Peptides en hélice beta gauche pour la conception de métalloenzymes artificielles – LeBHel-AMzymes

Nous avons commencé par mettre en place un outil pour nous permettre de concevoir des séquences de peptides et protéines qui se replient en hélice ß de Type I. Cette analyse a été faite sur les 78 structures cristallographiques d’hélices ß naturelles disponibles à ce jour. Le résultat est l’identification de motifs particuliers, non-décrits à ce jour dans la littérature, qui stabilisent particulièrement ce repliement. En s’appuyant sur ce nouvel outil, nous avons conçu et synthétisé des peptides courts (donc plus facile à produire que de grandes protéines) dans le but qu’ils s’auto-assemblent et se replient en hélice ß de Type I. Les fibres ainsi formées ont été caractérisées par diverses spectroscopies et microscopie électronique. À partir de cette première preuve de concept, nous avons généré des mutants de ce peptide afin qu’ils puissent lier les métaux, dans le but de conférer des propriétés catalytiques à ces fibres peptidiques.

Résultats majeurs. Ces travaux ont conduit à deux résultats majeurs. Le premier est l’avancée significative dans notre compréhension dans la relation séquence-structure de l’hélice ß de Type I. En d’autres mots, c’est une sorte de guide qui permets de concevoir des séquences de peptides et protéines qui adoptent un repliement stable en hélice ß gauche de Type I. Le deuxième résultat est la preuve expérimentale de la pertinence de cet outil : un peptide qui se replie (en hélice ß) en formant des fibres remarquablement stables. Ces premières étapes ouvrent la voie vers de nouveaux catalyseurs pour la synthèse en flux.

Ce projet a permis de défricher énormément ce nouvel axe de recherche, et d’identifier une voie prometteuse : celle des peptides courts qui s’auto-assemblent en hélice ß stables. En effet, dans un future très proche nous développerons des métallo-peptides catalytiques pour différents types de réactions.
Ensuite, le fait d’avoir un motif court qui permet de former des assemblages stables de protéines, ouvre des perspectives dans le développement de catalyseurs bio-sourcés, notamment pour faire de la catalyse en flux à partir d’enzyme (eg « all-enzyme hydrogels »).
Aussi, les avancées obtenues dans ce projet pourront réellement répondre à un besoin des industriels, puisqu’une des limitations à l’utilisation d’enzyme dans ce milieu est la stabilité des enzymes et leur réutilisation.

À ce jour, ces résultats n’ont toujours pas été publiés. Néanmoins, deux manuscrits sont en cours de rédactions, et deux autres doivent suivre.

Pour diminuer la consommation d’énergie dans l’industrie chimique et son impact sur l’environnement, il est essentiel de développer de nouveaux catalyseurs basés sur des éléments abondants. Les catalyseurs conçus en intégrant un site métallique sur une protéine sont appelés métallo-enzymes artificielles. La combinaison des propriétés de catalyse du métal et de l’hôte biologique permet d’atteindre de bonnes performances, notamment en terme de régio- et d’énantio-selectivité, d’autant plus qu’on peut utiliser l’évolution dirigée pour optimiser ce type de catalyseur.
Notre projet vise à développer une méthodologie flexible et généralisable comme outil pour le développement de métallo-enzymes artificielles. Il se base sur l’ingénierie de peptides s’auto-assemblant en hélice ß. Ce projet ANR-JCJC constitue la première étape vers l’outils finalisé: la conception et la caractérisation des briques élémentaires, ainsi que le contrôle de leur assemblage.