Saccharothrix algeriensis est une bactérie filamenteuse productrice de plusieurs molécules de la famille des dithiolopyrrolones aux propriétés à la fois antibiotiques et anticancéreuses. Ces composés sont constitués d'un noyau bicyclique commun, la pyrrothine, lié par une liaison amide à différents radicaux acyls (R). Lors de ce projet de thèse, la réaction enzymatique d'acylation du noyau pyrrothine, dite pyrrothine N-acyltransférase, a été étudiée chez Sa. algeriensis pour mieux comprendre la régulation exercée par les acides organiques sur la biosynthèse des dithiolopyrrolones et synthétiser par voie enzymatique de nouveaux composés avec différents radicaux R. Deux activités enzymatiques pyrrothine Nacétyltransférase et N-benzoyltransférase catalysant la formation de deux dithiolopyrrolones, la thiolutine (R= CH3) et la benzoyl-pyrrothine (BEP, R= C6H5) ont d'abord été mise en évidence dans l'extrait cellulaire brut de Sa. algeriensis. Ensuite la régulation exercée par les acides organiques a été étudiée en mesurant ces activités enzymatiques dans des extraits cellulaires de Sa. algeriensis obtenus au cours de cultures sur différents milieux supplémentés en acides organiques. Les résultats obtenus montrent que l'augmentation de la production de BEP en présence d'acide benzoïque à 1,25 mM est en partie due à l'induction de l'activité benzoyltransférase. Par ailleurs, les activités acétyltransférase et benzoyltransférase ont montré des profils d'expression très différents qui laissent supposer que deux enzymes catalysent le transfert de l'acétyl- et du benzoyl-. Leur purification a aussi été entreprise et l'extrait cellulaire de Sa. algeriensis, sous une forme brute ou semi-purifiée, a été utilisé pour catalyser la synthèse enzymatique de 9 dérivés dithiolopyrrolones, susceptibles de posséder des activités biologiques innovantes et/ou accrues. / Saccharothrix algeriensis is a filamentous bacterium that produces many dithiolopyrrolone compounds with antibiotic and anti-tumour properties. These metabolites possess a common bicyclic nucleus, the pyrrothine, amide linked with variable acyl groups R. During this PhD project, the enzymatic reaction of pyrrothine acylation, identified as pyrrothine N-acyltransferase, was studied in Sa. algeriensis to further our understanding of the regulation exerted by organic acids on the dithiolopyrrolone biosynthesis and to produce new dithiolopyrrolone compounds by enzymatic catalysis. Evidence for the presence in the crude cell free extract of Sa. algeriensis of two enzymatic activities, pyrrothine Nacetyltransferase and N-benzoyltransferase is provided. They catalyze respectively the formation of the two dithiolopyrrolones, thiolutin (R= CH3) and benzoyl-pyrrothine (BEP, R = C6H5). To study the regulation exerted by organic acids, these enzymatic activities were then assayed in crude cell free extracts of Sa. algeriensis obtained during cultures on media supplemented with organic acids. The results show that BEP-production is enhanced in the presence of benzoic acid partly because of an induction of pyrrothine N-benzoyltransferase. Differences in the expression time courses of pyrrothine N-acetyltransferase and Nbenzoyltransferase activities were also observed. It supports the idea that the transfer reactions of acetyl-CoA and benzoyl-CoA on pyrrothine are catalyzed by two different enzymes. Their purification was undertaken and the cell free extract, crude or semi-purified was used as catalyst to synthetize nine dithiolopyrrolones with biological activities potentially new and better

Les proanthocyanidines (PA) du raisin jouent un rôle majeur dans les propriétés organoleptiques du vin notamment dans l'astringence et la stabilité de la couleur. Elles sont accumulées principalement dans la pellicule et les pépins pendant les premiers stades du développement de la baie. La biosynthèse des PA commence à être bien décrite, cependant certaines étapes restent à élucider.Une étude transcriptomic avait permis d'indentifier de nouveaux gènes potentiellemnt impliqués dans la biosynthèse des PA (Terrier et al., 2009). Parmi ces gènes figuraient 3 glucosyltransférases et 2 glucose- acyltransférases.Les trois glucosyltransférases VvgGT1, VvgGT2 et VvgGT3 présentent de fortes homologies entres elles et avec d'autres glucosyltransférases capables de catalyser la formation de glucose ester. Les transcrits sont exprimés durant les premiers stades de développement de la baie principalement dans les pépins et la pellicule mais aussi dans la pulpe pour VvgGT2. Les propriétés de ces 3 enzymes (Km, Vm, spécificité de substrat, effet du pH) ont été étudiées in vitro après production de protéines recombinantes. Les 3 VvgGTs sont capables de catalyser la synthèse d'esters de glucose en présence de dérivés d'acide hydroxybenzoique ou d'acide hydroxycinnamique.Deux acyltransférases VvGAT1 et VvGAT2 ont été isolées. Elle présente de fortes similarités avec des acyltransférases glucose-ester dépendantes de type serine carboxypeptidase like. Les transcrits sont exprimés surtout avant la véraison, dans les pépins et la pellicule pour VvGAT1 et dans la pulpe et les pépins pour la VvGAT2. L'expression hétérologue dans différents hôtes n'a pas permis de détecter d'activité enzymatique. Les analyses en microscopie confocale suggèrent que VvGAT1 fusionnée à une GFP est localisée dans des vésicules cytoplasmiques.L'implication successive des VvgGTs et des VvGATs dans la galloylation des PA et dans la synthèse d'esters d'acides hydroxcinnamiques est discutée. / Grape proanthocyanidins (PA) play a major role in organoleptic properties of wine, being involved in astringency and color stability. They are accumulated mainly in skin and seeds during early stages of berry development. Numerous