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Exploring the Biochemical Roles of Manganese-based Antioxidants to Achieve Extreme Stress Tolerance

par Arora, Rohan
Président du jury De Deken, Xavier
Promoteur Van Doninck, Karine
Co-Promoteur Debaille, Vinciane
Publication Non publié, 2024-07-04

Thèse de doctorat

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Résumé :

Antony van Leeuwenhoek, "le père de la microbiologie", a découvert en 1702, à l'aide de son microscope, des créatures microscopiques uniques qu'il a ressuscitées en ajoutant de l'eau à de la litière de feuilles sèches. L'un de ces micro-organismes était un rotifère bdelloïde, l'un des plus petits animaux que l'on puisse trouver, mesurant moins d'un millimètre et comprenant environ 1 000 cellules. Ces petites créatures ont étonné van Leeuwenhoek parce qu'elles étaient encore vivantes après avoir réhydraté des feuilles gardées au sec pendant des mois. Les rotifères bdelloïdes sont des animaux remarquables pour leur capacité à survivre à la dessiccation à tous les stades de leur cycle de vie, mais aussi à résister à d'autres stress abiotiques, notamment la congélation et de fortes doses de radiations ionisantes. Lors de ces stress, les rotifères bdelloïdes arrêtent leur métabolisme de manière réversible et entrent dans un état d'animation suspendue appelé "tun". Lorsque les conditions sont favorables, ces animaux microscopiques sortent de l'état "tun" et reprennent leur mode de vie actif et hydraté, où ils continuent à se nourrir et à se reproduire de manière asexuée.Afin d'explorer la résistance au stress oxydatif chez les eucaryotes extrémotolérants, en se concentrant principalement sur l'espèce bdelloïde Adineta vaga, cette thèse comprend 4 chapitres principaux, brièvement détaillés ci-dessous.Chapitre 2 : Tolérance au stress extrême chez les eucaryotes : Réduire, sauver, recycler, Réparer et ÉliminerCette revue présente le concept de stress oxydatif, avec un accent particulier sur le stress oxydatif induit par les radiations et la dessiccation. Elle donne également un aperçu des réponses observées chez diverses espèces extrémotolérantes. Ces réponses sont classées comme suit : RÉDUIRE : se réfère principalement à une réduction des divisions cellulaires, également connue sous le nom d'eutely. SAUVEGARDE : consiste à sauver les macromolécules cellulaires actives par l'accumulation de bioprotectants et d'antioxydants enzymatiques. RECYCLER : Il s'agit de recycler les antioxydants de faible poids moléculaire exempts de protéines, en particulier les antioxydants à base de manganèse, afin de maintenir l'équilibre redox. RÉPARER : implique des voies de réparation qui participent activement à la réparation de l'ADN et des protéines. ÉLIMINER : comprend les processus nécessaires pour éliminer les macromolécules cellulaires nocives et endommagées qui ne peuvent pas être réparées.Chapitre 3 : Antioxydants à base de manganèse : Découvrir les mécanismes de la résistance aux radia-résistance aux radiations chez les espèces procaryotes et eucaryotesCe chapitre est la publication principale de cette thèse, compilant la plupart des résultats expérimentaux obtenus au cours de cette recherche doctorale. Nous rapportons pour la première fois une corrélation entre une tolérance extrême aux radiations et un rapport Mn/Fe élevé chez les eucaryotes, comme cela a été démontré chez les procaryotes. Un essai de piégeage des superoxydes sur gel a mis en évidence les mêmes profils uniques de piégeage des superoxydes chez les trois organismes radio-résistants en présence de Mn, qui n'ont pas été détectés chez les organismes radiosensibles. En cas de privation de Mn, ces profils ont changé, la sensibilité aux radiations a augmenté et les niveaux d'oxydation des protéines ont également augmenté. Cependant, chez A. vaga et D. radiodurans, lorsque le Mn est absent et que la MnSOD n'est pas fonctionnelle, une atténuation de la mortalité induite par les radiations semble se produire par un mécanisme inconnu, suggérant un sauvetage indépendant du manganèse. Enfin, nous avons identifié deux gènes MnSOD d'origine non-métazoaire acquis horizontalement chez A. vaga. Ces gènes peuvent expliquer les zones uniques de piégeage des superoxydes dépendant du Mn observées chez A. vaga, similaires aux zones de piégeage des superoxydes dépendant du Mn.Observées chez A. vaga, semblables à celles observées chez D. radiodurans.Chapitre 4 : Protection in-vitro des lysats d'extrémotolérants contre les dommages oxydatifs Ce chapitre comprend des résultats préliminaires, qui n'ont été inclus dans aucune publication. Il couvre des expériences portant sur le potentiel antioxydant des lysats d'A. vaga et de D. radiodurans par le biais d'essais in vitro de piégeage des superoxydes, la protection enzymatique de l'enzyme de restriction BamH1 irradiée et la protection de cellules humaines (primaires et immortalisées) endommagées par l'oxydation.Chapitre 5 : Discussion généraleCe chapitre comprend la discussion générale, les perspectives et la conclusion de l'ensemble de cette thèse de doctorat.Perspectives du travail effectuéCette section comprend des projets supplémentaires lancés au cours de cette thèse de doctorat mais partiellement poursuivis. Cette section donne également un bref aperçu d'un projet de preuve de concept (POC) accordé au professeur Karine Van Doninck et à Rohan Arora. Ce projet de POC vise à développer des formulations bioactives dérivées d'organismes extrémotolérants pour des applications dans les secteurs pharmaceutiques, neutraceutiques et cosméceutiques. Rohan Arora travaille actuellement sur ces formulations en collaboration avec le bio-ingénieur Joost Borry et le technicien Alex Gallardo. Le projet POC est financé par Innoviris.