Xylosides à aglycones aromatiques ou fonctionnalisés : synthèse enzymatique ou chimio-enzymatique et évaluation de leurs propriétés d'activation de la biosynthèse des glycosaminoglycanes

par Charlotte Brusa

Projet de thèse en Sciences - STS

Sous la direction de Richard Plantier-royon et de Caroline Remond-zilliox.

Thèses en préparation à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) , en partenariat avec (ICMR) Institut de Chimie Moléculaire de Reims (laboratoire) depuis le 14-09-2012 .


  • Résumé

    Les glycosaminoglycanes (GAG) et les protéoglycanes (PG) sont les principaux constituants de la matrice extracellulaire du derme et de l'épiderme. Ces macromolécules confèrent à la peau ses principales propriétés fonctionnelles comme son élasticité et sa résistance. Avec l'âge, les propriétés mécaniques du derme se dégradent ce qui entraîne le vieillissement cutané. Les études récentes ont montré que la quantité de GAGs dans la matrice extracellulaire était impliquée dans le processus de vieillissement cutané. Dans la structure des PG, on retrouve un résidu -D-xylopyranoside relié par un aminoacide sérine à la partie protéique et par un lien tétrasaccharidique avec la chaîne de glycosaminoglycanes. Depuis le début des années 70, il est connu que les xylosides comportant une partie aglycone hydrophobe peuvent initier la biosynthèse par voie exogène des GAGs. Ces xylosides présentent ainsi des applications thérapeutiques dans différents domaines, en particulier pour des applications cosmétiques comme récemment démontré par L'Oréal Recherche avec la molécule appelée Pro-Xylane®. Depuis quelques années, une collaboration entre l'équipe Chimie Bioorganique de l'ICMR (UMR CNRS-URCA 7312) et l'équipe « Transformation biologique des lignocelluloses » (UMR INRA-URCA FARE 614) nous a conduit à nous intéresser à l'utilisation des hémicellulases pour la synthèse enzymatique de molécules à base de pentoses. Dans le cadre du Programme PentoRaf (CPER 2007-2013), nous avons utilisé les capacités de transglycosylation d'une xylanase pour la synthèse de nouveaux alkyl oligoxylosides comportant une chaîne grasse pour des applications dans le domaine des tensioactifs dérivés de glucides à base pentose. Ces travaux ont montré que les oligoxylosides pouvaient être obtenus directement à partir des co-produits d'origine agricole tels que le son ou la paille de blé. Le présent projet vise à préparer par voie enzymatique de nouveaux xylosides comportant des aglycones aromatiques de différente nature ou des aglycones fonctionnalisées, à évaluer leurs propriétés d'activation de la biosynthèse des GAGs pour des applications biologiques ou dans le domaine cosmétique. Ce projet réunira plusieurs partenaires académiques régionaux spécialistes dans les différents domaines visés par le projet : UMR INRA-URCA FARE 614 (Pr. C. Rémond), ICMR UMR CNRS-URCA 7312 (Dr. M. Muzard, Pr. R. Plantier-Royon), FRE CNRS-URCA 3481 MEDyC (Dr. Y. Wegrowski, Dr. S. Brézillon). ARD - SOLIANCE sera également partenaire du projet pour le scale-up industriel et les applications dans le domaine dermo-cosmétique. La synthèse des différentes familles de xylosides et oligoxylosides avec des aglycones aromatiques ou fonctionnalisées visées sera réalisée à partir des arabinoxylanes issus des co-produits d'origine agricole. La méthode présente plusieurs intérêts : une voie d'obtention directe en une seule étape dans l'eau à partir de matières premières d'origine végétale, l'accès à des molécules originales, la modularité de l'hydrophilie des molécules selon le degré de polymérisation de la tête sucre. Pour la partie évaluation biologique, le travail consistera, dans un premier temps, à réaliser l'évaluation de la cytotoxicité des molécules préparées sur différents types de cultures cellulaires. Ensuite, l'objectif sera d'effectuer un screening des composés obtenus pour leurs propriétés d'activation de la biosynthèse des GAGs. Pour les meilleurs molécules candidates, des études plus poussées seront entreprises: quantification et détermination de la nature des GAGs synthétisés, longueur des chaînes polysaccharidiques…Enfin, la Société ARD–SOLIANCE prendra en charge le scale-up des réactions enzymatiques pour assurer un éventuel développement industriel de ce travail. Des tests biologiques complémentaires, afin d'évaluer le potentiel