structural genes involved in PA biosynthesis have already been identified even in grape, but some steps are still not documented.A previous transcriptomic study led to identify new genes putatively involved in the PA pathway (Terrier et al., 2009). Among them, 3 glucosyltransferases and 2 glucose acyl transferases were identified. The objective of this work is to clarify the function of these genes in the phenylpropanoid pathway.The three glucosyltransferases called VvgGT1, VvgGT2, VvgGT3 displayed high sequence similarities between them and with other plant glucosyltransferases able to catalyze the formation of glucose esters. The transcripts are expressed in the early stages of grape berry development, mainly in skins and seeds and also in the pulp for VvgGT2. The properties of these 3 enzymes (Km, Vm, substrate specificity, pH sensitivity) were studied in vitro after production of recombinant proteins. The three of them are able to catalyse the synthesis of glucose ester with derivates of hydroxybenzoic acids and hydroxycinnamic acids as substrates and with similar kinetic properties.Two glucose-acyltransferases called VvGAT1 and VvGAT2 were isolated. They displayed high sequence similarity with other Serine carboxypeptidase like acyltransferases-glucose dependent. The transcripts are expressed in early stages of grape berry development mainly in skins and seeds for VvGAT1 and in pulp and seeds for VvGAT2. Heterologous expression of the proteins in different hosts were unsuccessful. The confocal microscopy data suggest that VvGAT1 fused to GFP are localized in cytosolic vesicles.The successive involvement of those VvgGT and VvGAT in the galloylation of PAs and in the synthesis of hydroxycinnamic esters is discussed.

Parmi les métabolites secondaires impliqués dans la qualité du raisin et du vin, les tanins condensés ou proanthocyanidines (PAs) jouent un rôle majeur, en particulier dans l'astringence et la stabilité de la couleur du vin. Ces molécules sont également impliquées dans la défense des plantes contre des stress biotiques et abiotiques. En outre, les effets bénéfiques des PAs pour la santé humaine sont bien documentés. Les PAs de la vigne ont la particularité d’être estérifiées avec de l’acide gallique. Une réaction d’acylation appelée galloylation est responsable de cette modification. Les études montrent que la galloylation influence les propriétés œnologiques et pharmacologiques des PAs. Dans la baie de raisin, les PAs sont synthétisés dans les premiers stades de développement, principalement dans les pellicules et les pépins. Un nombre relativement faible d'étapes enzymatiques sont nécessaires pour la biosynthèse de la structure de base de ces métabolites et les gènes correspondants sont aujourd'hui largement connus chez les plantes modèles, y compris chez la vigne. Cependant, les mécanismes moléculaires impliqués dans les étapes finales, y compris la galloylation, ne sont encore que partiellement connus. Des résultats antérieurs obtenus après la recherche de QTL influençant la composition du raisin, et en particulier le taux de galloylation des PAs, et des études transcriptomiques après surexpression de facteurs de transcription régulant la biosynthèse de la voie des PAs, ont permis l'identification de gènes potentiellement impliqués dans ces étapes. Des gènes de shikimate déshydrogénase (SDH) ont été identifiés. Ces gènes interviendraient en amont, pour la biosynthèse de l'acide gallique. Trois glucosyltransférases ainsi identifiées et déjà caractérisées au laboratoire sont impliquées dans la biosynthèse de l'ester de glucose de l'acide gallique (β-glucogalline), qui servirait d'intermédiaire pour la galloylation des PAs. Ces méthodes de criblage ont également permis d’identifier 2 acyltransférases de type sérine carboxypeptidase, nommées glucose acyltransférases (GATs) qui seraient capables de catalyser la dernière étape de galloylation: le transfert de l'acide gallique depuis la β-glucogalline sur les PAs. Le premier objectif de cette thèse a été de déterminer la fonction des SDHs codées par les gènes de vigne. Certaines SDHs recombinantes produites de façon hétérologue chez E.coli ont la capacité à produire de l'acide gallique in vitro. Leur niveau d’expression au cours du développement et dans différents tissus de la baie a également été établi. Les résultats obtenus in vitro sont étayés par le profil métabolique (acide gallique, β-glucogalline et PAs) de hairy-roots de vigne transformées avec un gène de SDH. Le second objectif de cette thèse a été de valider la fonction des GATs par expression transitoire dans des feuilles de tabac et des tests enzymatiques in vitro. La transformation transitoire de feuilles de vigne avec les GATs a permis de moduler la concentration d’esters phénoliques et nomment des flavan-3-ols galloylés in planta. L’étude de ces gènes a été étendue aux plantes vasculaires par des analyses phylogénétiques et a permis d’identifier des motifs peptidiques potentiellement impliqués dans les mécanismes étudiés et reflétant la sub-fonctionnalisation de certains gènes. Ce travail a fourni des informations sur les bases génétiques et les mécanismes moléculaires impliqués dans la biosynthèse de l'acide gallique et son transfert en deux étapes sur les flavan-3-ols (galloylation). De nouvelles hypothèses sur l'intervention de différents transporteurs et la nature des molécules transportées pourront être formulées. / Among the secondary metabolites involved in grape berry and wine quality, condensed tannins or proanthocyanidins (PAs) play a major role, especially in astringency and color stability of wine. These molecules are also involved in plant defence against biotic and abiotic stresses. Furthermore, the beneficial effects of PAs to human health are well