Academic literature on the topic 'Polycétides'

Les hirsutellones sont des alcaloïdes-polycétides antimycobactériens isolés du champignon entomopathogène Hirsutella nivea. Elles présentent des caractéristiques structurales uniques: un macrocycle particulièrement contraint à 12 ou 13 chaînons comprenant un cycle γ-lactame ou succinimide et une liaison éther de phényle associée à un système tricyclique de type polycétide. La voie que nous avons choisie pour préparer ces molécules repose sur une stratégie biomimétique via un polyène linéaire comportant une partie azotée. Une cyclisation en cascade cationique ou radicalaire du précurseur linéaire devrait conduire au squelette des hirsutellones. La synthèse du polyène linéaire a été envisagée par une stratégie convergente mettant en jeu d’une part un triène linéaire, et d’autre part un motif δ-hydroxy-δ-lactame ou acide tétramique. Le triène linéaire de stéréochimie (E,Z,E) a été obtenu à partir du (+)-(R)-citronellal et sa préparation a fait intervenir une réaction d’hydrogénation syn d’un diényne dans les conditions Bolland. Pour la partie alcaloïdique, la synthèse biomimétique des δ-hydroxy-δ-lactames proposée par Snider a été envisagée pour les motifs qui nous intéressent. Alternativement, les dérivés d’acides tétramiques ont été quant à eux formés par une cyclisation de Lacey-Dieckmann ou encore en utilisant une modification de cette méthode selon Schlessinger, conduisant à des phosphonates d’acides tétramiques. Une réaction de Wittig-Horner-Emmons devrait alors permettre de coupler la partie triène et la partie alcaloïde afin de former le précurseur linéaire biomimétique. Un travail sur la métathèse tandem appliquéeà la synthèsede lactones chirales sera présent
VERS UNE SYNTHESE BIOMIMETIQUE DES HIRSUTELLONES, ALCALOÏDES-POLYCETIDES ANTIMYCOBACTERIENS Les hirsutellones sont des alcaloïdes-polycétides antimycobactériens isolés du champignon entomopathogène Hirsutella nivea. Elles présentent des caractéristiques structurales uniques: un macrocycle particulièrement contraint à 12 ou 13 chaînons comprenant un cycle γ-lactame ou succinimide et une liaison éther de phényle associée à un système tricyclique de type polycétide. La voie que nous avons choisie pour préparer ces molécules repose sur une stratégie biomimétique via un polyène linéaire comportant une partie azotée. Une cyclisation en cascade cationique ou radicalaire du précurseur linéaire devrait conduire au squelette des hirsutellones. La synthèse du polyène linéaire a été envisagée par une stratégie convergente mettant en jeu d’une part un triène linéaire, et d’autre part un motif δ-hydroxy-δ-lactame ou acide tétramique. Le triène linéaire de stéréochimie (E,Z,E) a été obtenu à partir du (+)-(R)-citronellal et sa préparation a fait intervenir une réaction d’hydrogénation syn d’un diényne dans les conditions Bolland. Pour la partie alcaloïdique, la synthèse biomimétique des δ-hydroxy-δ-lactames proposée par Snider a été envisagée pour les motifs qui nous intéressent. Alternativement, les dérivés d’acides tétramiques ont été quant à eux formés par une cyclisation de Lacey-Dieckmann ou encore en utilisant une modification de cette méthode selon Schlessinger, conduisant à des phosphonates d’acides tétramiques. Une réaction de Wittig-Horner-Emmons devrait alors permettre de coupler la partie triène et la partie alcaloïde afin de former le précurseur linéaire biomimétique. Un travail sur la métathèse tandem appliquéeà la synthèsede lactones chirales sera présenté. TOWARDS A BIOMIMETIC SYNTHESIS OF HIRSUTELLONES, ANTIMYCOBACTERIAL ALKALOIDS-POLYKETIDES Hirsutellones are antimycobacterial alkaloids-polyketides isolated from the insect pathogenic fungus Hirsutella nivea. It presents some unique structural features, especially a highly strained 12- or 13-membered ring incorporating a γ-lactame or a succinimide, a para-substituted phenyl ether linked to a tricyclic polyketide moiety. To make these molecules, we envisaged a biomimetic strategy via a linear polyene including the alcaloïde part. A cationic or radical cascade cyclization of the linear precursor would lead to the skeleton of hirsutellones. The linear polyene should be obtained by a convergent synthesis which will involve the coupling of a linear triene part with a δ-hydroxy-δ-lactam or a tetramic acid moiety. A linear (E,Z,E) triene intermediate has been synthesized from (+)-(R)-citronellal, and its preparation used in particular a key reaction of syn hydrogenation of a dienyne in the conditions of Bolland. For the alkaloid part, the biomimetic synthesis of δ-hydroxy-δ-lactames proposed by Snider has first been planned. Alternatively, tetramic acid derivatives have been formed by a Lacey-Dieckmann cyclization or using a modification of this method by Schlessinger, leading to tetramic acid phosphonates. A Wittig-Horner-Emmons reaction should allow coupling the triene part and the alkaloid one in order to form the biomimetic linear precursor of hirsutellones. Beside this work, a study of a tandem metathesis reactions applied to the synthesis of chiral lactones will also be described. Mots clés: produits naturels ; synthèse biomimétique ; polycétides ; acides tétramiques ; polyènes ; δ-hydroxy-δ-lactames ; synthèse totale ; réaction de Wittig ; réduction de Bolland

