Développement d'outils enzymatiques pour la synthèse de protéines S-glycosylées

• Main Author: Guillotin, Laure
• Other Authors: Orléans
• Language: fr; en
• Published: 2015
• Subjects: Biocatalyse; Glycoconjugués; Thioglycoligase; Acide aminé S-glycosylé; Biocatalysis; Glycoconjugates; S-glycosylated amino acid; 543.17
• Online Access: http://www.theses.fr/2015ORLE2042/document

Dans la communauté scientifique, la glycosylation suscite un vif intérêt tant les relations existantes entre les sucres et les protéines sont étroites et sont impliquées dans de nombreux processus biologiques. De nombreuses méthodologies de synthèse ont été développées pour permettre la production de glycoprotéines sous forme homogènes nécessaires pour leur étude. Les formes S-glycosidiques sont d’un intérêt particulier grâce notamment à la réactivité de l’atome de soufre qui permet le couplage spécifique sucre – acide aminé et qui confère à la liaison une relative résistance à l’hydrolyse acido/basique et enzymatique. Dans le cadre de ce projet nous avons souhaité utiliser des outils biocatalytiques pour proposer une nouvelle voie d’accès aux protéines S-glycosylées en s’appuyant sur le concept des thioglycoligases. Pour répondre à ce challenge, nous nous sommes intéressés à la production d’une banque de glycosidases natives à partir du génome de la bactérie thermophile Dictyoglomus thermophilum. Trois protéines originales ont pu être produites, caractérisées et criblées en activité transglycosylase. Parmi ces dernières la β-glycosidase DtGly s’est révélée être un biocatalyseur efficace en favorisant la synthèse d’une variété de glycosides d’alkyle et de glycosyl glycérol. Par la suite, neuf mutants thioglycoligases ont été produits par mutagénèse dirigée à partir des glycosidases natives. A l’issue de leur criblage en activité thioligase, le mutant de DtGly E159Q a été retenu pour la synthèse de S-glycoconjugués. Une étude de relation structure/activité menée sur l’enzyme mutée nous a conduit à la synthèse d’un acide aminé non-naturel, la Thiotyrosine. L’essai de glycosylation de l’analogue estérifié de cette Thiotyrosine par DtGly E159Q a été suivi par LC-MS et a permis de mettre en évidence la formation du produit de thioglucosylation. Ce premier résultat préliminaire s’avère très prometteur pour la validation du concept de S-glycosylation d’un acide aminé catalysée par une thioglycoligase. === Glycosylation, one of the most complex co- and post-translationnal modifications of proteins, is of utmost importance for the scientific community as carbohydrates and proteins are closely related and involved in numerous diseases. The need to access homogeneous glycoproteins allows the development of a wide range of synthetic methods. Among them S-glycosidic forms have been attractive thanks to the reactivity of sulfur atom which allows the specific sugar – amino acid conjugation and confers a relative resistance through acido/basic or enzymatic hydrolysis. In this project we attempt to take advantage of natural tools to develop an enzymatic methodology to prepare S-glycosylated proteins through the thioglycoligase concept. In order to take up this challenge we first generate an enzymatic pool of wild type glycosidases from the thermophilic bacteria Dictyoglomus thermophilum. Activity screening of the three proteins produced and characterized allows the isolation of the β-glycosidase DtGly with good transglycosylation activity, thus affording a variety of alkyl glycosides and glyceroglycosides. Next we generate nine thioglycoligase mutants through site-directed mutagenesis and after screening of activity, the variant DtGly E159Q was selected to produce S-glycoconjugates. Finally, DtGly E159Q relation structure/activity studies led us to synthesize the unnatural amino acid Thiotyrosine. Enzymatic thioglucosylation assay catalyzed by DtGly E159Q was monitored by LC-MS and gave converging evidence of the successful formation of the S-glucosylated Thiotyrosine. This tremendous preliminary result is promising for further investigations of enzymatic S-glycosylation of amino acid using thioglycoligases as toolbox.