit peu
comme mon papa de Grenoble...
2

Table des matières
IIntroduction 7
1 Les métaux en biologie 9
1.1 Les métaux de transition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.2 Géométrie de coordination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2 Les métaux dans la cellule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.1 Rôle des métaux dans la cellule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.2 Chimie de coordination des métaux en biologie . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.3 Affinité des métaux pour les protéines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.4 Concentration des métaux dans les cellules . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.5 Toxicité des ions métalliques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.6 Enzymes dépendant du nickel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2.6.1 Uréase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.2.6.2 [NiFe]-Hydrogénase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2.6.3 Superoxyde Dismutase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2.6.4 Carbone monoxyde déshydrogénase . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.2.6.5 Méthyl-CoM Réductase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.6.6 Glyoxalase I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.7 Enzymes dépendant du cobalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.2.7.1 Vitamine B12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.2.7.2 Protéines à cobalt non-corrine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2.7.3 Utilisation du cobalt en chimie bio-inorganique . . . . . . . . . . 26
2 Homéostasie des métaux lourds 27
2.1 Qu’est-ce que l’homéostasie des métaux lourds ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2 Import des ions métalliques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.1 Import dans le périplasme du nickel et du cobalt . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2.2 Import dans le cytoplasme des ions nickel et cobalt : . . . . . . . . . . . . 28
2.2.2.1 Les transporteurs de type ABC (ATP Binding Cassette) : . . . . 28
2.2.2.2 Les perméases NiCoT : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.2.2.3 Les transporteurs d’ions divalents CorA : . . . . . . . . . . . . . 31
2.3 Efflux des métaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.1 Systèmes d’efflux de la membrane cytoplasmique . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.1.1 Les ATPases de type P1B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.1.2 Les protéines de la famille CDF (Cation Diffusion Facilitators) . . 34
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