La réaction d'aldolisation est une des méthodes les plus importantes et plus utilisées pour former des liaisons C-C. La réaction tandem d'isomérisation-aldolisation catalytique d'alcools allyliques permet d'effectuer cette réaction avec de nombreux avantages synthétiques et nous avons préparé par ce moyen des beta-hydroxyacylsilanes à partir d'alpha-hydroxyallylsilanes. Tout d'abord, nous avons cherché à mettre au point une version catalytique asymétrique de cette réaction tandem et nous avons aussi synthétisé des beta-hydroxyacylsilanes par aldolisation directe. Ensuite, nous avons utilisé des alpha-hydroxyallylsilanes pour préparer des aldolsalpha-silylés au moyen de réactions d'époxydation. Dans une troisième partie, nous avons synthétisé des aldols à partir de beta-hydroxyacylsilanes protégés de manière simple et efficace, ce qui nous a permis d'effectuer des réactions d'aldolisation itératives. Nous avons illustré le potentiel de cette méthode par la synthèse d'un fragment de (±)-pironetine. Enfin, nous avons synthétisé, à partir des mêmes beta-hydroxyacylsilanes protégés, des éthers d'énol silylés qui ont été ensuite utilisés avec succès comme substrats pour des réactions de Mukaiyama
The aldol reactions is one of the most important and commonly used methods to form C-C bonds. The catalytic tandem isomerization-aldol reaction of allylic alcohols allows to perform this reaction with many synthetic advantages. Thus, we have prepared by this method beta-hydroxyacylsilanes from alpha-hydroxyallylsilanes. First, we have attempted to develop a catalytic asymmetric version of this reaction, and also to synthesize beta-hydroxyacylsilanes by direct aldol reaction. Then, we used alpha-hydroxyallylsilanes to prepare alpha-silyl aldols trough epoxidation reactions. Next, we synthesized aldols from protected beta-hydroxyacylsilanes in a simple and efficient fashion which allowed us to perform iterative aldol reactions. We have illustrated the potential of this method by the synthesis of a fragment of (±)-pironetine. Finally, we have synthesized, from the same protected beta-hydroxyacylsilanes, silyl enol ethers that next have been used successfully as substrates for Mukaiyama aldol reactions

La grande majorité des colorants alimentaires naturels, utilisés dans la formulation des aliments et des boissons, proviennent des pigments extraits de matières premières végétales. Plusieurs couleurs dérivées de plantes peuvent entraîner des problèmes de formulation. Des facteurs, comme par exemple, la région, le climat, l'environnement, la variété cultivée, ont un effet de nuances de couleurs, de résistance et surtout de stabilité dans le produit final. Par ailleurs, les champignons filamenteux du genre Monascus, Penicillium et Talaromyces sont connus comme d'excellents producteurs de pigments rouges. Ces pigments intéressent de ce fait les industries car ils sont stables, non-toxiques et peuvent être utilisés comme colorants alimentaires.La recherche présentée dans le cadre de cette thèse de doctorat concerne la description des propriétés du pigment rouge que produit la souche de Talaromyces albobiverticillius isolée du milieu marin tropical autour de l'île de La Réunion. Les plans d’expérience (DOE) et la méthodologie des surfaces de réponses (RSM) ont été utilisés pour optimiser les conditions de culture et la formulation du milieu de fermentation, dans le but d'accroître les teneurs en polykétides colorés. Douze structures différentes ont été identifiées dans des extraits intracellulaires et extracellulaires des cultures fongiques, à l'aide de séparations et d'analyses spectroscopiques (HPLC-PDA-ESI/MS et RMN). Les pigments N-thréonine-monascorubramine, N-glutaryl-rubropunctamine et PP-O figurent ainsi parmi les 12 composants.Avec la demande croissante de composés colorés naturels dans le secteur industriel, les champignons isolés du milieu marin semblent présenter de nombreux intérêts. Des essais ont ainsi été menés afin d'étudier 1) l'amélioration des conditions de fermentation en fioles agitées ou en fermenteur de 2 litres; 2) les effets de la teneur en sel marin sur la synthèse des pigments; 3) des méthodes d'extraction respectueuses de l'environnement. Globalement, ces résultats font ressortir le grand potentiel des champignons marins produisant ce colorant rouge et la possibilité d'obtenir les colorants alimentaires adaptés
