Produits d’origine naturelle ciblant la voie « Unfolded Protein Response » : vers une protection alternative des cultures

Natural Products targeting the Unfolded Protein Response (UPR) pathway : towards an alternative crop protection

• Auteur / Autrice : Thomas Charpentier
• Direction : Pascal Richomme, Thomas Guillemette, Guillaume Viault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacologie, Phytochimie, Toxicologie
• Date : Soutenance le 08/02/2023
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Substances d'Origine Naturelle et Analogues Structuraux (Angers) - Substances d'Origine Naturelle et Analogues Structuraux / SONAS
• Partenaire(s) de recherche : : Institut de Recherche en Horticulture et Semences (2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Tomasi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Muriel Viaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Monica Höfte, Fanny Roussi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synthèse (chimie)

Contrôle biologique

Champignons phytopathogènes

Résistance aux fongicides

Plantes -- Effets des fongicides

Plantes -- Maladies -- Lutte contre

Mots clés libres

Biocontrôle

Upr

Bioguidage

Modélisation

(hémi)synthèse

Biocontrol

Upr

Pathogenic fungi

Bioguided fractionation

Modelling

(semi)synthesis

Résumé

La découverte de nouvelles solutions antifongiques pour la protection des cultures est un enjeu majeur en raison de de l'émergence de résistances aux fongicides conventionnels et de leur l'impact écotoxicologique. De précédent travaux ont montré que la voie UPR (« Unfolded Protein Response ») était une cible prometteuse pour le développement de nouveaux fongicides. IRE1 est l’unique effecteur de cette voie chez les champignons, elle restaure l'homéostasie du réticulum en épissant l'ARNm hac1. Le développement d'un test de criblage sur Saccharomyces cerevisiae incluant un système rapporteur de l'activité d’IRE1, suivi du criblage de 77 produits naturels, a permis d'identifier 7 inhibiteurs potentiels et a mis en évidence la classe des xanthones polyhydroxylés et prénylés. L'inhibition de l'épissage de l'ARNm hac1 a ensuite été confirmée par RT-PCR, pour le composé le plus actif, la γ-mangostine. L'application de ces inhibiteurs à dose sublétale induit une réduction significative de l’aire des nécroses provoquées par Alternaria brassicicola et Botrytis cinerea. Ensuite, le test de criblage a été adapté au fractionnement bioguidé. L’étude d’un extrait de Clusiacées a conduit à identifier 4 xanthones actives. Parallèlement, pour mieux comprendre le RSA (relation structure activité) des composés actifs, une étude de modélisation moléculaire et d’(hémi)synthèse a été entreprise. Deux séries d'analogues ont été conçues, puis criblées in-silico. Les résultats du « docking » ont permis de sélectionner 24 composés. Dix d'entre eux ont été (hémi)synthétisés avec 16 autres et testés, dont cinq présentent une activité intéressante.

Discovering new solutions for crop protection is a major challenge for the next decades due to the ecotoxicological impact of classical fungicides and the emergences of fungicide resistances. Previous work showed that A. brassicicola mutant deficient in UPR pathway exhibit a complete loss of virulence associated with a high sensitivity to phytoalexins, these results supported that targeting this pathway was a promising plant disease control strategy. IRE1, the unique key of UPR signal pathway in fungi, restore protein homeostasis by splicing the hac1 mRNA. Research of inhibitors target IRE1 began by the implement of screening test on S. cerevisiae including a reporter system of IRE1 activity. Testing 77 NPs allowed us to identify 7 potential inhibitors and highlighted the class of polyhydroxylated and prenylated xanthons as a promising pharmacophoric scaffold. Inhibition of hac1 mRNA splicing by the best hit, the γ mangostin 43, was then confirmed by RT-PCR. Application of these inhibitors at subtoxic level induced a significant reduction of necrosis area for A. brassicicola and B. cinerea. Then, the screening test was evaluated on bioguided fractionation. Applied to Clusiaceous species extract, this allowed us to identify 4 new active xanthone, with a new active structure. During another part of this work, to better understand the SAR of active xanthones, molecular modelling and (semi)synthesis was undertaken. Two series of analogues were designed, then screened in-silico. Docking results led us to select 24 promising compounds. Ten of them were (semi)synthetised with 16 other and tested. Five analogues present an interesting activity of which two were similar of 43.