Synthèse d'outils moléculaires pour l'étude des enzymes de la voie du MEP

Synthesis of molecular tools for the study of enzymes from the MEP pathway

• Auteur / Autrice : Basile Simonet
• Direction : Jean-Bernard Behr
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 13/11/2024
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie, Chimie, Santé (Reims ; 2018-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Moléculaire de Reims (ICMR - UMR 7312 CNRS) (Reims, Marne, 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Alexandra Dassonville
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Bernard Behr, Stéphane Vincent, Fabienne Grellepois, Arnaud Tatibouët
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Vincent

Mots clés

Mots clés contrôlés

Agents anti-infectieux

Enzymes -- Applications industrielles

Enzymes végétales

Cellules végétales

Apicomplexes

Parasites

Bactéries pathogènes

Biosynthèse

Isoprénoïdes

Inhibition

Antibactériens

Glycochimie

Synthèse organique

Mots clés libres

Synthèse organique

Glycochimie

Antibactériens

Inhibition

Voie du MEP

Isoprénoïdes

Organic synthesis

Glycochemistry

Antibacterial

Inhibition

MEP pathway

Isoprenoids

Résumé

La voie du MEP permet la biosynthèse des isoprénoïdes dans la majorité des bactéries pathogènes, les parasites Apicomplexa et les plastides des cellules végétales chlorophylliennes. Cette voie étant absente du métabolisme des animaux, les sept enzymes successives qui la composent constituent des cibles d’intérêt pour le développement de molécules anti-infectieuses innovantes. Notre projet se concentre sur deux enzymes de cette voie : la métalloenzyme IspG, une enzyme à centre fer-soufre qui catalyse la transformation du 2-C-méthyl-D-érythritol 2,4-cyclopyrophosphate (MEcPP) en 4-hydroxy-3-méthyl-but-2-ényl 4-pyrophosphate (HMBPP) ; et l’enzyme IspD qui catalyse la transformation du 2-C-méthyl-D-érythritol 4-phosphate (MEP) en 4-diphosphocytidyl-2-C-méthyl-D-érythritol (CDP-ME). Dans le but d’étudier l’impact de modifications structurales du substrat MEcPP sur le fonctionnement de l’enzyme IspG, nous décrivons la synthèse d’analogues trifluorométhylés et de mimes du complexe activé. Ces différentes molécules sont conçues pour inhiber différentes étapes de la réaction catalysée par IspG (formation d’un carbocation, réductions successives, déshydroxylation). Par ailleurs, nous décrivons la synthèse d’analogues du MEP ayant été conçus comme de faux substrats reconnus par l’enzyme IspD. Finalement, les résultats d’essais enzymatiques réalisés avec ces molécules sur les enzymes IspG et IspD sont décrits.

The MEP pathway is present in a majority of pathogen bacteria, Apicomplexa parasites and in the plastid of chlorophyllian vegetal cells to produce isoprenoids naturally. This synthetic pathway is absent from animals metabolism, therefore its seven consecutive enzymes constitute interesting targets for the development of innovative anti-infective drugs. Our project focuses on two enzymes from this pathway: the metalloenzyme IspG, an iron-sulfur clustered enzyme, which catalyzes the conversion of 2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclopyrophosphate (MEcPP) into 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl 4-pyrophosphate (HMBPP); and the enzyme IspD, which catalyzes the conversion of 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate (MEP) into 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol (CDP-ME). In order to study the relationship between substrate MEcPP structural modifications and inhibition of the enzyme IspG, we describe therein the synthesis of trifluoromethylated analogues and mimics of the activated complex. These molecules are designed to inhibit different steps of the reaction catalyzed by IspG (carbocation formation, successive reductions, dihydroxylation). On the other hand, we describe the synthesis of MEP analogues designed as fraudulent substrates recognized by IspD. Lastly, the results of enzymatic assays testing these molecules on enzymes IspG and IspD are described.