Les glycosyltransférases (GTs) sont une famille importante d’enzymes responsable de la biosynthèse des chaînes de glycosaminoglycane (GAG) des protéoglycanes, composants clés de la matrice extracellulaire et de la membrane plasmique cellulaire impliqués dans la communication, l'adhésion, la migration et la prolifération cellulaires. Les GTs jouent donc un rôle central dans de nombreux processus physiologiques et physiopathologiques tels que les cancers ou encore les maladies dégénératives et génétiques. Parmi ces GTs, la ß1,4-galactosyltransférase 7 (ß4GalT7) est une cible thérapeutique potentielle puisqu'elle : i) catalyse une étape précoce et majeure de la biosynthèse des chaînes de GAG, ii) est impliquée dans une forme rare de maladie génétique des tissus conjonctifs, le syndrome d’Ehlers-Danlos, iii) prend en charge des xylosides exogènes modulant son activité in vitro et in vivo. Ce travail de thèse s'organise sur une étude structure/fonction de cette enzyme afin de cerner les résidus d'acides aminés clés dans l'interaction de l'enzyme avec un substrat modèle, le 4-methylombelliferyl-ß-D-xylose (4-MOX). Les résidus Y194, Y196 et Y199 ont ainsi été identifiés comme clés dans l'architecture du site de fixation du substrat accepteur et dans l'interaction de l'enzyme avec le xyloside. Au contraire, les résidus H195, R226 et le résidu R270, muté dans la forme progéroïde du syndrome d'Ehlers-Danlos, apparaissent comme des résidus « modulant » l'activité de l'enzyme, notamment du fait d'interactions moléculaires impliquant leur squelette peptidique pour H195 et R226 et une boucle flexible pour R270. Ces travaux ont permis de guider la synthèse d’analogues xylosidiques visant à inhiber l'activité de la ß4GalT7 humaine. Parmi les propositions, un dérivé fluoré du 4-MOX apparaît comme un inhibiteur efficace de la ß4GalT7 in vitro et in cellulo. Faiblement cytotoxique, ce dérivé réduit la prolifération des cellules de lignées cancéreuses SW1353 et MB MDA 231. Ces résultats ouvrent la perspective de nouvelles stratégies thérapeutiques utilisant les xylosides comme agents potentiels dans le traitement de cancers ou encore des maladies génétiques des tissus conjonctifs / Glycosyltransferases (GTs) are an important family of enzymes involved in the biosynthesis of glycosaminoglycan (GAG) chains of proteoglycans which are key components of cell plasma membranes and of the extracellular matrix, and are thus implicated in cell communication, adhesion, migration and proliferation. GTs are thus key players in numerous pathophysiological processes such as cancers, degenerative and genetic diseases. Among these GTs, ß1,4-galactosyltransférase 7 (ß4GalT7) is a potential therapeutic target since : i) it catalyzes a rate-limiting step in the early phase of the GAG chains biosynthesis, ii) it is implicated in a rare genetic connective tissue disorder (Ehlers-Danlos Syndrome), iii) its in vitro and in vivo activity can be modulated by exogenous xyloside molecules. This PhD work is focused on a structure/function study of the enzyme aiming to identify key amino acid residues that interact with 4-methylumbelliferyl-ß-D-xylose (4-MUX), taken as reference substrate. Y194, Y196 and Y199 have been identified as key residues for the architecture of the acceptor substrate binding site and establish interactions with 4-MUX. By contrast, H195, R226 and R270, a residue mutated in the progeroid form of Ehlers-Danlos Syndrome, should rather be considered as “modulating” residues towards the ß4GalT7 activity, H195 and R226 interacting with 4-MUX with their polypeptide backbone, and R270 via a flexible loop. This work guided the design of xylosidic compounds that would potentially inhibit the ß4GalT7 activity. Thus, a fluorinated derivative of 4-MUX appeared as an efficient in vitro and in cellulo inhibitor of the enzyme. Poorly cytotoxic, this compound also reduced the proliferation rate of cancer cells SW1353 and MB MDA 231. Altogether, these results offer new therapeutic strategies using xylosides as potential therapeutic agents in the treatment of cancer or rare genetic disorders

La valorisation non alimentaire de la biomasse végétale représente un enjeu actuel majeur dans le contexte du développement de la bioraffinerie végétale. En Champagne-Ardenne, la transformation des co-produits d'origine agricole fait l'objet d'études importantes. Le son et la paille, co-produits abondants de la filière blé, sont riches en hémicelluloses, polysaccharides constitués essentiellement de pentoses, majoritairement de D-xylose. La principale voie de valorisation des pentoses tels que le xylose est leur fonctionnalisation par voie chimique, mais l'utilisation d'enzymes telles que des xylanases et des β-xylosidases représente une voie de synthèse plus respectueuse de l'environnement et permettant, en outre, d'accéder à de nouvelles molécules inaccessibles par la voie chimique classique (DP plus importants). L'étude conduite dans le cadre de la thèse a concerné l'évaluation et l'amélioration de la synthèse enzymatique par transglycosylation d'alkyl xylosides et oligoxylosides catalysée par une β-xylosidase et deux xylanases. Une seconde voie de valorisation enzymatique a été étudiée, à savoir la synthèse de xylosides et oligoxylosides présentant des propriétés biologiques