It is well known that the vast majority of food colorants used in food and beverage applications comes from the pigments synthesized by plant materials. Besides, stability of many plant-derived colors can create formulation problems. Factors such as the region, the climate, the environment, the cultivar all impact colors shade, strength and overall stability in the final product. As an alternate, fungi of the genus Monascus, Penicillium and Talaromyces are known as excellent producers of red pigments. These red pigments are of industrial interest as they are stable and non-toxic and can be used as food colorants.This present research deals with the selection of high throughput red pigment producing Talaromyces albobiverticillius as a source of polyketide based natural food colorants. Design of Experiments (DoE) and Response Surface Methodology (RSM) have been used to optimize culture conditions and media formulation of fermentation process. Using Box Behnken Design (BBD), the influence of different physical factors on pigment and biomass production was studied using potato dextrose broth as culture media. The best optimal conditions were found to be with initial pH of 6.4, temperature of 24 °C, agitation speed of 164 rpm and fermentation time of 149 h gave 47.93 ± 0.58 mg /L of orange pigment, 196.28 ± 0.76 mg / L of red pigment and 12.58 ± 0.41 g /L of dry biomass. With the application of Plackett- Burman Design (PBD), 16 different media formulations were optimized using various carbon and nitrogen sources. When Sucrose and Yeast extract was used as a basal medium at 24° C, high pigment yield was observed: 695.93 ± 0.29 mg /L of orange pigment, 738.28 ± 0.51 mg / L of red pigment and 6.80 ± 0.37 g /L of dry biomass.Twelve different compounds were detected from the HPLC-PDA-ESI/MS analysis of intracellular and extracellular pigmented extracts. In particular, N-threonine-monascorubramine, N-glutaryl-rubropunctamine and PP-O were tentatively identified among these twelve compounds; further, this work reports for the first time on the PDA, MS and NMR characterization of the here named as N-GABA-monascorubramine derivative (6-[(Z)-2-Carboxyvinyl]-N-GABA-monascorubramine) pigment bearing a cis configuration at the C10-C11 double bond, in Talaromyces albobiverticillius 30548. Attempts were made to study the effects of sea salts on pigment synthesis; sustainable green extraction methods for pigments; upscaling of fermentation from shake flasks to laboratory fermenter. All these experiments with their results were discussed briefly as individual chapters. Overall, these findings bring out the potential of marine-derived red pigment producing fungi and its possibility of obtaining tailor made food colorants

Les fragments de polycétides sont omniprésents dans une large gamme de médicaments et de produits naturels conférant une excellente bioactivité à ces molécules organiques. En conséquence, les chimistes organiciens doivent développer de nouvelles stratégies remplissant les principes d’éco-compatibilité pour construire ces échafaudages d’intérêts. Dans cette thèse, nous avons récemment développé différentes cascades éco-compatibles évitant les étapes inutiles pour accéder aux fragments de polycétides et à des analogues fluorés. Nous avons d'abord réalisé une cascade multi-catalytique impliquant une fluorination-aldolization décarboxylante suivie d’un dédoublement cinétique générant des 1,3-diols énantiopurs présentant un stéréocentre fluoré tétrasubstitué difficile d’accès. Nous avons ensuite combiné une réaction de type aldol-Tishchenko avec un dédoublement cinétique organocatalysé pour produire un large éventail de 1,3-diols fluorés avec trois stéréocentres contigus et d'excellentes énantiosélectivités. Afin d’obtenir des économies d’étapes redox, nous avons également développé une aldolisation redox-neutre d'alcool favorisée par une base directement à partir du niveau d'oxydation de l'alcool pour donner une série d'anti 1,3-diols difluorés. Enfin, nous avons conçu une stratégie économique concise pour donner le motif polycétide clé de l'apratoxine A, un produit naturel avec des niveaux élevés d'activité cytotoxique. Cette séquence en seulement 6 étapes est bien plus rapide que les précédentes nécessitant de 12 à 20 étapes
