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Étude de l'effet de la sous-expression de l'enzyme triosephosphate isomérase cytosolique sur le métabolisme de cellules de pomme de terre à l'aide d'un modèle métabolique cinétique

Alexandre Valancin

Masters thesis (2012)

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Cite this document: Valancin, A. (2012). Étude de l'effet de la sous-expression de l'enzyme triosephosphate isomérase cytosolique sur le métabolisme de cellules de pomme de terre à l'aide d'un modèle métabolique cinétique (Masters thesis, École Polytechnique de Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/887/
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Abstract

Le métabolisme végétal est complexe et démontre une grande flexibilité face à des changements environnementaux tels que des variations de température, ou encore un manque de nutriments ou même d'eau. Aussi, même si les grandes voies et acteurs du réseau métabolique sont désormais bien décrits, il est encore très difficile de prédire les effets que peuvent avoir des changements dans une voie métabolique précise sur l’ensemble du système biologique. La régulation métabolique n'étant que partiellement décrite à ce jour. En particulier, le rôle de la triosephosphate isomérase (cTPI) cytosolique, une enzyme responsable d’une réaction située au milieu de la glycolyse, à la jonction avec la synthèse des triglycérides et la voie des pentoses phosphate, demande à être éclairci. Pour cette raison, deux clones de racines chevelues de Solanum tuberosum ont été étudiés dans ce projet, l’un servant de contrôle, l’autre, transgénique, présentant un niveau d’expression en TPI cytosolique diminué de 90% via de l’ARN antisens. Deux cultures de 7 jours en flacons agités ont été réalisées avec les clones “contrôle” et “cTPI antisens”. Des mesures quotidiennes des concentrations extracellulaires en nutriments, ainsi qu'intracellulaires en sucres phosphatés et acides organiques ont été réalisées. Un modèle métabolique cinétique, calibré sur les données recueillies et basé sur des travaux antérieurs de l’équipe de recherche, a été développé. Le modèle comprend 31 réactions décrivant les voies métaboliques importantes telles que la glycolyse, la voie des pentoses phosphates, le cycle de Krebs, et certaines réactions anaboliques pour un total de 40 métabolites considérés. Il a été observé que certaines concentrations métaboliques (nutriments, partie basse de la glycolyse et à l'intérieur du cycle TCA) étaient significativement modifiées dans le clone à faible expression en cTPI, et donc que le métabolisme avait bien été affecté. Les simulations effectuées par utilisation du modèle ont également révélé que certains flux métaboliques différaient entre le contrôle et l'antisens cTPI. En particulier, les échanges entre la glycolyse et la voie des pentoses phosphates sont intensifiés alors que certains taux de réactions dans la partie basse de la glycolyse et dans le cycle TCA sont diminués. Finalement, ces travaux de maîtrise apportent un nouvel éclairage sur le rôle de la cTPI dans le métabolisme végétal, et sur l'intérêt d'utiliser un modèle mathématique dans des travaux de compréhension dudit métabolisme. ---------- Plant cell metabolism is complex and shows a strong flexibility towards environmental modifications as temperature shift, water stress, or lack of nutrients. Even if the main pathways and intermediates of metabolism are well described, predicting the effect of certain changes on the metabolism remains a difficult task because of the lack of knowledge on metabolic regulation. Cytosolic triosephosphate isomerase (cTPI) is the enzyme in charge of a reaction located in the middle of the glycolysis, at the junction with the pentose phosphate pathway and the triglycerides synthesis. In order to better understand its role within plant metabolism, two hairy roots clones were studied: one as a control and the other one, transgenic, with cytosolic TPI expression level decrease by 90% via a RNA-antisense. Two 7-days batch cultures in shake flasks were performed for the comparison of these two clones “control” and “cTPI antisense”. Measurements of major extracellular nutrients, and intracellular sugars phosphates, and organic acids were performed on samples taken daily. We used these data to develop a kinetic-metabolic metabolic model based on previous works in the group. The model includes 31 reactions describing important pathways of primary metabolism such as glycolysis, pentose phosphate pathway (PPP), TCA cycle as well as some anabolic reactions for a total of 40 metabolites taken into account. We observed that specific nutrients concentrations as well as intracellular metabolites were significantly modified, primarily in the, the down-part of the glycolysis and the TCA cycle, meaning that the decrease in cTPI affected the metabolism. The use of the kinetic-metabolic model also revealed that certain metabolic fluxes were also modified. Exchanges between glycolysis and the PPP were increased whereas the down-part of the glycolysis and some TCA cycle reactions were lowered in the cTPI antisense clone. Finally, this work gives a new insight on the role of cTPI in plant cell metabolism and how a mathematical model can help in metabolism understanding.

Open Access document in PolyPublie
Department: Département de génie chimique
Dissertation/thesis director: Mario Jolicoeur, Bala Srinivasan and Jean Rivoal
Date Deposited: 18 Oct 2012 09:56
Last Modified: 24 Oct 2018 16:10
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/887/

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