Etude du système Myrosinase-Glucosinolate comme outil de bioconjugaison

Study of the system Myrosinase-Glucosinolates as a bioconjugation tool

• Auteur / Autrice : Giuliano Cutolo
• Direction : Arnaud Tatibouët, Marie Schuler
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Organique
• Date : Soutenance le 19/12/2018
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie organique et analytique (Orléans ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Renaudet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Tatibouët, Marie Schuler, Olivier Renaudet, Boris Vauzeilles, Sébastien Gouin, Pierre-Yves Renard, Thisbe K. Lindhorst
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Boris Vauzeilles, Sébastien Gouin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glucosinolates

Bioconjugués

Thiocyanates

Mots clés libres

Myrosinase

Glucosinolates

Isothiocyanates

Bioconjugaison

Marquage sélectif

Lectines

FimH

Myrosinase

Glucosinolates

Isothiocyanates

Bioconjugaison

Site selective labeling

Lectins

FimH

Résumé

Depuis longtemps les réactifs isothiocyanates (ITCs) sont largement utilisés dans le domaine de la bioconjugaison. Ces électrophiles forts réagissent avec les cystéines et les lysines des protéines pour former une liaison stable. Cette réactivité click permet de réaliser des marquages sélectifs ainsi que des fonctionnalisations de protéines. Cependant, les ITCs ne sont pas faciles à synthétiser et à isoler et leur stabilité ne permet pas une conservation optimale.Le but de ce projet est de développer le système enzymatique myrosinase-glucosinolate (MG) comme outil de conjugaison capable de former un ITC in situ. Le tandem MG est un mécanisme de défense des plantes de l’ordre des Brassicales bien connu. Dans ce système biochimique, la myrosinase opère comme thioglucosidase, en hydrolysant les glucosinolates (GLs), pour générer des ITCs. L’avantage de ce tandem enzymatique est de produire les ITCs à partir de précurseurs solubles dans l’eau, non toxiques, sous conditions douces.Afin d’explorer cet outil enzymatique, deux types de GLs non naturels ont été conçus. En raison de l’importance de l’interaction lectine-mannose dans les mécanismes d’adhésion bactérienne, nous avons conçu une petite librairie de GLs intégrant un mannoside. De cette façon il est possible d’étudier des lectines bactérienne (FimH). Le second type de glucosinolate est caractérisé par une deuxième fonction chimique, permettant de réaliser des réactions orthogonales.Le système MG a été évalué dans plusieurs approches de bioconjugaison telles que le marquage sélectif d’une lectine, la synthèse de néoglycoprotéines et la fonctionnalisation de nanoparticules.

Since many decades, Isothiocyanate (ITCs) reagents are widely used in bioconjugation approaches to create a stable bond onto the lysin and cysteine residues of proteins and peptides. Thanks to this click reaction it is possible to achieve a selective ligation or a high functionalization of proteins. On the others hand, isothiocyanates are not easy to prepare, to isolate, to store and most of the time insoluble in water.The aim of this work is to explore the myrosinase-glucosinolate (MG) enzymatic tandem as a ligation system, in order to release ITCs in-situ. The MG tandem is a well-known mechanism of defense in plants of the order Brassicales. In this biochemical system, myrosinase acts as a thioglucosidase, hydrolyzing glucosinolates (GLs) to liberate transient species that spontaneously form ITCs. The advantage of this enzymatic tandem is to generate ITCs from a stable non-toxic GLs precursor, soluble in water, using mild conditions.In order to develop this enzymatic tool, two kind of unnatural GLs were synthetized. Due to the important role of the mannoside-lectins interaction in the bacterial adhesion mechanism, at first, we designed a small library of GL bearing mannosides, in order to target and study the bacterial lectin FimH. The second kind of GL possess a chemical function allowing to study orthogonal reactions. After, the ability of the myrosinase to hydrolyze those unnatural GLs was investigated, as well their chemical reactivity.Then, the performances of the MG system was studied in different approaches of bioconjugation, such as: the synthesis of neoglycoproteins (NGPs), the site selective labeling of a lectin and the functionalization of gold nanoparticles. The feasibility of these strategies confirmed that the MG system can be used as an enzymatic tool in some bioconjugation approaches.