Functional characterization of Bacillus subtilis formate dehydrogenases by EPR spectroscopy

De nos jours un des plus grands défis environnementaux est la bioremediation du CO2 atmosphérique. La réduction biocatalytique de ce dernier en formiate par les formiate déshydrogénases microbiennes (FDHs) apparaît très prometteuse. Dans ce travail est présentée une caractérisation RPE de deux FDHs similaires nommées ForCE 1 et ForCE 2 issues de la bactérie du sol Bacillus subtilis. Elles appartiennent à la superfamille des enzymes à cofacteur de type Mo/W-bisPGD retrouvées exclusivement chez les procaryotes et catalysant une grande variété de réactions chimiques. Ces deux FDHs sont d’un grand intérêt scientifique. Les analyses de leurs séquences révèlent que leur site actif ne présente pas les résidus consensuels associés à l’activité formiate-déshydrogénase, définissant une sous-famille de FDHs encore non caractérisée. Les voies métaboliques dans lesquelles ces FDHs s’intègrent au sein de cet organisme restent à élucider, ouvrant ainsi la voie à d’autres découvertes en biologie.Le coeur catalytique des ForCEs est composé de deux sous-unités. Les analyses de sequences revèlent que la sous-unité catalytique ForC abriterait cinq centres FeS et un cofacteur de type Mo-bisPGD alors que ForE n’apparait pas héberger de cofacteur. En combinant potentiométrie d’oxydoréduction, spectroscopie de résonance paramagnétique électronique (RPE) multifréquence en onde continue et en mode pulsé, nous avons caractérisé les signatures RPE et les propriétés redox de plusieurs centres paramagnétiques dans l’enzyme ForCE1 purifiée, à savoir quatre centres FeS et deux signatures de type Mo(V) associées au cofacteur à molybdène. Un signal radicalaire intense a également été détecté.Nowadays one of the biggest environmental challenges is the bioremediation of atmospheric CO2. The biocatalytic reduction of CO2 to formate by microbial formate dehydrogenases (FDHs) is very promising. We present the EPR characterization of two similar FDHs, named ForCE 1 and ForCE 2, from the soil bacterium Bacillus subtilis. These enzymes belong to the Mo/W-bisPGD (i.e. pyranopterin guanosine dinucleotide) superfamily, which is widespread in prokaryotes. These two FDHs appear to be of great scientific interest for several reasons : sequence analyses reveal that their active site harbours non-consensual residues for formate-dehydrogenase activity, defining a new FDH sub-familly not yet characterised. Moreover, the way in which these enzymes are integrated into the metabolism of this organism remains to be established, leaving the door open for new biological discoveries. The catalytic core of ForCEs is composed of two subunits. From sequence analysis, the larger one (ForC) is thought to coordinate five iron-sulfur clusters and a Mo-bisPGD while ForE does not appear to harbor any cofactor. By combining redox potentiometry, multifrequency continuous wave (CW) and pulsed EPR spectroscopy, we were able to characterize the EPR signatures and redox properties of several paramagnetic cofactors in the purified enzymes including at least four FeS clusters (the fifth was detected by spin quantitation) and two MoV species associated to the molybdenum cofactor. An unexpectedly intense radical signal was also detected and could be attributed to a highly stabilized menasemiquinone species based on its redox and spectroscopic properties determined by a multi-frequency EPR approach

Thiocyanation of N,N-Dialkylhydrazonoyl Bromides: An Entry to Sulfur-Containing 1,2,4-Triazole Derivatives

International audienceA simple and practical one-pot protocol involving sequential C-H bromination and thiocyanation of readily available aldehyde-derived N,N-dialkylhydrazones has been established for the synthesis of 5-thioxo-1,2,4-triazolium inner salts. Applic

Electrochemical Kinetics Support a Second Coordination Sphere Mechanism in Metal‐Based Formate Dehydrogenase

International audienceMetal-based formate dehydrogenases are molybdenum or tungsten-dependent enzymes that catalyze the interconversion between formate and CO 2. According to the current consensus, the metal ion of the catalytic center in its active form is coordinated by 6 S (or 5 S and 1 Se) atoms, leaving no free coordination sites to which formate could bind to the metal. Some authors have proposed that one of the active site ligands decoordinates during turnover to allow formate binding. Another proposal is that the oxidation of formate takes place in the second coordination sphere of the metal. Here, we have used electrochemical steady-state kinetics to elucidate the order of the steps in the catalytic cycle of two formate dehydrogenases. Our results strongly support the "second coordination sphere" hypothesis