Polyketides fragments are ubiquitous in a wide range of drugs and natural products conferring excellent bioactivity to these organic molecules. As a consequence, organic chemists must develop novel strategies fulfilling at the best the different concepts of synthetic economies to construct such valuable scaffolds. During this PhD, we developed different eco-compatible cascades avoiding unnecessary steps to access different polyketides fragments and fluorinated analogues. At first, we developed a multi-catalytic enantioselective fluorination-decarboxylative aldolization followed by a kinetic resolution to generate enantiopure 1,3-diols featuring challenging tetrasubstituted fluorinated stereocenters. Subsequently, we realized the synthesis of a complementary type of fluorinated structure by combining an aldol-Tishchenko reaction with a Kinetic Resolution, producing a wide array of fluorinated 1,3-diols possessing three contiguous stereocenters with excellent levels of enantiocontrol. These reactions provide concise routes to useful 1,3-diols but consume stoichiometric reagents to induce change in the oxidation state from the starting materials to the final products. In order to obtain better redox-economies, we also developed a base-promoted redox-neutral alcohol-aldolization starting from the alcohol oxidation level to directly afford a series of difluorinated anti 1,3-diols. Finally, we designed a concise and redox-economical 6-step strategy providing a key polyketide fragment of apratoxin A, a natural product showing high levels of cytotoxic activity. This route is much shorter than the previously reported 12-20 steps sequences required to access this scaffold

Les polycétides sont des métabolites secondaires produits par divers organismes et présentant un large spectre d'activité thérapeutique. L'organisation modulaire des enzymes responsables de leur synthèse, les polycétides synthases (PKS), en font des cibles attrayantes pour la biologie synthétique visant l'obtention de nouvelles structures de polycétides. L’une des stratégies les plus prometteuses à ce jour consiste à échanger des sous-unités entières entre différents systèmes PKS. Cependant, le succès de cette stratégie dépend essentiellement de la compréhension et de l’utilisation des domaines de docking. Ces petits éléments structuraux, situés aux extrémités C- et N-terminales des sous-unités de PKS, sont responsables de leur bon appariement et donc du transfert correct de l’intermédiaire polycétidique. Pour approfondir nos connaissances sur les DD, nous avons étudié plusieurs interfaces entre sous-unités de PKS trans-AT et cis-AT. Ces travaux ont notamment conduit à l'identification de la première classe de DD chez les PKS trans-AT, et nous avons pu caractériser une interface complète, formée entre deux sous-unités consécutives au sein de la PKS virginiamycine. De plus, nous avons montré qu’au moins un des DD de paires appariées est souvent une région intrinsèquement désordonnée (IDR), ce mode de reconnaissance permet d’assurer une interaction spécifique couplée à une affinité moyenne. En effet, chez l’enacyloxine synthase, une PKS hybride cis-AT/trans-AT, les six interfaces de docking sont médiées par une IDR C-terminal. En outre, nous avons démontré que ce système présentait plusieurs classes structurales de DD, mais que des variations du code électrostatique au sein d’une classe individuelle pouvaient également être utilisées pour garantir la spécificité. Ensemble, ces résultats fournissent des indications importantes pour les futures tentatives d’utilisation des DD en ingénierie des sous-unités de PKS. Une autre stratégie innovante permettant d’obtenir de nouveaux dérivés polycétidiques, consiste à utiliser des enzymes post-PKS. Ces dernières modifient de manière extensive l’intermédiaire et lui confèrent bien souvent son activité biologique. Dans ce contexte, nous avons étudié LkcE, une enzyme bi-fonctionnelle qui catalyse une réaction rare d’oxydation d’amide, suivie d’une réaction de Mannich intramoléculaire. Nous avons résolu quatre structures cristallographiques de l’enzyme et ces données couplées aux études cinétiques, nous ont permis de proposer un mécanisme catalytique détaillé pour LkcE, impliquant un changement conformationnel à grande échelle de l'enzyme pour amener le substrat à une conformation de pré-cyclisation. De plus, nous avons démontré que LkcE possède une certaine tolérance vis-à-vis de la structure de son substrat, suggérant son utilité comme catalyseur général de cyclisation/ligation en biologie synthétique et synthèse chimique
Complex polyketides are secondary metabolites which are produced by a range of different organisms, and which present a broad spectrum of therapeutic activity. The modular organization of the enzymes responsible for their synthesis, the polyketide synthases (PKS), makes them attractive targets for synthetic biology aimed at obtaining new polyketide structures. One of the most promising strategies to date consists in swapping of whole sub-units between different PKS systems. However, the success of this strategy critically depends on understanding and exploiting ‘docking domains’  the protein sequences at the C- and N-terminal extremities of the subunits which are responsible for correctly ordering the polypeptides, and therefore for faithful chain transfer. To increase our