Acylation par couplage chimique

L’acylation par couplage enzymatique, in vivo ou invitro, nécessite donc d’associer l’action

de plusieurs enzymes. La complexité du donneur ne rend pas cette approche attractive. En revanche, l’acylation par voie chimique offre une simplicité d’utilisation sans égale. Le coût, la flexibilité et la mise place de cette approche en font la voie de choix pour obtenir des LCOs.

L’acylation d’un chitinoligosaccharide est la formation d’une liaison amide (C-N) entre l’amine libre de l’oligomère de chitine et la fonction acide carboxylique de l’acide gras. Ces liaisons amides sont ubiquitaires au sein du vivant, de par leur présence au sein des protéines, et jouent donc un rôle central dans les processus biologiques. De ce fait, de très nombreuses approches chimiques ont été développées pour réaliser le plus efficacement

possible le couplage d’un acide et d’une amine190.

Il existe ainsi plusieurs approches pour l'acylation des oligomères de chitine afin de les transformer en LCOs. La première acylation par couplage chimique afin d’obtenir un facteur

de nodulation a été décrite par Nicolaou et al.34, à l'aide d'iodure de

2-chloro-1-méthylpyridinium lors de la première synthèse totale de LCOs décrites.

Figure 72. Acylation chimique des LCOs d'après Rasmussen et al.⁴⁴.

Lors de l’identification des fonctions des gènes responsables de la biosynthèse des facteurs

Nod, le groupe qui a étudié l’activité de N-désacétylation par NodB a, par la suite, décrit la

première acylation d’un chitintétraose N-désacétylé, à l’échelle du milligramme191. Associé à

la synthèse in vivo de précurseurs de LCOs par le procédé de l’usine cellulaire44, l’utilisation

du réactif 1H-1,2,3-Triazolo[4,5-B]pyridine 1-Hydroxy-7-azabenzotriazole (HAPyU) permet d’activer un acide gras puis de former une liaison amide sur un CO possédant une amine libre à son extrémité non-réductrice (Figure 72). Il s'agit de la méthode utilisée au laboratoire, les LCOs sont synthétisés avec des rendements allant de 32 à 51 %.

Nos collaborateurs de l'Université d'Orsay ont développé un protocole d’acylation nécessitant l'activation de l'acide gras en chlorure d'acyle, ensuite couplé à l'oligosaccharide

en milieu basique avec des rendements allant de 33 à 48%49.

Plus récemment, lors de la description de la première synthèse d’un facteur Myc, les mêmes

conditions ont permis d'atteindre un rendement en produit isolé de 44 %39.

191 Rohrig, H., Schmidt, J., Walden, R., Czaja, I., Miklasevics, E., Wieneke, U., Schell, J. and John, M., 1995, Science, 269, (5225), 841-843.

II. Résultats

II.1. Stratégie

Afin d’obtenir des précurseurs de LCOs prêts à être acylés, deux voies sont envisagées dans

cette étude, à l’aide de deux enzymes différentes qui N-désacétylent régiosélectivement un

oligomère de chitine. Les CDs retenues, parmi celles décrites pour posséder une activité de

mono N-désacétylation (Tableau 12) sont la CD NodB (Sinorhizobium meliloti) et la CD

VC1280 (Vibriocholerae).

La CD NodB N-désacétyle spécifiquement la position non-réductrice d’oligomères de chitine,

ce qui en fait à ce titre, la voie la plus directe pour la synthèse des précurseurs de LCOs. Cette enzyme est responsable d’une étape essentielle de la biosynthèse des facteurs Nod (Chapitre I « Les facteurs de nodulation et de mycorhization »), et reste encore mal définie biochimiquement.

De ce fait, l’intérêt pour cette CD est multiple. Au-delà de son activité catalytique utilisée à des fins de synthèse, c’est également la compréhension de son mécanisme d’action, spécifique de l’extrémité non-réductrice des COs, qui est en jeu.

Les schémas biosynthétiques des LCOs sont mal connus à ce jour. L’étude de la CD NodB pourrait alors fournir de précieux indices à ce sujet. Ensuite, dans un domaine plus large, la CD NodB pourrait s’inscrire dans la compréhension du remodelage des COs par les CDs, très différent selon les enzymes considérées. Cela s’illustre par le travail récent de la résolution

de la structure tridimensionnelle de la CD VC1280, résolvant le mécanisme réactionnel de N

-désacétylation en pénultième position de l’extrémité non-réductrice d’oligomères de chitine.

Au début de ce travail, le seul exemple d’expression hétérologue de NodB (S. meliloti) dans

la littérature décrit la formation de corps d’inclusions chez E. coli27. L’obtention de cette enzyme sous forme soluble et active est un critère important dans ce projet. En effet, la production sous forme de corps d’inclusion nécessite des étapes supplémentaires pour dénaturer puis replier correctement la protéine, afin d’observer l’activité. L’efficacité de ces étapes peut être aléatoire et les rendements de production sont négativement influencés par

la multiplication de ces manipulations. Au-delà de l’observation d’une activité de N

-désacétylation, il est important d’y accéder le plus facilement possible, afin de pouvoir envisager de modifier les COs à grande échelle. L’expression sous forme soluble des CDs est donc un critère important.

A ce titre, la CD VC1280 (V. cholerae) est une excellente candidate. L’expression hétérologue

de cette enzyme, directement sous forme soluble et active chez E. coli a été décrite174. Son

activité est différente de celle de la CD NodB. Elle N-désacétyle un oligomère de chitine en

pénultième position, à partir de l’extrémité non-réductrice. Il faut donc utiliser un substrat dont le degré de polymérisation (DP) est égal à six ou cinq pour obtenir respectivement un produit de DP5 ou 4. Un des nombreux leviers à la synthèse de facteurs Nod est l’accessibilité, à partir de la biomasse, aux oligomères de chitine. Plus le DP est élevé, moins le rendement de purification sera intéressant. Cette voie d’obtention de précurseurs de

LCOs implique également une seconde enzyme, commerciale, la β-N-acétylhexosaminidase

capable, à partir du côté non réducteur, d’hydrolyser uniquement les unités N-acétyl-D

-glucosaminyles.

Malgré l'étape supplémentaire d'hydrolyse par la β-N-acétylhexosaminidase nécessaire

pour obtenir un précurseur naturel de LCO, et le besoin d’accéder à des COs aux DPs supérieurs, cette voie d’accès parait la plus accessible, et donc a été la première à être explorée.