Reprogrammation du métabolisme cyanobactérien de Synechocystis sp. PCC6803 pour une meilleure photoproduction d’hydrogène

Developing photosynthetic organism (trapping CO2 while preserving fresh water and arable soils without adding fertilizers) able to use Sun light to produce dihydrogen (H2) is depending on a better understanding of the role of hydrogenase in the cyanobacterial metabolism. The Laboratoire de Biologie et Biotechnologie des Cyanobactéries (LBBC) where I worked during my thesis uses « Integrative Biology » approach to analyze the metabolism leading to H2 photoproduction by the model cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803. My work focused on analyzing the regulation network leading to H2 production by the bidirectionnal hydrogenase with Ni-Fe cluster (composed of 5 subunits) encoded by hox operon. When I started this work, two transcriptionnal activators were identified : AbrB1 and LexA. An article, of which I’m sharing first author position, is published (Dutheil et al. 2012 J Bact.), it describes the identification by different approachs of a new transcriptionnal factor of hox operon : AbrB2 (homologous to AbrB1). I showed that hox expression is negatively regulated by AbrB2 by using transcriptionnal fusion to cat reporter gene (introduced in the wild type background or the AbrB2-deleted one) and qRT-PCR experiments. By the electrophoretic mobility shift assay (EMSA) method, we confirmed a direct interaction between AbrB2 and the promoter region of hox operon. Collaborating with two CEA laboratories, we showed that a mutant lacking AbrB2 harbours an increased hydrogenase activity, validating that AbrB2 is a negative regulator of H2 production.In a second time of my thesis and colaborating with two post-doc of the laboratory, we evidenced the role of the unique cysteine of AbrB2 in redox-controlling the transcriptionnal regulator activity of the protein.Using the EMSA method, I showed that the cysteine is not crucial for AbrB2 fixing on hox promoter, but also that the redox modification occuring on this residue inhibits this same binding activity. Collaborating with other labs, we identified the post-translational modifications that may occur on AbrB2 cysteine and it is the first time that such a regulating mechanism is identified for this family of regulators and in cyanobacteria. I constructed a strand harbouring the abrB2C34S mutant allele on the chromosome and expressed by the abrB2 natural promoter. I showed with this construction and using diverse methods (hydrogenase activity, qRT-PCR, Western blot and transcriptome) that AbrB2 cysteine plays a role in its regulating activity : regulating activity is 60% less efficient towards the 529 target genes (either direct and indirect) of the mutated regulator. The effect is also seen on hydrogenase activity and hox genes. This result was completed by thermoinduced overexpression assays that show that C34S mutation of AbrB2 alters protein stability : the mutated protein accumulates less than wild type allele in the same conditions, which is lethal. A manuscript, of which I’m sharing first author position, and describing those results is being finalised and will be submitted soon to the IJHE (International Journal of Hydrogen Energy).Altogether, my results allow a better understanding of the biological mechanisms linked to bidirectionnal hydrogenase expression and agree with a possible role for hydrogenase in detoxifying redox stresses. The determination of the relationships between the different regulators of hydrogenase, and their possible post-translational modifications that I revealed, highlight an enzyme with complex regulation. This new knowledge brings an original outlook on hydrogen photoproduction by cyanobacteria and shall allow elaboration of efficient H2 production strategies.Le développement d'organismes photosynthétiques (piégeant le C02 en préservant