Les glucides constituent la classe de molécules organiques la plus abondante et ceux-ci jouent des rôles cruciaux dans divers processus biologiques. De part leur importance médicinale, la préparation des désoxy-sucres, des C-glycosides et des C-disaccharides est devenue un sujet de pointe en synthèse organique. De façon générale, cette thèse décrit une nouvelle synthèse de novo des 4-désoxy hexopyrannoses en plus de la préparation de C-glycosides biologiquement actifs. De plus, une attention particulière a été portée à la préparation de novo de 4-désoxy-C-disaccharides. Dans un premier temps, le catalyseur de Cr(III) de Jacobsen et un complexe binaphtol/titane ont été utilisés pour réaliser des hétéro-Diels-Alder énantiosélectives. Les dihydropyrannes ainsi générés ont été transformés en 4-désoxy hexopyrannoses présents dans la nature. De cette façon, un dérivé de l’acide ézoaminuroïque, un précurseur de la désosamine et de la néosidomycine, a été préparé suivant cette approche de novo. De plus, à titre comparatif, la néosidomycine a également été fabriquée selon une approche chiron, à partir du méthyl alpha-D-mannopyrannoside. Finalement, une évaluation biologique préliminaire de la néosidomycine a été effectuée sur une la concanavaline-A (Chapitre 2). Dans un deuxième temps, une allylation stéréosélective sur un aldéhyde lié via des liens C-C à une unité mannoside a permis de générer un alcool homoallylique. Cette dernière fonctionnalité a été transformée en 4-désoxy hexopyrannose de configuration D ou L. De cette façon, la préparation de pseudo 4-désoxy-C-disaccharides, de 4-désoxy-C-disaccharides et de pseudo 4-désoxy aza-C-disaccharides a facilement été réalisée. Les rapports diastéréoisomériques de la réaction d’allylation ont été déterminés en plus de la configuration absolue des nouveaux centres stéréogéniques formés. La transformation des alcools homoallyliques en pyrannes poly hydroxylés ou en lactames poly hydroxylés a été réalisée, en plus de la déprotection de certains membres de cette famille pour une évaluation biologique préliminaire sur la concanavaline-A (Chapitre 3). Finalement, la synthèse de C-glycosides biologiquement actifs a été réalisée selon deux volets: i) préparation de 3-C-mannopyrannosyl coumarines et ii) synthèse de C-galactosides, inhibiteurs de la lectine PA-IL. Pour ce faire, le couplage de Heck a été utilisé à partir d’un ester alpha,bêta-insaturé, attaché à une unité glycosidique via des liens C-C, pour générer un dérivé glycosyl cinnamate de méthyle. Cependant, lorsque le 2-iodophénol est utilisé comme partenaire de Heck, la coumarine correspondante a été isolée. Les dérivés C-galactopyrannosyl cinnamates de méthyle représentent de bons inhibiteurs monovalents de la PA-IL avec un Kd aussi bas que 37 micro M (Chapitre 4). / Carbohydrates represent a large family of organic molecules that play key roles in various biological processes. Due to their medicinal importance, preparation of deoxy-sugars, C-glycosides and C-disaccharides have become an important topic in organic synthesis. Mostly, this thesis presents a new de novo synthesis of 4-deoxy hexopyranoses, along with the preparation of biologically relevant C-glycosides. Moreover, a special attention has been focussed on the de novo synthesis of 4-deoxy-C-disaccharides. Firstly, Jacobsen Cr(III) catalyst and a binaphthol/titanium complex have been used to catalyze enantioselective hetero-Diels-Alder reactions. The dihydropyran thus formed has been transformed into naturally occurring 4-deoxy hexopyranoses. Therefore, the ezoaminuroic acid core, a desosamine precursor and neosidomycin have been prepared following a de novo approach. Moreover, as a comparative study, neosidomycin has also been synthesized using a chiron approach from methyl alpha-D-mannopyranoside. Finally, a preliminary biological evaluation of neosidomycin has been applied on concanavalin-A (Chapter 2). Secondly, homoallylic alcohols have been generated from a stereoselective allylation on aldehyde linked via C-C bonds to a mannoside residue. Then, the homoallylic alcohols have been transformed into 4-deoxy hexopyranoses in various configurations (D or L). Thereby, the syntheses of pseudo 4-deoxy-C-disaccharides, 4-deoxy-C-disaccharides and pseudo 4-deoxy aza-C-disaccharides have been easily performed. Determinations of the diastereoisomeric ratio of the allylation reactions along with the absolute configuration of the newly formed chiral center have been easily achieved. Various members of this new family have been deprotected for a preliminary biological evaluation on concanavalin-A (Chapter 3). Finally, the syntheses of relevant C-glycosides have been realized regarding two aspects: i) 3-C-mannopyranosyl coumarin synthesis and ii) synthesis of C-galactosides as PA-IL inhibitors. Methyl glycosyl cinnamates have been isolated using a Heck coupling on alpha,beta-insaturated ester linked to glycosidic moieties via C-C bonds. However, when 2-iodophenol is used as a Heck partner, the corresponding coumarins have been isolated. C-Galactosyl methyl cinnamate derivatives represent good monovalent inhibitors with Kd as low as 37 micro M against PA-IL (Chapter 4).

