Biosynthèse : les PKS – NRPS

BIOSYNTHÈSE : LES PKS – NRPS

Généralités

Les synthétases de peptides non ribosomiques (anglais : NRPS) et les polycétides synthases (anglais : PKS) sont des complexes multienzymatiques (200-2000 kDa)[11] impliqués, chez les bactéries (e.g Stigmatella aurantica, Myxococcus xanthus, Pseudomonas fluorescens Pf-5), les mycètes (e.g Cylindrocarpon lucidium, Stachybotrys charatum, Aspergillus flavipes, Geniculosporium sp., Chaetomium globosum), les plantes et certaines lignées d’animaux dans la biosynthèse de métabolites secondaires spécifiques dont les cytochalasines, produits hybrides de ces deux types d’enzymes .

L’origine du squelette polycétide de ce type de métabolite hybride a été découverte en 1985 par une étude biosynthétique de la fusarine C .[13] En revanche, ce n’est qu’en 2004, avec la découverte de la PKS–NRPS FUSS que l’origine de la pyrrolidone fut élucidée pour la première fois.[14] Ainsi, plusieurs produits naturels ont pu être rapprochés du cluster de gène codant pour leur PKS-NRPS : la tenelline (2007),[15] l’aspyridone A (2007)[16] et la desméthylbassianine (2011)[17] qui appartiennent à la même famille, la chaetoglobosine A (2007, 2013) [18],[19] la pseurotine (2007),[20] la dihydromaltophiline (2007),[21] l’acide cyclopiazonic (2008),[22] l’isoflavipucine et la dihydroisoflavipucine (2011),[23] la cytochalasine K (2011),[24] la xyrroline (2012),[25] et l’equisetine (2013).

Domaines et modules 

Dans la nature, il existe deux façons différentes de combiner PKSs et NRPSs.[27] La première est modulaire. Les bactéries, en général, organisent leur PKS-NRPS en modules (>110 kDa)[28] eux-mêmes constitués de plusieurs domaines séparés les uns des autres par environ 15 aminoacides (anglais : linkers),[29] chacun catalysant une réaction définie.[30],[31],[32],[33],[34],[35] Chaque module prenant en charge une seule étape de condensation, leur nombre corrèle ainsi directement avec le nombre d’étapes d’élongation durant la biosynthèse . La seconde est itérative. Les PKS-NRPS fongiques (et quelques PKS-NRPS bactériennes)[21] [36] ne disposent que d’un unique module PKS adjoint à un unique module NRPS, ceux-ci effectuant la synthèse itérative du métabolite .

Il est à noter que les modules d’où qu’ils proviennent nécessitent un cœur minimal de domaines pour l’addition d’une unité monomérique et peuvent ensuite contenir un nombre variable de domaines optionnels responsables de la modification du composé. Un autre point important est l’ordre d’assemblage de ces enzymes. En effet, la prise en charge du substrat commence par la PKS et finit par la NRPS, exception faite de quelques rares bactéries .

Dans le cas d’une PKS, le cœur consiste en une acyltransférase (AT) permettant la sélection et le transfert d’une unité acyl-CoA , une protéine de transport d’acyle (ACP) avec un bras 4’-phosphopantéthéine (4’PP) et une kétoacyl synthase (KS) pour les condensations de Claisen décarboxylatives. Des modifications peuvent intervenir sur la chaîne en cours d’allongement à chaque cycle d’élongation grâce au bras 4’PP de l’ACP qui amène la molécule vers d’autres domaines pour introduire hydroxyles (avec une KR), doubles liaisons (par l’action successive d’une KR puis d’une DH), saturations (grâce à une KR, une DH et une ER) ou méthyles (à partir d’une S-adénosine-méthionine et d’une MT).

De la même manière, un domaine d’adénylation (A) pour la sélection et l’activation des aminoacides après leur activation en aminoacyl-AMP , un domaine de condensation (C) catalysant la formation de liaisons peptidiques et un domaine de thiolation ou une protéine de transport (T ou PCP) avec un bras 4’PP permettant le transfert de la chaîne en élongation ou d’un monomère vers divers sites catalytiques constituent le cœur des modules d’une NRPS. Finalement, parvenu à sa longueur maximale, le PK ou NRP attaché covalemment à l’enzyme est libérée par une thioesterase (TE).

Si les NRPS catalysent principalement la condensation séquentielle d’acides aminés, environ 400 autres substrats monomériques existent également, incluant des D-aminoacides, des aryle acides, des kéto acides, des hydroxy acides et des acides gras,[39] à la différence des PK qui naissent de l’incrémentation répétitive d’unités à deux carbones dérivant de thioesters d’acétate ou d’acides carboxyliques.