pouvant notamment être exploitées pour des applications cosmétiques. A travers la mutagénèse dirigée au niveau du sous-site aglycone d'une β-xylosidase de Bacillus halodurans, nous avons montré l'importance de résidus aromatiques de ce sous-site sur les capacités d'hydrolyse et de transglycosylation de l'enzyme. Les résultats obtenus nous ont permis de dégager quelques pistes d'ingénierie du sous-site aglycone de la xylosidase pour optimiser les rendements de transglycosylation en présence d'alcools à longues chaînes carbonées. L'étude de l'effet des conditions réactionnelles sur la synthèse d'alkyl oligoxylosides catalysée par deux xylanases (l'une de Thermobacillus xylanilyticus, l'autre commerciale) a montré la possibilité de produire les alkyl oligoxylosides par voie enzymatique avec des rendements satisfaisants, notamment en réduisant les problèmes physiques d'accessibilité de l'alcool au site actif de l'enzyme. Nous avons également mis en évidence des profils de synthèse différents d'une enzyme à l'autre mais également en fonction des conditions réactionnelles, notamment en ce qui concerne le DP moyen. Notre étude montre également que la synthèse d'alkyl oligoxylosides est possible directement à partir de son de blé prétraité par voie hydrothermale. En ce qui concerne les propriétés physico-chimiques des produits de transglycosylation, nous avons montré que, tout en étant non purifiés, les pentyl et octyl β-D-oligoxylosides obtenus par synthèse enzymatique présentent des propriétés comparables à celles de produits commerciaux utilisés pour leurs propriétés tensio-actives. L'étude de méthodes de synthèse enzymatiques et chimio-enzymatique de xylosides et d'oligoxylosides ciblés pour certaines propriétés biologiques a montré que les deux xylanases étudiées précédemment pouvaient utiliser en tant qu'accepteur, en plus des alcools linéaires, des alcools aromatiques, des diols ou encore un ester ou un alcyne, ce qui a permis d'accéder à des produits originaux. Des tests biologiques réalisés sur des fibroblastes humains, ont montré que les xylosides et oligoxylosides ainsi produits ne sont pas cytotoxiques. Des tests sur l'initiation de la biosynthèse de glycosaminoglycanes, menés avec certains produits, ont conduit à des résultats positifs pour la biosynthèse d'acide hyaluronique. / Non-food valorization of plant biomass currently represents a major challenge in the context of plant biorefinery. In Champagne-Ardenne, the processing of agricultural by-products is the subject of numerous studies. Wheat bran and straw are abundant agricultural by-products and are rich in hemicelluloses, which are polysaccharides essentially constituted by pentoses, mainly D-xylose. The major route for the valorization of pentoses such as xylose is their functionalization by chemical means. Nevertheless, the use of enzymes, such as xylanases and β-xylosidases, represents a more environmentally friendly way and can also lead to the synthesis of new molecules inaccessible through conventional chemistry. The study conducted during the PhD concerned the evaluation and the improvement of the enzymatic synthesis by transglycosylation of alkyl xylosides and oligoxylosides catalyzed by a β-xylosidase and two xylanases. The second pathway for enzymatic valorization investigated was the synthesis of xylosides and oligoxylosides with biological properties that could be applied for cosmetic use.By site-directed mutagenesis in the aglycone subsite of a β-xylosidase from Bacillus halodurans, we have shown the role of aromatic residues on the hydrolysis and transglycosylation capabilities of the enzyme. The results obtained allowed us to identify some engineering of the aglycone subsite of the β-xylosidase to optimize the transglycosylation yields in the presence of alcohols with long carbon chains.The study of the effect of the reaction conditions on the synthesis of alkyl oligoxylosides catalyzed by two xylanases (one from Thermobacillus xylanilyticus and other is commercially available) has shown the ability to produce alkyl oligoxylosides by enzymatic synthesis with acceptable yields. We also pointed out that, depending on the reaction conditions, the products obtained were different particularly as regards the average DP. Our study has also shown that the synthesis of alkyl oligoxylosides is possible directly from hydrothermally pretreated wheat bran. Concerning the physico-chemical properties of transglycosylation products, we have demonstrated that non purified pentyl and octyl β-D-oligoxylosides obtained by enzymatic transglycosylation exhibit similar properties than commercial products used for their surface-active properties. The study of enzymatic an chemo-enzymatic methods for the synthesis of xylosides and oligoxylosides targeted for their biological properties showed that both xylanases previously studied could use linear alcohols but also aromatic alcohols, diols, ester or alkyne alcohols as acceptors for the preparation of original compounds. Biological tests performed on human fibroblasts pointed out that the xylosides and oligoxylosides produced are not cytotoxic. Initiation of the biosynthesis of glycosaminoglycans tested with some of the products has led to positive results for the synthesis of hyaluronic acid by the fibroblasts.