Cartographie du système « Source-to-sink » péri-Pyrénéendurant le début de l’orogenèse

National audienceLes connaissances acquises sur l’exhumation de la chaine Pyrénéenne et l’évolution desbassins d’avant-pays adjacents permettent à présent d’appréhender ce systèmeorogénique complexe dans une démarche intégrative dans l’espace et le temps.Cette approche, dite « source-to-sink » s’attache à comprendre l’évolution du routagesédimentaire depuis la Source (relief orogénique, craton, recyclage de bassin) enpassant par la zone de transfert (périphériques ou internes au bassin) jusqu’au réservoirfinal (bassin flexural, bassin turbiditique profond). Nous proposons, dans le cadre decette nouvelle cartographie, de compiler les données disponibles et nouvellementacquises dans le projet, sur l’ensemble du domaine péri-pyrénéen du Golfe du Lion àl’Est jusqu’au Golfe de Gascogne à l’Ouest en incluant le Massif Armoricain au Nordjusqu’au bassin de Madrid au Sud.La réalisation de ces cartes s’appuie sur l’utilisation de nombreuses méthodes et outils,tels que les reconstructions cinématiques du système Ibérie-Europe-Méditerranée, lescoupes restaurées, l’histoire d’exhumation par thermochronologie, le traçage dessources, la caractérisation des surfaces d’altération et d’érosion, la synthèse de l’activitédes accidents structuraux majeurs, les reconstructions paléogéographiques, l’analyse desgéométries sédimentaires et des directions de transport ainsi que la quantification desvolumes préservés dans les bassins.Les pas de temps choisis pour ces cartes permettent de rendre compte de différentsstades d’évolution tectono-sédimentaire du système péri-pyrénéen au stade dequiescence de l’orogenèse (1) à 65 Ma, Danien, et aux stades précoces de l’orogenèse(2) Thanétien terminal (56Ma) et (3) Yprésien (52 Ma). Les compilations effectuéesmettent en regard domaines exhumés et zone de sédimentation en termes de flux et devolumes, et permettent de cartographier les systèmes de routage et leur évolution aucours d’un cycle de construction d’un orogène.Travaux de recherche financés et réalisés dans le cadre du programme BRGM-TOTALSource-to-Sin

Cartographie du système « Source-to-sink » péri-Pyrénéen

National audienceLes connaissances acquises sur l’exhumation de la chaîne pyrénéenne et l’évolution des bassinsd’avant-pays adjacents permettent à présent d’appréhender ce système orogénique complexedans une démarche intégrative dans l’espace et le temps.Cette approche, dite « source-to-sink » s’attache à comprendre l’évolution du routagesédimentaire depuis la Source (relief orogénique, craton, recyclage de bassin) en passant par lazone de transfert (périphériques ou internes au bassin) jusqu’au réservoir final (bassin flexural,bassin turbiditique profond). Nous proposons, dans le cadre de cette nouvelle cartographie, decompiler les données disponibles et nouvellement acquises dans le projet S2S, sur l’ensembledu domaine péri-pyrénéen du Golfe du Lion à l’Est jusqu’au Golfe de Gascogne à l’Ouest enincluant le Massif armoricain au Nord jusqu’au bassin de Madrid au Sud.La réalisation de ces cartes s’appuie sur l’utilisation de nombreuses méthodes et outils, tels queles reconstructions cinématiques du système Ibérie-Europe-Méditerranée, les coupes restaurées,l’histoire d’exhumation par thermochronologie, le traçage des sources, la caractérisation dessurfaces d’altération et d’érosion, la synthèse de l’activité des accidents structuraux majeurs, lesreconstructions paléogéographiques, l’analyse des géométries sédimentaires et des directions detransport ainsi que la quantification des volumes préservés dans les bassins.Les pas de temps choisis pour ces cartes permettent de rendre compte de différents stadesd’évolution tectono-sédimentaire du système péri-pyrénéen au stade précoce de l’orogénèse -(1) à 52 Ma, Yprésien, aux stades d’orogenèse mature - (2) à 40 Ma, Bartonien et (3) à 34 Ma,Priabonien ainsi qu’aux périodes post-orogénique - (4) à 24 Ma, Chattien et (5) à 11 Ma,Tortonien. Les compilations effectuées mettent en regard domaines exhumés et zone desédimentation en termes de flux et de volumes, et permettent de cartographier les systèmes deroutage et leur évolution au cours d’un cycle de construction/destruction d’un orogène.Travaux de recherche financés et réalisés dans le cadre du programme BRGM-TOTAL Source6to-Sin

