Protéines d'ancrage artificielles pour l'ingénierie de voies de biosynthèse de produits naturels – SCAFFOLD-ART

Les produits naturels (PN) sont de petites molécules bioactives produites par des organismes vivants, souvent des microorganismes. Ils sont à l’origine de nombreux médicaments. La diversité des PN n’a pas été explorée et exploitée de manière exhaustive. Dans de nombreux domaines (anti-infectieux, anti-tumoraux, …) de nouvelles molécules bioactives sont activement recherchées, entre autres parmi les PN. La biologie de synthèse, qui vise à modifier rationnellement les organismes vivants pour leur conférer de nouvelles fonctions, peut contribuer à cette recherche de molécules bioactives. Dans le domaine des PN, la biologie de synthèse peut permettre de découvrir de nouveaux PN en exprimant des groupes de gènes de biosynthèse de PN silencieux dans les conditions de laboratoire, d’améliorer les rendements de biosynthèse ou de synthétiser de nouveaux PN en reprogrammant des chaînes d'assemblage biosynthétiques. Cependant, cette approche en est encore à ses débuts et des outils performants doivent être développés pour faciliter son utilisation.
La biosynthèse des PN implique une succession souvent complexe d'étapes catalysées par des enzymes. Chaque étape peut être réalisée indépendamment des autres. Cependant les enzymes d’une voie métabolique peuvent être organisées dans l'espace afin d'améliorer l'efficacité globale de cette voie. Des approches de biologie de synthèse visent à rapprocher et organiser spatialement dans la cellule les enzymes impliquées dans une même voie. Ceci peut être fait en fusionnant les domaines catalytiques avec des domaines de liaison afin que différentes enzymes se lient à une même molécule (ADN, ARN, protéine). Ces approches de "scaffolding" nécessitent la mise au point d’outils performants, modulaires et faciles à utiliser. Nous proposons d’utiliser une nouvelle famille de protéines artificielles, les alphaRep pour construire de nouveaux outils de "scaffolding". Les alphaRep sont structurées, extrêmement stables, non sujettes à l'agrégation. Elles peuvent donc être facilement fusionnées à d'autres partenaires protéiques. Les AlphaRep ont une forme de solénoïde courbe dont la région concave forme une surface d'interaction hypervariable. Il est possible de sélectionner des alphaRep capable de fixer spécifiquement toute protéine cible, naturelle ou artificielle, arbitrairement choisie. Ceci permet de générer, de manière rapide et efficace, un ensemble de paires de protéines orthogonales, chacune interagissant de manière spécifique avec un unique partenaire. Nous proposons de développer des systèmes orignaux permettant d’organiser spatialement des enzymes de biosynthèse fusionnées avec des alphaRep. Ceci permettra de positionner ces enzymes à proximité les unes des autres, augmentant l’efficacité de voies de biosynthèse naturelles et permettant aussi de concevoir de nouvelles voies, et d’obtenir de nouveaux produits, par co-localisation d’enzymes provenant de voies différentes (biosynthèse combinatoire). Ces outils seront testés avec des voies de biosynthèse de PN peptidiques impliquant des cyclodipeptides synthases ou des synthétases de peptides non ribosomiques. Ils permettront d’étudier l’impact du "scaffolding" d’enzymes fournissant des précurseurs avec les enzymes les assemblant, dans le cas où il y a une forte compétition entre différentes voies pour ces précurseurs. L’effet du "scaffolding" sur l’efficacité d’une voie complexe sera aussi testé, dans une bactérie hôte hétérologue comme dans l’hôte d’origine. Enfin l’impact du "scaffolding" dans des approches de biosynthèse combinatoire sera évalué. Dans ce projet, de nouveaux outils de biologie de synthèse seront conçus, construits et testés chez différents microorganismes en prenant comme modèles des voies de biosynthèse de produits naturels dont certains ont des activités antibiotiques. Outre ces outils ce projet fournira des informations sur les éléments importants pour optimiser une voie de biosynthèse.