L'utilisation des voies de biosynthèse dépendant des synthases de cyclodipeptides pour obtenir de nouvelles 2,5-dicétopipérazines bioactives – DKP-COMBIBIO

Les dicétopipérazines (DKP) sont des métabolites secondaires retrouvés dans de nombreux produits naturels. Elles ont été particulièrement étudiées pour la diversité de leurs propriétés pharmacologiques, allant d’activités antibactériennes à immunosuppressives. Cependant, la biodisponibilité des DKP dans les produits naturels est variable (quantité, production conditionnelle, complexité des mélanges), ce qui constitue un frein à l’étude de leurs propriétés. L’avènement des techniques de séquençage haut débit et de la biologie synthétique offre de nouvelles voies d’étude de la diversité chimique qui passent par la connaissance des voies de biosynthèse des DKP et leur ingénierie. Au cours des dernières années, les trois partenaires de ce projet ont participé à l’identification et la caractérisation de voies de biosynthèse de DKP qui implique une synthase de cyclodipeptides (CDPS). Ces voies de biosynthèse dépendant des CDPS sont également constituées de diverses enzymes de décoration dont le rôle est de modifier chimiquement les cyclodipeptides synthétisés par les CDPS. Alors que cinq de ces voies de biosynthèse ont été déchiffrées, l’analyse des génomes par bioinformatique montre pratiquement 500 CDPS présentes (mars 2016), nombre d'entre elles étant associées avec des enzymes de décoration. Le but de notre projet DKP-COMBIBIO est d’exploiter les voies de biosynthèse dépendant des CDPS pour produire, via la reconstitution de ces voies de biosynthèse et leur ingénierie dans un hôte approprié, une variété de DKP qui seront évaluées dans des tests biologiques.

Le succès de ce projet dépend de la réalisation d’objectifs bien précis dans le temps imparti, à savoir:
- la caractérisation biochimique des activités des enzymes des voies de biosynthèse dépendant des CDPS identifiées dans les bases de données;
- l’utilisation des CDPS et des enzymes de décoration pour constituer une diversité chimique par différents moyens —biosynthèse combinatoire in vivo; incorporation d’acides aminés non-protéinogéniques; approche chimio-enzymatique in vitro utilisant des cyclodipeptides de synthèse (commerciaux ou disponibles dans nos laboratoires) et les enzymes purifiées; —, conduisant à l’établissement d’une banque de DKP synthétisées de manière biologique;
- l’évaluation de cette bibliothèque de DKP dans des tests biologiques.

La mise en place du projet implique trois partenaires sur une durée de trois ans. Le partenaire 1 a une solide expérience dans la production et la manipulation des CDPS et enzymes de décoration. Il a par ailleurs développé des outils pour caractériser l’activité de ces enzymes in vivo chez Escherichia coli et in vitro. Le partenaire 2 a une expertise reconnue en microbiologie et biologie moléculaire, avec un intérêt particulier pour les voies de biosynthèse de métabolites secondaires des bactéries du genre Streptomyces. Il s’intéresse également au développement d’approches de biologie synthétique. Le partenaire 3 est un spécialiste de la caractérisation chimique des peptides et petites molécules en utilisant la résonance magnétique nucléaire (RMN) et la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS). Les trois partenaires présentent donc des expertises complémentaires qui permettront de mener à bien l’ensemble du projet. Les différents résultats attendus de ce projet (la caractérisation d’un grand nombre de voies de biosynthèse, la constitution d’une banque de DKP biosynthétisées, l’obtention de nouvelles molécules bioactives) seront directement valorisés par les 3 partenaires (propriété intellectuelle, publications, conférences, enseignement). Ils auront également un impact plus global sur la communauté scientifique, en ouvrant notamment un certain nombre d’axes de recherche liés aux voies de biosynthèse de DKP et à leurs activités biologiques ou pharmacologiques.