l'eau douce et les terres cultivables sans ajout d'engrais) capables d'utiliser l'énergie solaire pour produire du dihydrogène (H2) passe par une meilleure compréhension du rôle de l'hydrogénase dans le métabolisme cyanobactérien. Le Laboratoire de Biologie et Biotechnologie des Cyanobatéries où j'ai travaillé durant ma thèse utilise une approche de "Biologie Intégrative" pour analyser le métabolisme qui conduit à la photo-production d’H2 chez la cyanobactérie modèle Synechocystis sp. PCC6803. Mon travail s'est focalisé sur l’analyse des réseaux de régulation amenant à la production d'H2 par l’hydrogénase bidirectionnelle à centre Ni-Fe (composée de 5 sous-unités) codée par l’opéron hox. Lorsque j’ai débuté ce travail, 2 activateurs de l’opéron hox avaient été identifiés: AbrB1 et LexA. Un article dont je suis co-premier auteur est paru (Dutheil et al. 2012 J Bact.), il décrit l'identification par l'utilisation de diverses approches d'un nouveau facteur de transcription de l'opéron hox: AbrB2 (homologue d'AbrB1). J'ai ainsi montré que l'expression de l’opéron hox était régulée négativement par AbrB2 en utilisant des fusions transcriptionnelles au gène rapporteur cat (introduites dans la souche sauvage ou dépourvues d'AbrB2) ainsi que des expériences de qRT-PCR. Par la technique de retard sur gel, nous avons confirmé une interaction directe entre AbrB2 et la région promotrice de l’opéron hox. En collaboration avec deux laboratoires du CEA, nous avons montré qu'un mutant dépourvu d’AbrB2 possède une activité hydrogénase augmentée, confirmant ainsi qu'AbrB2 est un régulateur négatif de la production d'H2.Dans un deuxième temps et en collaboration avec deux post-doc du laboratoire, nous avons mis en évidence le rôle de la cystéine unique d'AbrB2 dans le contrôle redox de son activité de régulation transcriptionnelle.Par la technique du retard sur gel,j’ai montré que cette cystéine n’est pas cruciale pour la fixation d'AbrB2 sur le promoteur hox, mais que par contre, la modification redox de celle-ci l’affecte de manière drastique. Dans le cadre de collaborations, nous avons identifié la modification post-traductionnelle qui peut avoir lieu sur la cysteine d'AbrB2 et il s’agit de la première fois, qu’un tel mécanisme de régulation est identifié pour cette famille de régulateur et chez les cyanobactéries. J’ai construit une souche portant l'allèle muté abrB2 Cys>Ser sur le chromosome et exprimé par le promoteur sauvage d’abrB2. J’ai montré grâce à cette construction et en utilisant diverses techniques (activité hydrogénase, qRT-PCR, Western blot et transcriptome) que la cystéine d'AbrB2 joue un rôle dans son activité de régulation qui est 60% moins bonne sur les 529 gènes cibles (directes ou indirectes) du régulateur muté. L’effet est également visible sur l’activité hydrogénase. Ce résultat a été complété par des tests de surexpression thermoinduite d’AbrB2 qui montrent que la mutation C34S affecte la stabilité de la protéine qui ne s’accumule pas autant que la sauvage dans les même conditions et dont la surexpression est létale. Un manuscrit dont je suis copremier auteur et décrivant ces résultats est en cours de finalisation et sera prochainement soumis à l’Intern. Journ. of Hydrogen Energy.L’ensemble de ces travaux permet de mieux comprendre les mécanismes biologiques liés à l’expression de l’hydrogénase bidirectionnelle et vont dans le sens d’un rôle important de celle-ci dans la détoxification des stress redox. La détermination des relations entre les différents régulateurs de l’hydrogénase et les possibles modifications post-traductionnelles de chacun de ces facteurs que j’ai mises en évidence traduisent une enzyme à la régulation complexe. Ces nouvelles connaissances permettent d’éclairer sous un angle nouveau la photoproduction d’H2 par les cyanobactéries et permettront peut-être d’élaborer des stratégies de production d’H2 efficace

