CE29 - Chimie : analyse, théorie, modélisation

Analyses de polysaccharides comportant des unités Galf par IRMPD et MS-mobilité ionique – ALGAIMS

Nouvelles méthodes d’analyse de sucres rares dans les lichens

Les outils analytiques permettant de reconnaitre les sucres sous leur forme furanose ont actuellement des limites qui gênent la découverte de ces sucres rares dans la nature, alors qu’ils ont de multiples intérêts : améliorer la compréhension de la biosynthèse des polysaccharides, comprendre les phénomènes d’échanges dans les organismes symbiotiques, étudier les propriétés immunomodulatrices des polysaccharides.

Analyses rapides dans des milieux complexes

Ce projet fondamental constitue un tremplin dans de nombreux domaines : <br />- De l’analyse : en se focalisant sur des sucres rares se distinguant par la taille du cycle, les résultats obtenus vise la constitution de bases de données conséquentes pour distinguer des molécules de même masse mais de formes différentes. La nouvelle expérience ainsi acquise confortera les équipes dans le domaine de l’analyse avancée de produits naturels, et tout particulièrement des sucres ; <br />- Des produits naturels : ce projet doit renforcer les connaissances encore mal documentées autour des polysaccharides lichéniques et, par la suite, de leurs rôles dans les organismes symbiotiques. Il apportera également des informations précieuses sur la présence potentielle d’enzymes spécifiques utiles pour des développements biotechnologiques ultérieurs.

Les méthodes analytiques impliquées ont en commun de pouvoir différencier des sucres isomères en fonction de leur conformation. Il s’agit de la spectroscopie Infra-rouge multi-photonique (IRMPD, Lyon) et de la spectrométrie de masse à mobilité ionique (IM-MS, Nantes). Des corrélations entre des deux techniques seront établies par modélisation moléculaire afin de mieux comprendre l’impact des changements conformationnels sur les propriétés physicochimiques. Les différentes étapes du projet sont :
- Synthèse de petits oligosaccharides de structures parfaitement définies (Rennes) comme références analytiques fiables (banques de données).
- Enregistrement des spectres URMPD (Lyon) et IM-MS (Nantes).
- Corrélations entre des deux techniques par modélisation moléculaire afin de mieux comprendre l’impact des changements conformationnels sur les propriétés physicochimiques (Lyon, Nantes).
- Applications à des matrices complexes contenant ces unités, isolées de lichens (Rennes), hydrolyses enzymatiques spécifiques n’affectant pas les furanosides d’intérêt.
Miniaturisation de la détection des motifs furanose sur des coupes de lichen afin de recueillir des informations en écologie chimique.

Plus d’une cinquantaine d’intermédiaires et de produits ont été préparés par voie chimique. L’ensemble des disaccharides initialement visés, caractérisés par une jonction galactofuranose-mannopyranose (Galf-Manp). Afin d’établir l’impact potentiel de la modulation de configuration du galactose, les disaccharides équivalents Galp-Manp ont également été synthétisés.
En parallèle, des échantillons de lichens ont été produits à partir de quatre organismes (L. pustulata, C. islandica, L. pygmaea et R. fuciformis). Différents protocoles d’extraction des polysaccharides ont été testés. Cinq extraits ont été obtenus pour chacune des espèces lichéniques. Les fractions ont été analysées par RMN et seules les fractions solubles dans l’eau chaude des lichens L. pustulata, C. islandica et R. fuciformis contiennent des motifs Galf.
Les signatures IRMPD de référence des monosaccharides de synthèse Galf et Galp ont été obtenues et différents états de charges ont été comparés afin d’obtenir des diagnostics clairs à la fois pour la taille du cycle et la forme anomérique. Les expériences réalisées laissent présager qu’une signature unique pourra être obtenue pour chaque isomère de disaccharide.
La seconde approche vise à explorer le potentiel de la mobilité ionique pour caractériser sélectivement les Galf dans des milieux naturels complexes. Six des huit disaccharidiques ont été analysés en mobilité ionique basse résolution en modes MS et MS/MS. Cela a mis en évidence que la mobilité ionique basse résolution était insuffisante pour différencier les isomères et des anomalies dans la structure des composés synthétisés.
Des caractérisations ont également été menées sur les échantillons biologiques. Des polyhexoses ont été observés (MALDI) dans certaines fractions (degrés de polymérisation de 6 à 53). Des essais de digestion enzymatique ont également été réalisés avec une endo-mannanase. Aucun produit de dégradation n’a cependant été mis en évidence par spectrométrie de masse MALDI.

