Comprendre les relations séquence-structure-fonction au sein de la grande famille des enzymes du type arylsulfate sulfotransférase (ASST) pour la conception de nouveaux biocatalyseurs de sulfatation – SulfASST

Les molécules sulfatées sont largement répandues dans la nature et jouent un rôle important dans les fonctions biologiques. Parmi les enzymes responsables de la sulfatation, les ArylSulfate SulfoTransférases (ASSTs) sont des biocatalyseurs intéressants car ils utilisent des sulfates aromatiques simples comme le para-nitrophénylsulfate comme donneur en comparaison des sulfotransférases PAPS-dépendantes qui utilisent le PAPS, plus complexe et moins stable. Cependant peu de choses sont connues concernant les ASSTs (seuls éléments connus : une structure tridimensionnelle et son mécanisme moléculaire, des essais de classification en différentes classes selon leur biochimie ou leur contexte génomique, un seul donneur et un seul accepteur identifiés à ce jour). Selon notre analyse phylogénétique préliminaire basée sur 2244 séquences de gènes d'ASSTs, nous avons identifié 19 clades (ou sous-familles) avec des valeurs de boot-strap raisonnables. Par analogie avec les bases de données CAZy ou Sulfatlas, chacune de ces 19 sous-familles pourrait correspondre à une spécificité de substrat et/ou mécanisme propres. Cependant puisque les informations structurales et biochimiques sont rares, cette hypothèse ne peut pas être confortée par des données expérimentales actuellement. De plus plusieurs branches (clades) coïncident avec la taxonomie, ce qui pose la question évidente de la spécificité de substrat qui pourrait être une caractéristique liée à la taxonomie.
Dans le projet SulfASST, nous utilisons une combinaison d'approches complémentaires en bio-informatique, biochimie, enzymologie, biologie structurale, modélisation moléculaire et ingénierie de protéines afin d'obtenir des informations substantielles sur les enzymes de type ASST. En se basant sur notre analyse phylogénétique préliminaire, un représentant de chacune des 19 sous-familles (clades) sera exprimé et criblé à l'aide de potentiels substrats donneurs et accepteurs. L'obtention de 6 à 8 structures cristallographiques de représentants d'ASSTs judicieusement choisis devrait fournir de précieux détails sur les aspects moléculaires de la catalyse et de la sélectivité (substrat, régiochimie). L'évolution moléculaire dirigée (Knowvolution) et la modélisation permettront d'obtenir des biocatalyseurs à façon à des fins biotechnologiques. Enfin, cette caractérisation en profondeur des ASSTs et la rationalisation des résultats obtenus permettront de déterminer si la spécificité de substrat est corrélée à la phylogénie, de savoir si le contexte génomique des gènes d'ASSTs apporte des informations sur leur susbtrat ou leur activité biologique, de déchiffrer les déterminants structuraux de la spécificité/promiscuité de substrat et de la régiosélectivité, de définir si le mécanisme enzymatique est conservé au travers des différents sous-familles (clades), et de prédire la sélectivité de substrat et la régiosélectivité par modélisation moléculaire.