Reprogramming the cyanobacterial metabolism of Synechocystis sp. PCC6803 for a better hydrogen photoproduction

Le développement d'organismes photosynthétiques (piégeant le C02 en préservant l'eau douce et les terres cultivables sans ajout d'engrais) capables d'utiliser l'énergie solaire pour produire du dihydrogène (H2) passe par une meilleure compréhension du rôle de l'hydrogénase dans le métabolisme cyanobactérien. Le Laboratoire de Biologie et Biotechnologie des Cyanobatéries où j'ai travaillé durant ma thèse utilise une approche de "Biologie Intégrative" pour analyser le métabolisme qui conduit à la photo-production d’H2 chez la cyanobactérie modèle Synechocystis sp. PCC6803. Mon travail s'est focalisé sur l’analyse des réseaux de régulation amenant à la production d'H2 par l’hydrogénase bidirectionnelle à centre Ni-Fe (composée de 5 sous-unités) codée par l’opéron hox. Lorsque j’ai débuté ce travail, 2 activateurs de l’opéron hox avaient été identifiés: AbrB1 et LexA. Un article dont je suis co-premier auteur est paru (Dutheil et al. 2012 J Bact.), il décrit l'identification par l'utilisation de diverses approches d'un nouveau facteur de transcription de l'opéron hox: AbrB2 (homologue d'AbrB1). J'ai ainsi montré que l'expression de l’opéron hox était régulée négativement par AbrB2 en utilisant des fusions transcriptionnelles au gène rapporteur cat (introduites dans la souche sauvage ou dépourvues d'AbrB2) ainsi que des expériences de qRT-PCR. Par la technique de retard sur gel, nous avons confirmé une interaction directe entre AbrB2 et la région promotrice de l’opéron hox. En collaboration avec deux laboratoires du CEA, nous avons montré qu'un mutant dépourvu d’AbrB2 possède une activité hydrogénase augmentée, confirmant ainsi qu'AbrB2 est un régulateur négatif de la production d'H2.Dans un deuxième temps et en collaboration avec deux post-doc du laboratoire, nous avons mis en évidence le rôle de la cystéine unique d'AbrB2 dans le contrôle redox de son activité de régulation transcriptionnelle.Par la technique du retard sur gel,j’ai montré que cette cystéine n’est pas cruciale pour la fixation d'AbrB2 sur le promoteur hox, mais que par contre, la modification redox de celle-ci l’affecte de manière drastique. Dans le cadre de collaborations, nous avons identifié la modification post-traductionnelle qui peut avoir lieu sur la cysteine d'AbrB2 et il s’agit de la première fois, qu’un tel mécanisme de régulation est identifié pour cette famille de régulateur et chez les cyanobactéries. J’ai construit une souche portant l'allèle muté abrB2 Cys>Ser sur le chromosome et exprimé par le promoteur sauvage d’abrB2. J’ai montré grâce à cette construction et en utilisant diverses techniques (activité hydrogénase, qRT-PCR, Western blot et transcriptome) que la cystéine d'AbrB2 joue un rôle dans son activité de régulation qui est 60% moins bonne sur les 529 gènes cibles (directes ou indirectes) du régulateur muté. L’effet est également visible sur l’activité hydrogénase. Ce résultat a été complété par des tests de surexpression thermoinduite d’AbrB2 qui montrent que la mutation C34S affecte la stabilité de la protéine qui ne s’accumule pas autant que la sauvage dans les même conditions et dont la surexpression est létale. Un manuscrit dont je suis copremier auteur et décrivant ces résultats est en cours de finalisation et sera prochainement soumis à l’Intern. Journ. of Hydrogen Energy.L’ensemble de ces travaux permet de mieux comprendre les mécanismes biologiques liés à l’expression de l’hydrogénase bidirectionnelle et vont dans le sens d’un rôle important de celle-ci dans la détoxification des stress redox. La détermination des relations entre les différents régulateurs de l’hydrogénase et les possibles modifications post-traductionnelles de chacun de ces facteurs que j’ai mises en évidence traduisent une enzyme à la régulation complexe. Ces nouvelles connaissances permettent d’éclairer sous un angle nouveau la photoproduction d’H2 par les cyanobactéries et permettront peut-être d’élaborer des stratégies de production d’H2 efficace.Developing photosynthetic organism (trapping CO2 while preserving fresh water and arable soils without adding fertilizers) able to use Sun light to produce dihydrogen (H2) is depending on a better understanding of the role of hydrogenase in the cyanobacterial metabolism. The Laboratoire de Biologie et Biotechnologie des Cyanobactéries (LBBC) where I worked during my thesis uses « Integrative Biology » approach to analyze the metabolism leading to H2 photoproduction by the model cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803. My work focused on analyzing the regulation network leading to H2 production by the bidirectionnal hydrogenase with Ni-Fe cluster (composed of 5 subunits) encoded by hox operon. When I started this work, two transcriptionnal activators were identified : AbrB1 and LexA. An article, of which I’m sharing first author position, is published (Dutheil et al. 2012 J Bact.), it describes the identification by different approachs of a new transcriptionnal factor of hox operon : AbrB2 (homologous to AbrB1). I showed that hox expression is negatively regulated by AbrB2 by using transcriptionnal fusion to cat reporter gene (introduced in the wild type background or the AbrB2-deleted one) and qRT-PCR experiments. By the electrophoretic mobility shift assay (EMSA) method, we confirmed a direct interaction between AbrB2 and the promoter region of hox operon. Collaborating with two CEA laboratories, we showed that a mutant lacking AbrB2 harbours an increased hydrogenase activity, validating that AbrB2 is a negative regulator of H2 production.In a second time of my thesis and colaborating with two post-doc of the laboratory, we evidenced the role of the unique cysteine of AbrB2 in redox-controlling the transcriptionnal regulator activity of the protein.Using the EMSA method, I showed that the cysteine is not crucial for AbrB2 fixing on hox promoter, but also that the redox modification occuring on this residue inhibits this same binding activity. Collaborating with other labs, we identified the post-translational modifications that may occur on AbrB2 cysteine and it is the first time that such a regulating mechanism is identified for this family of regulators and in cyanobacteria. I constructed a strand harbouring the abrB2C34S mutant allele on the chromosome and expressed by the abrB2 natural promoter. I showed with this construction and using diverse methods (hydrogenase activity, qRT-PCR, Western blot and transcriptome) that AbrB2 cysteine plays a role in its regulating activity : regulating activity is 60% less efficient towards the 529 target genes (either direct and indirect) of the mutated regulator. The effect is also seen on hydrogenase activity and hox genes. This result was completed by thermoinduced overexpression assays that show that C34S mutation of AbrB2 alters protein stability : the mutated protein accumulates less than wild type allele in the same conditions, which is lethal. A manuscript, of which I’m sharing first author position, and describing those results is being finalised and will be submitted soon to the IJHE (International Journal of Hydrogen Energy).Altogether, my results allow a better understanding of the biological mechanisms linked to bidirectionnal hydrogenase expression and agree with a possible role for hydrogenase in detoxifying redox stresses. The determination of the relationships between the different regulators of hydrogenase, and their possible post-translational modifications that I revealed, highlight an enzyme with complex regulation. This new knowledge brings an original outlook on hydrogen photoproduction by cyanobacteria and shall allow elaboration of efficient H2 production strategies