Ce projet vise à développer des approches analytiques rapides pour mieux comprendre les phénomènes d’échange de sucres plus ou moins complexes chez les organismes symbiotiques tels que les lichens. L’acquisition de données pour l’IRMPD et l’IMS sur la base de di- et trisaccharides synthétiques et d’échantillons issus d’extractions constitue une première étape.
Au-delà des développements analytiques, ces données nous fourniront par ailleurs des informations sur la biosynthèse même des sucres rares faisant l’objet de ce projet. De plus, les développements méthodologiques auront vocation à être étendus à d’autres organismes naturels susceptibles de produire (ou non) des galactofuranosides.

La stratégie de publication est actuellement évaluée par les partenaires de l’équipe-projet ALGAIMS.

Les outils analytiques permettant de reconnaitre les sucres sous leur forme furanose ont actuellement des limites qui gênent la découverte de ces sucres rares dans la nature, alors qu’ils ont de multiples intérêts. Nous avons donc créé un équipe-projet multidisciplinaire autour du projet ALGAIMS pour développer une analyse novatrice et rapide d’hexofuranosides rares contenus dans des organismes symbiotiques comme les lichens. Les méthodes analytiques qui seront impliquées ont en commun de pouvoir différencier des sucres isomères en fonction de leur conformation. Il s’agit de la spectroscopie Infra-rouge multi-photonique (IRMPD, Lyon) et de la spectrométrie de masse à mobilité ionique (IM-MS, Nantes). Des corrélations entre des deux techniques seront établies par modélisation moléculaire afin de mieux comprendre l’impact des changements conformationnels sur les propriétés physicochimiques. Des petits oligosaccharides synthétiques de structures parfaitement définies (Rennes) garantiront l’obtention de résultats analytiques fiables (banques de données). Des matrices complexes contenant ces unités, isolées de lichens (Rennes), seront soumises à des hydrolyses enzymatiques spécifiques n’affectant pas les furanosides d’intérêt. Une fois que la méthode sera validée, la miniaturisation de la détection devrait permettre de reconnaître les motifs furanose sur des coupes de lichen, ce qui est très informatif en écologie chimique.
Ce projet fondamental constitue un tremplin dans de nombreux domaines :
- De l’analyse : en se focalisant sur des sucres rares se distinguant par la taille du cycle, les résultats obtenus permettront de constituer des bases de données conséquentes pour distinguer des molécules de même masse mais de formes différentes. La nouvelle expérience ainsi acquise confortera les équipes dans le domaine de l’analyse avancée de produits naturels, et tout particulièrement des sucres ;
- Des produits naturels : ce projet renforcera les connaissances encore mal documentées autour des polysaccharides lichéniques et, par la suite, de leurs rôles dans les organismes symbiotiques. Il apportera également des informations précieuses sur la présence potentielle d’enzymes spécifiques utiles pour des développements biotechnologiques ultérieurs.

Coordinateur du projet

Monsieur Vincent Ferrières (INSTITUT DES SCIENCES CHIMIQUES DE RENNES)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

BIA Biopolymères, Interactions Assemblages
ISCR INSTITUT DES SCIENCES CHIMIQUES DE RENNES
ILM INSTITUT LUMIERE MATIERE
ISCR INSTITUT DES SCIENCES CHIMIQUES DE RENNES

Aide de l'ANR 463 089 euros
Début et durée du projet scientifique : novembre 2018 - 48 Mois

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