Cytochromes P450 et métabolismes associés

Responsable d'équipe : Danièle WERCK

Thème de recherche

Notre objectif est de révéler de nouvelles voies métaboliques dans le métabolisme hormonal et des celui des substances naturelles en utilisant comme guide les oxygénases appartenant à la famille des cytochromes P450 (CYP) et de déterminer le rôle de ces voies métaboliques dans le développement de la plante, son adaptation et sa défense.

Nous tentons aussi de révéler les mécanismes moléculaires et adaptatifs qui ont conduit à l’émergence de ces voies métaboliques chez les différentes espèces et au cours de l’évolution des plantes terrestres.

Les projets

  • Oxydation des acides gras précurseurs de la cutine et de la subérine (Franck PINOT)
  • Régulation métabolique de la signalisation des jasmonates (Thierry HEITZ)
  • Métabolisme oxydatif des petits isoprénoïdes (Nicolas NAVROT)
  • Evolution et ingénierie du métabolisme phénolique (Hugues RENAULT)
  • Cytochromes P450 révélateurs d’aspects méconnus du métabolisme hormonal
  • Analyse structurale de cytochrome P450 végétaux (Richard WELTER)

Projets en cours

Oxydation des acides gras précurseurs de la cutine et de la subérine

Porteur de projet : Franck PINOT

La cutine et la subérine représentent de véritables barrières qui protègent les plantes contre différents stress comme les pertes hydriques, les pathogènes, les UV. Elles constituent également un réservoir de molécules dérivées d’acides gras, possédant différentes propriétés biologiques. Nous travaillons dans le but de comprendre la mise en place de ces structures qui sont constituées par l’assemblage dans un réseau tridimensionnel d’acides gras poly-hydroxylés ou époxydés. Par des approches biochimiques et de génétique inverse, nous cherchons à caractériser les cytochromes P450 et les époxyde hydrolases impliqués dans la production de ces acides gras. Modèles: Arabidopsis, céréales, légumineuses.

Régulation métabolique de la signalisation des jasmonates

Porteur de projet : Thierry HEITZ

Les jasmonates (JAs) constituent une classe d’hormones essentielle pour la fertilité des plantes et pour coordonner l’induction de réponses de défense à des attaques par des microbes ou insectes. Nous cherchons à comprendre quand et comment les plantes génèrent et éliminent différents JAs bioactifs pour adapter leur physiologie aux menaces environnementales. A partir de notre élucidation récente de deux voies d’inactivation enzymatique de l’hormone majeure JA-Isoleucine, médiées par des CYP94 ou des amidohydrolases, nous explorons de nouvelles étapes métaboliques affectant la signalisation dans la voie des JAs. Ces recherches visent à découvrir de nouveaux réseaux de régulation et fournissent des outils pour des applications agronomiques ou thérapeutiques. Modèles : Arabidopsis, riz.

Métabolisme oxydatif des petits isoprénoïdes

Porteur de projet : Nicolas NAVROT

Le métabolisme oxydatif des monoterpènes, des sesquiterpènes, et en particulier des monoterpènols comme le linalool et le géraniol génère un grand nombre de composés bioactifs, en particulier des iridoïdes sources d’antioxydants et de médicaments, des composés aromatiques et des molécules de défense. Nous étudions les voies métaboliques produisant ces composés, le rôle de ces derniers dans la plante et la régulation de leur production. Nos modèles sont la vigne pour l’étude des arômes, Arabidopsis thaliana et différentes astéracées pour les composés de défense, les iridoïdes et autres molécules actives.

