Modélisation structurale et fonctionnelle des LPMO par des complexes peptides-cuivre. – LPMO-PEPS

-L'utilisation de la biomasse lignocellulosique comme source d'énergie renouvelable est principalement limitée par des difficultés de dégradations mécanique et chimique. Dans LPMO-PEPS, nous visons à fournir des modèles structuraux et fonctionnels des Lytic Polysaccharide MonoOxygenases (LPMOs), des enzymes à cuivre capables de catalyser cette réaction sur les polysaccharides en utilisant le dioxygène ou le peroxyde d'hydrogène comme oxydants.
-Les catalyseurs bio-inspirés envisagés sont des complexes peptidiques de cuivre (Cu(pep)). Les raisons d’avoir recours à des squelettes peptidiques sont multiples : (i) bien que le site à cuivre dans la LPMO puisse être reproduit par des peptides, cette stratégie est encore très peu explorée dans la littérature ; (ii) nos données préliminaires démontrent qu'une première série de complexes Cu(pep) basée sur des séquences peptidiques simples ont des activité de type LPMO tout à fait satisfaisantes ; (iii) la synthèse peptidique est robuste et les modifications de séquences prévues sont simples à mettre en œuvre, ce qui permet d’envisager un nombre élevé de peptides (environ 50-100); (iv) les peptides sont hydrosolubles, ce qui facilite leur utilisation dans des conditions biologiquement pertinentes et respectueuses de l'environnement.
-La force et l'originalité de LPMO-PEPS résident dans l'étude combinée d'enzymes LPMO (native et variants) et de peptides modèles, dont les caractérisations structurales et fonctionnelles fourniront des relations structure-activité (SAR). Les paramètres structuraux clés ainsi obtenus (i) donneront des indications fondamentales importantes sur le système enzymatique et (ii) serviront à optimiser les futures générations de catalyseurs bio-inspirés capables de fonctionnaliser des liaisons C-H fortes dans des conditions douces.
-Une méthodologie simple et efficace est prévue avec (i) la synthèse de plusieurs générations de peptides et de variants de l’enzyme, (ii) la sélection des paramètres structuraux les plus importants, basée sur le criblage de l'activité catalytique sur des substrats modèles de complexité croissante, y compris des substrats biologiquement pertinents, (iii) la production d'environ 10 peptides avec des séquences optimisées et (iv) l'ensemble des caractérisations structurales, fonctionnelles et mécanistiques de ces systèmes.
-Les caractérisations structurales comprendront des études d’absorption X, de RPE, d’UV-Vis, de RMN, d’électrochimie et calculs DFT, y compris en fonction du pH. Cela permettra d'obtenir une image complète des interactions entre le cuivre et les peptides / protéines, d'un point de vue thermodynamique, cinétique et redox. Par ailleurs, les études mécanistiques reposeront principalement sur des mesures de production d'espèces réactives de l'oxygène par le Cu(pep) et la LPMO et sur le piégeage des intermédiaires oxygénés du cuivre à l'aide d'études spectroscopiques couplées à des techniques de congélation rapide et à flux bloqué. Dans l'ensemble, les résultats obtenus fourniront le mécanisme catalytique mis en jeu par les complexes Cu(pep), à partir duquel celui des enzymes sera déduit.