Identification d'une plante médicinale africaine par le DNA barcoding et étude de composés à activité anti-HIV de cette plante

Identification of an African medicinal plant by DNA barcoding an study of its anti-HIV component

• Auteur / Autrice : Yue Zheng
• Direction : André Steinmetz, Carole Devaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Virologie : aspects moléculaires et médicaux
• Date : Soutenance le 03/12/2015
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie moléculaire des plantes (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Christophe Paillart
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carole Devaux, Jean-Christophe Paillart
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Charles Boucher, Guy Colling

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse cladistique

Plantes médicinales

Relations structure-activité

Antiviraux

Phytothérapie

Infections à VIH

Mots clés libres

Cassia abbreviata

Senna

Identification d'espèces

DNA barcoding

Analyse phylogénétique

Antiviraux

VIH

Composés

Piceatannol

Microbicide

Entrée virale

Attachement viral

Gp120

Cassia abbreviata

Senna

Species identification

DNA barcoding

Phylogenetic analysis

Antiviral

HIV

Compounds

Piceatannol

Microbicide

Viral entry

Viral attachment

Gp120

Résumé

Mon travail de thèse porte sur l'identification d'un arbre médicinal africain par le DNA barcoding et l'étude de composés à activité anti-VIH de cet arbre. Une première analyse de la séquence du marqueur ITS2 déterminée à partir d'ADN extrait de copeaux de bois a suggéré que la plante pourrait appartenir au genre Cassia ou au genre apparenté Senna. En analysant la séquence de ce marqueur ITS2 et aussi celle du trnHpsbA spacer d'une cinquantaine d'espèces des genres Cassia et Senna j'ai pu identifier la plante comme étant Cassia abbreviata. L'alignement de ces séquences m'a permis d'identifier, pour les deux marqueurs,des structures particulières spécifiques aux espèces du genre Cassia, permettant donc de les différencier des espèces du genre Senna. J'ai utilisé ces alignements pour effectuer une étude phylogenetique qui illustre que,pour les deux marqueurs, les Cassia forment en effet un clade bien séparé du clade des Senna qui peut être divisé en plusieurs sous-clades. Dans un deuxième temps j'ai étudié les effets anti-VIH de l'extrait alcoolique ainsi que de 57 composés purifiés obtenus au laboratoire. L'extrait brut ainsi qu'un des composés purifiés, le piceatannol, ont montré un grand spectre d’activités antivirales pour le VIH et le virus de l’herpès. Ils inhibent,à un stade précoce, l'infection par le VIH de lignées cellulaires de référence et d'isolats cliniques, ceci indépendamment de l'utilisation du co-récepteur (IC50: 10.47-40.77 μg/ml, CC50>1000 μg/ml; IC50: 8.04-47.46 μM, CC50>300 μM, respectivement). Ni l'un ni l'autre n'a d'effet sur CD4 et CCR5/CXCR4. L'extrait brut,mais pas le piceatannol, bloque l'interaction CD4-gp120, suggérant que l'extrait brut cible gp120 alors que le piceatannol agit comme un inhibiteur non-spécifique d'attachement du virus. Aussi, dans un modèle in vitro de tract génital femelle, le piceatannol inhibe l'infection de cellules cibles TZM-Bl par le VIH et n'active pas les cellules PBMCs, suggérant qu'il pourrait être un bon candidat comme microbicide. D'autres composés à activité anti-VIH dans l'extrait comportent l'acide oléanolique, l'acide palmitique, la taxifoline, ainsi que troiscomposés dont la structure est en train d'être élucidée.

My thesis project deals with the identification, by DNA barcoding, of an African medicinal plant and the study of anti-HIV compounds from this plant. A first analysis of the ITS2 marker sequence determined from DNA extracted from the wood suggested that the plant could belong to the Cassia or the related Senna genus. A further analysis of ITS2 as well as of trnH-psbA spacer sequences from about 50 species of the two genera allowed me to identify the plant as Cassia abbreviata. The sequence alignments, which reveal unique features present in the Cassia but not the Senna sequences, were used to construct phylogenetic trees showing the clear separation of the species of the Cassia and the Senna genus. The two markers therefore allow a quick discrimination between the species of the Cassia and the Senna genus and appear to be excellent barcode markers for identification of these species. Following the identification of the plant I have tested the crude ethanol extract as well as 57 purified compounds from the plant for an anti-HIV activity. The extract, as well as one of the compounds, namely piceatannol, showed a broad spectrum of antiviral activities for HIV and HSV. They inhibited HIV-1 infection at the early stage against various reference strains and resistant clinical isolates independent of the co-receptor usage (IC50: 10.47-40.77 μg/ml, CC50>1000 μg/ml; IC50: 8.04-47.46 μM,CC50>300 μM, respectively). Neither the crude extract nor piceatannol had an effect on CD4 and CCR5/CXCR4. The crude extract blocked CD4-gp120 interaction while piceatannol did not, indicating that CE may target gp120 and piceatannol may act as a non-specific viral attachment inhibitor. Moreover, piceatannol inhibited HIV infection of TZM-Bl target cells in an in vitro female genital tract model and did not activate PBMCs, suggesting that it may represent a good candidate as microbicide. Other anti-HIV compounds found in Cassia abbreviata include oleanolic acid, palmitic acid, taxifolin and three other compounds the structure of which is presently being elucidated.