Projets financés : ANR InteGrape, LabCom TerpFactory

Evolution et ingénierie du métabolisme phénolique

Porteur de projet : Hugues RENAULT

L’émergence du métabolisme phénolique a constitué une étape essentielle de la transition des plantes du milieu aquatique au milieu terrestre, et de la colonisation de ce dernier. Il fournit à la plante des molécules aux propriétés anti-UV et anti-oxydantes, ainsi que les précurseurs de biopolymères structuraux (e.g. la lignine), contribuant ainsi à l’adaptation aux conditions terrestres. Nous étudions les mécanismes évolutifs qui ont conduit à l’émergence et à la diversification de ce métabolisme chez les plantes terrestres, et les fonctions physiologiques et métaboliques associées. Pour atteindre nos objectifs scientifiques, nous mettons en œuvre un assortiment original de plantes modèles, en particulier Arabidopsis thaliana (dicotylédones), Brachypodium distachyon (monocotylédones), Physcomitrella patens (mousse) et Marchantia polymorpha (hépatique). La production d’antioxydants dans la mousse est également entreprise par une approche d’ingénierie métabolique.

Cytochromes P450 révélateurs d’aspects méconnus du métabolisme hormonal

Porteurs de projet : Etienne Grienenberger/Danièle Werck

Une analyse phylogénomique de la superfamille des cytochromes P450 chez les plantes terrestres permet d’identifier des branches peu dupliquées et sous forte sélection négative. Ces caractéristiques sont celles de gènes impliqués dans des fonctions essentielles du développement ou de l’adaptation des plantes, structure ou signalisation.

Sur la base d’une validation récente de cette approche (Liu et al., Mol Plant 2015), une analyse fonctionelle des cytochromes P450 sous forte selection négative est en cours, en utilisant le modèle Arabidopsis thaliana.

Projets financés : Bourse de réintégration Marie-Curie CYgnalling

Analyse structurale de cytochrome P450 végétaux

Porteur de projet : Richard WELTER

Jusqu’ici aucune structure représentative des cytochrome P450 végétaux n’a pu être résolue en raison de la difficulté à obtenir des quantités suffisantes d’un forme soluble de ces enzymes. De nouvelles approaches sont testées pour obtenir une structure representative des cytochromes P450 et d’autres enzymes du métabolisme phénolique.

Membres de l'équipe

Publications

  • ILC Tina, HALTER D, MIESCH Laurence, LAUVOISARD F, KRIEGSHAUSER L., ILG A, BALTENWECK R, HUGUENEY Philippe, WERCK D., DUCHÊNE E and NAVROT N.

    A grapevine cytochrome P450 generates the precursor of wine lactone, a key odorant in wine

    New Phytologist, 213(1):264-274, 2017. | PMI27560385 :

  • RENAULT H., ALBER Annette, HORST Nelly A, BASILIO LOPES Alexandra, FICH Eric A, KRIEGSHAUSER L., WIEDEMANN Gertrud, ULLMANN P., HERRGOTT L., ERHARDT M., PINEAU E., EHLTING Jürgen, SCHMITT Martine, ROSE Jocelyn KC, RESKI Ralf and WERCK D.

    A phenol-enriched cuticle is ancestral to lignin evolution in land plants

    Nature Communications, 8(14713):, 2017. | PMI28270693 :

  • RENAULT H., DE MAROTHY Minttu, JONASSON Gabriella, LARA Patricia, NELSON David R, NILSSON IngMarie, ANDRE François, VON HEIJNE Gunnar and WERCK-REICHHART Danièle

    Gene duplication leads to altered membrane topology of a cytochrome P450 enzyme in seed plants

    Molecular Biology and Evolution, 34(8):2041-2056, 2017. | PMI28505373 :

  • PINEAU E., XU L, RENAULT H., TROLET A., NAVROT N., ULLMANN P., LÉGERET B, VERDIER G, BEISSON F and PINOT F.

    Arabidopsis thaliana EPOXIDE HYDROLASE1 (AtEH1) is a cytosolic epoxide hydrolase involved in the synthesis of poly-hydroxylated cutin monomers

    New Phytologist, 215(1):173-186, 2017. | PMI28497532 :

  • SMIRNOVA E., MARQUIS V., POIRIER L., AUBERT Yann, ZUMSTEG J., MENARD R., MIESCH Laurence and HEITZ T.

    Jasmonic Acid Oxidase 2 (JAO2) hydroxylates jasmonic acid and represses basal defense and resistance responses against Botrytis cinerea infection

    Molecular Plant, 10(9):1159-1173, 2017. | PMI10.1016/j.molp.2017.07.010 :

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