documented. In grapevine, PAs have the distinctive feature of being esterified with gallic acid. An acylation reaction called galloylation is responsible for this modification. Studies show that the galloylation influences oenological and pharmacological properties of PAs. In the grape berry, PAs are synthesized in the early stages of development, mainly in skin and seeds. A relatively small number of enzymatic steps are required for the biosynthesis of the basic structure of these metabolites and the corresponding genes are now widely known in model plants, including in grapevine. However, the molecular mechanisms involved in the final steps, including galloylation, are only partially known. Earlier results obtained after the search of QTL influencing the composition of the grape berry, especially the galloylation ratio of PAs, and transcriptomic studies after overexpression of transcription factors that regulate PAs biosynthesis pathway, have allowed the identification of genes potentially involved in these steps. Shikimate dehydrogenase (SDH) genes were identified. These genes would intervene upstream, for the biosynthesis of gallic acid. Three identified glucosyltransferases, already characterized in the laboratory, are involved in the biosynthesis of glucose ester of gallic acid (β-glucogalline), which could serve as an intermediary for PAs galloylation. These screening methods have also helped to identify 2 serine carboxypeptidase-like acyltransferases, called glucose acyltransferases (GATs) which are capable of catalyzing the last step of galloylation: the transfer of gallic acid from β-glucogalline to PAs. The first objective of this thesis was to determine the function of the SDHs encoded by grapevine genes. Recombinant SDHs, produced heterologously in E. coli, have the capacity to generate gallic acid in vitro. Their level of expression during development and in different tissues of the berry was also established. In vitro results are supported by the metabolic profile (gallic acid, β-glucogallin and PAs) of grapevine hairy -roots transformed with a SDH gene. The second objective of this thesis was to validate the function of the GATs by transient expression in tobacco leaves and in vitro enzyme assays. The transient transformation of grapevine leaves with GATs allowed to modulate the concentration of phenolic esters and notably galloylated flavan-3-ols in planta. The study of these genes was extended to vascular plants by phylogenetic analyses which allowed to identify peptide motifs potentially involved in the studied mechanisms and reflecting the sub-functionalization of certain genes. This work has provided informations on the genetic basis and molecular mechanisms involved in the biosynthesis of gallic acid and its two-step transfer on flavan-3-ols (galloylation). New hypotheses on the intervention of different carriers and nature of transported molecules can be proposed.

Afin de s'adapter à son environnement chimique, l'organisme a développé au cours de l'évolution des systèmes enzymatiques capables de transformer de nombreuses molécules étrangères ou xénobiotiques (médicaments, composés toxiques, carcinogènes...), le plus souvent de nature hydrophobe, en métabolites suffisamment hydrophiles pour être plus facilement excrétés par voie urinaire et/ou biliaire. Certaines de ces enzymes sont également impliquées dans des processus cataboliques ou de biosynthèses de composés endogènes (acides gras, rétinoïdes, stéroïdes, prostaglandines…). Ces enzymes jouent ainsi un rôle fondamental à la fois dans la défense de l'organisme face à son environnement chimique et dans des processus physiologiques essentiels. On comprend dès lors que s'il existe, chez certains individus, des anomalies de séquence ou de structure des gènes codant pour ces enzymes, une partie de la population présentera une susceptibilité particulière à certaines molécules de l'environnement, voire des dysfonctionnements de certaines réactions biologiques indispensables. Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans cette démarche. Dans un premier temps, ils ont consisté à évaluer la nature et l'étendue de la variabilité de la séquence nucléotidique de trois gènes codants pour les enzymes CYP4A11, CYP4A22 et la Glycine N-acyltransférase (GLYAT). Dans un deuxième temps, les analyses fonctionnelles des variations de séquence identifiées ont été abordées par des approches in silico et in vitro. Les cytochromes P450 CYP4A11 et CYP4A22, participent à la biotransformation de composés endogènes et sont impliqués plus particulièrement dans la voie d’activation de l’acide arachidonique. Des travaux récents suggèrent que des anomalies génétiques de ces enzymes constituent des facteurs de susceptibilité à l’hypertension artérielle chez l’homme. Nous avons ainsi analysé les variations de séquence du gène CYP4A11 et CYP4A22 dans des échantillons d'ADN provenant de volontaires sains. Au total, 26 polymorphismes ont été identifiés et 5 nouveaux CYP4A* allèles ont été caractérisés pour chaque isoforme CYP4A. Les structures 3D des protéines CYP4A ont été construites et validées pour l’analyse de l’impact des mutations identifiées. Bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour confirmer le lien entre le polymorphisme génétique du CYP4A11 et du CYP4A22 et l’hypertension artérielle, ce travail représente la première description et caractérisation du polymorphisme génétique des isoformes CYP4A dans une population Française. De plus, nous avons mise en évidence une variabilité interethnique de ce polymorphisme génétique dans différentes populations testées. La glycine N-acyltransférase ou GLYAT est une enzyme impliquée dans la détoxication de xénobiotiques contenant un groupement carboxylique par conjugaison d’un résidu de