Susan Golden

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Susan Golden
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Biographie
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Université du Missouri à Columbia (doctorat) ( - )
Mississippi University for Women (en)Voir et modifier les données sur Wikidata
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Université de Californie à San Diego (depuis le )Voir et modifier les données sur Wikidata
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Susan Golden, née en 1957 à Pine Bluff en Arkansas aux États-Unis, est une biologiste américaine.

Biographie[modifier | modifier le code]

Dès son jeune âge, elle désire devenir écrivaine. Elle s'inscrit en journalisme à l'Université du Mississippi pour femme (MUW)[1]. Voyant qu’elle n'aurait pas un grand avenir avec cet emploi, elle décide d'aller faire des études en biologie et en chimie[2]. Elle termine son baccalauréat (B.A) en biologie en 1978. Elle est ensuite acceptée dans un laboratoire de génétique moléculaire de l'université du Missouri pour son doctorat (Ph.D) où elle fait la rencontre de son futur mari, James Golden. Après 2 ans à travailler dans ce laboratoire, elle se passionne sur les cyanobactéries et la recombinaison d'ADN. Elle étudie plus spécifiquement Synechococcus elongatus lors de son post doctorat à l'université de Chicago[1]. Elle continue à faire des études sur les cyanobactéries en étudiant la régulation des gènes de la photosynthèse par la lumière et c’est ainsi, en cherchant les mutations qui causaient la décomposition de la régulation lumineuse des gènes, qu’elle se mit à étudier l’horloge circadienne de cette espèce afin de répondre à ses questionnements[2].

En 1986, elle se joint à l'université A&M du Texas comme membre de la faculté de biologie.

Recherches[modifier | modifier le code]

Synechococcus elongatus[modifier | modifier le code]

Synechococcus elongatus (S.elongatus) est une cyanobactérie unicellulaire qui vit principalement dans les milieux marins. De forme largement ovale ou en bâtonnet de type filamentaire, elle vit de façon solitaire ou agglomérée en groupe. Elle est reconnaissable par sa couleur bleu-vert pâle[3]. Cette espèce est photoautotrophe, ce qui signifie qu’elle utilise la lumière comme source d’énergie et le CO2 comme source de carbone[4]. S.elongatus est un organisme expérimental important, car les souches se développent bien dans différents types de cultures[3]. Pour ces raisons, Susan Golden utilisa cette espèce pour avancer ces expérimentations sur la régulation des gènes de la photosynthèse par la lumière.

Découverte du complexe kai[modifier | modifier le code]

Grâce à des lunettes de vision nocturne, Golden mesura l’expression génique dans les cellules vivantes en attachant les gènes qu’elle étudiait à un gène de luciférase, un enzyme bioluminescent venant de la luciole. Elle a pu observer les émissions lumineuses des bactéries qui étaient placées dans l’obscurité et voir que celles-ci changeaient lorsqu’on les mettait en contact avec la lumière.

Carl Johnson, chercheur en rythme circadien à l'université Vanderbilt, fut alors intéressé par le travail de Golden. Celle-ci envoya à Johnson une souche de cyanobactérie marquée à la luciférase afin qu’il puisse, avec l’aide de Takao Kondo, un chercheur à l’université de Nagoya au Japon, observer la bioluminescence et faire des liens avec son rythme circadien. Ces expériences génétiques et biochimiques ont permis d’identifier les composants clés de l’oscillateur circadien de S. elongatus. En 1993, l’équipe composé de Golden, Johnson et Kondo publièrent leurs résultats en démontrant que l’horloge d’un procaryote pourrait expliquer l’évolution des horloges biologiques des espèces plus complexes tel que les mammifères[2],[5]. En 1998, Golden et ses collaborateurs ont finalement affirmé que l’oscillateur de la cyanobactérie S.elongatus, l’organisme le plus simple ayant un horloge circadienne, est basé sur une boucle rétroactive négative contrôlée par l’expression de l'agrégation des gènes kaiA, kaiB et kaiC[6]. La découverte du complexe Kai a été déterminée à l’aide de l’isolation par immunoblot de mutants de l’horloge de la cyanobactérie[7],[5]. L'approche d’identification de gènes utilisée par Susan Golden et ses collaborateurs est nommée la génétique inverse, où la fonction d’un gène inconnu est recherchée à l’aide des phénotypes des mutants de ceux-ci[8].

