Modulation du métabolisme secondaire d’une souche endophyte de Cophinforma mamane par des approches épigénétiques et basées sur les conditions de culture

Modulation of the secondary metabolism of a Cophinforma mamane endophytic fungal strain by epigenetics and cultivation-based approaches

• Auteur / Autrice : Romina Géraldine Pacheco Tapia
• Direction : Mohamed Haddad, Marieke Vansteelandt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie, biologie, santé
• Date : Soutenance le 25/10/2021
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pharmacochimie et Biologie pour le Développement (Toulouse ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Jacqueline Grima-Pettenati
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandra Magro, Xavier Cachet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gwenaël Ruprich-Robert, Nadia Ponts

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie pharmaceutique

Épigénétique

Champignons endophytes

Mots clés libres

Champignons endophytes

Cophinforma mamane

Modificateurs épigénétiques

Co-culture

Métabolomique

Dicétopipérazines

Endophytic fungi

Cophinforma mamane

Epigenetic modifiers

Co-culture

Metabolomics

Diketopiperazines

Résumé

Dans le contexte actuel d'émergence croissante de souches microbiennes résistantes et de déclin du taux de découverte de nouveaux médicaments à partir de produits naturels, les champignons endophytes représentent une source potentielle de molécules actives aux structures chimiques nouvelles relativement peu étudiée. En effet, les champignons endophytes ont fait l'objet d'une attention accrue en raison de leur capacité importante à produire des métabolites chimiquement diversifiés ayant des propriétés antimicrobiennes, antiparasitaires, antivirales et de nombreuses autres bioactivités avec des applications potentielles dans les domaines de la santé et de l'agriculture. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur une souche fongique endophyte de Cophinforma mamane (Botryosphaeriaceae) isolée de Bixa orellana (Bixaceae), à partir de laquelle 4 thiodikétopipérazines (TDKPs), les botryosulfuranols A-D, présentant une activité anti-leishmanienne ont précédemment été isolées. Afin de moduler le métabolisme secondaire de C. mamane pour mieux comprendre la production des TDKPs et espérer induire la production de métabolites anti-infectieux, nous avons utilisé différentes approches basées sur la modification des conditions de culture ainsi qu’une approche épigénétique. Des analyses UHPLC - spectrométrie de masse couplées à une approche par métabolomique non ciblée ont été utilisées pour traiter l’ensemble de nos résultats. L’étude cinétique réalisée sur 28 jours de culture a mis en évidence une production dans le temps très courte (jours 6 à 9) du botryosulfuranol C, un TDKP qui possède un pont disulfure dans sa structure. Il est également intéressant de noter que le traitement avec l'homosérine lactone (HSL), une molécule impliquée dans le quorum-sensing des bactéries gram-négatives, a induit la production du botryosulfuranol C ainsi que celle d'autres dicétopipérazines mises en évidence par réseau moléculaire. La production de métabolites, annotés comme étant des cyclopentapeptides et détectés à un stade précoce (jours 4 à 8), a été significativement induite en présence des co-cultures de C. mamane avec Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus. En outre, le traitement de la culture de C. mamane avec différents modificateurs épigénétiques nous a permis d'identifier la 5-azacytidine (AZA) comme étant un puissant modulateur chimique du métabolome de C. mamane via l'induction de gènes silencieux ou faiblement exprimés. Ces résultats par approche métabolomique nous ont ainsi aidé à mieux comprendre l’effet des conditions de culture sur le métabolome de C. mamane, le but étant de trouver les conditions optimales de culture afin d’une part d’obtenir des rendements plus importants en TDKPs, nécessaires pour approfondir l’évaluation de leur activité antileishmanienne in vivo et d’autre part d’identifier puis isoler de nouveaux composés bioactifs produits par C. mamane.

In the context of an increasing emergence of microbial resistant strains added to decline in drug discovery rate from natural products, endophytic fungi represent a potential source of new metabolites with novel and diverse chemical structures. Endophytic fungi have gained an increased attention due to their great capacity to produce chemically diverse metabolites with antimicrobial, antiparasitic, antiviral and many other bioactivities with potential applicacions in health and agriculture. In this study, we focused on an endophytic fungal strain of Cophinforma mamane (Botryosphaeriaceae) isolated from Bixa orellana (Bixaceae) and from which 4 antileishmanial thiodiketopiperazines (TDKPs), botryosulfuranols A-D, were previously isolated. We performed different culture-based approaches as well as an epigenetic approach in order to alter the secondary metabolism of C. mamane for a better understanding of TDKPs production and to induce the production of anti-infective metabolites. UHPLC – Mass Spectrometry analysis and untargeted metabolomics tools have been used to evaluate our results. The 28-days kinetic study highlighted a short time-frame production (day 6 – 9) of botryosulfuranol C, a TDKP that possesses a di-sulfur bridge on its structure. Interestingly, the treatment with homoserin lactone (HSL), a quorum-sensing molecule of gram-negative bacteria, induced the production of botryosulfuranol C and other diketopiperazines revealed by molecular networking. Also, the production of metabolites putatively annotated as cyclopentapeptides and their detection at an early production stage (day 4 – 8), was significantly induced during the co-culture with Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus. Moreover, treating C. mamane culture with different 4 epigenetic modifiers allowed us to identify 5-azacytidine (AZA) as a potent chemical modulator of the metabolome of C. mamane via the induction of silent or lowly expressed genes. These results will help us to improve the culture conditions of C. mamane to obtain better yields from TDKPs for further investigation of their in vivo antileishmanial activity and to isolate and identify other potential novel bioactive compounds revealed thanks to the metabolomics tools.