Développement d’un nouveau procédé d’oligomérisation pour accéder à des mimes bio-inspirés et fonctionnels de protéines contenant dans leur séquence des motifs répétés d’acides aminés – REPEAT

Les répétions de séquences d’acides aminés fréquemment rencontrées dans la structure des protéines sont souvent associées à d’importantes fonctions physiques ou biologiques. Logiquement, produire de tels domaines constitue une stratégie intéressante pour concevoir des mimes de protéines de taille minimale et dotés des propriétés désirées. Dans ce contexte, le but du projet REPEAT est de développer une nouvelle méthode de synthèse permettant d’accéder à des séquences répétitives d’acides aminés par oligomérisation d’un monomère peptidique. Cette approche s’appuie sur un dispositif chimique récemment découvert par l’équipe CBF permettant l’auto-concaténation d’un même segment peptidique non protégé dans l’eau et dans des conditions extrêmement douces, via une série de ligations chimiques spontanées et chimiosélectives. Ayant établi sur des composés modèle le principe d’assemblage de segments peptidiques par oligomérisation, nous voulons maintenant optimiser le procédé, que ce soit en solution ou sur support solide hydro-compatible, pour en faire un outil puissant et facile à utiliser dans le domaine de la synthèse chimique des protéines. Pour cela, nous allons, dans un premier temps, étudier l’impact des conditions réactionnelles sur la longueur moyenne et sur la dispersion des mélanges de polypeptides produits par oligomérisation. Des études de relation structure/activité seront également réalisées de manière à mettre en avant les paramètres qui gouvernent la réactivité du monomère. Différents traitements post-oligomérisation seront ensuite testés sur des oligomères modèle dans le but d’augmenter la diversité des structures répétitives accessibles par oligomérisation. Enfin, nous avons l’intention d’extraire de toutes les données cinétiques ainsi recueillies un modèle cinétique fiable qui sera utilisé à plus long terme comme outil prédictif dans d’autres systèmes de polymérisation. Une fois développée sur des peptides modèle, nous allons illustrer l’utilité synthétique du procédé d’oligomérisation pour accéder à des mimes puissants de protéines antigel (PAG) naturelles. Sécrétées par une grande variété d’organismes pour se protéger des dommages liés au froids, les PAG ont des applications prometteuses dans des domaines où la contrôle de la croissance des cristaux de glace est essentiel, tels que la cryopréservation, l’industrie alimentaire ou le design de matériaux antigivre. Les PAG sont, de ce fait, des cibles à forte valeur ajoutée. Tous les avantages apportés par la réaction d’oligomérisation seront d’abord combinés pour assembler des structures répétitives mimant les glycoprotéines produites par les poissons-antarctiques. Le second modèle envisagé dans le projet est plus ambitieux en termes de design et de synthèse. Il s’agit de la famille des hélices ß produites par le coléoptère Tenebrio molitor (TmPAG). Les TmPAG sont constituées d’une répétition de motifs similaires mais non identiques. Par conséquent, synthétiser des analogues de TmPAG par oligomérisation nécessite d’utiliser une séquence consensus pour le monomère. Pour être actifs, les mimes de TmPAG doivent également présenter le réseau répétitif de ponts disulfure qui stabilise la structure 3D de cette famille de protéine. Pour évaluer les propriétés antigel des PAG ainsi synthétisées, nous prévoyons de mesurer l'hystérésis thermique, i.e., la diminution du point de congélation de l’eau induite par la présence de la protéine. Rare en France, cette expertise est apportée par l'équipe LIEC. En suivant cette stratégie, il deviendra possible de faire évoluer rapidement les séquences des mimes de PAG, notamment en termes de taille, pour accéder à de puissants analogues. Compte tenu de la diversité des PAG naturelles et plus généralement des protéines à motifs répétés, cette technologie est un outil efficace pour créer une bibliothèque de structures bio-inspirés ayant des applications intéressantes en sciences des matériaux ou en chimie-biologie.