Ce travail a été effectué dans le cadre du projet ANR GENOZYME impliquant deux autres partenaires (ICCF / UBP-CNRS, UMR 6296 et ISTHMUS SARL).
Dans les cellules vivantes, la formation ou la rupture des liaisons C-C sont essentielles dans le catabolisme et l'anabolisme d'une grande variété de carbohydrates et de quelques cétoacides. C'est pourquoi la nature a produit de nombreuses enzymes capables de casser ou de créer des liaisons C-C (Samland and Sprenger, 2006). Ces enzymes suscitent un grand intérêt pour les chimistes ; comme par exemple, pour la production des monosaccharides qui nécessite de nombreuses étapes de protection et de déprotection en synthèse chimique traditionnelle.
Les aldolases (ALD) et les trancétolases (TK) représentent deux des grandes familles d'enzymes qui forment (et rompent) les liaisons C-C tout en formant des centres asymétriques, propriété très importante en synthèse chimique. Ce projet a pour but d'élargir l'éventail des applications industrielles potentielles de ces enzymes par la découverte de nouvelles possibilités de réaliser des liaisons C-C.
Un total de 732 ALD et de 874 TK, représentant la diversité phylogénétique ces deux familles d'enzymes, ont été sélectionnées, surexprimées dans E. coli et criblées pour de nouvelles réactions chimiques au sein de la plateforme de criblage et de clonage du Genoscope. Les enzymes TK ont été testés respectivement dans dix réactions chimiques et ALD dans cinq. Des candidats TK ont été trouvés pour six des dix réactions testées, alors que des candidats ALD ont été trouvés pour toutes les réactions testées. Ce criblage a conduit à la découverte de plusieurs nouveaux biocatalyseurs incluant des aldolases hydroxypyruvate (HP) comme accepteur. Jusqu'à présent, aucune aldolase HP n'avait été décrite dans la littérature et cette découverte représente une première dans la biocatalyse permettant la biosynthèse du nouveaux α-cétoacides (Lemaire M., Helaine V., De Beradinis V., Salanoubat M., en préparation). De plus, seules les enzymes catalysant l'aldolisation de la glycéraldéhyde-3P avec la dihydroxyacétone phosphate produisant du fructose-6P sont actuellement connus.
La stratégie de dépistage utilisée en sélectionnant des enzymes catalysant la formation d'hexose-6P par spectrométrie de masse a permis d'identifier des candidats aldolases potentiels pour le sucre-phosphate avec une stéréochimie différente de celle du fructose. Des travaux actuellement en cours pour déterminer la stéréochimie de ces aldoses ont étonnamment conduit à la caractérisation d'une réaction enzymatique inconnue. De plus, ces travaux ont permis l'annotation expérimentale de centaines de protéines représentant la diversité naturelle des ALD et des TK. Parallèlement à cette découverte de nouveaux biocatalyseurs, cette étude est utile pour améliorer l'annotation de la fonction en associant des connaissances expérimentales à l'annotation basée sur l'homologie de séquences. Aujourd'hui, les aldolases sont reconnues comme des outils efficaces et polyvalents pour la biocatalyse et sont utilisées en synthèse organique pour la préparation de molécules biologiquement actives (Clapés et Garrabou, 2011). Ce projet laisse entrevoir des avancées majeures pour des applications utilisant les aldolases dans l'industrie.