glycine. Sept variations de séquence de la GLYAT ont été identifiées et quatre nouveaux GLYAT* allèles ont été caractérisés. La localisation des certaines mutations dans des structures secondaires très conservées de la protéine suggère un impact sur l’activité catalytique de cette enzyme. Bien que les conséquences cliniques potentielles de ces variations restent encore à étudier, ces résultats seront utiles pour de futures études d’association de ce polymorphisme génétique de la GLYAT avec les altérations de détoxications de xénobiotiques contenant un groupement carboxylique comme l’aspirine, certains pesticides ou le toluène. / Through evolution, in order to adapt to its chemical environment, the human organism has developed enzymatic systems that can transform exogenous molecules or xenobiotic (drugs, toxins, carcinogens…), generally of hydrophobic nature, in metabolites more easily excretable via urinary or biliary tract. Some of these enzymes are also involved in catabolic processes or in the biosynthesis of endogenous compounds (fatty acids, retinoids, steroids, prostaglandins…). These enzymes thus play a major role in the protective response of the body toward chemicals and in essential physiological processes. The existence of anomalies in the sequence or structure of the genes encoding these enzymes can expose carriers of these anomalies to particular susceptibility toward xenobiotics or to impairment of essential biological reactions. In a first step, we investigated the nature and extent of the sequence variability of three genes coding for the enzymes CYP4A11, CYP4A22 and Glycine N-acyltransferase (GLYAT). In a second step, functional analyses of sequence variations were carried out, by in silico and in vitro experiments. The CYP4A11 and CYP4A22 genes are the only members of the human CYP4A subfamily. The activity of the recently identified CYP4A22 isoform is still unknown, but the CYP4A11 isoform is know as a ω-hydroxylase of the arachidonic acid, which converted into 20-hydroxyeicosatetraenoic acid (20-HETE). Several studies have shown that genetic anomalies of CYP4A are likely to contribute for susceptibility to hypertension in humans. We analyzed the sequence variations of the CYP4A11 and CYP4A22 genes in genomic DNA samples of healthy volunteers. A total of 26 polymorphisms were identified and 5 novel CYP4A* alleles were characterized for each CYP4A gene. The CYP4A 3D models were built and validated to analyse the potential impact of sequence variations identified. This work represents the first description and characterisation of genetic polymorphism of the human CYP4A genes in a French population. The glycine N-acyltranferase or GLYAT plays an important role in the detoxification of xenobiotics containing a carboxylic group via conjugation with a glycine residue. Seven sequence variations of the GLYAT gene were identified and four novel GLYAT* alleles were characterized. Localisation of missense mutations in predicted secondary structures suggest that these variants might have a potential role on the GLYAT protein activity. These results could be helpful in investigating the potential association of GLYAT variants with an incidence of reduced efficiency in xenobiotic carboxylic acids detoxification in humans, such as acetylsalicylic acid, pesticides, and solvents (Toluene).

Afin de s'adapter à son environnement chimique, l'organisme a développé au cours de l'évolution des systèmes enzymatiques capables de transformer de nombreuses molécules étrangères ou xénobiotiques (médicaments, composés toxiques, carcinogènes...), le plus souvent de nature hydrophobe, en métabolites suffisamment hydrophiles pour être plus facilement excrétés par voie urinaire et/ou biliaire. Certaines de ces enzymes sont également impliquées dans des processus cataboliques ou de biosynthèses de composés endogènes (acides gras, rétinoïdes, stéroïdes, prostaglandines...). Ces enzymes jouent ainsi un rôle fondamental à la fois dans la défense de l'organisme face à son environnement chimique et dans des processus physiologiques essentiels. On comprend dès lors que s'il existe, chez certains individus, des anomalies de séquence ou de structure des gènes codant pour ces enzymes, une partie de la population présentera une susceptibilité particulière à certaines molécules de l'environnement, voire des dysfonctionnements de certaines réactions biologiques indispensables. Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans cette démarche. Dans un premier temps, ils ont consisté à évaluer la nature et l'étendue de la variabilité de la séquence nucléotidique de trois gènes codants pour les enzymes CYP4A11, CYP4A22 et la Glycine N-acyltransférase (GLYAT). Dans un deuxième temps, les analyses fonctionnelles des variations de séquence identifiées ont été abordées par des approches in silico et in vitro. Les cytochromes P450 CYP4A11 et CYP4A22, participent à la biotransformation de composés endogènes et sont impliqués plus particulièrement dans la voie d'activation de l'acide arachidonique. Des travaux récents suggèrent que des anomalies génétiques de ces enzymes constituent des facteurs de susceptibilité à l'hypertension artérielle chez l'homme. Nous avons ainsi analysé les variations de séquence du gène CYP4A11 et CYP4A22 dans des échantillons d'ADN provenant de volontaires sains. Au total, 26 polymorphismes ont été identifiés et 5 nouveaux CYP4A* allèles ont été caractérisés pour chaque isoforme CYP4A. Les structures 3D des protéines CYP4A ont été construites et validées pour l'analyse de l'impact des mutations identifiées. Bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour confirmer le lien entre le polymorphisme génétique du CYP4A11 et du CYP4A22 et l'hypertension artérielle, ce travail représente la