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Spéciation du Cu et du Zn de la superoxyde dismutase et sclérose latérale amyotrophique

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative caractérisée par la perte progressive des neurones moteurs. L’évolution de la SLA est le plus souvent rapide et conduit au décès typiquement dans les trois à cinq ans qui suivent le diagnostic faute de traitement efficace. Son étiologie n’est pas totalement élucidée mais elle est vraisemblablement multifactorielle. Plusieurs gènes ont été associés à la SLA dont le gène codant la superoxyde dismutase à cuivre et zinc (SOD1 ou CuZnSOD).

A l’aide de modèles cellulaires, nous avons étudié la métallation de la SOD1 en couplant une technique séparative non dénaturante (l’isoéletrofocalisation sur gel, IEF) avec des méthodes d’analyse des métaux par faisceau d’ions (AIFIRA, CENBG – Biochimie (2009), 91, 1324-1327 et Electrophoresis (2015), 36, 2482-2488) et par rayonnement synchrotron (ESRF – JAAS (2008), 23, 1083-1088 et SOLEIL – Electrophoresis (2012), 33, 1276-1281).

Ces développements analytiques ont permis de montrer l’existence d’un équilibre entre plusieurs isoformes de SOD1 caractérisées par des rapports Cu/Zn et des états de charge différents. Les mutations sont ainsi associées à une augmentation du point isoélectrique (pI) des isoformes actives. Ceci correspond à une diminution de leur charge nette qui favoriserait alors leur agrégation et leur toxicité. Cet effet est aussi lié à l’état de métallation puisque la diminution de la charge est plus marquée lorsque le rapport Cu/Zn dans l’enzyme est plus faible.

Figure 1. Mesure du pI de la SOD1 dans les formes sauvage (hWT) et mutées liées à la SLA (A4V, G93A, D125H). On notera l’augmentation du pI chez les mutants (Electrophoresis (2015), 36, 2482-2488)

Figure 2. Rapport Cu/Zn en fonction du point isoélectrique des isoformes. Pour un génotype donné, les isoformes de SOD1 présentent des rapports Cu/Zn différents et l’augmentation du pI est corrélée à une diminution du rapport Cu/Zn. hWT est la forme sauvage de la SOD1 tandis que A4V, G93A et D125H sont des mutants liées à des formes familiales de SLA (Electrophoresis (2015), 36, 2482-2488).

Collaborations

IPREM Institut des Sciences Analytiques et Physico-Chimique pour l’Environnement et les Matériaux. Unité Mixte de Recherche CNRS / UPPA (UMR 5254).

Department of Chemistry and Biochemistry, UCLA University of California at Los Angeles, USA

Publications

Reduced net charge and heterogeneity of pI isoforms in familial amyotrophic lateral sclerosis mutants of copper/zinc superoxide dismutase.
Roudeau S, Chevreux S, Carmona A, Ortega R. (2015), Electrophoresis, 2015 Jun 17. doi : 10.1002/elps.201500187. Epub ahead of print [pubmed] [link]

Coupling of native IEF and Extended X-ray Absorption Fine Structure to characterize zinc binding sites from pI isoforms of SOD1 and A4V pathogenic mutant
Chevreux S., Llorens I., Solari P.-L., Roudeau S., Devès G., Carmona A., Testemale D., Hazemann J.L., Ortega R. (2012), Electrophoresis, 33, 1276-1281 [pubmed] [link]

Multimodal analysis of metals in copper-zinc superoxide dismutase isoforms separated on electrophoresis gels
Chevreux S., Roudeau S., Fraysse A., Carmona A., Devès G., Solari P.-L., Mounicou S., Lobinski R., Ortega R. (2009), Biochimie 91, 1324-1327. [pubmed] [link]

EXAFS analysis of a human Cu,Zn SOD isoform focused using non-denaturing gel electrophoresis
Chevreux S., Solari P.L., Roudeau S., Devès G., Alliot I.,Testemale J.L., Hazemann J.L. Ortega R. (2009), Journal of Physics IV, 190, 012205. [link]

Direct speciation of metals in copper-zinc superoxide dismutase isoforms on electrophoresis gels using X-ray absorption near edge structure
Chevreux S., Roudeau S., Fraysse A., Carmona A., Devès G., Solari P.L., Weng T.C., Ortega R. (2008), Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 23, 1117-1120. [link]