Fep1, une protéine régulatrice du transport du fer chez l'organisme modèle Schizosaccharomyces pombe

Abstract

Pour la majorité des organismes, le fer est vital. À titre de cofacteur, il est au cœur de nombreuses réactions biochimiques essentielles. Ainsi, une déficience pour cet ion métallique a de graves conséquences sur la survie cellulaire. À l’inverse, un apport excessif en fer peut s’avérer tout aussi néfaste de par sa capacité à générer le dérivé hydroxyle radical hautement dommageable pour les macromolécules. Au cours de l’évolution, les organismes ont donc développé diverses stratégies pour contrôler de façon adéquate son assimilation. Les travaux réalisés avaient pour but d’élucider à l’échelle moléculaire des mécanismes permettant le maintien de l’homéostasie des ions de fer chez les eucaryotes. La levure Schizosaccharomyces pombe a été utilisée comme modèle d’étude. Chez cet organisme, l’acquisition du fer est assurée en partie par le produit de trois gènes nommés frp1[indice supérieur +], fiol[indice supérieur +] et fipl[indice supérieur +]. Ceux-ci sont assujettis à un contrôle transcriptionnel en accord avec le niveau de fer intracellulaire. Ces gènes sont réprimés en présence de fer tandis que la répression est levée lorsque l’organisme est carencé pour l’ion métallique. Durant nos travaux nous avons découvert que la protéine Fepl, un facteur de transcription de type GATA, est responsable de la répression de ces gènes en présence de fer. Sous cette condition, la protéine reconnaît la séquence consensus de type (A/T)GATAA retrouvée dans la région promotrice des gènes cibles. Des évidences génétiques ont montré que Fepl agit de concert avec deux autres protéines, Tupl1 et Tupl2, afin de réprimer l’expression des gènes cibles. Par la suite, des expériences ont révélé qu’au moins un des deux corépresseurs interagit directement avec Fepl. Une analyse bioinformatique nous a permis d’identifier d’autres cibles potentielles du facteur Fepl. En plus des gènes frp1[indice supérieur +], fiol[indice supérieur +] et fipl[indice supérieur +], Fepl contrôle également trois gènes codant pour des récepteurs de sidérophores. Ces gènes ont été nommésstr1[indice supérieur +], str2[indice supérieur +] et str3[indice supérieur +]. Une étude de spécificité a montré que le récepteur Str1 est capable de fournir à la cellule un apport en fer via l’importation du ferrochrome. Une dissection moléculaire de la protéine Fepl a mené à l’identification de domaines fonctionnels. D’une part, la portion N-terminale couvrant les 241 premiers résidus contient les éléments requis pour la liaison à l’ADN in vitro et pour une localisation nucléaire in vivo. Cette région contient deux motifs à doigt de zinc. Celui en N-terminale (ZF1) est nécessaire pour la fonction de répression, alors que sa délétion n’empêche pas la protéine de se lier à l’ADN. Quant au second motif (ZF2), il est absolument nécessaire pour la liaison à l’ADN et la fonction de répression. Entre ces deux doigts de zinc se trouve quatre résidus cystéine dont la présence et l’arrangement sont conservés chez les protéines orthologues connues. Le remplacement de ces cystéines empêche l’activité de répression de Fep1. De plus, l’affinité que possède Fep1 pour l’ADN est grandement diminuée. D’autre part, la moitié C-terminale contient un domaine d’interaction avec le corépresseur Tupi 1. On y retrouve aussi une région de dimérisation composée d’une hélice amphipatique dont la présence est nécessaire afin d’assurer une répression maximale des gènes cibles par Fep1. En conclusion, nous avons identifié le répresseur Fep1 comme un élément central pour le maintien de l’homéostasie du fer chez la levure S. pombe. Sa découverte suggère l’existence d’un mécanisme de régulation similaire pouvant exister chez d’autres espèces de champignons appartenant aux genres Aspergillus, Ustilago et Candida.