Identification de sites de mutation par dynamiques moléculaires pour le développement d’une enzyme hybride galactofuranosidase/C-GT

Le laboratoire d'accueil est l'équipe COrInt de l'Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR).

L’équipe Chimie Organique et Interfaces (COrInt) est l’une des composantes de l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR - UMR CNRS 6226). Elle regroupe 70 chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, personnels techniques et administratifs de l’ENSCR, de l’Université de Rennes 1 et de l’INSA Rennes. Les principaux objectifs de recherche visent à concevoir et produire des composés organiques à haute valeur ajoutée, de développer de nouvelles voies de synthèses (notamment par l'élaboration de biocatalyseurs) et d’étudier les interactions qui gèrent de nombreuses applications aux frontières de la biologie et de la physique. 

Les activités de recherche s'articulent selon trois thèmes : (1) Méthodologies et outils de synthèse, (2) Produits naturels et molécules pour les sciences de la vie, (3) Auto-assemblage, ingénierie moléculaire et matériaux.

Site internet : Organic Chemistry & Interfaces COrInt | Rennes Institute of Chemical Sciences

Contexte scientifique

Le galactofuranose est un des hexofuranoses les plus abondants identifiés à ce jour, avec un rôle crucial chez les organismes pathogènes. Il constitue ainsi une cible et un pharmacophore d’intérêt. Ses dérivés C-galactofuranosides d’alkyles ont aussi montré récemment des propriétés inhibitrices de croissance de M. tuberculosis ou comme antiparasitaires membranotropes. [1]

Contexte du projet ANR

Certaines glycosidases sont utilisées pour la préparation de O- et S-galactofuranoconjugués uniquement, constituant une voie de synthèse plus éco-responsable que celle de chimie organique. Le laboratoire a ainsi fait évoluer l’enzyme CtAraf51, et deux mutants néo-Galfases assurent déjà une meilleure reconnaissance de ces galactofuranosides mais pas encore des C-galactofuranosides. A partir de ces néo-Galfases, de nouveaux biocatalyseurs doivent être envisagés pour la C-glycosylation. [2]

Objectif du projet ANR

L’objectif du projet est de transposer le mécanisme des C-glycosyl transférases (C-GT) permettant d’activer un substrat phénolique et de former une liaison carbone-carbone avec le galactofuranose (C_1Galf-C_aryl). Ces C-GT se caractérisent par une dyade catalytique histidine-aspartate permettant cette activation [3].

Objectif du stage

L’objectif de ce stage consistera à développer une stratégie de simulations moléculaires (dynamique, docking, analyses …) afin de faire évoluer in silico ces néo-Galfases en C-GT. Ces simulations devront permettre sélectionner les meilleurs sites de mutation (3 ou 4) permettant d’incorporer cette dyade catalytique. Une évaluation de ces mutants virtuels sera effectuée à partir de différents substrats : acyl phloroglucinol, résorcinol, hydroxyflavones d’évaluer leur considérant le mécanisme d’activation des C-GT aujourd’hui mieux connu (Figure 1). [4]

Figure 1 : Mécanisme simplifié de C-glycosylation par les néo-Galfases d’après celui les C-GT [4]. https://filesender.renater.fr/?s=download&token=1f2c1280-a6fc-4901-9a98-3e61eecc5b21

Références bibliographiques

[1] A. Caravano et al. 2003, Synthesis and Inhibition Properties of Conformational Probes for the Mutase-Catalyzed UDP-Galactopyranose/Furanose Interconversion, Chem. Eur. J. 9, 5888-5898, https://doi.org/10.1002/chem.200305141.

[2] Q. Pavic et al. 2019, Improvement of the versatility of an arabinofuranosidase against galactofuranose for the synthesis of galactofuranoconjugates, Org. Biomol. Chem. 17, 6799-6808, https://doi.org/10.1039/C9OB01162E .

[3] M. A. Maria-Solano et al. 2018, Role of conformational dynamics in the evolution of novel enzyme function, Chem. Commun. 54, 6622-6634, http://doi.org/10.1039/c8cc02426j .

[4] D. Welner et al. 2024, A spontaneous proton transfer is key for enzymatic C-glycosylation and restricts the scope of natural C-glycosides, preprint version, Research Square, https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-5591657/v1 .

[5] Y. Cabezas-Pérusse et al. 2021, Modulation of the Activity and Regioselectivity of a Glycosidase: Development of a Convenient Tool for the Synthesis of Specific Disaccharides, Molecules 26, 5445, https://doi.org/10.3390/molecules26185445 .

Descriptif

https://filesender.renater.fr/?s=download&token=5f554b92-9ddb-471a-bd2f-b090334b6aee

Profil du candidat : Etudiant de Master 2 ou 3ième année école d'ingénieur Bioinformatique, Chimie, Biochimie, intérêt en enzymologie.

Connaissances et compétences souhaitées :

Savoir-faire
Connaissances en chimie, biochimie, enzymologie voire mécanismes biocatalytiques.
Notions de modélisation moléculaire (docking et dynamiques moléculaires, voire initiation en QM-MM).

Savoir-être
Travail en équipe interdisciplinaire (chimie de synthèse : glycochimie, chimie organique supramoléculaire, biochimie, physicochimie, collaborations sur site en chimie théorique).
Capacités d’analyse, de synthèse pour l’élaboration de méthodes de simulations moléculaires et la présentation de résultats d’approches computationnelles.
Organisation et autonomie.

Durée du stage : 6 mois à partir de février 2026