Horloge circadienne[modifier | modifier le code]

Les études de Susan Golden et de ses confrères se sont penchées sur les composants de l’horloge des organismes photosynthétiques comme la cyanobactérie Synechococcus elongatus, qui convertissent l’énergie de la lumière en énergie chimique par la photosynthèse, ce qui génère la production d’ATP à partir de l’ADP, ce processus variant en fonction des conditions de lumière et d'obscurité[9],[10]. Ces organismes possèdent un système circadien, qui comprend un oscillateur et une boucle de rétroaction avec des rythmes d’environ 24h[9],[5]. Les études génétiques de Golden ont permis d’identifier trois protéines qui sont au centre de cette horloge[6]. L’oscillateur circadien a été reconstitué in vitro avec ces trois protéines, soient Kai A, B et C, ainsi que de l’ATP[11]. Ce modèle a permis de comprendre le rôle de celles-ci dans la machinerie oscillatoire circadienne. KaiC possède des activités enzymatiques ATPase, autokinase ainsi qu’autophosphatase, alors que les protéines KaiA et KaiB ne présentent pas d'activité autokinase, mais ces dernières jouent un rôle important dans le rythme d’autophosphorylation de la protéine KaiC. En effet, l'ajout de la protéine KaiA in vitro à la protéine KaiC augmente le rythme d’autophosphorylation de KaiC. L'ajout de KaiB forme un complexe avec KaiA, ce qui donne la chance à KaiC de s’autodéphosphoriler, car il n’y a plus de stimulations entre KaiA et KaiC[12],[13],[14],[15]. Ainsi, Golden s’est intéressée plus précisément aux réponses des cellules à l’environnement qui leur permettent de calibrer un cycle de 24h. En faisant varier l’exposition de lumière avec le gène muté cikA, l’équipe de Golden a réalisé que la protéine CikA est un facteur clé dans l’horloge de S. elongatus, puisqu’il instaure l’intrant de l'oscillateur. Celle-ci contient un domaine PsR, présent aussi dans la protéine KaiA[16]. Cette réalisation a mené Golden à trouver le rôle fondamental de KaiA dans la régulation de l’horloge, car comme CikA, elle s’attache à des quinones lorsque la cellule se retrouve dans l'obscurité. Cette réaction d’oxydation réinitialise l’horloge, car KaiA n’est plus liée à KaiC, ce qui empêche la stimulation de phosphorylation de celle-ci[17]. De telle manière, les mécanismes de photosynthèse, qui varient en fonction du cycle jour-nuit, régulent les composants de l’horloge soit par KaiA et CikA avec l’oxydation de quinones, et par KaiC avec le ratio ATP:ADP[18].

