Enzymes catalysant la formation de liaison C-C pour la conversion d'iimines en amines: vers des "aldaminases" – ALDAMINASE

Découvrir des méthodes de pointe de synthèse d’amines chirales est un enjeu majeur puisque de nombreuses molécules pharmaceutiques contiennent ce motif. De plus, pour répondre aux enjeux de durabilité, il est impératif de proposer des procédés verts, chimio-, régio- et stéréo-sélectifs. La biocatalyse répond à cela mais les enzymes connues pour obtenir des amines chirales souffrent de divers inconvénients comme la réversibilité de la réaction ou la nécessité de régénérer des cofacteurs. Au contraire, les enzymes formant des liaisons C-C comme les aldolases et les synthases n’ont pas ces limitations et permettraient, en une seule étape thermodynamiquement favorisée et hautement sélective, de construire le squelette carboné de molécules cibles tout en offrant l’accès au motif aminé. De plus, ces carboligases présentent un large spectre de substrats carbonylés électrophiles. Nous supposons donc qu'elles seraient capables d'accepter des imines. Les 4-amino-3,4-dideoxy-D-arabino-heptulosonate 7-phosphate (ADAHP) synthases ont déjà révélé cette capacité. Cependant, cette activité faiblement documentée n'a jamais été exploitée en synthèse. Nous nous proposons de réaliser la première exploration à grande échelle de la biodiversité de ces familles pour en évaluer les capacités catalytiques à des fins de synthèse d’amines chirales. Dans le cas des aldolases, dont le substrat électrophile est un aldéhyde, il s’agira d’identifier une activité promiscuitaire vis-à-vis des imines, sur la base de nos études récentes démontrant la grande plasticité de leur site actif. Ceci révèlerait une nouvelle activité nommée "aldaminase" qui apportera une avancée majeure dans la très utilisée réaction asymétrique de Mannich en permettant l’utilisation d’aldéhydes énolisables. Les enzymes seront cherchées dans la biodiversité génomique grâce à une approche bioinformatique pour construire une collection de plusieurs centaines de synthases et d’aldolases avec un focus spécial sur les microorganismes extrêmophiles et issus de métagénomes (projet Tara). Des sondes moléculaires seront synthétisées pour réaliser un criblage à haut débit dans le sens de la rétroaldamination en utilisant des tests spectrophotométriques. En effet, comme l'activité aldaminase n'a jamais été décrite au sein de la famille des aldolases, et compte tenu du problème de l'instabilité des imines dans l'eau, nous pensons qu'une première détection de la réaction de rétro-Mannich est un objectif plus atteignable. Les hits trouvés seront ensuite modifiés par des approches de mutagenèse rationnelle, avec l'appui de la modélisation moléculaire, pour à la fois augmenter leurs activités envers les imines et réduire leurs capacités naturelles à convertir le carbonyl correspondant en aldol. Les meilleurs biocatalyseurs seront testés dans des solvants eutectiques profonds, ce qui permettra d'augmenter la concentration des imines sensibles à l'eau. En présence d'"aldaminases" efficaces, la synthèse de synthons essentiels pour la préparation de divers produits pharmaceutiques sera envisagée.
Ce projet interdisciplinaire, regroupe 2 partenaires dont la collaboration a déjà été très fructueuse. Le partenaire 1 (ICCF) apporte une expertise poussée dans le domaine de la biocatalyse et particulièrement dans l’étude des carboligases. Des physicochimistes spécialistes des solvants eutectiques sont également membres de l’équipe du partenaire 1. Le partenaire 2 (Génoscope), apporte une expertise unique dans le domaine de l'exploration des capacités catalytiques de la biodiversité à grande échelle, qui combine des méthodes bioinformatiques d'analyse des (méta)génomes, de clonage et de criblage à haut débit. Ce projet permettra l’élaboration de la plus grande collection de carboligases existante à ce jour.
Le projet ALDAMINASE promet donc des innovations majeures dans le domaine de la biocatalyse et devrait constituer une avancée dans le domaine de la synthèse éco-compatible de principes actifs pharmaceutiques.