Synthèse de glycannes sulfatés par le procédé d'"usine cellulaire"

par Ludovic Bastide

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Bernard Priem.

Soutenue le 04-02-2011

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Centre de Recherche sur les Macromolécules Végétales (équipe de recherche) .

Le président du jury était Franck Fieschi.

Le jury était composé de Bernard Priem, Jean Breton, Phlippe Becuwe, Isabella Zin, Philippe Roux.

Les rapporteurs étaient Michel-pierre Dion, Claire Boisset, Margareta Bergendahl norell.


  • Résumé

    La partie oligosaccharidique des glycoconjugués, présents à la surface des cellules eucaryotes, intervient dans de nombreux processus biologiques de reconnaissance et d'adhésion cellulaire. L'essor de la glycobiologie au cours des vingt dernières années a permis de définir, à partir de l'implication de ces structures glycaniques, de nombreuses applications thérapeutiques potentielles. Cependant la fabrication de nouveaux médicaments à partir d'oligosaccharidiques requiert leur disponibilité en grande quantité mais leurs obtentions par purification ou par méthode de synthèse chimique et enzymatique restent difficiles et couteuses et donnent un rendement faible. Le laboratoire CERMAV a récemment développé une technologie cellulaire, non polluante, capable de produire rapidement et en grande quantité un certain nombre d'oligosaccharides d'intérêt biologique. Le procédé baptisé « usine cellulaire » repose sur la co-expression de glycosyltransférases recombinantes chez la bactérie Escherichia coli. La sulfatation des glycanes est un élément important de leurs propriétés biologiques. Celle-ci dépend de l'activité de sulfotransférases, dont l'activité chez Escherichia coli a été peu étudiée. Par contre, ces enzymes utilisent des accepteurs oligosaccharidiques dont la synthèse est maîtrisée par le procédé d'usine cellulaire. Nous avons exprimé des gènes de sulfotransférases afin de permettre in vivo la sulfatation d'accepteurs oligosaccharidiques endogènes produits dans la bactérie. Les familles de molécules synthétisées dériveront des motifs GlcAlac, Lacto-N-néotétraose, et LewisX dont la synthèse in vivo est maîtrisée. Nous avons également réalisé une synthèse combinée chimio-enzymatique d'une néoglycoprotéine porteuse d'un analogue de l'épitope HNK-1, déterminant sulfaté impliqué notamment dans la régénération des motoneurones. Finalement nous avons entrepris une étude préliminaire d'adaptation du procédé d'« usine cellulaire » à la synthèse de glycanes sulfatés chez Saccharomyces cerevisiae.

  • Titre traduit

    Production of sulphated glycans by metabolic engineering


  • Résumé

    The oligosaccharide moety of glycoconjugates, present on the eukaryotic cell surface, is involved in many biological processes of recognition and cell adhesion. The rise of glycobiology over the last twenty years has helped to define, from the involvement of these glycan structures, many potential therapeutic applications. However, the manufacture of new drugs from oligosaccharide requires their availability in large quantities but their varieties by purification or by method of chemical and enzymatic synthesis remain difficult and expensive and lead to low yield. CERMAV has recently developed a clean and fast cell technology, which is able of producing large quantities of several oligosaccharides of biological interest. The process called "cell factory" is based on the co-expression of recombinant glycosyltransferases in Escherichia coli. Sulfation of glycans is an important part of their biological properties and depends on the activity of sulfotransferase, whose activity in Escherichia coli has not been well studied. But these enzymes use oligosaccharide acceptor whose synthesis is controlled by the process of cell factory. We expressed genes of sulfotransferase to allow the in vivo sulfation of endogenous oligosaccharide acceptor produced in the bacterium. Families of molecules synthesized drift patterns of GlcAlac, Lacto-N-neotetraose, and Lewisx whose synthesis in vivo is controlled. We also performed a combined chemo-enzymatic synthesis of a neoglycoprotein bearing an analogue of the epitope HNK-1, involved particularly in the regeneration of motoneurons. Finally we tried to adapt the method of "cell factory” for the synthesis of sulfated glycans in a eukaryotic organism such as yeast Saccharomyces cerevisiae.


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