knowledge of DDs, we investigated several interfaces in both trans-AT and cis-AT PKSs. This work led notably to the identification of the first family of DDs from trans-AT PKSs, and we were further able to characterize a complete interface formed between two consecutive subunits within the virginiamycin PKS. In addition, we showed that at least one DD of matched pairs is often an intrinsically disordered region (IDR), as this type of interaction motif allows for specific but medium affinity contacts. Indeed, in the enacyloxin hybrid cis-AT/trans-AT PKS which we also investigated extensively, docking at every interface is mediated by a C-terminal IDR. In addition, we demonstrated that multiple structural classes of DD are present within the system, but that variations of the electrostatic ‘code’ within an individual structural class can also be used to ensure specificity. Taken together, these results provide important guidelines for future attempts to deploy DDs in subunit engineering. Another attractive target for synthetic biology are the so-called ‘post-PKS’ enzymes, which chemically decorate the initially-formed structure, and are often essential for their bioactivity. In this context, we studied LkcE, a bi-functional enzyme that catalyzes a rare amide oxidation followed by an intramolecular Mannich reaction to yield the lankacidin macrocycle – both to understand its unusual mechanism and to evaluate its suitability as a general polyketide modifying enzyme. We solved four crystal structures of the enzyme, and characterized it kinetically. Together, our data allowed us to propose a detailed catalytic mechanism for LkcE, involving a large-scale conformational change of the enzyme to bring the substrate into a cyclisation-ready state. Moreover, we showed that LkcE displays a certain tolerance toward its substrate structures, suggesting its usefulness as a general catalyst for cyclisation/ligation reaction in synthetic biology and chemical synthesis

Les polycétides sont des métabolites spécialisés synthétisés par une grande variété d’organismes incluant les bactéries, les champignons, les végétaux ou encore certains animaux. Bien que leurs fonctions écologiques demeurent souvent mystérieuses, leurs activités biologiques leur permettent d'être exploitées comme médicaments chez l'homme et l'animal (antibiotiques, anthelmintiques, anticancéreux, etc.). Si, dans certains cas, les molécules naturelles peuvent être utilisées, dans d'autres, il est nécessaire d'adapter les structures des métabolites pour optimiser leurs propriétés médicinales. Une stratégie prometteuse pour obtenir de telles molécules consiste à modifier les enzymes polykétides synthases (PKS) par génie génétique. Cependant, cette approche nécessite une connaissance détaillée du fonctionnement de ces enzymes au niveau moléculaire. Les PKS sont des systèmes complexes de haut poids moléculaire divisés en plusieurs polypeptides appelés sous-unités, eux-mêmes composés de modules, chacun catalysant un cycle d'extension et de modification des polykétides. Les activités de ces modules sont divisées en domaines, chacun ayant un rôle biosynthétique défini.La découverte de nouvelles fonctions enzymatiques portées par ces domaines élargit la gamme connue des réactions catalysées par les PKS et, par conséquent, la diversité chimique des polykétides synthétisés. En principe, ces activités peuvent ensuite être incorporées dans d'autres PKS, conduisant à la synthèse de dérivés de polykétides aux propriétés potentiellement améliorées. Plusieurs réactions non canoniques intéressantes ont été récemment identifiées dans les PKS synthétisant l'oocydine et le lobatamide A, catalysées par diverses activités monooxygénases. Plus précisément, trois types de monooxygénases ont été identifiés : les monooxygénases de type Baeyer-Villiger (BVMO), les -hydroxylases et les monooxygénases génératrices d'oxime (Ox).Afin d'étayer les efforts visant à exploiter cette chimie dans l'ingénierie, le travail décrit dans cette thèse visait à établir des relations structure-fonction détaillées pour ces enzymes. Le principal accomplissement de ce doctorat a été de caractériser en détail le domaine Ox de la PKS de la lobatamide en utilisant une approche combinant la cristallographie aux rayons X et la mutagénèse dirigée, couplée à la spectrométrie de masse. Sa structure tridimensionnelle a été élucidée à haute résolution et les acides aminés impliqués dans la catalyse enzymatique ont été identifiés, ce qui nous a permis de proposer un mécanisme catalytique. De plus, des expériences de docking in silico et de mutagenèse ont fourni des informations supplémentaires sur l'ordre des événements biosynthétiques au sein du module et sur son agencement spatiale au cours de la catalyse. Les résultats de cette partie du travail ont été publiés dans la revue à fort impact Angew. Chemie en tant qu'article complet.Des études bioinformatiques préliminaires, suivies de la production et de la purification des BVMO et de l’-hydroxylase, nous ont permis d’initier les premiers essais de cristallisation de ces enzymes, dans le but de résoudre leurs structures et d'établir les bases structurales de ces activités monooxygénases. Ces tentatives n'ont pas été couronnées de succès, mais des expériences supplémentaires sont proposées
