Du fer et du soufre dans les protéines

Comment la cellule construit-elle les cofacteurs fer-soufre essentiels à son fonctionnement ?

Iron and sulfur in proteins. How does the cell build Fe-S clusters, cofactors essential for life?

Laboratoire de Chimie Bactérienne, UMR 7283 CNRS-Aix-Marseille Université, Institut de Microbiologie de la Méditerranée, 31, chemin Joseph Aiguier, 13009 Marseille, France

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Résumé

Les centres fer-soufre (Fe-S) sont des groupements prosthétiques présents dans de très nombreuses protéines chez la plupart des organismes vivants. À titre d’exemple, la bactérie Escherichia coli synthétise plus de 130 types de protéines à centres Fe-S différentes. Les protéines à centres Fe-S sont impliquées dans une grande diversité de processus biologiques, de la respiration à la photosynthèse, et du métabolisme à la régulation de l’expression génique ou à la stabilité génomique. Si l’acquisition des centres Fe-S par les protéines, processus que l’on désigne par le mot de maturation, peut se faire spontanément in vitro, elle nécessite in vivo l’intervention de machineries moléculaires dédiées. Le dysfonctionnement de ces machineries peut conduire à des phénotypes très marqués, de la létalité chez les bactéries à des pathologies graves chez l’homme. Après avoir rappelé les grands principes sous-jacents à la biogenèse des centres Fe-S et à leur incorporation dans les protéines cellulaires, nous illustrerons l’importance de ce processus en décrivant quelques cas de dysfonctionnement de protéines à centre Fe-S et de machineries de biogenèse chez les bactéries et l’homme.

Abstract

Iron-sulfur clusters (Fe-S) are ubiquitous cofactors present in numerous proteins of most living organisms. By way of an example, the E. coli bacterium synthesizes more that 130 different types of Fe-S proteins. Fe-S proteins are involved in a great diversity of biological processes, ranging from respiration, photosynthesis, central metabolism, to genetic expression and genomic stability. Proteins can acquire spontaneously Fe-S clusters in vitro, but in vivo, dedicated molecular machineries are necessary. Dysfunction of these machineries alters cellular capacities leading to lethality in bacteria and severe pathologies in humans. In this review we will describe how cells make Fe-S clusters and deliver them to clients proteins. The importance of Fe-S clusters homeostasis will be illustrated by reporting a list of cellular dysfunctions associated with mutations altering either Fe-S proteins or Fe-S biogenesis machineries.