Approches d’ingénierie des polykétide synthases de type trans-AT inspirées par l’évolution et la biochimie – PKSEng

Les polykétides bactériens comptent parmi les plus importants petits métabolites spécialisés utilisés en thérapeutique clinique. Comme il est souvent nécessaire d’optimiser les propriétés physico-chimiques/ADMET des composés naturels, des groupes du monde entier s’efforcent depuis des décennies d’établir par génie génétique des voies de biosynthèse comme un moyen solide d’accéder aux dérivés. Ce travail est encouragé par le caractère modulaire des méga-enzymes qui assurent leur biosynthèse (les polykétide synthases (PKS)), pour lesquelles il existe une corrélation directe entre le nombre de modules, leur composition en domaines fonctionnels et les structures des produits. Bien que ces expériences aient connu un succès limité jusqu’à présent, les récents travaux des deux laboratoires partenaires (le groupe de Jörn Piel, ETH Zurich, CH (Partenaire 1, P1) et le groupe de Kira J. Weissman, Université de Lorraine, FR (Partenaire 2, P2) sur la classe trans-AT des PKS modulaires ont ouvert la voie à une avancée substantielle de ces efforts. Plus précisément, P1 a identifié un motif conservé au sein des PKS trans-AT qui permet d’insérer et de supprimer avec succès des modules entiers, tandis que les recherches de P2 ont non seulement mis en lumière les interactions protéine-protéine qui déterminent à quel moment lors du processus d’assemblage certaines enzymes discrètes agissent en trans, mais ont également montré qu’il est possible d’interférer de manière rationnelle sur le contrôle de la biosynthèse pour créer de nouveaux composés. Ici, nous visons à exploiter directement ces résultats, qui ont été obtenus dans le cadre d’une précédente collaboration financée par la subvention ANR-FNS PKSOx (10.2020-7.2024).

Les objectifs spécifiques du projet PKSEng visent à étendre l’approche de l’ingénierie des modules à une série de types de modules identifiés principalement par P1, pour modifier pratiquement tous les atomes de carbone et d’oxygène des chaînes de polykétides, mais plus largement pour ajouter divers groupes chimiques fonctionnels. Les produits ciblés par les PKS modifiées comprennent, outre les polykétides, d’autres classes de produits naturels tels que les terpénoïdes et les composés de type hydrate de carbone. Le projet P2 renforcera ces efforts en utilisant la biochimie et la biologie structurale pour élucider de nouveaux mécanismes de contrôle de voies de biosynthèse des PKS trans-AT, et ainsi développer de stratégies d’ingénierie innovantes. Le projet réunit donc l’expertise complémentaire de P1 en analyse évolutive/bioinformatique, en expériences de biologie synthétique sur des systèmes modèles non-Streptomyces, et en chimie analytique, et de P2 en analyse biophysique et biologie structurale (cristallographie aux rayons X, diffusion des rayons X aux petits angles et modélisation computationnelle), ainsi qu’en génie génétique des Streptomyces. La réussite de ce travail enrichira considérablement la boîte à outils de biologie synthétique disponible pour les systèmes PKS trans-AT.