Biosynthèse à l'interface du métabolisme primaire et spécialisé: l'exemple du complexe a-cétoacide déshydrogénase – BiosynKADH

De nombreux produits naturels bactériens, tels que les facteurs de virulence de la pepteridine et des antibiotiques à visée thérapeutique comme la virginiamycine M, sont biosynthétisés à l’interface entre les métabolismes primaire et spécialisé. Dans ces cas, les complexes métaboliques primaires a-cétoacides déshydrogénases (KADH) fournissent des éléments de base essentiels aux complexes multienzymatiques du métabolisme spécialisé, notamment pour les polykétides synthases modulaires (PKS) et les synthétases de peptides non ribosomiques (NRPS). Plus remarquable encore, dans certaines voies, les composants de la KADH sont entièrement intégrés au sein des méga-enzymes PKS/NRPS. Actuellement, aucune information n’est connue par rapport aux KADH ancestrales sur l’évolution des génomes, des mécanismes enzymatiques et des structures qui ont été nécessaires pour obtenir de telles chimères – ce sont autant d’informations qui sont primordiales pour créer en laboratoire de nouveaux hybrides de ce type par ingénierie génétique. Dans ce contexte, le présent projet de collaboration franco-allemande vise à étudier ces types de systèmes en détail. Plus précisément, nous allons : (i) générer un catalogue exhaustif des voies métaboliques spécialisées qui intègrent la machinerie KADH par une approche de ‘genome mining’ ; (ii) caractériser les structures des produits des systèmes nouvellement identifiés par expression hétérologue ; (iii) reconstruire les relations avec les protéines ancestrales afin de proposer un modèle évolutif raisonnable vers les enzymes KADH actuelles ; (iv) réaliser une approche de biologie structurale intégrative pour élucider les caractéristiques architecturales clés des KADH intégrées à plusieurs enzymes (i.e. l’état d’oligomérisation, la stœchiométrie de liaison, et les interactions avec les domaines partenaires au sein des multienzymes) ; et (v) exploiter les connaissances fondamentales obtenues pour modifier génétiquement les systèmes biosynthétiques, dans le but d’obtenir à façon des analogues de produits naturels contenant des parties dérivées de KADH. Le projet proposé s’inscrit dans la continuité d’une fructueuse collaboration entre trois des laboratoires partenaires, et correspond pleinement aux expertises solides et hautement complémentaires de tous les groupes.