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Laboratoire de Chimie Organique et Biocatalyse (LCOB)

Thèmes de recherche


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Publié le 4 avril 2023
Research themes
Nous travaillons à l’identification de nouveaux biocatalyseurs catalysant des réactions d’intérêt en synthèse organique. 
L’approche développée dans l’UMR pour rechercher de nouvelles enzymes est basée sur une exploration de la biodiversité des organismes procaryotes (voir Laboratoire de Criblage des Activités de Bioconversion).

A. Zaparucha, V. de Berardinis, C. Vergne-Vaxelaire, “Genome mining for enzyme discovery”, in “Modern Biocatalysis: Advances in Synthetic Biological Systems”, editors: Gavin Williams and Mélanie Hall, the Royal Society of Chemistry, 2018, ISBN 978-1-78262-726-5.



Dioxygénases a-cétoglutarate dépendantes (a-KetoAcid Oxygenases, aKAO).

Les réactions d’oxydation sont parmi les plus difficiles à réaliser en chimie, mais elles sont aussi parmi les plus fondamentales. Nous avons exploré les capacités catalytiques de nouvelles aKAO, une famille d’enzymes catalysant la réaction d’hydroxylation, alternative aux cytochromes P450.

    

Nous avons identifié des aKAO actives sur la lysine avec des régiosélectivités en C3 ou en C4 (KDOs). Cette complémentarité permet la synthèse de lysine dihydroxylée par réaction en cascade. 
Pour comprendre les sélectivités observées nous avons effectué une analyse structurelle et computationnelle des sites actifs basée sur la résolution des structures de deux des enzymes découvertes. Nous avons étendu notre travail à la famille des Clavaminate Synthase Like (CSL) à laquelle appartiennent nos KDOs, pour identifier les éléments structurels responsables de la spécificité du substrat et de la régiosélectivité de la réaction d'hydroxylation des acides aminés et dérivés.



D. Baud, P.-L. Saaidi, A. Monfleur, M. Harari, J. Cuccaro, A. Fossey, M. Besnard, A. Debard, A. Mariage, V. Pellouin, J.-L. Petit, M. Salanoubat, J. Weissenbach, V. de Berardinis, and A. Zaparucha Chem. Cat. Chem. 2014, 6, 3012-3017
K. Bastard, T. Isabet, E. A. Stura, P. Legrand, A. Zaparucha Sci. Rep. 2018
A. Zaparucha, V. de Berardinis, P.-L. Saaidi, D. Baud, WO2015078889


Amine déshydrogénases.

L’accès aux β-aminoacides, et plus largement aux amines chirales à partir des cétones correspondantes est une réaction d’un grand intérêt, en particulier pour l’industrie pharmaceutique. Peu de méthodes biocatalytiques de synthèse des β-aminoacides optiquement purs et des amines chirales ont été explorées. Une classe d’enzymes peut réaliser cette transformation : les amines déshydrogenases (AmDH) catalysant l’amination réductrice des cétones prochirales en amines chirales. Parmi ces oxydoréductases, seules les aminoacides déshydrogénases NAD(P)H-dépendantes connues pour convertir les α-cétoacides ont été bien étudiées. 
Nous avons découvert de nouvelles AmDH  catalysant l’amination réductrice asymétrique de divers cétones et aldéhydes. Ce sont les premiers exemples d’AmDH sauvages avec gènes associés.

 

La modélisation par homologie basée sur l’analyse structurale de trois nouvelles enzymes a permis une classification des sites actifs et a révélé une superfamille de protéines divergentes avec des spécificités allant des substrats acides aminés aux cétones hydrophobes (collaboration avec Pr. G. Grogan, York University, UK).

 

O. Mayol, S. David, E. Darii, A. Debard, A. Mariage,V. Pellouin, J.-L. Petit, M. Salanoubat, V. de Berardinis, A. Zaparucha and C. Vergne-Vaxelaire Catal. Sci. Technol. 2016, 6, 7421-7428.

Nitrilases.

L’hydrolyse de nitriles en acides carboxyliques correspondant nécessite le plus souvent des conditions dures, acides ou basiques, pouvant conduire à des produits secondaires non désirés. L’hydrolyse enzymatique est une alternative intéressante tolérant les groupes fonctionnels fragiles.  Les nitrilases sont des enzymes promiscuitaires, certaines d’entre elles sont actives sur des substrats structurellement très divers.

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Au cours d’une large étude, nous avons identifié 125 nouvelles nitrilases et établi leur profil de substrats. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux enzymes capables de convertir des a-aminonitriles en a-amino acides, donnant ainsi la possibilité d’accéder à des acides aminés non naturels. 

C. Vergne-Vaxelaire, F. Bordier, A. Fossey, M. Besnard-Gonnet, A. Debard, A. Mariage, V. Pellouin, A. Perret, J.-L. Petit, M. Stam, M. Salanoubat, J. Weissenbach, V. de Berardinis, A. Zaparucha Adv. Syn. Catal. 2013, 355, 1763-1779.
F. Bordier, M. Stam, E. Darii, S. Tricot, A. Fossey, J. Rohault, A. Debard, A. Mariage, V. Pellouin, J.-L. Petit, A. Perret, D. Vallenet, M. Salanoubat, J. Weissenbach, C. Vergne-Vaxelaire, V. de Berardinis, and A. Zaparucha J. Mol. Cat. B :enzymatic 2014, 107, 79-88.

 

Réactions enzymatiques en cascade.

Diverses polyamines hydroxylées ont été synthétisées à partir de la L-lysine en enchaînant une ou deux étapes d’hydroxylation régiodivergentes avec une décarboxylation. Cette synthèse, très courte, permet d’accéder à des molécules plateformes chirales.

 
 
A. Zaparucha, V. de Berardinis, P.-L. Saaidi, D. Baud, WO2015078889.
D. Baud, P.-L. Saaidi, A. Monfleur, M. Harari, J. Cuccaro, A. Fossey, M. Besnard, A. Debard, A. Mariage, V. Pellouin, J.-L. Petit, M. Salanoubat, J. Weissenbach, V. de Berardinis, and A. Zaparucha Chem. Cat. Chem. 2014, 6, 3012-3017
A. Fossey-Jouenne, C. Vergne-Vaxelaire, A. Zaparucha J. Vis. Exp. (132), e56926, doi:10.3791/56926 (2018)