des xylosides synthétisés pour les applications dermo-cosmétiques, seront également prévus. Le programme de recherche envisagé se trouve à l'interface de deux thématiques prioritaires de la Région Champagne-Ardenne : la valorisation non alimentaire des agro-ressources (matière première : son et paille de blé) et la santé, en particulier la thématique Longévité et Vieillissement (applications anti-âge des molécules). Glycosaminoglycans (GAGs) and proteoglycans (PG) are the main components of the extracellular matrix of the dermis and the epidermis. These macromolecules give skin its main functional properties such as elasticity and resistance. With age, the mechanical properties of the dermis break down causing skin aging. Recent studies have shown that the amount of GAGs in the extracellular matrix was involved in the process of skin aging. In the structure of PG, there is a residue -D-xylopyranoside connected by an amino acid serine protein portion and a link with the tetrasaccharide chain glycosaminoglycans. Since the early 70s, it is known that xylosides with a hydrophobic aglycone part can initiate biosynthesis by exogenous GAGs. These xylosides thus have therapeutic applications in various fields, in particular for cosmetic applications as recently demonstrated by L'Oréal Research with a molecule called Pro-Xylan ®. In recent years, a collaboration between the team Bioorganic Chemistry of the ICMR (CNRS-URCA 7312) and the team "biological processing of lignocellulose" (UMR INRA-URCA FARE 614) led us to take an interest in the use of hemicellulase enzyme for the synthesis of molecules containing pentoses. In Program PentoRaf (CPER 2007-2013), we used the capabilities of a xylanase transglycosylation for the synthesis of novel alkyl oligoxylosides comprising a fatty chain for applications in the field of carbohydrate-derived surfactants based pentose. These studies showed that oligoxylosides could be obtained directly from the co-products of agricultural origin such as sound or wheat straw. This project aims to prepare enzymatically new xylosides containing aromatic aglycones of different nature or functionalized aglycone to assess their activation properties of the biosynthesis of GAGs for biological applications or in cosmetics. This project will bring together academic partners regional specialists in the various fields covered by the project: UMR INRA-URCA FARE 614 (Prof. C. Remond), ICMR-URCA UMR CNRS 7312 (Dr. M. Muzard, Prof. R. Plantier- Royon), FRE CNRS 3481 MEDyC URCA (Dr. Y. Wegrowski, Dr. S. Brézillon). ARD - SOLIANCE will also partner of the project to scale-up and industrial applications in dermo-cosmetics. The synthesis of different families and xylosides oligoxylosides with aromatic aglycones or functionalized referred will be conducted from arabinoxylans from co-products of agricultural origin. The method has several advantages: a direct way to obtain in one step in water from raw materials of plant origin, access to novel molecules, the modularity of the hydrophilicity of the molecules according to the degree of polymerizing the sugar head. Biological Assessment for the part, the work will consist in a first stage, in the evaluation of the cytotoxicity of molecules prepared on different types of cell cultures. Then, the objective is to perform a screening of the compounds obtained for their activation properties of the biosynthesis of GAGs. For best candidate molecules, further studies will be undertaken: quantification and determination of the nature of GAGs synthesized polysaccharide chain length ... Finally, the Company ARD-SOLIANCE will support the scale-up of enzymatic reactions to ensure any development industry of this work. Supplementary laboratory to assess the potential of xylosides synthesized for dermo-cosmetic applications will also be provided. The proposed research program is at the interface of two thematic priorities of the Region Champagne-Ardenne: the valuation of non-food agricultural resources (raw material: sound and wheat straw) and health, in particular the thematic and Longevity aging (anti-aging applications molecules).

  • Titre traduit

    Xylosides featuring aromatic or functionalized aglycones: enzymatic or chemo-enzymatic synthesis and evaluation as primers of the biosynthesis of glycosaminoglycans.


  • Pas de résumé disponible.