Le recrutement de centres Fe-S – entités constituées d’atomes de fer et de soufre dans une géométrie définie – par les protéines est vraisemblablement très ancien et fût facilité par l’abondance de ces deux éléments à la surface de la Terre lorsque la vie est apparue. Les protéines possédant des centres Fe-S jouent donc un rôle crucial dans la biologie de tous les organismes vivants actuels et participent à tous les grands processus cellulaires, de l’expression génétique à la réplication de l’ADN via la modification des ARN ribosomaux, le métabolisme central ou la photosynthèse. Ce succès évolutif n’est toutefois pas sans poser de nombreuses difficultés et contraintes. Une de ces difficultés pour les organismes réside dans les relations paradoxales que les centres Fe-S entretiennent avec l’oxygène (O2) et ses formes actives dérivées (FAO). En effet, les centres Fe-S sont de remarquables senseurs de la présence de l’O2 ou des FAO, permettant aux cellules de s’adapter à la présence du premier et de se protéger des secondes.
Toutefois, les centres Fe-S peuvent être dégradés par l’O2 et les FAO, voire contribué à la formation des FAO (via la chimie de Fenton), mettant ainsi les cellules qui les abritent en danger. Quelles stratégies moléculaires les organismes vivants développent-ils pour continuer à exploiter les remarquables propriétés chimiques et électroniques des centres Fe-S tout en contrôlant leur fragilité et leur potentielle toxicité ? Une autre difficulté est lié à la rareté du fer bio-disponible. Comment construire des centres Fe-S lorsque le fer est le plus souvent trouvé en concentration limitante ? Enfin, un autre enjeu est l’abondance de protéines à centres Fe-S dans un organisme. À titre d’exemple, plus de 5 % du protéome de Escherichia coli, soit environ 200 espèces protéiques, possèdent un (ou plusieurs) centres Fe-S.
Comment les organismes vivants gèrent-ils la construction et assurent-ils la distribution des centres Fe-S pour répondre à la demande de cette population importante à la fois quantitativement et qualitativement ? Nous avons tenté de répondre à ces questions en présentant nos études chez Escherichia coli. Les résultats des approches de chimie, biochimie, génétique et physiologie moléculaire que nous avons présentés nous ont permis de jeter les bases d’une vision intégrée de la biogénèse des protéines à centres Fe-S chez un organisme modèle.