Les études de Susan Golden avec la cyanobactérie se sont élargies avec d’autres collaborateurs. Elle a notamment convergé ses études avec ceux de son mari James Golden. Ensemble, ils étudient encore aujourd’hui l’importance de cyanobactéries dans la production de biocarburant[2]. Ils ont déterminé que ces organismes, incluant S. elongatus, conservent les propriétés de compensation de température, d'entraînement et de précision qui ont été gardées au cours de l’évolution et peuvent être observées autant chez les bactéries que chez les humains. C’est pour cette raison qu’une bactérie unicellulaire, qui dépend de la photosynthèse de façon autotrophe, peut être utilisée pour produire des biocarburant, en utilisant les rayons du soleil comme source d’énergie. S. elongatus est une cyanobactérie qui se divise rapidement tout en gardant son rythme circadien ce qui la rend idéale pour son utilisation en laboratoire[5].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. ↑ a et b « Faculty Spotlight: Dr. Susan Golden », sur SQ Online
  2. ↑ a b c et d (en) S. Gupta, « Profile of Susan S. Golden », sur Proceedings of the National Academy of Sciences, (DOI 10.1073/pnas.1305064110), p. 8758–8760
  3. ↑ a et b « Synechococcus c. Nägel », sur www.algaebase.org
  4. ↑ (en) « Table of contents », sur search.proquest.com, Canadian Journal of Botany
  5. ↑ a b c et d Carl Hirschie Johnson, Phoebe L. Stewart et Martin Egli, « The Cyanobacterial Circadian System: From Biophysics to Bioevolution », sur Annual Review of Biophysics, (DOI 10.1146/annurev-biophys-042910-155317), p. 143–167
  6. ↑ a et b (en) Masahiro Ishiura, Shinsuke Kutsuna, Setsuyuki Aoki, Hideo Iwasaki, Carol R. Andersson, Akio Tanabe, Susan S. Golden, Carl H. Johnson et Takao Kondo, « Expression of a Gene Cluster kaiABC as a Circadian Feedback Process in Cyanobacteria », sur Science, (DOI 10.1126/science.281.5382.1519), p. 1519–1523
  7. ↑ Susan E. Cohen, Marcella L. Erb, Jangir Selimkhanov, Guogang Dong, Jeff Hasty, Joe Pogliano et Susan S. Golden, « Dynamic Localization of the Cyanobacterial Circadian Clock Proteins », sur Current Biology, (DOI 10.1016/j.cub.2014.07.036), p. 1836–1844
  8. ↑ (en) Anthony JF Griffiths, Jeffrey H. Miller, David T. Suzuki, Richard C. Lewontin et William M. Gelbart, « Reverse genetics », sur An Introduction to Genetic Analysis. 7th edition,
  9. ↑ a et b J.l. Ditty, S.b. Williams et S.s. Golden, « A Cyanobacterial Circadian Timing Mechanism », sur Annual Review of Genetics, (DOI 10.1146/annurev.genet.37.110801.142716), p. 513–543
  10. ↑ Kazuhito Goda, Takao Kondo et Tokitaka Oyama, « Effects of adenylates on the circadian interaction of KaiB with the KaiC complex in the reconstituted cyanobacterial Kai protein oscillator », sur Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, (DOI 10.1080/09168451.2014.940833), p. 1833–1838
  11. ↑ (en) Masato Nakajima, Keiko Imai, Hiroshi Ito, Taeko Nishiwaki, Yoriko Murayama, Hideo Iwasaki, Tokitaka Oyama et Takao Kondo, « Reconstitution of Circadian Oscillation of Cyanobacterial KaiC Phosphorylation in Vitro », sur Science, (DOI 10.1126/science.1108451), p. 414–415
  12. ↑ Shuji Akiyama, Atsushi Nohara, Kazuki Ito et Yuichiro Maéda, « Assembly and Disassembly Dynamics of the Cyanobacterial Periodosome », sur Molecular Cell, (DOI 10.1016/j.molcel.2008.01.015), p. 703–716
  13. ↑ Jayna L. Ditty, Shannon R. Canales, Breanne E. Anderson, Stanly B. Williams et Susan S. Golden, « Stability of the Synechococcus elongatus PCC 7942 circadian clock under directed anti-phase expression of the kai genes », sur Microbiology,, (DOI 10.1099/mic.0.28030-0), p. 2605–2613
  14. ↑ (en) Hideo Iwasaki, Taeko Nishiwaki, Yohko Kitayama, Masato Nakajima et Takao Kondo, « KaiA-stimulated KaiC phosphorylation in circadian timing loops in cyanobacteria », sur Proceedings of the National Academy of Sciences, (DOI 10.1073/pnas.222467299), p. 15788–15793
  15. ↑ (en) Stanly B. Williams, Ioannis Vakonakis, Susan S. Golden et Andy C. LiWang, « Structure and function from the circadian clock protein KaiA of Synechococcus elongatus: A potential clock input mechanism », sur Proceedings of the National Academy of Sciences, (DOI 10.1073/pnas.232517099), p. 15357–15362
  16. ↑ (en) Tiyu Gao, Xiaofan Zhang, Natalia B. Ivleva, Susan S. Golden et Andy LiWang, « NMR structure of the pseudo-receiver domain of CikA », sur Protein Science, (DOI 10.1110/ps.062532007), p. 465–475
  17. ↑ (en) Thammajun L. Wood, Jennifer Bridwell-Rabb, Yong-Ick Kim, Tiyu Gao, Yong-Gang Chang, Andy LiWang, David P. Barondeau et Susan S. Golden, « The KaiA protein of the cyanobacterial circadian oscillator is modulated by a redox-active cofactor », sur Proceedings of the National Academy of Sciences, (DOI 10.1073/pnas.0910141107), p. 5804–5809
  18. ↑ (en) Natalia B. Ivleva, Tiyu Gao, Andy C. LiWang et Susan S. Golden, « Quinone sensing by the circadian input kinase of the cyanobacterial circadian clock », sur Proceedings of the National Academy of Sciences, (DOI 10.1073/pnas.0606639103), p. 17468–17473

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