Polyketides are specialized metabolites synthetized by a wide range of organisms, including bacteria, fungi, plants, and some animals. Although their ecological functions remain poorly understood, their biological activities allow them to be exploited as drugs in humans and animals (as e.g. antibiotics, anthelmintics, anticancer agents, etc.). While in some cases the natural molecules can be utilized, in others it is necessary to adapt the structures of the metabolites to optimize their medicinal properties. A promising strategy for obtaining such molecules is to modify the polyketide synthase (PKS) enzymes by genetic engineering. However, this approach requires detailed knowledge of how these enzymes function on the molecular level. PKSs are complex high-molecular-weight systems divided into several polypeptides called subunits, which are themselves composed of modules, each catalyzing a cycle of polyketide extension and modification. The activities of these modules are divided into domains, each with a defined biosynthetic role.The discovery of new enzymatic functions carried by these domains extends the known range of reactions catalyzed by PKSs and, consequently, the chemical diversity of the polyketides synthesized. In principal, these activities can then be incorporated into other PKSs, leading to the synthesis of polyketide derivatives with potentially improved properties. Several non-canonical reactions of interest have recently been identified in the PKSs synthesizing oocydine and lobatamide A catalyzed by various monooxygenase activities. Specifically, three types of monooxygenases were identified: Baeyer-Villiger type monooxygenases (BVMOs), -hydroxylases and oxime-generating monooxygenases (Ox).In order to underpin efforts to exploit this chemistry in engineering, the work describes in this thesis aimed to establish detailed structure-function relationships for these enzymes. The principal achievement of this PhD was to characterize in detail the Ox domain of the lobatamide PKS using an approach combining X-ray crystallography and site-directed mutagenesis coupled with mass spectrometry. Its three-dimensional structure was elucidated at high resolution and the amino acids involved in enzymatic catalysis were identified, allowing us to propose a catalytic mechanism. In addition, in silico docking and mutagenesis experiments provided further information on the order of biosynthetic events within the module and its spatial arrangement during catalysis. The results of this portion of the work were published in the high-impact journal Angew. Chemie as a full article.Preliminary bioinformatics studies, followed by the production and purification of the BVMOs and -hydroxylase, enabled us to initiate the first crystallisation trials of these enzymes, with the aim of solving their structures and establishing the structural basis of these monooxygenase activities. These attempts were not successful, but follow-up experiments are proposed

Les polycétides d’origine bactérienne sont une source importante de molécules anti-infectieuses et anticancéreuses d’origine naturelle utilisées en thérapie. Cependant, leurs structures doivent souvent être optimisées afin d'améliorer leurs propriétés thérapeutiques. Les stambomycines, une famille de macrolides parmi les plus grands polycétides connus (elles possèdent un noyau macrolactone à 51 membres), ont été récemment découvertes par une approche de genome mining chez la bactérie Streptomyces ambofaciens ATCC23877. Ces molécules présentent une activité anticancéreuse prometteuse. Six formes de stambomycines ont été caractérisées. Elles diffèrent les unes des autres par la fonctionnalité alkyle au niveau de la position C-26 du noyau macrolactone. Cette variabilité est due au choix alternatif d’unités d'extension par un domaine acyltransférase exceptionnel, le domaine AT12, de la polycétide synthase modulaire (PKS) responsable de la synthèse des stambomycines. Étant donné la taille importante du cycle lactone et la promiscuité intrinsèque du domaine AT12, il existe un intérêt substantiel à accéder à des dérivés stambomycines par réduction de la taille du noyau ou par substitution de la chaine latérale en C-26. Ces dérivés pourraient conserver la bioactivité des structures parentales ou présenter des propriétés améliorées voire nouvelles. Dans ce travail, nous