Métabolisme et rôles d’acides hydroxycinnamiques chez Cichorium intybus L.

Metabolism and roles of hydroxycinnamic acids in Cichorium intybus L.

• Auteur / Autrice : Julie Buges
• Direction : Jean-Louis Hilbert, David Gagneul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologies agroalimentaires, sciences de l'aliment, physiologie
• Date : Soutenance le 03/03/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Viollette - UMR Transfrontalière BioEcoAgro
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Jullian-Pawlicki
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Courot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Guivarc'h, Alain Hehn

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioinformatique

Mutagénèse dirigée

Ingénierie métabolique

Génie génétique

Acyltransférases

Aspect moléculaire

Métabolisme

Chicorée sauvage

Mots clés libres

Expression hétérologue

Acides hydroxycinnamiques

Specialized metabolism

Cichorium intybus L.

Molecular engineering

Acyltransferases

Heterologous expression

Hydroxycinnamic acids

Résumé

La chicorée industrielle, Cichorium intybus L. var. sativum, accumule une grandediversité de métabolites spécialisés. Ces métabolites montrent une grande variété destructures, activités et fonctions qui sont considérables d’un point de vue physiologique, mais aussi pour des applications humaines telle qu’en santé humaine et animale, en agronomie et autres diverses industries.Ce travail se concentre sur deux métabolites spécialisés de C. intybus : une phénolamide inhabituelle, la tétracoumaroyl-spermine (TetraSpm), et l’acide isochlorogénique (3,5-diCQA). Il constitue une contribution aux caractérisations biochimique, physiologique ainsi qu’à l’étude de l’histoire évolutive d’enzymes impliquées dans la biosynthèse de ces deux acides hydroxycinnamiques conjugués. Nous avons utilisé à ces fins des approches bioinformatiques et d’ingénierie moléculaires.Concernant la TetraSpm, nous avons démontré l’action successive des deux CiSHTs(Spermine Hydroxycinnamoyl Transférases) in vivo dans sa voie de biosynthèse. Nousavons exploré l’influence du ratio de polyamines libres disponibles et des caractéristiques structurelles des protéines SHT sur leurs activités catalytiques. En outre, nous avons produit une protéine chimérique capable de catalyser la production de TetraSpm en une seule étape. L’étude du métabolisme du diCQA chez C. intybus a impliqué l‘identification et la caractérisation préliminaire de gènes cibles appartenant à la famille enzymatique des GDSL-lipases like. De plus, cela a mis en évidence la diversité des acyltranférases impliquées dans le métabolisme spécialisé des plantes. Les rôles physiologiques et fonctions de la TetraSpm et du diCQA restent à déterminer. Cependant, la conservation de la TetraSpm au sein de la famille des Astéracées suggère son importance dans leur histoire évolutive, et les propriétés thérapeutiques du diCQA sont d’un grand intérêt en santé humaine. Ainsi, la compréhension de leurs voies de production permettra de leurs reconstitutions dans des systèmes hétérologues plus efficaces grâce à l’ingénierie moléculaire et par conséquent à la valorisation de ces composés.

Industrial chicory, Cichorium intybus L. var. sativum, accumulates a wide array ofpotent specialized metabolites. These metabolites exhibit very diverse structures, activities and functions that are remarkable from a physiological standpoint, but also for their applications such as in human and animal health, agronomy and other diverse industries.This work focused on two specialized metabolites of C. intybus: an unusual phenolamide tetracoumaroyl-spermine (TetraSpm) and 3,5-isochlorogenic acid (diCQA). This research contributes to the biochemical and physiological characterization as well as the investigation of the evolutive history of the enzymes involved in the biosynthesis of these two hydroxycinnamic acid conjugates. We used computational analysis and molecular engineering approaches.We demonstrated the sequential action of the two CiSHTs (Spermine Hydroxycinnamoyl Transferases) in vivo in the biosynthetic pathway of TetraSpm. We investigated the influence of free polyamine availability and structural features on the catalytic activities of SHT proteins. Furthermore, we engineered a chimeric protein able to catalyze the production of TetraSpm in a single step.The study of diCQA metabolism in C. intybus involved the identification and preliminary characterization of target genes belonging to the GDSL-lipase like enzymatic family. Moreover, it emphasized the diversity of plant acyltransferases involved in specialized metabolism. The physiological roles and functions of TetraSpm and diCQA are still to be determined. However, the conservation of TetraSpm among the Asteraceae family suggests that it plays a significant role in their evolution, and the therapeutic properties of diCQA are of great interest in human health. Thus, deciphering these biosynthetic pathways is crucial for their reconstitution in more efficient systems via molecular engineering and consequently the valorization of these compounds.