Le cuivre est un ion métallique essentiel pour la plante ayant des rôles clés dans de nombreux processus cellulaires. Chez Arabidopsis, environ 50% du cuivre cellulaire est localisé dans le chloroplaste, majoritairement associé à la superoxyde dismutase à cuivre (Cu/Zn SOD) du stroma, et à la plastocyanine (PC) des thylacoïdes. La plastocyanine étant indispensable pour la photosynthèse, l’adressage du cuivre aux chloroplastes est donc priorisé par la cellule.
Chez
Arabidopsis, trois ATPases de type P, HMA1, HMA6 et HMA8, assurent le transport de cuivre dans le chloroplaste. HMA6 localisée dans l’enveloppe est la voie principale d'import du cuivre. Elle permet d’alimenter la SOD puis la PC via HMA8. Une étude récente réalisée dans notre laboratoire, a suggéré qu'HMA1 constitue une voie additionnelle d’import du cuivre essentielle en condition de stress lumineux
[1].
Jusqu’à présent, les données concernant les fonctions de HMA1, HMA6 et HMA8 reposaient sur des mesures indirectes, l’absence de données biochimiques s’expliquant par la difficulté de produire ces protéines membranaires en quantité suffisante et sous forme active. Le projet CEA-PM dédié au « Criblage de systèmes d'Expression Alternatifs pour les Protéines Membranaires » a permis de montrer que la bactérie
Lactococcus lactis est particulièrement adaptée à la production de protéines membranaires de plantes, parmi lesquelles les HMAs
[2, 3].
Grâce à ce système d’expression, nous avons, en collaboration avec le laboratoire Chimie et Biologie de notre institut, réalisé la première caractérisation biochimique d’une ATPase-Cu de plante, HMA6. Des expériences de phosphorylation par l’ATP ou le phosphate inorganique ont démontré que HMA6 possède les principales caractéristiques des ATPases de type P et est un transporteur de haute affinité (micromolaire) du cuivre monovalent
[4].
HMA6 produite en
Lactococcus lactis (A) est activée spécifiquement par le cuivre monovalent à des concentrations micromolaires (B) et possède les principales caractéristiques des ATPases de type P, une phosphorylation transitoire à partir de l’ATP en présence du métal transporté (C) et une phosphorylation par le phosphate inorganique inhibée par la présence de métaux (B). mut = mutant HMA6 inactif.
Cette approche, appliquée maintenant à HMA1 et HMA8, devrait fournir des informations clés quant aux rôles relatifs des ATPases de type P dans l’homéostasie métallique du chloroplaste.