première description et caractérisation du polymorphisme génétique des isoformes CYP4A dans une population Française. De plus, nous avons mise en évidence une variabilité interethnique de ce polymorphisme génétique dans différentes populations testées. La glycine N-acyltransférase ou GLYAT est une enzyme impliquée dans la détoxication de xénobiotiques contenant un groupement carboxylique par conjugaison d'un résidu de glycine. Sept variations de séquence de la GLYAT ont été identifiées et quatre nouveaux GLYAT* allèles ont été caractérisés. La localisation des certaines mutations dans des structures secondaires très conservées de la protéine suggère un impact sur l'activité catalytique de cette enzyme. Bien que les conséquences cliniques potentielles de ces variations restent encore à étudier, ces résultats seront utiles pour de futures études d'association de ce polymorphisme génétique de la GLYAT avec les altérations de détoxications de xénobiotiques contenant un groupement carboxylique comme l'aspirine, certains pesticides ou le toluène.

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Spécialisée dans la production d’actifs végétaux, l’entreprise PAT développe une activité innovante de recherche qui consiste à produire ou à modifier par voie enzymatique, des molécules présentes naturellement dans les plantes. L’espèce Ipomoea batatas contient de nombreux dérivés d’acide caféoyl-quinique dont majoritairement du 3,5-dicaféoyl-quinique (3,5-DCQ), une molécule antioxydante très recherchée en cosmétique. Cependant, la voie de biosynthèse est assez méconnue pour pouvoir exploiter les gènes d’intérêt par des approches d’ingénierie métabolique en vue d’augmenter la production. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont porté sur l’identification et la caractérisation fonctionnelle d’une hydroxycinnamoyl transférase (HCT) en vue d’augmenter la production de 3,5-DCQ soit en micro-organismes soit dans des plantes recombinantes. Pour réaliser ces travaux, une banque de données RNAseq a été générée permettant ainsi d'accéder à des séquences codantes. Ces séquences ont été analysées par alignement avec des séquences codant pour des hydroxycinnamoyl transférases (HCT, HQT) impliquées dans la synthèse d’un précurseur potentiel, l’acide chlorogénique. Un premier tri a été mené en utilisant des approches d’expression différentielle de gènes. La fonction des gènes a été étudiée par des approches d’expression hétérologue en système bactérien et de transgénèse végétale. La production des métabolites cibles a été analysée dans des plantes transgéniques et dans des cultures cellulaires. Sur ces plantes, nous avons réalisé des tests de résistance à des pathogènes fongiques. Nous avons identifié une HCT qui partage 85% d’identité avec une HCT de café impliquée dans la synthèse de 3,5-DCQ. Cette activité a pu être démontrée in vitro pour l’HCT d’ipomée. De plus, l’expression du gène codant pour l’HCT conduit à une surproduction de 3,5-DCQ dans les cultures cellulaires de tabacs exprimant les HCT. Cette molécule inhibe la croissance de Botrytis cinerea et de Phytophthora parasitica. Compte tenu des teneurs en 3,5-DCQ très faibles par rapport à la plante d’origine, ces résultats suggèrent l’implication d’autres gènes dans cette voie de biosynthèse. L’activité antifongique du 3,5-DCQ pourrait être exploitée pour des applications agrochimiques / Specialized in the production of plant actives, the company PAT develops an innovate research activity that consists of producing or modifying by enzymatic pathway, molecules naturally present in plants. The species Ipomoea batatas contains numerous caffeoylquinic acid derivatives, predominantly 3,5-dicaffeoylquinic acid (3,5-DCQ), an antioxydant molecule arousing interest in cosmetics. However, biosynthesis pathway of this molecule is poorly established in order to exploit the genes of interest by metabolic engineering approaches to increase the production. The work realized in the frame of this PhD concerns the identification and functional characterization of a hydroxycinnamoyl transferase (HCT) in order to increase the production of 3,5-DCQ either in microorganisms or in recombinant plants. To perform this work, an RNAseq databank was generated allowing to access to coding sequences. These sequences were analysed by alignment of sequences encoding for hydroxycinnamoyl transferases (HCT, HQT) involved in the biosynthesis of a potential precursor, chlorogenic acid. A first screening was performed by utilizing an approach of differential expression of genes. The function of genes was studied by heterologous expression in bacterial systems and by plant transgenesis approaches. The production of target metabolites was analyzed in transgenic plants and cell cultures. On these plants, we conducted tests of resistance to fungal pathogens. We identified an HCT that shares 85% of identity with a HCT isolated from coffee previously characterized in 3,5-DCQ biosynthesis. This activity was shown in vitro for HCT of Ipomee. Moreover, the expression of target gene led to an overproduction of 3,5-DCQ in cell cultures of tobacco expressing HCT. This molecule inhibits growth of Botrytis cinerea and Phytophthora parasitica. Giving that amounts of 3,5-DCQ are very low compared to the plant of origin, these results suggest the involvement of other genes in this biosynthesis pathway. Antifungal activity of 3,5-DCQ could be exploited for agrochimic applications

