Contribution à l'étude des dernières étapes de la biosynthèse de l'anatoxine-a, une neurotoxine produite par les cyanobactéries

Contribution to the study of the last steps in the biosynthesis of anatoxin-a, a neurotoxin produced by cyanobacteria

• Auteur / Autrice : Guillaume Paci
• Direction : Olivier Ploux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Moléculaire
• Date : Soutenance le 10/11/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie moléculaire de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire des Energies de Demain
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Lequin, Jean-Michel Camadro, Muriel Gondry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Agents neurotoxiques

Cyanobactéries

Mots clés libres

Biosynthèse

Cyanobactéries

Neurotoxines

Polyketide synthase

Anatoxine-a

Dihydroanatoxine-a

Biosynthesis

Anantoxin-a

Résumé

Les cyanobactéries sont des procaryotes photosynthétiques ubiquitaires qui produisent un grand nombre de métabolites secondaires, dont des toxines. Parmi ces cyanotoxines, l'anatoxine-a est une neurotoxine puissante qui provoque une mort rapide après ingestion. La mort est causée par asphyxie car ces alcaloïdes sont de puissants agonistes du récepteur nicotinique de l'acétylcholine.L'équipe, au sein de laquelle j'ai effectué ma thèse, étudie la biosynthèse de l'anatoxine-a et de ses dérivés, chez les cyanobactéries. Des travaux précédents de l'équipe ont permis d'identifier le cluster de gènes responsable de la biosynthèse de l'anatoxine-a et de l'homoanatoxine-a, dans le génome de la cyanobactérie Oscillatoria sp. PCC 6506, une souche productrice d'homoanatoxine-a. Une voie de biosynthèse, à partir de la proline a été proposée par l'équipe.J'ai travaillé sur l'étude des dernières étapes de cette voie de biosynthèse, qui met probablement en jeu une polyketide synthase (PKS) AnaG et une thioestérase AnaA. Lors de ces étapes le précurseur de l'homoanatoxine-a est condensé à une unité acétate, puis subirait une méthylation, une hydrolyse et une décarboxylation, pour donner l'homoanatoxine-a. Néanmoins, la PKS AnaG ne possède ni domaine thioestérase ni domaine décarboxylase, et les dernières étapes de la biosynthèse sont donc mal définies. Nous avons décidé d'exprimer différents domaines d'AnaG chez Escherichia coli pour obtenir plus d'informations sur ces étapes. Nous avons également tenté de préparer un analogue du substrat putatif d'AnaG par synthèse chimique.Par ailleurs, nous avons étudié la biosynthèse de la dihydroanatoxine-a chez Cylindrospermum stagnale PCC 7417.

Cyanobacteria are photosynthetic ubiquiterious prokaryotes which produce a high range of secondary metabolites including toxins. Among these cyanotoxins anatoxin-a is a potent neurotoxin which causes the rapid death on ingestion. The death is caused by respiratory failure because these alkaloid are potent agonists of the nicotinic alcetylcholine receptor. The team in which I did my PhD thesis studies the biosynthesis of anatoxin-a and of its derivatives in cyanobacteria. Preceding works by our team have permitted the identification of the cluster of genes that is responsible for the biosynthesis of anatoxin-a and homoanatoxin-a in the cyanobacterium Oscillatoria sp. PCC 6506. A biosynthetic pathway from proline was also proposed by the team. I have worked on the final stages of this biosynthesis pathway which probably involves a polyketide synthase (PKS), AnaG, and a thioesterase, AnaA. During these stages, the homoanatoxin-a precursor is likely condensed to one acetate unit, and then it is subjected to a methylation, a hydrolysis and a decarboxylation , to yield homoanatoxin-a. The PKS AnaG possesses neither a thioesterase domain nor a decarboxylase domain, and the last steps of the biosynthesis are therefore not well defined. We have chosen to express different domains of AnaG in Escherichia coli to obtain more information on these steps. We have also attempted by chemical synthesis to prepare an analog of the substrate of AnaG. With these tools in hand and with the use of mass spectrometry we hope to be able to confirm the biosynthetic pathway we have put forth. We have also studied the biosynthesis of dihydroanatoxin-a in Cylindrospermum stagnale PCC 7417.