Redox control of protein secretion in Saccharomyces cerevisiae

Les protéines destinées à la sécrétion ou adressées à la membrane transitent par le réticulum endoplasmique (RE) où elles acquièrent leur conformation native et subissent des modifications post-traductionnelles comme la formation de ponts disulfures. Dans ce compartiment, la formation de ponts disulfures repose sur l’activité de l’oxydase Ero1 et de la Protein Disulfure Isomerase (PDI). Ero1 catalyse la formation de ponts disulfures et les transmet à la PDI qui à son tour oxyde les substrats. L’isomérisation ou la réduction terminale des ponts disulfures non-natifs repose sur un système de réduction dans le RE encore non élucidé. Des études suggèrent l’importance du glutathion réduit (GSH) dans ce système de réduction. Le GSH est un tripeptide redox exclusivement synthétisé dans le cytosol. Notre étude s’attache à (i) décrire les flux de glutathion entre RE et cytosol et (ii) identifier les acteurs de ce transport (iii) comprendre l’impact d’une modification de l’homéostasie redox du glutathion sur la physiologie du RE.Nous avons établi un système permettant d’étudier les flux de glutathion entre cytosol et RE. Afin de démasquer ces flux intracellulaires, nous avons utilisé une souche de S. cerevisiae surexprimant le transporteur plasmatique du glutathion, HGT1. Ce système permet de modifier rapidement et drastiquement la concentration cytosolique de glutathion. Les flux intracellulaires engendrés sont ensuite suivis grâce à des sondes redox spécifiques du glutathion adressées dans le RE ou le cytoplasme.(i) Nos résultats suggèrent que le GSH et le GSSG sont importés dans le RE depuis le cytosol. Le GSH est transporté selon un gradient de concentration via un système de transport de diffusion facilité. Ces flux sont également observés lors de stress stimulant la synthèse de GSH (stress thermique, arsenite…).(ii) Le transport de GSH dans le lumen est assuré par le translocon Sec61, et une régulation de cet import par la chaperone luminale Kar2 est observée.(iii) une réduction rapide de l’état redox du glutathion dans le RE conduit à une mort cellulaire programmée non apoptotique, également observée lors d’autre stress RE (traitement tunicamycine).The endoplasmic reticulum (ER) is the first intracellular compartment of the protein secretion pathway. Protein maturation in this compartment involves protein folding and post-traductionnal modification including formation of disulfide bonds. The formation of disulfide bonds is operated by a highly conserved redox relay made of the thiol oxidase Ero1 and the protein disulfide isomerase (PDI). Ero1p catalyzes disulfide bond formation and relays them by thiol-disulfide exchange to PDI, which in turn oxidizes substrates. Isomerization and terminal reduction of non-native disulfide bonds both rely on a reduction system that remains to be formally identified. Studies however suggest the importance of reduced glutathione in this reducing system. GSH is small redox tripeptide exclusively synthesized in the cytosol. In this study we (i) describe the main parameters of glutathione traffic across the ER membrane (ii) identify the main actors involved in the transport and (iii) analyze the physiological impact of a modification of the ER glutathione redox state.We established a system to monitor the fluxes of glutathione from the cytosol to the ER in S. cerevisiae. To artificially increase fluxes of glutathione, we used a cell over-expressing the GSH plasma membrane transporter HGT1, which when grown in presence of glutathione import high levels of this compound. Consequently, we monitored the intracellular relocation of imported GSH by following GSH fluxes using two specific redox probes. Our data indicate that:(i) GSH is transported into the ER by facilitated diffusion along a concentration gradient. GSSG can also be imported into the ER. Similarly, stress conditions that stimulate GSH synthesis, such as heat shoc, arsenite treatment, also triggered a GSH import in the ER.(ii) GSH import in the ER is achieved by the translocon Sec61, and is regulated by the lumenal chaperone Kar2.(iii) A rapid reduction of glutathione ER redox state leads to the activation of a non-apoptotic programmed cell death pathway, usually observed during high ER stress