Lundi 18 Mai 2009
CEA
Découvrir des activités enzymatiques originales pour concevoir des molécules bio-inspirées d’intérêt thérapeutique.
Nature Chem Biol (2009) 5, 414-420: Proc Natl Acad Sci USA (2009) 106, 7426-31
CEA
La tuberculose est une maladie infectieuse, provoquée chez l’homme par la mycobactérie Mycobacterium tuberculosis, dont l’impact sanitaire avait été considérablement réduit dans les années 50 grâce à l’utilisation des antibiotiques. On assiste à l’échelle mondiale depuis une vingtaine d’années à son retour en force qui s’explique par l'apparition de souches multi-résistantes. Ainsi, la maladie tue encore près de deux millions de personnes chaque année dans le monde d’où l’immense intérêt de la recherche de nouvelles molécules anti-tuberculeuses.
Il a été récemment montré par l’équipe d’Andrew Munro (Université de Manchester) que le cytochrome P450 CYP121 de M. tuberculosis est une enzyme essentielle pour sa viabilité et qu’il constitue donc une nouvelle cible thérapeutique. Cependant, le substrat de CYP121 restait jusqu’à ce jour mystérieux. L’identité de ce substrat naturel ainsi que l’activité enzymatique de CYP121 viennent d’être dévoilées grâce aux travaux réalisés dans le cadre d’une collaboration entre une équipe de l’Institut de Biologie et de Technologies de Saclay (CEA) et une équipe de l’Institut de Génétique et Microbiologie (Université Paris-Sud 11, CNRS). Ces résultats publiés dans la revue PNAS ouvrent la voie à la conception d’inhibiteurs du cytochrome P450 CYP121 qui pourraient constituer une nouvelle classe d’agents antituberculeux.
Cette découverte n’est pas fortuite mais découle d’une étude des voies de biosynthèse chez les microorganismes de cyclodipeptides complexes, petites molécules biologiquement actives. Ces travaux ont été publiés dans la revue Nature Chemical Biology par les deux mêmes équipes de Saclay et d’Orsay. Elles ont en effet découvert une nouvelle famille d’enzymes responsables de la première étape de la biosynthèse de ces molécules. Baptisées synthases de cyclodipeptides (CDPS), ces petites enzymes sont capables de joindre deux acides aminés via la formation de deux liaisons peptidiques. Elles génèrent ainsi une grande diversité de cyclodipeptides.
Ce schéma représente la voie métabolique associant une CDPS (en vert) et l’enzyme de modification CYP121 (en orange) chez Mycobacterium tuberculosis. La CDPS utilise des ARN de transfert (en noir et bleu) chargés avec des résidus tyrosyles (fragments en vert au bout des ARNt) pour former le cyclodipeptide cyclo(tyrosine-tyrosine) (en vert au centre). Le cyclo(tyrosine-tyrosine) est alors utilisé comme substrat par CYP121 qui catalyse la formation d’une nouvelle entité chimique (en orange à droite) via un pontage carbone-carbone intramoléculaire .
La particularité des CDPS est d’utiliser comme substrats des acides aminés chargés sur les ARN de transfert (ARNt). Ces résultats originaux laissent entrevoir pour une enzyme un mécanisme catalytique de formation de liaison peptidique s'apparentant à celui du ribosome, qui utilise ces mêmes ARNt chargés pour synthétiser les protéines. Les travaux mettent également en avant l’association, au niveau génétique, des CDPS avec d’autres enzymes dont le rôle est d’introduire des modifications sur les cyclodipeptides. Ainsi, chez M. tuberculosis le gène codant la CDPS qui synthétise le cyclo(tyrosine-tyrosine) se trouve à proximité du gène codant le cytochrome P450 CYP121…. Il ne restait qu’à franchir un pas, et à montrer que le cyclo(tyrosine-tyrosine) était le substrat mystérieux de CYP121. C’est ce que démontre l’article publié dans PNAS.
Ainsi, ces travaux illustrent comment l’étude de la biosynthèse de molécules naturelles peut conduire à la mise en évidence d’activités enzymatiques nouvelles et originales. L’ensemble de ces résultats ouvre la voie à la production par ingénierie de composés de grande diversité moléculaire, mais aussi à la conception d’un nouvel arsenal thérapeutique composé de molécules bio-inspirées.
Gondry M, Sauguet L, Belin P, Thai R, Amouroux R, Tellier C, Tuphile K, Jacquet M, Braud S, Courçon M, Masson C, Dubois S, Lautru S, Lecoq A, Hashimoto SI, Genet R, Pernodet JL. (2009). Cyclodipeptide synthases are a family of tRNA-dependent peptide bond-forming enzymes. Nature Chem Biol 5, 414-420.
Belin P, Le Du MH, Fielding A, Lequin O, Jacquet M, Charbonnier JB, Lecoq A, Thai R, Courçon M, Masson C, Dugave C, Genet R, Pernodet JL, Gondry M. (2009). Identification and structural basis of the reaction catalyzed by CYP121, an essential cytochrome P450 in Mycobacterium tuberculosis. Proc Natl Acad Sci USA. 106,7426-7431.