Les lipases/acyltransférases présentent des propriétés intermédiaires entre les lipases et les acyltransférases. Capables de se comporter comme des hydrolases, elles catalysent cependant la réaction de transfert d'acyle préférentiellement à l'hydrolyse même en milieu aqueux à forte activité thermodynamique de l'eau en présence de divers nucléophiles. La recherche de nouvelles lipases/acyltransférases, soit sécrétées par des levures sauvages, soit identifiées parmi les séquences protéiques disponibles dans des bases de données, nous a permis d'identifier deux nouvelles enzymes de ce type : CvisL2 de Candida viswanathii et CtroL4a de C. tropicalis. Cette dernière, produite par expression hétérologue, a été plus particulièrement étudiée en comparaison avec les deux lipases/acyltransférases déjà connues, CpLIP2 de C. parapsilosis et CaLIP4 de C. albicans, ainsi qu'avec des enzymes plus éloignées (AflaL0a d'Aspergilus flavus, isolée dans ce travail, et CaLA de C. antarctica, qui présentent respectivement 35 % et 31 % d'identité avec CpLIP2). Le caractère spécifique des acyltransférases semble relié à leur degré d'homologie et à leurs relations phylogénétiques. En effet, les trois lipases/acyltransférases étudiées appartiennent à un sous-groupe phylogénétique distinct composé de diverses autres protéines actuellement non-caractérisées présentant plus de 57 % d'identité avec CpLIP2. En plus de leur activité acyltransférase plus ou moins prononcée, ces nouveaux biocatalyseurs diffèrent par leur spécificité de substrat, leur stabilité en présence de fortes concentrations en alcool ou leur activité à basse température, élargissant ainsi le spectre des applications potentielles des lipases et lipases/acyltransférases. / Lipases/acyltransferases have intermediate properties between lipases and acyltransferases. Although being active hydrolases, they catalyze acyltransfer reactions preferentially to hydrolysis even in an aqueous medium with a high thermodynamic activity of water in the presence of various nucleophiles. Searching for new lipases/acyltransferases, either secreted by wild yeast strains or identified in protein sequences databases, allowed us to identify two new enzymes of this type: CvisL2 from Candida viswanathii and CtroL4a from C. tropicalis. The latter, produced by heterologous expression, has been more particularly studied and compared with the two already known, closely related, lipases/acyltransferases, CpLIP2 from C. parapsilosis and CaLIP4 from C. albicans, and with two more distantly related lipases (a new lipase AflaL0a from Aspergillus flavus and CaLA from C. antarctica, with 35 % and 31 % identity with CpLIP2, respectively). The specific catalytic behavior of the acyltransferases seems to be associated with sequence homology and phylogenetic relationships. Indeed, the three lipases/acyltransferases studied are part of a phylogenetic subgroup composed of various proteins (identity with CpLIP2 higher than 57 %), currently not characterized. Besides their acyltransfer activity, these new biocatalysts differ in properties such as their substrate selectivity, their stability in the presence of high alcohol concentration or their activity at low temperature, opening the way to new applications.

Les triglycérides (TG) représentent une réserve énergétique essentielle à de nombreuses cellules. De compositions très variées, ils sont le principal constituant de l’huile destinée à l’alimentation, ou utilisée pour produire différents composés d’intérêt industriel. Les Acyl-CoA : diacylglycérol acyltransférases (DGAT) catalysent l’étape finale et limitante de leur synthèse en incorporant un acide gras sur un diglycéride. Chez les végétaux, il existe trois familles, DGAT1, DGAT2 et DGAT3, ne partageant aucune homologie et pour lesquelles aucune structure n’est connue. Ceci empêche toute amélioration de la qualité des huiles par une approche rationnelle. La contribution des DGAT1 à l’accumulation d’huiles alimentaires a été démontrée. Chez certains végétaux, les DGAT2 ont un rôle prépondérant dans lasynthèse de TG peu communs tels que ceux hydroxylés du ricin permettant de produire des lubrifiants et des bioplastiques. La contribution des DGAT3 à la synthèse des TG reste à déterminer in planta.Nous avons étudié les trois familles de DGAT de la plante modèle Arabidopsis thaliana, appartenant à la famille du colza, ainsi qu’une DGAT1 du palmier à huile, plante de culture industrielle. L’expression en bactéries, en levure modèle ou oléagineuse ainsi que l’étude de lignées de plantes mutantes ont permis de caractériser finement les activités de ces enzymes. La modulation de la composition et du contenu en TG des levures par les DGAT a également démontré l’intérêt de ces enzymes pour la production d’huiles microbiennes à façon. / Triacylglycerols (TAG) are an essential energy storage in many cells. Their composition is diverse; they are the main component of the seed oil for the food industry or used to produce industrial compounds. Acyl-CoA: diacylglycerol acyltransferase (DGAT) catalyze the final and rate-limiting step of TAG synthesis by transferring a fatty acid onto a diacylglycerol. In plants, there are three families, DGAT1, DGAT2 and DGAT3, sharing no homology and of unknown structure. It prevents any improvement of seed oil yield and quality by a rational approach. DGAT1 involvement in edible oil accumulation was demonstrated. In some plants, DGAT2 plays a key role in the synthesis of unusual TAG such as hydroxylated TAG found in castor oil and used to produce lubricants and bioplastics. DGAT3 contribution to TAG biosynthesis has not been demonstrated in planta. We studied three families of DGAT from the model plant Arabidopsis thaliana, belonging to the same family as oilseed rape, and a DGAT1 from oil palm, an industrial crop. DGAT expression in bacteria, yeasts and the study of mutant plant lines allowed us to characterize their activities. The modulation of yeast TAG content and composition induced by DGAT expression demonstrated the value of these enzymes for the production of tailored microbial oils.