avons mis à profit notre compréhension actuelle des systèmes de PKS modulaires pour raccourcir en interne la chaîne de production de stambomycines, ce qui a permis de générer avec succès, bien qu'à faible rendement, des dérivés avec un noyau macrolactone de taille réduite (des "mini-stambomycines" présentant un noyau à 37 membres). Grâce à une analyse minutieuse, nous avons pu identifier les multiples facteurs expliquant les faibles rendements, ce qui permettra d’éclairer les futures stratégies d'ingénierie. En outre, grâce à une stratégie de mutasynthèse, nous avons pu exploiter la large spécificité du domaine AT12 pour générer six nouveaux analogues de stambomycine présentant différentes substitutions en position C-26. Enfin, nous avons identifié de manière tout à fait inattendue trois classes de sidérophores étroitement apparentées aux desferrioxamines produites par S. ambofaciens. Un certain nombre des métabolites clés générés pendant ce travail constitue une source de nouvelles biomolécules avec des applications thérapeutiques potentielles. Les prochaines étapes consisteront à purifier ces composés, à déterminer leur structure puis à évaluer leurs activités biologiques
The polyketide secondary metabolites of bacteria are a rich source of bioactive agents, with notable applications in anti-infective and anti-cancer therapy. However, their structures often need to be optimized in order to tailor their therapeutic and biophysical properties. The 51-membered macrolide stambomycins, among the largest of known polyketides, were recently discovered by genome mining in Streptomyces ambofaciens ATCC23877, and notably exhibit promising anti-cancer activity. The family encompasses six members which differ from each other in the alkyl functionality at C-26, due to the alternative choice of extender units by an exceptional acyl transferase domain (AT12) of the modular polyketide synthase (PKS) responsible for synthesizing the stambomycin core. Given their enormous size of the stambomycins and the intrinsic promiscuity of AT12, there is substantial interest in accessing ring-contracted and C-26 substituted derivatives of this compounds which might retain the bioactivity of the parental structures, or exhibit improved or even new properties. In this work, we have leveraged our current understanding of modular PKS systems to internally contract the stambomycin assembly line, leading to the successful generation, albeit at low yield, of target smaller derivatives (37-membered ‘mini-stambomycins’). By careful analysis, we could identify multiple factors contributing to the low titers, information which should inform future engineering strategies. Furthermore, using a mutasynthesis strategy, we were able to exploit the broad specificity of the AT12 domain to create 6 novel C-26 substituted stambomycin analogues. Finally, we unexpectedly identified three series of novel desferrioxamine siderophores produced by S. ambofaciens. As a number of key metabolites generated in this work have potential interest for therapeutic applications, they will be targeted for purification, structural characterization and biological evaluation

ÉTUDES VERS LA SYNTHESE TOTALE DE LA (+)-TAUTOMYCETINE: La (+)-tautomycétine (2 ,TTN), polycétide naturel isolé en 1989 à partir de souches de Streptomyces griseochromogenes possède, en plus de sa structure chimique unique, des activités biologiques prometteuses. Plus récemment, comme étant un inhibiteur spécifique des sérine/thréonine phosphatases de type 1 (PP1) et 2A (PP2A). Nous nous sommes intéressés au développement d'une voie de synthèse pour accéder à la (+)-tautomycétine. Nous avons réussi à synthétiser les deux fragments principaux de la tautomycétine, le fragment B2 correspondant à la partie C1-C12 et compos 260, qui constitue la partie C7'-C13. Ces deux fragments contiennent tous les carbones de la TTN
STUDIES TOWARD THE TOTAL SYNTHESIS OF (+)-TAUTOMYCETIN: (+)-Tautomycetin is a polyketide natural product isolated in 1989 from Streptomyces griseochromogenes with antifungal activity. Currently, TTN is best known for its activity in serine/threonine phosphatase proteins. We developed a convergent synthetic route to this natural product. Two key fragments of (+)-tautomycetin were synthesized, the B2 fragment containing the C1-C12 chain and the compound 260, corresponding to the C7'-C13 fragment of (+)-tautomycetin. The synthesis of fragment B2 employed a stereoselective chiral epoxide opening reaction as a key step, which consist of a novel strategy to prepare the desoxypropionate moiety of TTN. The synthesis of 260 employed a novel method for bis-esterification of anhydrides developed in the Dias-Campagne groups

