Functional studies of Frataxin : relations with metal homeostasis and oxidatives stress

La frataxine est une protéine mitochondriale bien conservée de la bactérie à l’homme. La déficience de la frataxine chez l’homme entraine une maladie neurodégénérative grave, appelée Ataxie de Friedreich. Cette protéine a été découverte dans les années 90s et depuis sa fonction physiologique exacte n’est toujours pas connue. La frataxine joue un rôle important dans la biosynthèse des centres Fe-S dans l’homéostasie du fer et/ou dans la protection contre le stress oxydant. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux interactions entre la protéine et d’autres molécules, comme certains métaux mitochondriaux ou protéines pour mieux comprendre la fonction de la frataxine dans la cellule. Lors de ce travail, la frataxine de levure (Yfh1) a été synthétisée par la technique de l’ADN recombinant, puis purifiée pour les études physico-chimiques. La flavohémoglobine (Yhb1)qui joue le rôle important dans la détoxification de NO (un agent du stress oxydatif et nitrosatif) a été aussi exprimée et purifiée selon le même principe. Ensuite, nous avons étudié la thermodynamique et la cinétique de la complexation de Yfh1 par les métaux mitochondriaux comme Fe, Cu, Mn, Zn, ainsi qu’avec les protéines impliquées dans le système antioxydant comme les superoxydes dismutases, CuZnSOD et MnSOD, et la flavohémoglobine. Ces résultats montrent tout d’abord que Yfh1 interagit avec tous les métaux mitochondriaux,néanmoins elle présente une meilleure affinité pour le cuivre et le manganèse. Par la suite, nous mettons en évidence le rôle remarquable de la frataxine dans le système antioxydant. Nous attribuons ainsi à la frataxine un rôle de protéine multifonctionnelle : « régulateur » dans le métabolisme des métaux.The frataxin is a mitochondrial protein which is highly conserved during the evolution. The deficiency of frataxinin human induces a neurodegenerative disease: Friedreich’s ataxia. This protein was discovered in the nineties.However, its functions are always opened questions. It has been shown that frataxin participates in the assemblyof Fe-S cluster, as well as the iron homeostasis and cellular antioxidant system. The interactions between frataxinand others molecules, such as metals or proteins, are necessary for a better understanding of protein’s functions.In this work, we synthesized a yeast frataxin homologue (Yfh1) by DNA recombinant technique, and thenpurified it for cell free studies. Yeast flavohemoglobin (Yhb1), which is responsible for the detoxification of NO(an oxidative and nitrosative stress agent), was also isolated. We started by determining the thermodynamics andkinetics of the physiological interaction between Yfh1 and mitochondrial metals, such as Fe, Cu, Mn and Zn, aswell as the interaction with the gatekeepers in the anti-oxidative stress such as superoxide dismutases, CuZnSOD& MnSOD, and Yhb1. We underline here, in the first part the unspecific interaction of Yfh1 with mitochondrialmetals, and more especially the higher affinity of Yfh1 for copper and manganese than for iron. We also confirmthe remarkable participation of Yfh1 in the antioxidant system. Based on these observations, we assume thatfrataxin plays the role of a “regulator” in metal metabolism