Vidange d’ergol Méthane liquéfié embarqué à bord d’un véhicule de transport spatial

National audienc

Complications of Adenoviral Keratoconjunctivitis in Ophthalmologists and Orthoptists

International audiencePurpose: The purpose of this study was to assess the medical history of adenoviral keratoconjunctivitis (AK) and subepithelial infiltrates (SEIs) among French ophthalmologists and orthoptists and the frequency of unreported occupational diseases. We also described short-term and long-term consequences of AK and evaluated associated factors.Methods: The REDCap questionnaire was diffused online several times over 7 consecutive months, from October 2019 to May 2020, through mailing lists (French Society of Ophthalmology, residents, and hospital departments), social networks, and by word of mouth.Results: Seven hundred ten participants were included with a response rate of 6.2% for ophthalmologists, 3.8% for orthoptists, and 28.3% for ophthalmology residents. The medical history of AK was found in 24.1% (95% confidence interval 21%–27.2%) of respondents and SEI in 43.9% (36.5%–51.3%) of the AK population. In total, 87.1% (82.1%–92.1%) of AK occupational diseases were not declared. In total, 57.7% of respondents took 9.4 ± 6.2 days of sick leave, mostly unofficial, and 95.7% stopped surgeries for 13.0 ± 6.6 days. Among the AK population, 39.8% had current sequelae, with 17.5% having persistent SEIs, 19.9% using current therapy, and 16.4% experiencing continuing discomfort. SEIs were associated with wearing contact lenses (odds ratio 3.31, 95% confidence interval 1.19–9.21) and smoking (4.07, 1.30–12.8). Corticosteroid therapy was associated with a greater number of sequelae (3.84, 1.51–9.75).Conclusions: AK and SEI affect a large proportion of ophthalmologists and orthoptists, possibly for years, with high morbidity leading to occupational discomfort. Few practitioners asked for either to be recognized as an occupational disease. Associated factors would require a dedicated study

Benefits of using corneal topography to choose subjective refraction technique in keratoconus (RE-CON): a prospective comparative crossover clinical study