La recherche de nouveaux métabolites d'intérêt médical est toujours d'actualité, surtout si l'on considère que d'anciennes, mais aussi des nouvelles infections bactériennes ou virales apparaissent régulièrement. Les actinomycètes, et plus particulièrement les Streptomyces, sont les principaux producteurs de molécules anti-microbiennes. En effet, ils produisent presque 60-70% des produits naturels d'origine microbienne. La plupart de ces métabolites appartient à la classe des polycétides, qui sont synthétisés par des complexes multienzymatiques, les polycétide-synthétases (PKS). Les PKS utilisent des acides gras simples pour assembler des structures polycétidiques très diversifiées. Une approche très prometteuse pour identifier des nouvelles voies de biosynthèse de métabolites secondaires est basée sur une approche génomique ou « genome mining ». Le séquençage du chromosome linéaire de Streptomyces ambofaciens ATCC23877 a, entre autre, révélé sur le bras chromosomique droit, un cluster cryptique de gènes de PKS de type I de grande taille. Ce cluster contient 25 gènes, dont 9 gènes de biosynthèse, pour un total de 25 modules, tous fonctionnels. Les analyses in silico des gènes de PKS ont permis de prédire que le cluster serait responsable de la synthèse d'une molécule appartenant à la famille des macrolides. Dans des conditions standard de laboratoire, le cluster était silencieux. Afin d'activer l'expression du cluster, un gène de régulation, samR0484, présent dans le cluster et codant un régulateur de la famille LAL (Large ATP binding protein of the LuxR family), a été surexprimé dans la souche sauvage. Les analyses transcriptionelles ont montré que cela se traduisait par l'induction de l'expression des gènes de biosynthèse. Par conséquence, une stratégie de « comparative metabolic profiling » a été menée entre la souche sauvage et la souche mutante afin d'identifier le nouveau métabolite. Quatre formes différentes d'un macrolide avec un cycle lactonique de 50 carbones, ont été isolées et caractérisées. Ces composants, nommés sambomycine A, B, C et D, ont montré une activité antibactérienne et une activité antiproliférative intéressante. La détermination de la structure de la sambomycine a révélé des caractéristiques uniques et intéressantes, concernant la réaction de cyclisation et la synthèse d'un précurseur atypique. Ces mécanismes de biosynthèse ont fait l'objet d'une étude plus approfondie. Nous nous sommes également intéressés à la régulation de ce cluster. Le régulateur LAL agit comme un activateur transcriptionnel essentiel. Des analyses préliminaires indiquent que ce régulateur se fixe aux régions promotrices de certains gènes, notamment celles des gènes de biosynthèse ainsi que celles d'autres gènes de post-modification, activant ainsi leur transcription
The constant and urgent need of novel bioactive compounds is the result of the emergence in the last decades of new and old infectious diseases, a sore for humankind. Actinomycetes and especially the genus Streptomyces are the principal producers of microbial drugs producing nearly 60-70% of the natural products. The majority of secondary metabolites belong to the class of polyketides that are synthesised by multienzymatic complexes named polyketides synthases (PKS). PKSs condensate simple small carboxylic acids to generate a wide range of complex polyketide structures. In the search for new drugs, the genome mining approach proved to be a powerful tool in the identification of cryptic secondary metabolite pathways. The sequencing and the analysis of Streptomyces ambofaciens ATCC23877 genome has revealed a large type I PKS cluster, on the right arm of the chromosome. The cluster contains 9 PKS, composed of 25 functional modules. In silico analysis of the PKS genes and of the tailoring genes enabled to predict the structure of the expected metabolite, a macrolide. In the laboratory standard conditions, the cluster showed to be silent. Therefore, to promote the expression of the cluster, the regulatory gene samR0484, encoding a LAL regulator (Large ATP binding protein of the LuxR family) was overexpressed in the wt strain. Transcriptional analyses showed that the PKS genes were expressed. Subsequently, by comparative metabolic profiling between the mutant strain and the wt, we were able to detect the novel metabolite produced by S. ambofaciens. Structural elucidation revealed four form of a 50-membered macrolide, named sambomycin. The compounds endow antibacterial and antitumoral activities. The structure unveiled unique and interesting characteristics of sambomycin, i.e. the cyclization reaction and the presence of an atypical extender unit. The mechanisms of biosynthesis have been analysed more in details in this work. We also investigated in the regulation of the cluster. The LAL regulator was shown to be an essential transcriptional activator, binding to the promoter regions of the PKS genes and probably to other genes in the cluster