Le diabète est une maladie chronique de l’homéostasie du glucose caractérisée par une hyperglycémie non contrôlée qui est le résultat d’une défaillance de la sécrétion d’insuline en combinaison ou non avec une altération de l’action de l’insuline. La surnutrition et le manque d’activité physique chez des individus qui ont des prédispositions génétiques donnent lieu à la résistance à l’insuline. Pendant cette période dite de compensation où la concentration d’acides gras plasmatiques est élevée, l’hyperinsulinémie compense pleinement pour la résistance à l’insuline des tissus cibles et la glycémie est normale. Le métabolisme du glucose par la cellule pancréatique bêta entraîne la sécrétion d’insuline. Selon le modèle classique de la sécrétion d’insuline induite par le glucose, l’augmentation du ratio ATP/ADP résultant de la glycolyse et de l’oxydation du glucose, induit la fermeture des canaux KATP-dépendant modifiant ainsi le potentiel membranaire suivi d’un influx de Ca2+. Cet influx de Ca2+ permet l’exocytose des granules de sécrétion contenant l’insuline. Plusieurs nutriments comme les acides gras sont capables de potentialiser la sécrétion d’insuline. Cependant, le modèle classique ne permet pas d’expliquer cette potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Pour expliquer l’effet potentialisateur des acides gras, notre laboratoire a proposé un modèle complémentaire où le malonyl-CoA dérivé du métabolisme anaplérotique du glucose inhibe la carnitine palmitoyltransférase-1, l’enzyme qui constitue l’étape limitante de l’oxydation des acides gras favorisant ainsi leur estérification et donc la formation de dérivés lipidiques signalétiques. Le modèle anaplérotique/lipidique de la sécrétion d'insuline induite par le glucose prédit que le malonyl-CoA dérivé du métabolisme du glucose inhibe la bêta-oxydation des acides gras et augmente la disponibilité des acyl-CoA ou des acides gras non-estérifiés. Les molécules lipidiques agissant comme facteurs de couplage du métabolisme des acides gras à l'exocytose d'insuline sont encore inconnus. Des travaux réalisés par notre laboratoire ont démontré qu’en augmentant la répartition des acides gras vers la bêta-oxydation, la sécrétion d’insuline induite par le glucose était réduite suggérant qu’un des dérivés de l’estérification des acides gras est important pour la potentialisation sur la sécrétion d’insuline. En effet, à des concentrations élevées de glucose, les acides gras peuvent être estérifiés d’abord en acide lysophosphatidique (LPA), en acide phosphatidique (PA) et en diacylglycérol (DAG) et subséquemment en triglycérides (TG). La présente étude a établi l’importance relative du processus d’estérification des acides gras dans la production de facteurs potentialisant la sécrétion d’insuline. Nous avions émis l’hypothèse que des molécules dérivées des processus d’estérification des acides gras (ex : l’acide lysophosphatidique (LPA) et le diacylglycerol (DAG)) agissent comme signaux métaboliques et sont responsables de la modulation de la sécrétion d’insuline en présence d’acides gras. Afin de vérifier celle-ci, nous avons modifié le niveau d’expression des enzymes clés contrôlant le processus d’estérification par des approches de biologie moléculaire afin de changer la répartition des acides gras dans la cellule bêta. L’expression des différents isoformes de la glycérol-3-phosphate acyltransférase (GPAT), qui catalyse la première étape d’estérification des acides gras a été augmenté et inhibé. Les effets de la modulation de l’expression des isoenzymes de GPAT sur les processus d’estérifications, sur la bêta-oxydation et sur la sécrétion d’insuline induite par le glucose ont été étudiés. Les différentes approches que nous avons utilisées ont changé les niveaux de DAG et de TG sans toutefois altérer la sécrétion d’insuline induite par le glucose. Ainsi, les résultats de cette étude n’ont pas associé de rôle pour l’estérification de novo des acides gras dans leur potentialisation de la sécrétion d’insuline. Cependant, l’estérification des acides gras fait partie intégrante d’un cycle de TG/acides gras avec sa contrepartie lipolytique. D’ailleurs, des études parallèles à la mienne menées par des collègues du laboratoire ont démontré un rôle pour la lipolyse et un cycle TG/acides gras dans la potentialisation de la sécrétion d’insuline par les acides gras. Parallèlement à nos études des mécanismes de la sécrétion d’insuline impliquant les acides gras, notre laboratoire s’intéresse aussi aux effets négatifs des acides gras sur la cellule bêta. La glucolipotoxicité, résultant d’une exposition chronique aux acides gras saturés en présence d’une concentration élevée de glucose, est d’un intérêt particulier vu la prépondérance de l’obésité. L’isoforme microsomal de GPAT a aussi utilisé comme outil moléculaire dans le contexte de la glucolipotoxicité afin d’étudier le rôle de la synthèse de novo de lipides complexes dans le contexte de décompensation où la fonction des cellules bêta diminue. La surexpression de l’isoforme