International audiencePurposeIn prospective no-masking, comparative, crossover monocenter clinical trial, we aimed to evaluate whether the optimal subjective refraction technique varies with the keratoconus topography and to identify relevant topographic criteria.MethodThis study included 72 keratoconus eyes with impaired visual acuity. Each eye tested three methods of refraction (Jackson cylinder, astigmatism dial, stenopeic slit), resulting in three eyeglass lenses. Patients were assigned to the group corresponding to the eyeglass lens offering the best visual acuity. Five topographical characteristics were collected via the Pentacam: mean keratometry (Km), maximum keratometry (Kmax), distance from corneal center to Kmax (dKmax), Belin/Ambrosio Display (BAD_D), and index of surface variance (ISV).ResultsForty-six eyes were included in the dial group (64.8%), 23 eyes in the cylinder group (32.4%), and only 2 eyes in the slit group (2.8%); thus, we only compared dial and cylinder groups. The main analysis retrieved a significant probability to choose dial technic for BAD_D (p = 0.024); when BAD_D is > 9.71 (ROC threshold), the positive predictive value (PPV) = 89.5%, and for ISV, p = 0.012; when ISV is > 77, PPV = 89.1%. The sub-analysis of patients with different visual acuities between cylinder and dial confirmed these results with slightly different thresholds: the probability to choose dial technic was for BAD_D, p = 0.03; when BAD_D is > 7.55, PPV = 90%, and for ISV, p = 0.0084; when ISV is > 71, PPV = 88.5%.ConclusionRefraction method is linked to topographic indices ISV and BAD_D. A BAD_D > 7.55 indicates the dial method. In addition to keratoconus screening and diagnosis, this study suggests a new application of the topographer to select a suitable refraction method for eyeglass prescription

The AbrB2 autorepressor, expressed from an atypical promoter, represses the hydrogenase operon to regulate hydrogen production in Synechocystis strain PCC6803.

International audienceWe have thoroughly investigated the abrB2 gene (sll0822) encoding an AbrB-like regulator in the wild-type strain of the model cyanobacterium Synechocystis strain PCC6803. We report that abrB2 is expressed from an active but atypical promoter that possesses an extended -10 element (TGTAATAT) that compensates for the absence of a -35 box. Strengthening the biological significance of these data, we found that the occurrence of an extended -10 promoter box and the absence of a -35 element are two well-conserved features in abrB2 genes from other cyanobacteria. We also show that AbrB2 is an autorepressor that is dispensable to cell growth under standard laboratory conditions. Furthermore, we demonstrate that AbrB2 also represses the hox operon, which encodes the Ni-Fe hydrogenase of biotechnological interest, and that the hox operon is weakly expressed even though it possesses the two sequences resembling canonical -10 and -35 promoter boxes. In both the AbrB2-repressed promoters of the abrB2 gene and the hox operon, we found a repeated DNA motif [TT-(N(5))-AAC], which could be involved in AbrB2 repression. Supporting this hypothesis, we found that a TT-to-GG mutation of one of these elements increased the activity of the abrB2 promoter. We think that our abrB2-deleted mutant with increased expression of the hox operon and hydrogenase activity, together with the reporter plasmids we constructed to analyze the abrB2 gene and the hox operon, will serve as useful tools to decipher the function and the regulation of hydrogen production in Synechocystis

The activity of the Synechocystis PCC6803 AbrB2 regulator of hydrogen production can be post-translationally controlled through glutathionylation

International audienceWe show that the Synechocystis AbrB2 repressor of hydrogen production, down regulates the defence against oxidative stress. The single widely conserved cysteine of AbrB2 is also shown to play a crucial role in AbrB2 oligomerisation, and in AbrB2-mediated repression of the hydrogenase encoding operon (hoxEFUYH) and a wealth of other genes. Very interestingly, our results indicate that this cysteine is the target of glutathionylation, which affects the binding of AbrB2 on the hox operon-promoter DNA, as well as the stability of AbrB2 at the non-standard temperature of 39 °C. Similarly, we show that the cysteine of the other hoxEFUYH regulator AbrB1 can also be glutathionylated in vitro. These novel findings will certainly stimulate the in depth analysis of the influence of glutathionylation on the production of hydrogen, a field totally overlooked so far. They also emphasize on the evolutionary conservation of glutathionylation, a process mostly described in eukaryotes, so far