Conception « à façon » d'enzymes pour la synthèse chimio-enzymatique programmée d'oligosaccharides antigéniques

Tailored enzymes for programmed chemo-enzymatic synthesis of antigenic oligosaccharides

• Auteur / Autrice : Mounir Benkoulouche
• Direction : Isabelle André
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingenieries microbienne et enzymatique
• Date : Soutenance le 27/09/2019
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : TBI - Toulouse Biotechnology Institute, Bio & Chemical Engineering - Toulouse Biotechnology Institute / TBI
• Jury : Président / Présidente : Magali Remaud-Simeon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle André, Sébastien Fort, Antoni Planas, Uwe Bornscheuer, Claire Moulis, Laurence Mulard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Fort, Antoni Planas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Enzymes

Shigella flexneri

Oligosaccharides

Mots clés libres

Transglycosylase

Glucosylation

Design et ingénierie d'enzymes

Synthèse chimio-enzymatique

Oligosaccharides antigéniques

Shigella flexneri

Transglycosylase

Glucosylation

Enzyme design and engineering

Chemo-enzymatic synthesis

Antigenic oligosaccharides

Shigella flexneri

Résumé

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse visent à explorer des stratégies multidisciplinaires et synergiques afin de développer des voies chimio-enzymatiques «programmées» qui tirent parti de la promiscuité de substrat innée et de l’ingénierie assistée par ordinateur des α-transglucosylases. Le but est ainsi de produire des glycobriques, facilement assemblables en molécules biologiquement actives et mimant le fragment polysaccharidique antigénique - O-antigène (O-Ag) - des lipopolysaccharides de Shigella flexneri. Une version protégée (ABC’D’) a tout d’abord été synthétisée par nos collaborateurs de l’Institut Pasteur. Nous avons ensuite évalué le potentiel des sucrases de branchement (BRS) de la famille 70 des Glycoside Hydrolases pour la glucosylation de ABC’D’. Ces enzymes présentent une grande promiscuité vis-à-vis des substrats accepteurs. Au final, nos résultats démontrent la polyvalence des BRS et de leurs mutants pour accéder à une large gamme de profils de glucosylation à partir d’une molécule accepteur commune, ABC’D’. Ces travaux ouvrent également de nouvelles voies pour améliorer les performances catalytiques de ces mutants et pour mieux comprendre les déterminants moléculaires et dynamiques qui pourraient jouer un rôle dans la reconnaissance des accepteurs et leur glucosylation sélective, ce qui pourra offrir de nouvelles possibilités pour la synthèse des haptènes de S. flexneri.

The research work presented in this thesis aimed at exploring multidisciplinary and synergistic strategies to develop “programmed” chemo-enzymatic pathways that take advantage of innate substrate promiscuity and computer-aided engineering of α-transglucosylases to produce glycobricks, easy-to-assemble into biologically active molecules mimicking the antigenic polysaccharide moiety – O-antigen (O-Ag) – of the Shigella flexneri lipopolysaccharides. A lightly protected ABC’D’ was first chemically synthesized by our collaborators from the Pasteur Institute. Next, we evaluated the potential of branching sucrases (BRS) from the Glycoside Hydrolase family 70 to glucosylate ABC’D’. They present the advantage of displaying a large promiscuity toward acceptor substrates. Overall, our results demonstrate the versatility of branching sucrases and their mutants to access a broad range of glucosylation patterns from a common tetrasaccharide acceptor molecule, ABC’D’. It also opens new paths for improving catalytic performances of these mutants and better understanding molecular and dynamical determinants that could play a role in acceptor recognition and its site-selective glucosylation that will hopefully offer new opportunities for the synthesis of S. flexneri haptens.