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Anna Maria MARINI (Chercheur Qualifié - 2002)

Parcours

Fonction (influx, efflux, sensing), interaction et régulation des transporteurs d'ammonium : de la levure à l'homme en passant par les protéines de type " Rh " du groupe sanguin Rhésus

Le transport d'ammonium au travers des membranes biologiques est un processus existant chez la plupart, voire tous les organismes. Si l'ammonium constitue une excellente source d'azote pour beaucoup de micro-organismes et de végétaux, il occupe un tout autre statut chez les animaux. Chez l'homme par exemple, il est un produit cytotoxique du métabolisme dont l'élimination contrôlée dans l'urine joue un rôle majeur dans la régulation de l'homéostasie acide/base. Malgré la fonction potentiellement importante que des systèmes de transport spécifiques de l'ammonium pourraient occuper dans tout le règne vivant, la structure moléculaire de ce type de protéine est restée longtemps inconnue. L'ammonium était supposé traverser les membranes biologiques principalement par diffusion passive de la forme neutre de ce composé (NH3), ou encore par substitution de la forme chargée NH4 + au niveau de transporteurs de potassium.

La question de l'existence de transporteurs spécifiques de l'ammonium a constitué le point de départ de notre étude. Nous avons isolé le premier gène codant pour un transporteur d'ammonium en utilisant la levure Saccharomyces cerevisiae comme organisme modèle. Ce travail a permis de définir une nouvelle famille de transporteurs membranaires (Mep/Amt) conservés chez les archaebactéries, les eubactéries, les champignons, les végétaux, ainsi que chez des animaux invertébrés, ouvrant ainsi la voie à l'étude moléculaire du transport de l'ammonium chez de nombreuses espèces. En définitive, trois transporteurs d'ammonium remplissant plus d'un rôle physiologique ont été caractérisés chez la levure. En particulier, un de ces transporteur joue un rôle de senseur d'ammonium nécessaire au développement de la croissance filamenteuse, un changement dimorphique souvent lié au caractère pathogène de certains champignons.

Bien qu'aucune caractérisation moléculaire d'un transporteur spécifique d'ammonium n'avait été rapportée chez les animaux vertébrés, nous avons établi une relation inattendue de séquence entre les transporteurs d'ammonium de la famille Mep/Amt et les protéines Rh du groupe sanguin Rhésus, et en particulier la protéine RhAG. Malgré leur importance dans le domaine de la médecine transfusionnelle, la fonction des protéines Rh est restée longtemps inconnue. Deux homologues non érythroïdes de la protéine RhAG ont récemment été identifiés. Les protéines humaines RhGK et RhBG sont majoritairement exprimées dans le rein mais RhBG est également présente dans le foie, en l'occurrence des organes impliqués dans l'élimination et la détoxification de l'ammonium. Nos données montrent que les protéines humaines RhAG et RhGK exprimées dans la levure sont non seulement capables de servir de systèmes d'entrée mais également de systèmes de sortie d'ammonium. Le maintien strict du pH sanguin, comme de la concentration circulante d'ammonium, nécessite probablement la présence de transporteurs spécifiques, un rôle qui pourrait bien être rempli par les protéines Rh.

La caractérisation du premier transporteur d'ammonium appartenant à une famille de protéines conservée depuis les organismes les plus primitifs jusqu'à l'homme ouvre de nouvelles perspectives d'étude concernant les mécanismes moléculaires du transport de l'ammonium, sa régulation et plus largement son rôle physiologique. La combinaison d'approches moléculaires, électrophysiologiques, biochimiques et autres seront utilisées dans le cadre de collaborations tant nationales qu'internationales afin de répondre à ces questions. En particulier, l'étude phénotypique de souris homozygotes dépourvues du gène RHGK pourrait permettre de faire le lien avec des pathologies liées à un défaut dans l'homéostasie acide/base.

Résumé des recherches

Nous avons identifié le premier transporteur spécifique d'ammonium en utilisant la levure S. cerevisiae comme organisme modèle. Cette protéine a permis de définir une nouvelle famille (Mep/Amt/Rh) conservée des bactéries à l'homme et comprenant les protéines Rh du groupe sanguin Rhésus. Nous avons montré que les protéines humaines RhAG (érythroïde) et RhGK (rénale) sont impliquées dans la sortie mais aussi l'entrée de l'ammonium. Ces protéines pourraient jouer un rôle important dans la régulation de l'homéostasie acide/base. Une combinaison d'approches distinctes sera utilisée afin d'étudier la fonction physiologique au sens large ainsi que la régulation de ce nouveau type de protéine.

Thèse

Les transporteurs d'ammonium de la levure Saccharomyces cerevisiae (publiée le 06/05/1999)

Contacts

Anna Maria MARINI

UR Biologie Moléculaire-Présidence

tel 02 650 9707, fax 02 650 97 00,

Campus de Charleroi - Gosselies (Biopark)

ULB CP300, rue des Professeurs Jeener et Brachet 12, 6041 Charleroi (Gosselies)