Synthèse par ingénierie métabolique d'oligosaccharides sialylés pour l'élaboration de glycoconjugués d'intérêt médical

par Emeline Richard

Thèse de doctorat en Biotechnologie

Sous la direction de Bernard Priem.

Soutenue le 17-02-2017

à l'Université Grenoble Alpes (ComUE) , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Centre de recherches sur les macromolécules végétales (Grenoble ; 1966-....) (laboratoire) et de Département de chimie moléculaire (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Hugues Lortat-Jacob.

Le jury était composé de Olivier Renaudet, Sylvie Bay, Sébastien Fort.

Les rapporteurs étaient Charles Tellier, Anne Harduin-Lepers.

mots clés

• Oligosaccharides sialylés
• Vaccin anti-Cancer
• Peptide RAFT
• Ingénierie métabolique
• Chimie click
• Médicaments -- synthèse chimique

Résumé

Les structures sialylées sont présentes à la surface des cellules sous forme de glycoconjugués,couplés à des protéines ou des lipides. Ces structures jouent un rôle important dans divers processusbiologiques que ce soit à travers l’interaction avec des lectines, ou de par leurs propriétés physicochimiques.Ces structures sont également impliquées dans diverses pathologies et on constatenotamment une forte augmentation du taux d’acides sialiques chez les individus atteints de cancer,due à une surexpession de structures naturelles mais aussi à l’apparition de nouveaux motifs,naturellement absent chez l’individu sain. L’ensemble de ces structures sialylées présente un intérêtsoit par leur rôle biologique soit à cause de leur expression spécifique dans les cancers. Leurobtention est très difficile par voie chimique et la synthèse enzymatique in vitro est efficace mais trèscoûteuse en nucléotide-sucre et ne sont pas adaptées à une production à l'échelle préparative.Dans un premier temps, ces travaux de thèse s’intéressent à la synthèse bactérienne par ingénieriemétabolique d'acides polysialiques fonctionalisés. Ces polysaccharides présentent divers intérêts.Tout d’abord il est possible de les coupler à des protéines actives pour en augmenter le temps dedemi-vie in vivo. Mais ces polysaccharides peuvent également être utilisés dans le cadre de thérapievaccinale, soit contre des bactéries pathogènes de types Neisseria meningitidis qui le présententcomme polysaccharide capsulaire, soit contre les cellules cancéreuses surexprimant cette structure.Ensuite nous avons cherché à obtenir des oligosaccharides spécifiques des cancers, les motifssialylTn, et siallTF, toujours par ingénierie métabolique d’E. coli. Le sialylTn a été couplé à uneplateforme peptidique immunogène afin de construire un candidat vaccin qui a été testé in vitro et invivo sur la souris.

mots clés

• Silylated oligosaccharide
• Anti-Cancer vaccine
• RAFT peptide
• Metabolic engineering
• Click chemistry

Titre traduit

Sialylated oligosaccharides synthesis by metabolic engineering for glycoconugate preparation

Résumé

Sialylation is an important feature of glycolipids and glycoproteins of animal cell surfaces. Sialylatedmotifs are involved in many biological processes through lectin interactions or because of theirphysico-chemical properties. There is a great variety of sialylated structural motifs, and in manycases, there is a structure-relationship between the sialylated profile of and some pathologicprocesses. In cancer, there is an increase of sialylation including the apparition of newly andspecifically related sialylated structures belonging to the so-called tumor-associated carbohydrateantigens (TACA). Those structures present a particular interest, but their chemical or chemoenzymaticsynthesis is costly and quite unappropriated for preparative scale.This work addresses to the bacterial synthesis of sialylated motifs through the metabolic engineeringof Escherichia coli. The first part of the thesis deals with the biosynthesis of polysialylatedconjugatable motifs. Those motifs present various biological properties, such as an increase of thelife-time of therapeutic proteins; they also belong to the TACA family since over-expressed incancers. In addition, some of them are bacterial-specific motifs such as in pathogenic Neisseriameningitidis. Altogether, polysialylated conjugates can be useful for the synthesis of therapeuticdrugs and vaccines. The second part of the thesis describes a new way of producing sialylated Tn andTF carbohydrate antigens by metabolic engineering. The sialylTN motif was coupled to a peptidic andimmunogenic scaffold being a potential vaccine candidate, and its ability of raising specific antibodieswas assayed in mouse.