DS04 - Vie, santé et bien-être

Caractérisation structurale des polykétide synthases par microscopie électronique, diffusion des rayons X aux petits angles et des approches de biophysique et de synthèse chimique alliées – PKS STRUCTURE

Résumé de soumission

Les polykétide synthases (PKS) des bactéries et des champignons sont des méga-enzymes à l’origine de la synthèse de plusieurs médicaments à forte valeur thérapeutique, parmi lesquels des agents anticancéreux, antibactériens, antifongiques et anti-cholésterolémiants, ainsi que plusieurs molécules chimiques employées en agriculture et dans l’élevage d’animaux. Ces gigantesques protéines se composent de domaines catalytiques et de domaines transporteurs, qui collaborent pour produire des molécules de structure et de stéréochimie complexes (propriétés qui sont intimement liées aux bio-activités de ces métabolites secondaires). L’ingénierie génétique des PKS se présente comme une méthode prometteuse dans les secteurs académiques et biotechnologiques, en vue de l’obtention de nouveaux polykétides ayant des propriétés et des valeurs ajoutées améliorées. Cette approche pourrait répondre, par exemple, à notre besoin de nouveaux agents chimiothérapeutiques, et de nouveaux composés capables de surmonter les mécanismes de résistance bactériens. Cependant, pour rendre cette stratégie efficace, nous devons encore approfondir nos connaissances de la biologie structurale des PKS. Le principal défi scientifique est de déterminer la structure tridimensionnelle de ces multienzymes gigantesques, ainsi que de comprendre les interactions fines entre les domaines, afin de pouvoir faire de l’ingénierie dirigée des PKS. Pour ce faire, notre collaboration internationale Franco-Allemande composée de quatre équipes (Equipes d’A Kirschning et R. J. Cox, Université de Hanovre, Allemagne (Partenaires 1 et 2) ; Equipes K. J. Weissman, Université de Lorraine (Partenaire 3), et S. Spinelli/C. Cambillau, Université Aix-Marseille (Partenaire 4)) propose de caractériser les structures : i) de différents modules, ayant une composition en domaines variée, issus de deux PKS modulaires modèles bactériennes (type trans-AT) ainsi que ii) d’une PKS itérative de champignon. Pour atteindre ces objectifs nous allons nous appuyer sur une approche en deux étapes : une caractérisation initiale par la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), suivie par des études approfondies des constructions sélectionnées à plus haute résolution par microscopie électronique (coloration négative et cryo). Les protéines seront étudiés sous formes apo et holo (modifiées avec le groupe prosthétique phosphopantéthéine), ainsi qu’en présence des intermédiaires natifs et des réactifs de pontage interdomaine préparés par synthèse chimique. Le projet implique donc une collaboration étroite entre les quatre laboratoires ayant des compétences complémentaires, en accord avec une priorité de l’ANR et de la DFG qui est le renforcement des programmes de recherche internationaux. Les résultats majeurs concerneront l’élucidation de l’architecture globale de plusieurs PKS, ainsi que les changements conformationnels à grande échelle liés à l’état fonctionnel de ces protéines. Les informations obtenues amélioreront notre capacité à réaliser des expériences de biologie synthétique sur les PKS, afin de produire de nouveaux composés dotés de propriétés thérapeutiques prometteuses. Par conséquent, ce projet nous aidera à atteindre notre objectif global : apporter en clinique des analogues de polykétides produits par l’ingénierie génétique, grâce à des collaborations avec des compagnies pharmaceutiques et/ou biotechnologiques.

Coordination du projet

Kira WEISSMAN (UMR 7365 CNRS-Université de Lorraine: Ingénierie Moléculaire et Physiopathologie Articulaire)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Microbial Chemistry Group, Institute of Organic Chemistry/BMWZ, Leibniz Universität Hannover
IMoPA UMR 7365 CNRS-Université de Lorraine: Ingénierie Moléculaire et Physiopathologie Articulaire
Organic and Natural Products Synthesis Group, Institute of Organic Chemistry, Leibniz Universität Hannover
AFMB UMR 7257 Université Aix-Marseille: Architecture et fonction des macromolécules biologiques

Aide de l'ANR 330 406 euros
Début et durée du projet scientifique : février 2017 - 36 Mois

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