L'Élucidation de la Signalisation du Sulfure d'Hydrogène par Persulfidation

Abstract

Le sulfure d’hydrogène (H2S), auparavant considéré comme un gaz toxique, est aujourd’hui reconnu comme gazotransmetteur. De nombreuses études ont révélé le rôle de l’H2S en tant que molécule de signalisation redox contrôlant d’importantes fonctions physiologiques et pathologiques. Le mécanisme sous-jacent proposé pour expliquer ses effets est la persulfidation (P-SSH, aussi connue sous le nom de S-sulfhydration), une modification post-traductionnelle oxydative des thiols de résidus cystéines. La persulfidation des protéines est restée sous-étudiée en raison de son instabilité et de sa réactivité chimique similaire à celle d’autres modifications de la cystéine, faisant d’elle une modification très difficile à marquer sélectivement. De là, nous avons développé une nouvelle méthode chimiosélective en deux étapes, aisément adaptable à des applications diverses, pour la détection et le marquage des protéines persulfidées, connue sous le nom de méthode “Dimedone-switch”. Nous avons confirmé la cinétique et la sélectivité de la méthode, tout en montrant que la persulfidation des protéines est une modification conservée au cours de l’évolution et aussi contrôlée par l’H2S produit dans les voies de transsulfuration et de catabolisme de la cystéine. Nous avons adapté la méthode à une détection directe sur gel à différents organismes-modèles, à la microscopie à fluorescence, à une approche de antibody microarray et à l’analyse protéomique par spectrométrie de masse.Par la suite, nous avons étudié le rôle de l’H2S dans la signalisation redox via la persulfidation. Pour cela, nous avons étudié l’interconnexion entre P-SSH et les modifications séquentielles des thiols de cystéines, à savoir la sulfenylation (P-SOH), la sulfinylation (P-SO2H) et la sulfonylation (P-SO3H), formées lors de l’exposition au stress oxydatif (espèces réactives à l’oxygène). Nos études ont montré une corrélation directe entre P-SSH et ces modifications de manière temporelle et dose-dépendante. Nous avons observé un net décalage de phase dans la réponse entre les deux modifications de cystéines, P-SSH et P-SOH, qui mettent en évidence la présence de “vagues de protection” par la persulfidation des protéines. Couplés à des études mécanistiques montrant la réduction efficace de P-SSH par le système thiorédoxine, ces résultats suggèrent que la persulfidation des protéines est la voie principale par laquelle les acides sulféniques sont reconvertis en thiols originaux, et donc éliminés lors du stress oxydatif. A ce titre, nous avons proposé un mécanisme général (potentiel vestige des temps anciens où la vie a émergé et proliféré dans un environnement riche en H2S) dans lequel la persulfidation figure une boucle de sauvetage face à l’hyper-oxydation des cystéines et au dommage cellulaire oxydatif subséquent.De plus, dans le but de faire la lumière sur l’intérêt biologique de cette protection naturelle des persulfides, nous avons exploré une possible corrélation entre les niveaux de persulfides et le vieillissement. En nous appuyant sur la capacité des persulfides à piéger les oxydants qui s’accumulent, nous avons mené une série d’études visant à obtenir une meilleure compréhension du rôle de la voie de transsulfuration dans la résistance au stress et sur la durée de vie. Nous avons observé une corrélation directe entre la capacité à produire des persulfides et la résistance au stress oxydatif, ainsi qu’une diminution de la persulfidation au cours du vieillissement chez C.elegans, le rat et les cellules humaines