Biosynthèse des cytochalasines

Les cytochalasines sont un groupe de métabolites secondaires hybrides issus de PKSNRPS fongiques (Phomopsis, Aspergillus, et Penicillium) [40],[41] qui possèdent une grande variété de propriétés biologiques.[42]

Les bases génétiques et moléculaires de la synthèse des cytochalasines n’ont été découvertes que récemment avec le cas de la chaetoglobosine A, isolée de Penicillium expansum. [18] En effet, une expérience de knockout du gène cheA (12 039 kb) encodant sa PKS-NRPS a permis de généraliser par la suite sa voie de biosynthèse à d’autres métabolites avec des expériences similaires (equisetine,[43] aspyridone A,[16],[44] pseurotine A,[20] acide cyclopiazonique,[45],[22] tenelline).[46] Ainsi, l’analyse du génome de Aspergillus clavatus, producteur des cytochalasines E et K, et une expérience de knockout ont permis d’identifier le cluster de gènes ccs (~30 kb) codant pour une PKS–NRPS et une supposée Baeyer–Villiger monooxygénase (BVMO) .

Table des matières

INTRODUCTION
1. DÉFINITIONS
1.1 Origine
1.2 Diversité structurale
2. BIOSYNTHÈSE : LES PKS – NRPS
2.1 Généralités
2.2 Domaines et modules
2.3 Biosynthèse des cytochalasines
3. CIBLES BIOLOGIQUES DES CYTOCHALASINES
3.1 L’ACTINE
3.1.1 Généralités
3.1.2 La polymérisation de l’actine
3.1.3 Toxines naturelles agissant sur l’actine
3.1.4 Les cytochalasines
3.1.4.1 Généralités
3.1.4.2 Interactions actine-CD, docking
3.1.4.3 Impact sur la polymérisation
3.1.4.4 Hydrolyse
3.1.4.5 Stabilité du filament
3.1.4.6 Mécanisme
3.2 LA PROTÉINE DE TRANSPORT DU GLUCOSE
3.2.1 Généralités
3.2.2 Interactions entre transporteurs de glucose et cytochalasines
3.2.2.1 Structure cristalline du complexe GLUT1-cytochalasine B (CB)
3.2.2.2 Phénomène d’inhibition par des cytochalasines
3.2.2.3 Relations structure-activité
4. LES PÉRICONIASINES
4.1 Origine des périconiasines A-H
4.2 Biosynthèse des périconiasines C et G
4.3 Projet de synthèse total des périconiasines, intérêt chimique et biologique
4.4 Stratégie de synthèse développée par Tang et Liu pour la synthèse des périconiasines A-E
4.4.1 La synthèse du précurseur linéaire de la réaction IMDA
4.4.2 Réaction IMDA et accès aux périconiasines
RÉSULTATS & DISCUSSION
1. VERS LA SYNTHÈSE TOTALE DE LA PÉRICONIASINE C
1.1 Analyse rétrosynthétique de la périconiasine C
1.2 Vers la synthèse totale de la périconiasine C
1.2.1 Synthèse du fragment pyrrolidinone 55 issue de la L-leucine
1.2.2 Synthèse du précurseur allylique 60
1.2.3 La réaction de Wacker-Tsuji ou l’oxydation de l’insaturation
1.2.4 L’allylation de la fonction cétone du composé 61
1.2.5 Vers l’introduction du diène
1.2.6 La réaction de Suzuki-Miyaura ou l’introduction du diène 75
1.2.7 Synthèse du substrat linéaire 83 de la réaction IMDA
1.2.8 La réaction de Diels-Alder Intramoléculaire (IMDA) sur le substrat 83
1.2.9 Vers la déprotection de la fonction TBS : accès à une diversité structurale
2. SYNTHÈSE TOTALE DE LA PÉRICONIASINE G
2.1 Analyse rétrosynthétique de la périconiasine G
2.2 Synthèse totale de la périconiasine G et de trois autres isomères
2.3 Révision de la structure 34 décrite par Dai
3. TESTS BIOLOGIQUES
3.1 Comportement des cellules HeLa face à des analogues de la périconiasine C
3.2 IC50 d’analogues de la périconiasine C face à des cellules MDA-MB-231
3.3 Comportement des bactéries Gram-positives Microccocus luteus et Staphylococcus aureus en présence de la périconiasine G
3.4 Germination, croissance et sporulation du champignon Botrytis cinerea en présence de la périconiasine G
CONCLUSIONS & PERSPECTIVES
CONCLUSIONS
PERSPECTIVES

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