Élucider et exploiter les voies de biosynthèse des produits naturels pour produire de nouvelles molécules d'intérêt pharmacologique

La résistance antimicrobienne (AMR) – incluant la résistance aux antibiotiques, antiviraux ou antifongiques – est l'une des menaces mondiales les plus graves pour la santé publique. Une stratégie efficace pour lutter contre cette AMR consiste à découvrir et à utiliser de nouveaux antimicrobiens. Les produits naturels (NP) et leurs dérivés sont une source inestimable de médicaments antimicrobiens. Les progrès dans la connaissance des voies de biosynthèse des NP et l'ingénierie de ces voies pour produire des NP non naturels sont des moteurs clés de la découverte moderne de médicaments dérivés de ces NP. Le projet proposé vise à élucider et à exploiter de nouvelles voies de biosynthèse pour produire des 2,5-dicétopipérazines (DKP), une classe importante de NP possédant des activités biologiques notables, y compris des propriétés antibactériennes et antifongiques.

La biosynthèse des DKP implique généralement l'action séquentielle d'enzymes, à commencer par une enzyme appelée synthase de cyclodipeptide (CDPS) qui utilise des aminoacyl-ARNt (aa-ARNt) comme substrats pour former un motif cyclodipeptidique. Puis une ou plusieurs enzymes de modification entrent en action et introduisent des modifications chimiques, conduisant à des DKP plus complexes. De nombreuses études ont été menées sur les voies dépendantes des CDPS pour identifier la gamme des DKP produits et élargir cette diversité à des DKP non naturelles, en utilisant des approches d'ingénierie enzymatique et métabolique. Ces études ont montré que la diversité des DKP est assez substantielle, mais aussi limitée, car les motifs cyclodipeptidiques initiaux catalysés par les CDPS sont principalement composés d'acides aminés aromatiques et hydrophobes, ceux contenant au moins un acide aminé chargé étant rares ou inexistants. De plus, les tentatives d'ingénierie enzymatique des CDPS pour modifier leur spécificité de substrat ont eu très peu de succès, aucun acide aminé chargé n'ayant été incorporé.

Récemment, de nouvelles voies de biosynthèse des DKP ont été découvertes. Elles impliquent de nouvelles enzymes centrales, appelées RCDPS, associées à diverses enzymes de modification. Les RCDPS ne présentent aucune homologie de séquence avec les CDPS précédemment identifiées et caractérisées. Fait remarquable, elles utilisent des aminoacyl-ARNt, y compris un arginyl-ARNt comme substrats pour synthétiser des motifs cyclodipeptidiques contenant de l'arginine.

Le projet de thèse vise à étudier les RCDPS, ouvrant un nouvel objectif pour la synthèse biologique de DKP contenant de l'arginine et, plus largement, de DKP contenant des acides aminés chargés. L'objectif du projet est d'établir le répertoire naturel des motifs cyclodipeptidiques produits par ces enzymes, de déchiffrer les bases moléculaires de leur spécificité de substrat et, finalement, de réaliser de l'ingénierie enzymatique et métabolique pour générer une diversité de DKP non naturelles contenant des acides aminés chargés. Le projet sera mené en utilisant une gamme de méthodes en biologie (biologie moléculaire, biochimie, biophysique) et en chimie analytique (LC-MS) ; des collaborations seront établies avec des experts en biologie structurale et en chimie synthétique. Si l'avancée du projet le permet, une collaboration sera établie avec une plateforme déjà identifiée pour tester l'activité biologique des composés générés.

Le doctorant rejoindra l’I2BC, une Unité Mixte de Recherche affiliée à l’Université Paris-Saclay, au CNRS et au CEA, située sur le campus de l’Université Paris-Saclay. Le principal thème de recherche de l’I2BC concerne la caractérisation du fonctionnement intégré de la cellule, et en particulier la compréhension des processus qui, au niveau moléculaire, régissent l’organisation et la physiologie globale de la cellule.

Le laboratoire d'accueil est l'équipe "Enzymologie et Biosynthèse peptidique non ribosomique". L’équipe étudie la biosynthèse des produits naturels. Cette étude couvre plusieurs aspects : l’identification de nouvelles voies biosynthétiques dans les génomes microbiens, le décryptage de ces voies avec l’élucidation des produits synthétisés, la caractérisation fonctionnelle et structurale des enzymes biosynthétiques, mais aussi l’utilisation d’approches de biologie synthétique pour produire des dérivés de produits naturels.

Master 2 (ou équivalent) dans un domaine d'étude pertinent, tel que la biochimie, la microbiologie, la biologie moléculaire ou la chimie des produits naturels.

Expérience (ou forte volonté d'apprendre) :

Méthodes de production des protéines

Méthodes d’analyse de la fonction enzymatique, en particulier par HPLC et LC-MS

Volonté de collaborer avec des experts en biologie structurale et en chimie de synthèse.

Dynamisme, sens de l’organisation, curiosité et motivation.