Elucidation de la voie de biosynthèse des alcaloïdes de Catharanthus roseus et ingénierie métabolique dans la levure

Elucidation of the Catharanthus roseus alkaloid pathway and metabolic engineering in yeast

• Auteur / Autrice : Emilien Foureau
• Direction : Marc Clastre, Vincent Courdavault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé
• Date : Soutenance le 13/06/2016
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Biomolécules et biotechnologies végétales (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Truan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Guivarc'h
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Bourgaud, Mariana Sottomayor

Mots clés

Mots clés contrôlés

Emploi en thérapeutique

Saccharomyces cerevisiae

Dimères

Biosynthèse

Monoterpènes

Alcaloïdes indoliques

Cellules végétales -- Compartimentation

Métabolisme

Catharanthus roseus

Mots clés libres

Catharanthus roseus

Alcaloïdes indoliques monoterpéniques

Biosynthèse

Compartimentation subcellulaire

Ingénierie métabolique

Catharanthus roseus

Monoterpene indole alkaloid

Biosynthesis

Subcellular compartmentalization

Metabolic engineering

Résumé

Catharanthus roseus est une plante médicinale produisant divers types d’alcaloïdes indoliques monoterpéniques (AIM) d’intérêt en santé humaine. Ainsi, les AIM dimères comme la vinblastine et la vincristine sont utilisés en chimiothérapie anticancéreuse et les alcaloïdes monomères de type hétéroyohimbine présentent diverses activités pharmacologiques. La fabrication de ces molécules dans la plante est fort complexe. Elle requiert un haut niveau de compartimentation tissulaire et subcellulaire et met en jeu plus d’une trentaine d’étapes enzymatiques, dont certaines sont encore très mal connues. Dans ce contexte, l’objectif de la thèse a consisté à élucider plusieurs étapes enzymatiques de la voie de biosynthèse des AIM. Nos travaux ont permis de caractériser de nouvelles isoformes enzymatiques de la famille des cytochromes P450 ainsi que les réductases qui leur sont associées. Ils ont abouti à l’identification de nouvelles déshydrogénases et mis en évidence, in planta, leurs interactions avec la strictosidine synthase suggérant une biosynthèse orientée vers les divers alcaloïdes de type hétéroyohimbine. Enfin, en ayant recours à l’ingénierie métabolique, un segment de la voie de biosynthèse a été transféré dans la levure Saccharomyces cerevisiae, lui conférant la capacité de bio-transformer la tabersonine en vindoline, l’un des deux précurseurs finaux des alcaloïdes dimères.

Catharanthus roseus is a medicinal plant producing various types of monoterpene indole alkaloids (MIA) with a great interest in human health. Dimeric alkaloids such as vinblastine and vincristine are used in cancer chemotherapy and monomeric heteroyohimbine alkaloids exhibit various pharmacological activities. The production of these molecules in the plant is very complex. It requires a high level of tissular and subcellular compartmentalization and involves more than thirty enzymatic steps, some of which are largely unknown. In this context, the aim of this thesis was to elucidate several enzymatic steps of the MIA biosynthetic pathway. Our work allowed us to characterize new enzyme isoforms of cytochrome P450 and their associated reductases. They also resulted in the identification of new dehydrogenases and highlighted their interactions with the strictosidine synthase suggesting a directed biosynthesis towards various heteroyohimbine type of alkaloids. Finally, engineered yeast containing a segment of the MIA biosynthetic pathway was able to convert tabersonine into vindoline, one of the two final precursors of the dimeric alkaloids.