New computational approaches for investigating the impact of mutations on the transglucosylation activity of sucrose phosphorylase enzyme

Doctorant : Mahesh VELUSAMY
Équipe : Conception de protéines in silico
Directeur de thèse : Bernard OFFMANN , Professeur Université
co-directeur de thèse : CADET Frédéric, Professeur, Université de La Réunion
Financement : Région Réunion
Date de la soutenance : mardi 18 décembre 2018, 00h00
Modalité :
  • Lieu : Amphithéâtre LS2N, bâtiment 34, campus Lombarderie
Jury :
  • Président de jury : Richard DANIELLOU, Professeur, Université d'Orléans
  • Rapporteur : Isabelle ANDRE, Directrice de Recherche CNRS, INSA Toulouse
  • Rapporteur : Manuel DAUCHEZ, Professeur, Université Reims Champagne-Ardenne
  • Examinateur : Corinne ANDRE-MIRAL , Maître de conférences Université
  • Examinateur : Irène MAFFUCCI
  • Directeur de thèse : Bernard OFFMANN , Professeur Université
  • co-directeur de thèse : CADET Frédéric, Professeur, Université de La Réunion
  • Invité : Yves-Henri SANEJOUAND , Directeur de recherche CNRS

Comprendre comment les mutations impactent l’activité d’une protéine reste un défi dans le domaine des sciences protéiques. Les méthodes biochimiques traditionnellement utilisées pour résoudre ce type de questionnement sont très puissantes mais sont laborieuses à mettre en œuvre. Des approches bioinformatiques ont été développées à cet égard pour surmonter ces contraintes. Dans cette thèse, nous explorons l’utilisation d’approches bioinformatiques pour comprendre le lien entre mutations et changements d’activité. Notre modèle d’étude est une enzyme bactérienne, la sucrose phosphorylase de Bifidobacterium adolescentis (BaSP). Cette glycosyl-hydrolase de la famille 13 (GH13) suscite l’intérêt de l’industrie en raison de sa capacité à synthétiser des disaccharides et des glycoconjugués originaux. Son activité consiste à transférer un glucose d’un donneur, le saccharose, à un accepteur qui peut être un monosaccharide ou un aglycone hydroxylé. La réaction enzymatique se déroule selon un mécanisme dit « double déplacement avec rétention de configuration », ce qui nécessite la formation d’un intermédiaire covalent dit glucosyl-enzyme. Cependant, la possibilité de contrôler la régiosélectivité de ce transfert pour qu’il soit applicable au niveau industriel est un enjeumajeur. Cette thèse vise d’une part, à fournir une explication rationnelle quant aux modifications de la régiosélectivité de BaSP apportées par des mutations et d’autre part à proposer un canevas pour le contrôle de la régiosélectivité de couplage en vue de la synthèse de disaccharides pré-biotiques rares comme le kojibiose et le nigerose. Dans notre approche, nous avons émis l’hypothèse que les orientations préférées de l’accepteur dans le site catalytique après formation du glycosyl-enzyme déterminent la régiosélectivité de l’enzyme. Nous avons utilisé des approches computationnelles pour étudier l’impact des mutations sur la liaison de l’accepteur à l’intermédiaire covalent, le glucosylenzyme. À cette fin, nous avons construit des modèles à l’échelle atomique du glucosyl-enzyme pour un ensemble de variants de la BaSP pour lesquels des données expérimentales étaient disponibles. Pour y parvenir, nous avons paramétré le glucosyl-aspartyle en tant que nouveau résidu et les avons intégré dans des outils de modélisation tels que Modeller et Gromacs. Nous avons évalué la pertinence de ces paramètres et les avons ensuite appliqués à la vérification de notre hypothèse de travail par le biais d’expériences d’ancrage moléculaire. La méthodologie utilisée dans ce travail ouvre la perspective de l’utilisation d’approches bioinformatiques pour l’ingénierie de la régiosélectivité de la sucrose phosphorylase et plus généralement des glycosylhydrolases possédant un mécanisme similaire. À cet égard, un pipeline de modélisation moléculaire et d’amarrage de molécules accepteurs sur des intermédiaires covalents des enzymes de cette famille (ENZO pour Optimisation d’ENZyme) a été développé au cours de cette thèse. Son application à l’ingénierie d’autres variants de BaSP est en cours.


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