Ingénierie à façon de glycoenzymes par des outils de criblage virtuel innovants pour le design de vaccins entériques – GLUCODESIGN

Contexte scientifique : Shigella flexneri est une bactérie Gram négatif entéroinvasive, responsable majeur de la forme endémique de la dysenterie bacillaire. Le développement de vaccins multivalents assurant une large couverture sérotypique est fortement encouragé pour vaincre ce fléau. L'approche vaccins glycoconjugués proposée par P1 représente une alternative prometteuse au développement de souches de virulence atténuée. Ces candidats vaccins sont dotés d'une composante sucre synthétique mimant les épitopes immunodominants exposés sur les lipopolysaccharides (LPS) de S. flexneri. Leur développement nécessite de mieux comprendre l'implication des LPS dans la pathogénicité et l'induction de l'immunité. Il a stimulé la synthèse d'oligosaccharides spécifiques des différents sérotypes de S. flexneri concernés. Dans le contexte multivalence, la voie chimique présente des limitations liées à l'introduction de ramifications a-D-glucopyranosyle spécifiques de sérotype. L'emploi de biocatalyseurs bon marché a été envisagé. En l'absence d'enzymes naturelles, répondant aux cahiers des charges définis pour le développement de synthèses chimio-enzymatiques efficaces, nous avons choisi de générer à façon des enzymes dotées de spécificités appropriées. Alors que le recours aux technologies conventionnelles d'ingénierie combinatoire des protéines est possible, la taille des banques de variants générées surpasse bien souvent les capacités de criblage. Dans ce contexte, des méthodes efficaces permettant de réduire l'espace des séquences à explorer et d'accroître les chances d'isoler des enzymes d'intérêt, seront également développées. Méthodologie et challenge: L'ambition de ce projet est le modelage raisonné de nouveaux outils de glucosylation enzymatique, assisté par de nouvelles approches computationnelles, pour le développement de voies de synthèse chimio-enzymatique originales d'oligosaccharides mimant les LPS de S. flexneri. L'approche multidisciplinaire envisagée s'appuie sur les compétences des trois partenaires impliqués: UCB/Institut Pasteur (P1), LISBP (P2), RIA-LAAS/CNRS (P3). La voie chimio-enzymatique ciblée par P1 pour répondre à la diversité sérotypique de S. flexneri implique la 1,2-cis-glucosylation enzymatique de différents disaccharides composés de L-rhamnose et/ou N-acetyl-D-glucosamine. Les enzymes sélectionnées, des transglucosidases, appartiennent aux familles 13 et 70 des glycoside-hydrolases qui catalysent naturellement la synthèse de glucanes à partir de saccharose. Il s'agit donc de modeler leurs spécificités pour répondre à un cahier des charges précis en termes de substrat accepteur et régiosélectivité. Dans ce but, une nouvelle approche de modélisation moléculaire dérivée des techniques récentes de planification de mouvement développées en robotique, et adaptées à la simulation moléculaire, sera introduite. Des algorithmes seront développés pour autoriser le criblage virtuel des combinaisons de mutations visant à satisfaire les contraintes géométriques d'arrimage des accepteurs ciblés dans le site actif des enzymes, en tenant compte des flexibilités des partenaires. Combiner l'efficacité d'un traitement géométrique des contraintes moléculaires avec les performances de la planification de mouvement pour la recherche d'espaces conformationnels permettra une rapidité d'exécution surpassant par plusieurs ordres de grandeur les techniques classiques. L'approche computationnelle guidera ensuite la construction des librairies intelligentes de variants. Les glucane-saccharases déployant les spécificités attendues seront identifiées par des techniques de criblage à haut débit. L'échange d'information entre les partenaires permettra la cross-fécondation des approches expérimentales et in silico, source de données pour l'étude des relations structure-activité et l'amélioration de l'outil de criblage virtuel. Enfin, l'étape de validation consistera à démontrer l'efficacité de la conversion chimique des produits de glucosyla