Cartographie du système « Source-to-sink » péri-Pyrénéendurant le début de l’orogenèse

National audienceLes connaissances acquises sur l’exhumation de la chaine Pyrénéenne et l’évolution desbassins d’avant-pays adjacents permettent à présent d’appréhender ce systèmeorogénique complexe dans une démarche intégrative dans l’espace et le temps.Cette approche, dite « source-to-sink » s’attache à comprendre l’évolution du routagesédimentaire depuis la Source (relief orogénique, craton, recyclage de bassin) enpassant par la zone de transfert (périphériques ou internes au bassin) jusqu’au réservoirfinal (bassin flexural, bassin turbiditique profond). Nous proposons, dans le cadre decette nouvelle cartographie, de compiler les données disponibles et nouvellementacquises dans le projet, sur l’ensemble du domaine péri-pyrénéen du Golfe du Lion àl’Est jusqu’au Golfe de Gascogne à l’Ouest en incluant le Massif Armoricain au Nordjusqu’au bassin de Madrid au Sud.La réalisation de ces cartes s’appuie sur l’utilisation de nombreuses méthodes et outils,tels que les reconstructions cinématiques du système Ibérie-Europe-Méditerranée, lescoupes restaurées, l’histoire d’exhumation par thermochronologie, le traçage dessources, la caractérisation des surfaces d’altération et d’érosion, la synthèse de l’activitédes accidents structuraux majeurs, les reconstructions paléogéographiques, l’analyse desgéométries sédimentaires et des directions de transport ainsi que la quantification desvolumes préservés dans les bassins.Les pas de temps choisis pour ces cartes permettent de rendre compte de différentsstades d’évolution tectono-sédimentaire du système péri-pyrénéen au stade dequiescence de l’orogenèse (1) à 65 Ma, Danien, et aux stades précoces de l’orogenèse(2) Thanétien terminal (56Ma) et (3) Yprésien (52 Ma). Les compilations effectuéesmettent en regard domaines exhumés et zone de sédimentation en termes de flux et devolumes, et permettent de cartographier les systèmes de routage et leur évolution aucours d’un cycle de construction d’un orogène.Travaux de recherche financés et réalisés dans le cadre du programme BRGM-TOTALSource-to-Sin

Cartographie du système « Source-to-sink » péri-Pyrénéen

National audienceLes connaissances acquises sur l’exhumation de la chaîne pyrénéenne et l’évolution des bassinsd’avant-pays adjacents permettent à présent d’appréhender ce système orogénique complexedans une démarche intégrative dans l’espace et le temps.Cette approche, dite « source-to-sink » s’attache à comprendre l’évolution du routagesédimentaire depuis la Source (relief orogénique, craton, recyclage de bassin) en passant par lazone de transfert (périphériques ou internes au bassin) jusqu’au réservoir final (bassin flexural,bassin turbiditique profond). Nous proposons, dans le cadre de cette nouvelle cartographie, decompiler les données disponibles et nouvellement acquises dans le projet S2S, sur l’ensembledu domaine péri-pyrénéen du Golfe du Lion à l’Est jusqu’au Golfe de Gascogne à l’Ouest enincluant le Massif armoricain au Nord jusqu’au bassin de Madrid au Sud.La réalisation de ces cartes s’appuie sur l’utilisation de nombreuses méthodes et outils, tels queles reconstructions cinématiques du système Ibérie-Europe-Méditerranée, les coupes restaurées,l’histoire d’exhumation par thermochronologie, le traçage des sources, la caractérisation dessurfaces d’altération et d’érosion, la synthèse de l’activité des accidents structuraux majeurs, lesreconstructions paléogéographiques, l’analyse des géométries sédimentaires et des directions detransport ainsi que la quantification des volumes préservés dans les bassins.Les pas de temps choisis pour ces cartes permettent de rendre compte de différents stadesd’évolution tectono-sédimentaire du système péri-pyrénéen au stade précoce de l’orogénèse -(1) à 52 Ma, Yprésien, aux stades d’orogenèse mature - (2) à 40 Ma, Bartonien et (3) à 34 Ma,Priabonien ainsi qu’aux périodes post-orogénique - (4) à 24 Ma, Chattien et (5) à 11 Ma,Tortonien. Les compilations effectuées mettent en regard domaines exhumés et zone desédimentation en termes de flux et de volumes, et permettent de cartographier les systèmes deroutage et leur évolution au cours d’un cycle de construction/destruction d’un orogène.Travaux de recherche financés et réalisés dans le cadre du programme BRGM-TOTAL Source6to-Sin

