Clonage et caractérisation de deux gènes codant des enzymes lipolytiques de la microalgue Isochrysis galbana

Cloning and characterization of lipolytic enzymes from two isolated genes of Isochrysis galbana

• Auteur / Autrice : Vincent Kerviel
• Direction : Françoise Ergan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des organismes
• Date : Soutenance le 23/09/2014
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Végétal-Environnement-Nutrition-Agro-Alimentaire-Mer (Angers)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire MMS

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie génétique

Clones (biologie)

Marqueurs de séquences exprimées

Acides gras oméga-3

Lipides -- Métabolisme

Teneur en acides gras insaturés

Microalgues

Mots clés libres

Ester hydrolase

Isochrysis galbana

Expression de protéines

Acides gras

Fatty acids

Résumé

Les enzymes lipolytiques sont des ester hydrolases impliquées dans le métabolisme lipidique. Leurs caractéristiques se sont révélées être des atouts dans de nombreuses applications industrielles. Chez les microalgues, l’isolement et la caractérisation de ces enzymes d’un point de vue structural et fonctionnel restent des domaines de recherche peu explorés à ce jour.Certaines espèces bénéficient pourtant de contenus en lipides intéressants, source de matière première pour les industries de l’agroalimentaire ou de l’énergie. Par exemple, l’acide docosahexaénoique (DHA), un acide gras polyinsaturé de la série des omégas 3, est reconnu pour ses propriétés en santé humaine. Parmi de nombreuses espèces, Isochrysis galbana, une microalgue unicellulaire appartenant à la classe des Prymnesiophycées est considérée comme une source possible de DHA. La présence d’acides gras libres a été montrée par l’analyse des lipides, suggérant la présence d’enzymes lipolytiques potentiellement intéressantes pour leur sélectivité et leur spécificité de substrat.L’analyse d’une banque de marqueurs de séquences exprimées a permis l’identification de séquences susceptibles de coder des enzymes lipolytiques. Les ARN messagers ont été extraits et les ADN complémentaires ont été clonés.Ce travail de thèse présente l’analyse et le clonage de deux gènes codant une ester hydrolase putative et une thioestérase putative, issues de la microalgue Isochrysis galbana.Les deux séquences codent des protéines de poids moléculaires de 35,41 kDa et de 42,31 kDa. Elles montrent 30 à 40 % d’identité et de similarité avec des hydrolases notamment des carboxylestérasesde différents organismes. Les séquences protéiques ont permis l’identification du pentapeptide consensus Gly-X-Ser-X-Gly caractéristique des enzymes lipolytiques et les acides aminés Ser/Asp/His de la triade catalytique.Les deux séquences codantes ont été clonées et exprimées dans la levure Saccharomyces cerevisiae et la bactérie Escherichia coli. Le clonage dans E. coli a permis d’identifier à la taille attendue une protéine par Western blot. En présence de cette protéine, la composition en acides gras des lipides de la bactérie a été modifiée. L’analyse CPG a notamment montré une augmentation des proportions en acides gras C16 :1 et C18 :1 par rapport au témoin. Ce résultat permet de caractériser l’activité thioestérase pour IgTeCe.

Lipolytic enzymes present in all known species play a key role in lipid metabolism and are involved in several industrial processes. They catalyse lipid hydrolysis and synthesis. Actually and particularly in microalgae, isolation and characterization of this type of enzyme remains an unexplored research area.The potential of the lipidic content of microalgae in food industry or energy field requires specific lipolytic enzymes. Docosahexaenoic acid (DHA), an 3 poly insaturated fatty acid (3 PUFA) is well known for its beneficial effects on human health. Among many species, Isochrysis galbana, a unicellular marine microalga belonging to the Prymnesiophyceae class, is considered as a potential alternative source of DHA.Lipid analysis of I. galbana shows free fatty acids and suggests the presence of lipolytic enzymes with potential interesting selectivities and substrate specificities. Analysis of incomplete expressed sequence tag (EST) listed in the EST bank of Isochrysis galbana, identified incomplete genes that encode lipolytic enzymes. Messenger RNAs were extracted, characterized and cloned.This work describes the analysis and cloning of two genes encoding a putative ester hydrolase and a putative thioesterase in marine microalgae Isochrysis galbana. Sequences encode two proteins with predicted molecular weights of approximately 35,41 kDa and 42,31 kDa. Slight similarity and identity (from 30 to 40 %) were observed between the gene sequence and various  fold hydrolase found in diverse phyla (including carboxylesterase).Sequences also included the consensus Gly-X-Ser-X-Gly and the catalytic triad Ser/Asp/His. To characterize the predicted enzymatic functions, an experimental procedure was introduced: coding sequences were cloned into expression vectors and expressed in Saccharomyces cerevisiae and in Escherichia coli.Western blot identification of recombinant enzyme shows a convenient protein production in bacteria. Furthermore, the expression of the protein in E. coli shifted the fatty acid composition predominantly towards C16:1 and C18:1 fatty acids. The enzyme called IgTeCe showed a thioesterase activity.