Biosynthèse des stérols (Biochimie et analyse moléculaire des stérol-4a-méthyl-oxydases de plantes)

Abstract

Les stérols, vitaux aux eucaryotes supérieurs, ne sont fonctionnels qu'après élimination des méthyles en position C4. La déméthylation en C4 des précurseurs stéroliques est effectuée par un complexe multienzymatique au sein duquel les stérol-4a-méthyl-oxydases (SMO) réalisent la première étape de ce processus. Chez les plantes, deux familles de gènes candidats, SMO1 et SMO2, faisant partie de la famille des oxygénases membranaires à fer non-hémique, ont été isolées in silico. L'expression hétérologue des gènes candidats d'Arabidopsis thaliana dans un mutant de Saccharomyces cerevisiae déficient en SMO, montre que seuls les gènes de la famille SMO2 permettent de rétablir la synthèse d'ergostérol dans celui-ci et sa croissance en absence d'ergostérol dans la milieu. La réduction d'expression des gènes SMO1, chez Nicotiana benthamiana, via la technique de virus-induced gene silencing (VIGS), provoque une accumulation spécifique de 4,4-diméthyl-cyclopropyl-stérols, alors que celle de SMO2 induit une augmentation spécifique de 4a-méthyl-D7-stérols. Les données obtenues ont permis d'identifier et de caractériser fonctionnellement, pour la première fois, deux familles de SMO végétales distinctes, régulant respectivement le taux des précurseurs 4,4-diméthyl- et 4a-méthyl-stérols. Les plantes se distinguent donc nettement des animaux et des levures, qui ne possèdent qu'une seule enzyme catalysant l'oxydation successive des deux méthyles en position 4 des précurseurs 4,4-diméthyl-stérols.Sterols are ubiquitous and essential membrane components of eukaryotic cells. In plants, the conversion of cycloartenol to functional phytosterols requires the removal of two methyl-groups at C4 position by an enzymatic complex including a sterol-4a-methyl-oxidase (SMO). We have identified in silico candidate genes for two distinct families of SMO in Arabidopsis thaliana which belong to the small family of membrane-bound non-heme iron oxygenases involved in lipid oxidation. Heterologous expression of plants AtSMO1 in a yeast mutant lacking SMO activity can restore neither SMO activity nor endogenous ergosterol biosynthesis in contrast to AtSMO2 which can functionally complement this mutant strain. In order to decrease the level of plant SMO expression in Nicotiana benthamiana, we have used a virus-induced gene silencing (VIGS) approach. The silencing of SMO1 genes generates a substantial and specific accumulation of 4,4-dimethyl-cyclopropyl-sterols whereas in SMO2 silenced plants there is an accumulation of 4a-methyl-D7-sterols. These distinct biochemical phenotypes demonstrate that in photosynthetic eukaryotes, contrary to animals and fungi, SMO1 and SMO2 families are respectively controlling the levels of 4,4-dimethyl- and 4a-methylsterol precursors.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF