Elucidation et ingénierie de la biosynthèse d'alcaloïdes d'intérêt pharmaceutique originaires des Apocynacées.

par Pamela Lemos Cruz

Projet de thèse en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Marc Clastre et de Vincent Courdavault.

Thèses en préparation à Tours , dans le cadre de Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant - SSBCV , en partenariat avec Biomolécules et Biotechnologies Végétales (laboratoire) depuis le 20-09-2018 .


  • Résumé

    La pervenche de Madagascar (Catharanthus roseus) est une plante de la famille des Apocynacées produisant des alcaloïdes indoliques monoterpéniques (AIM) dont certains présentent un intérêt thérapeutique majeur. C. roseus est considérée aujourd'hui comme une plante médicinale modèle en devenant la référence en matière d'étude d'un métabolisme spécialisé, celui des AIM. L'avancée des connaissances sur ce métabolisme a été impulsée par les développements de ressources transcriptomiques alliés à de nouvelles méthodes de caractérisation fonctionnelle des gènes comme la technique VIGS (Virus-Induced Gene Silencing). Fort de l'expertise acquise sur C. roseus, l'Equipe BBV a initié des travaux sur la biogenèse d'AIM d'intérêt pharmaceutiques produits par d'autres plantes de la famille des Apocynacées comme la petite pervenche (Vinca minor) et deux espèces du genre Rauwolfia. L'objectif du sujet de thèse est d'élucider les voies de biosynthèse des AIM d'intérêt chez C. roseus, V. minor et le genre Rauwolfia. Cette approche est rendue possible pour plusieurs raisons. La première a trait à la similitude des modules enzymatiques opérant dans ces plantes pour produire les AIM qui dérivent tous d'un précurseur commun, la strictosidine. La seconde tient au fait que, outre C. roseus, BBV a généré de nombreuses données transcriptomiques de Vinca minor et du genre Rauwolfia et maîtrise la technique VIGS pour les espèces du genre Rauwolfia. Ainsi, l'identification des étapes enzymatiques qui ne sont pas encore élucidées sera réalisée via des études de co-expression de gènes en analysant les données transcriptomiques afin de sélectionner des gènes candidats. La validation fonctionnelle de ces gènes sera réalisée par des études de pertes de fonctions grâce à la technique VIGS. Enfin, la fonction des gènes sera caractérisée par des études biochimiques effectuées sur les enzymes recombinantes correspondantes. Ces travaux constituent des prérequis en vue d'implémenter des modules enzymatiques au sein de la levure Saccharomyces cerevisiae pour produire les AIM d'intérêt par ingénierie métabolique. Ceci permettra de proposer un nouveau mode de sourcing de ces molécules en s'affranchissant des plantes. Par ailleurs, ces travaux pourront également être mis à profit en exploitant la promiscuité enzymatique de certaines enzymes pour fabriquer, par ingénierie métabolique, des AIM biosynthétiques non naturels, offrant ainsi des perspectives innovantes pour le développement de nouvelles substances actives.

  • Titre traduit

    Elucidation and engineering of the biosynthesis of alkaloids of pharmaceutical interest originated from Apocynaceae.


  • Résumé

    The Madagascar periwinkle (Catharanthus roseus) is a model medicinal plant of the Apocynaceae family producing indole monoterpene alkaloids (MIA) which became the reference in the study of a specialized metabolism. The increased knowledge on this metabolism has been driven by the development of transcriptomic resources combined with new methods of functional characterization of genes. The objective of the thesis subject is to elucidate the biosynthetic pathways of MIAs of interest in C. roseus, Vinca minor and the genus Rauwolfia by the identification of enzymatic steps that have not yet been elucidated through gene coexpression studies by analyzing the transcriptomic data to select candidate genes. Functional validation of these genes will be performed by loss of function studies using the VIGS (virus-induced gene silencing) technique. Finally, gene function will be characterized by biochemical studies performed on the corresponding recombinant enzymes. These experiments are prerequisites for implementing enzymatic modules within the yeast Saccharomyces cerevisiae to produce the MIAs of interest by metabolic engineering. This will make it possible to propose a new way of sourcing these molecules without the use of the plants. In addition, this work can also go farther by exploiting enzymatic promiscuity of certain enzymes to manufacture, by metabolic engineering, non-natural biogenic MIAs, thus offering innovative perspectives for the development of new active substances.