Caractérisation de la farnésyl diphosphate synthase et de la géranylgéranyl diphosphate synthase chez les Lépidoptères: cibles potentielles pour la lutte bio-rationnelle contre les ravageurs

• Main Author: Barbar, Aline
• Other Authors: Guertin, Michel
• Format: Others
• Language: EN
• Published: Université Laval 2014
• Subjects: Biochimie
• Online Access: http://www.theses.ulaval.ca/2014/30307/30307.pdf

La présente thèse porte sur la caractérisation de deux prényltransférases chez les Lépidoptères, la farnésyl diphosphate synthase (deux paralogues, FPPS-1 et FPPS-2) et la géranylgéranyl diphosphate synthase (GGPPS). Cette caractérisation s’inscrit dans le cadre de l’identification de leurs caractéristiques spécifiques chez les Lépidoptères en vue de leur utilisation comme cibles dans la lutte bio-rationnelle contre les ravageurs. Dans la présente étude, nous clarifions l'implication de chaque paralogue de FPPS dans la biosynthèse de l’hormone juvénile (JH), se basant sur l'évaluation de leur distribution tissulaire et de leurs propriétés cinétiques. Les quantifications transcriptionnelles et par immunodétection de ces paralogues dans différents tissus ont indiqué que l'expression de la FPPS-1 est ubiquitaire mais principalement détectée dans les tubules de Malpighi, alors que l’expression de la FPPS-2 est confinée aux corps allates (CA). Les analyses cinétiques de la FPPS-2 tronquée en N-terminal révèlent quelques caractéristiques uniques aux Lépidoptères. Toutefois, la forme tronquée de la FPPS-1 s’est avérée inactive. Tous ces résultats suggèrent que la FPPS-2 est la FPPS de Lépidoptères impliquée dans la biosynthèse de JH dans les CA de larves et d'adultes, alors que des analyses transcriptionnelles préliminaires suggèrent que la FPPS-1 pourrait jouer un rôle important dans la prénylation de protéines. D’autre part, la caractérisation biochimique de la GGPPS chez un Lépidoptère, indique son appartenance aux GGPPS de type III, comme les GGPPS humaine et bovine. De façon inattendue, les analyses cinétiques sur la GGPPS et son modèle moléculaire révèlent des modes de liaison alternatifs pour son substrat allylique et son produit, induisant l’inhibition de l'enzyme. L’inhibition par son substrat est particulière à la GGPPS du Lépidoptère, présumément en raison de distinctions structurales décelées par modélisation moléculaire. Les analyses transcriptionnelles de cette GGPPS suggèrent son implication dans la prénylation des protéines. Globalement, nos observations mettent en évidence les caractéristiques uniques de ces enzymes chez les Lépidoptères et suggèrent la possibilité de les utiliser comme cibles pour le développement éventuel de pesticides inhibiteurs qui inactiveraient la biosynthèse de JH et la prénylation des protéines, perturbant ainsi le développement, la métamorphose et la reproduction des Lépidoptères ravageurs. === The present thesis focuses on the characterization of two lepidopteran prenyltransferases, namely farnesyl diphosphate synthase (FPPS), for which there are two paralogs, FPPS-1 and FPPS2, and geranylgeranyl diphosphate synthase (GGPPS). The main goal of this research was to identify features that are unique to the lepidopteran enzymes so as to assess their suitability as targets for bio-rational pest control. In this study, we clarified the implication of each FPPS paralog in juvenile hormone (JH) biosynthesis, based on the evaluation of their tissue distribution and kinetic properties. Transcriptional quantification and immunodetection analyses confirmed the ubiquitous expression of FPPS-1 and its high titres in Malpighian tubules, while FPPS-2 expression was confined to the corpora allata (CA). Kinetic analysis of an N-terminally truncated form of FPPS-2 revealed certain unique features to the Lepidoptera. However, a similarly truncated form of FPPS-1 was inactive in vitro. Altogether, these results suggest that FPPS-2 is the lepidopteran FPPS paralog involved in JH biosynthesis in the CA at all stages of development, while preliminary transcriptional analysis suggests that FPPS-1 could play a role in protein prenylation. Characterization of a lepidopteran GGPPS indicated that it belongs to the type III group of GGPPSs, as do the human and bovine GGPPSs. Kinetic analysis of this GGPPS and its molecular modeling pointed to alternative binding modes for its allylic substrate and product, both of which can induce enzyme inhibition. Substrate inhibition appears unique to the lepidopteran GGPPS, possibly due to structural differences that were revealed by homology modeling. Globally, the findings reported herein highlight the unique features of these enzymes in the Lepidoptera and suggest the possibility of using them as targets for the development of insecticidal inhibitors that could block JH biosynthesis and protein prenylation, thereby disrupting development, metamorphosis and reproduction in lepidopteran pests.