microsomal de la GPAT, menant à l’augmentation de l’estérification des acides gras et à une diminution de la bêta-oxydation, nous permet de conclure que cette modification métabolique est instrumentale dans la glucolipotoxicité. / Diabetes is a chronic disease of glucose homeostasis characterized by hyperglycemia and the result of a failure of insulin secretion in combination or not with impaired insulin action. Overnutrition and lack of physical activity in individuals who have acquired or inherited genetic predispositions lead to insulin resistance. During the period of compensation where the concentration of plasma fatty acids is high, hyperinsulinemia fully compensates for the insulin resistance of target tissues and blood sugar is normal. Glucose promotes insulin secretion through its metabolism by the pancreatic β cell. According to the classical model of glucose-induced insulin secretion, the increase in the ATP/ADP ratio resulting from glycolysis and glucose oxidation induces the closure of KATP channels thus changing membrane potential followed by an influx of Ca2+. This influx of Ca2+ allows the exocytosis of secretory granules containing insulin. Several nutrients like fatty acids are capable of potentiating insulin secretion. However, the classical model does not explain the potentiation of insulin secretion by fatty acids. To explain the potentiating effect of fatty acids, our laboratory has proposed a complementary model in which malonyl-CoA derived from glucose anaplerotic metabolism inhibits carnitine palmitoyltransferase 1, the enzyme catalyzing the limiting step of fatty acid oxidation, thereby promoting their esterification and thus the formation signaling derivatives. The anaplerotic model of insulin secretion predicts that malonyl-CoA derived from glucose metabolism inhibits β-oxidation of fatty acids and increases the availability of acyl-CoA or non esterified fatty acids. Thus, lipid molecules can act as coupling factors for insulin exocytosis. Fatty acid-derived signalling molecules that are active remain to be identified. Work performed by our laboratory has shown that increasing the partition of fatty acids toward β-oxidation reduced glucose-induced insulin secretion, suggesting that derivatives of fatty acid esterification are important for the potentiation of insulin secretion. Indeed, at high concentrations of glucose, fatty acids are esterified into lysophosphatidic acid (LPA), phosphatidic acid (PA) and diacylglycerol (DAG) and subsequently in triglycerides (TG). The present study established the relative importance fatty acid esterification in the production of factors potentiating insulin secretion. We hypothesized that molecules derived from the process of esterification of fatty acid (eg lysophosphatidic acid (LPA) and diacylglycerol (DAG)) act as metabolic signals and are responsible for the modulation of the secretion of insulin in the presence of fatty acids. Thus, the level of expression of key enzymes controlling the process of esterification has been altered by molecular biology approaches to increase distribution of fatty acids toward esterification in the β cell. The expression of various isoforms of glycerol-3-phosphate acyltransferase (GPAT), which catalyzes the first step of esterification of fatty acids was increased and inhibited. The effects of GPAT isoenzyme modulation on the esterification process, on β-oxidation and on glucose-induced insulin secretion were investigated. The various approaches we used have changed the levels of DAG and TG without altering insulin secretion induced by glucose in the presence or absence of fatty acids. Thus, the results of this study do not suggest a role for de novo synthesis of glycerolipid intermidiates via esterification of fatty acids in the potentiation of insulin secretion. However, the esterification of fatty acids is an integral part of a TG/fatty acid cycle with its counterpart lipolysis. Moreover, parallel studies conducted by colleagues of the laboratory have demonstrated a role for lipolysis and a cycle TG/fatty acid in the potentiation of insulin secretion by fatty acids. In parallel with our studies of the mechanisms of insulin secretion involving fatty acids, our laboratory is also interested in the negative effects of fatty acids on the β cell. The glucolipotoxicity resulting from chronic exposure to saturated fatty acids in the presence of high glucose concentrations is of particular interest in the context of obesity rates. The microsomal isoform of GPAT was also used as a molecular tool under glucolipotoxicity conditions to study the role of de novo synthesis of complex lipids in the context of decompensation when β-cell function decreases. Increased esterification of fatty acids by the overexpression of microsomal isoform of GPAT has increased the toxic effects of fatty acids in the context of glucolipotoxicity. Thus, our results allow us to conclude that the distribution of lipids toward esterification and a decrease in β-oxidation is instrumental in glucolipotoxicity.