Integrated Source to Sink palaeogeological maps at pluri-basins-scale, understandings and predictions

International audience<p>The knowledge acquired on the exhumation of the Pyrenean chain and the evolution of the adjacent foreland basins makes this Alpine-type domain a good laboratory to better constrain a full sediment routing system in a compressive context and to apprehend the driving processes controlling the sediment routing in space and time. This integrated approach aims at enhancing our basin mastering approach as well as improving our predictions of reservoir properties.</p> <p>This Source-to-Sink study seeks to understand the evolution of sedimentary routing from the Source (orogenic relief, craton, basin recycling) through the transfer zone (peripheral or internal to the basin) to the final sink (flexural basin, deep turbiditic margin). Within this new cartography, we propose to compile the data over the entire peri-Pyrenean domain. We produced large scale quantitative and qualitative maps to better observe and interpret the tectonic, climatic and surface processes impacts of the SRS behavior.</p> <p>These maps include kinematic reconstructions of the Iberian-European-Mediterranean system, restored sequential cross-sections, history/magnitude of exhumation by thermochronology, source tracking, characterization of weathering and erosion surfaces, synthesis of the major structures activity, paleogeographic reconstructions, analysis of sedimentary geometries and transport directions as well as the quantification of volumes preserved in the basins. Their interpretation is combined with a time representation along the routing system, linking classical basin wheeler diagram representation to source erosion and lithologies to obtain a continuous view on the sediment journey.</p> <p>The time steps chosen for these 5 maps account for the different stages of tectono-sedimentary evolution of the peri-Pyrenean system at the early-, syn- and post-orogenic stages. The compilations carried out compare exhumed domains and sedimentation zones in terms of fluxes and volumes and make it possible to map the routing systems and point out the main drivers for the surface evolution during the construction/destruction cycle of an orogen.</p> <p>Research work financed and carried out as part of the BRGM-TOTAL Source-to-Sink program</p&gt

Identification and characterization of a non-canonical menaquinone-linked formate dehydrogenase

International audienceThe Molybdenum/Tungsten-bispyranopterin guanine dinucleotides (Mo/W-bisPGD) family of Formate Dehydrogenases (FDHs) plays roles in several metabolic pathways ranging from carbon fixation to energy harvesting owing to their reaction with a wide variety of redox partners. Indeed, this metabolic plasticity results from the diverse structures, cofactor content, and substrates employed by partner subunits interacting with the catalytic hub. Here, we unveiled two non-canonical FDHs in Bacillus subtilis which are organized into two-subunit complexes with unique features, ForCE1 and ForCE2. We show that the ForC catalytic subunit interacts with an unprecedented partner subunit, ForE, and that its amino acid sequence within the active site deviates from the consensus residues typically associated with FDH activity, as a histidine residue is naturally substituted with a glutamine. The ForE essential subunit mediates the utilization of menaquinone as an electron acceptor as shown by the formate:menadione oxidoreductase activity of both enzymes, their copurification with menaquinone, and the distinctive detection of a protein-bound neutral menasemiquinone radical by multifrequency electron paramagnetic resonance (EPR) experiments on the purified enzymes. Moreover, EPR characterization of both FDHs reveals the presence of several [Fe-S] clusters with distinct relaxation properties and a weakly anisotropic Mo(V) EPR signature, consistent with the characteristic Mo/bisPGD cofactor of this enzyme family. Altogether, this work enlarges our knowledge of the FDH family by identifying a non-canonical FDH, which differs in terms of architecture, amino acid conservation around the Mo cofactor, and reactivity

Pyruvate Aldolases Catalyze Cross-Aldol Reactions between Ketones: Highly Selective Access to Multi-Functionalized Tertiary Alcohols

International audienceTertiary alcohols are widely represented in nature and among bioactive molecules. Their importance is attested by the continuous efforts to meet the challenge of their stereoselective synthesis. In this context, we propose an enzymatic approach, involving class II pyruvate aldolases. These enzymes are shown to catalyze selective cross-aldol reactions between pyruvic acid or derivatives as nucleophiles and a series of ketones as electrophiles. This catalytic activity is exemplified by the highly stereoselective preparation of seven branched ketols with good yields. One of them was readily converted into a constrained 4-hydroxyproline analogue in a multienzymatic one-pot one-step process