Synthèse et biotransformation de cyclopeptides d'origine marine dérivés de la laxaphycin B

Synthesis and biodegradation of marine cyclopeptides derived from laxaphycin B

• Auteur / Autrice : Laurine Darcel
• Direction : Bernard Banaigs, Nicolas Inguimbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 06/09/2021
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherches insulaires et observatoire de l’environnement (Moorea, Polynésie française ; Perpignan)
• Jury : Président / Présidente : Céline Landon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Banaigs, Nicolas Inguimbert, Céline Landon, Sébastien Dutertre, Didier Boturyn, Gilles Subra, Joël Richard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Dutertre, Didier Boturyn

Mots clés

Mots clés contrôlés

Toxicologie cellulaire

Cyanobactéries

Synthèse (chimie)

Biotransformation (métabolisme)

Mots clés libres

Biotransformation

Peptidase

Lipopeptide cyclique

Synthèse peptidique

Cyanobactérie

Biotransformation

Peptidase

Cyclic lipopeptide

Peptide synthesis

Cyanobacteria

Résumé

En raison du changement climatique, le lagon de Moorea en Polynésie Française est impacté par des efflorescences de cyanobactéries asphyxiant les coraux, causant la dégradation de récif et diminuant les ressources en nourriture. Lyngbya majuscula et Anabaena torulosa sont deux cyanobactéries benthiques filamenteuses qui prolifèrent sur le sable et les coraux. Elles produisent de nombreux métabolites secondaires pouvant être toxiques. Anabaena torulosa produit notamment des lipopeptides cycliques tels que les laxaphycins A et B, composés de 11 et 12 acides aminés, respectivement. Cette cyanobactérie a pu développer des stratégies chimiques de protection contre les brouteurs, pouvant être repoussés par les molécules toxiques produites telle que la laxaphycin B. A leur tour, les herbivores doivent contourner ces défenses et dans certains cas, ils en profitent même pour se mettre à l'abri de leurs propres prédateurs. C'est le cas de Stylocheilus striatus, un lièvre de mer qui se nourrit de Lyngbya majuscula et Anabaena torulosa et qui semble moins exposé à la prédation sur Anabaena torulosa. Stylocheilus striatus consomme cette dernière sans être affecté par la toxicité de la laxaphycin B. Afin de contourner cette toxicité, le lièvre de mer a mis en place un mécanisme d’adaptation permettant la biotransformation de la laxaphycin B en laxaphycin B acyclique non toxique. Alors que la laxaphycin A non toxique est bio-accumulée dans sa glande digestive, la laxaphycin B subit deux clivages successifs en position C-terminale de deux hydroxyleucines. Afin d’étudier le mécanisme enzymatique engagé dans cette biotransformation, nous avons synthétisé divers analogues de la laxaphycin B. Dans un premier temps, nous avons optimisé leur synthèse chimique, nous permettant également de confirmer la structure du trichormamide C, un peptide naturel analogue à la laxaphycin B. Dans un second temps, les analogues synthétisés ont pu être soumis à l’enzyme étudiée et ont montré la reproductibilité du clivage sur différentes séquences. Des premières caractéristiques de l’enzyme ont pu être identifiées, telles que ses spécificités de clivage. Enfin, nos efforts se sont concentrés sur le design d’une séquence peptidique minimale pour la reconnaissance de l’enzyme, afin d’envisager différentes stratégies pour l’isoler.

Due to climate change, the lagoon of Moorea in French Polynesia is impacted by cyanobacteria blooms asphyxiating corals, causing reef degradation and decreasing food resources. Lyngbya majuscula and Anabaena torulosa are two filamentous benthic cyanobacteria that proliferate on sand and corals. They produce many secondary metabolites that can be toxic. Anabaena torulosa produces cyclic lipopeptides such as laxaphycins A and B, composed of 11 and 12 amino acids, respectively. This cyanobacterium has been able to develop chemical strategies of protection against grazers, which can be repelled by the toxic molecules produced such as laxaphycin B. In turn, herbivores must circumvent these defenses and in some cases even take advantage of them to protect themselves from their own predators. This is the case of Stylocheilus striatus, a sea hare that feeds on Lyngbya majuscula and Anabaena torulosa, and appears to be less susceptible to predation on Anabaena torulosa. Stylocheilus striatus consumes the latter without being affected by laxaphycin B toxicity. To overcome this toxicity, the sea hare has developed an adaptive mechanism that allows the biotransformation of laxaphycin B into non-toxic acyclic laxaphycin B. While non-toxic laxaphycin A is bioaccumulated in its digestive gland, laxaphycin B undergoes two successive cleavages at the C-terminal position of two hydroxyleucines. In order to study the enzymatic mechanism involved in this biotransformation, we have synthesized various analogues of laxaphycin B. First, we optimized their chemical synthesis, allowing us to confirm the structure of trichormamide C, a natural peptide analogous to laxaphycin B. In a second step, the synthesized analogues could be submitted to the studied enzyme and showed the reproducibility of the cleavage on different sequences. First characteristics of the enzyme could be identified, such as its cleavage specificities. Finally, our efforts focused on the design of a minimal peptide sequence for the recognition of the enzyme, in order to consider different strategies to isolate it.