During photosynthesis Plantaginaceae species can produce glucose derivatives such as iridoid glycosides and alcohol sugars that in addition to sucrose can be exported from leaves. Plantago lanceolata transported sorbitol in addition to sucrose especially at warmer leaf temperatures. However, two iridoids, catalpol and aucubin, found in P. lanceolata were not readily labelled from 14CO2 under any conditions examined. In contrast, in two greenhouse, cut-flower cultivars of Antirrhinum majus the iridoids, antirrhinoside and antirrhide, were readily 14C-labelled along with sucrose but little 14C was recovered in alcohol sugars (e.g., mannitol). The amount of 14C-partitioned into antirrhinoside increased at higher temperatures. Exposing leaves of P. lanceolata and A. majus to reduced-photorespiratory conditions (e.g. short-term CO2 enrichment and/or low O2) increased fixation and export. Under low O2 in P. lanceolata sorbitol 14C-labelling increased relative to sucrose and in A. majus 14C-labelling of sucrose increased relative to antirrhinoside. Also 14C-labelling of antirrhide increased more than antirrhinoside. During both short-term and long-term acclimation to high CO2, whole plant NCER, leaf photosynthesis and export increased in A. majus. Taken together the temperature and CO2 enrichment studies show plasticity in Plantaginaceae species to synthesize and transport sucrose and auxiliary glucose esters and alcohol sugars in a species-specific manner (depending on the rate of carboxylation).

Nous avons démontré l’utilité du groupement protecteur tert-butylsulfonyle (N-Bus) pour la chimie des acides aminés et des peptides. Celui-ci est préparé en deux étapes, impliquant la réaction d’une amine avec le chlorure de tert-butylsulfinyle, suivie par l’oxydation par du m-CPBA, pour obtenir les tert-butylsulfonamides correspondants avec d’excellents rendements. Le groupement N-Bus peut être clivé par traitement avec 0.1 N TfOH/DCM/anisole à 0oC en 10h pour régénérer le sel d’ammonium. Une variété d’acides aminés N-Bus protégés ainsi que d’autres aminoacides peuvent alors être utilisés pour préparer divers dipeptides et tripeptides. A l’exception du groupe N-Fmoc, les conditions de déprotection du groupe N-Bus clivent également les groupements N-Boc, N-Cbz et O-Bn. Une déprotection sélective et orthogonale des groupes N-Boc, N-Cbz, N-Fmoc et O-Bn est également possible en présence du groupe protecteur N-Bus. Le nouvel acide aminé non-naturel (3R, 2R) 3–méthyl-D-leucine (β-Me-Leu) et son régioisomère 2-méthyle ont été synthétisés par ouverture d’une N-Ts aziridine en présence d’un excès de LiMe2Cu. Chacun des régioisomères du mélange (1:1,2) a été converti en la méthylleucine correspondante, puis couplé à l’acide D-phényllactique puis au motif 2-carboxyperhydroindole 4-amidinobenzamide en présence de DEPBT. Des élaborations ultérieures ont conduit à des analogues peptidiques non-naturels d’aeruginosines telles que la chlorodysinosine A. Les deux analogues ont ensuite été évalués pour leur activité inhibitrice de la thrombine et la trypsine. La présumée aeruginosine 3-sulfate 205B et son anomère β ont été synthétisés avec succès à partir de 5 sous-unités : la 3-chloroleucine, l’acide D-phényllactique, le D-xylose, le 2-carboxy-6-hydroxyoctahydroindole et l’agmatine. La comparaison des données RMN 1H et 13C reportées avec celles obtenues avec l’aeruginosine synthétique 205B révèle une différence majeure pour la position du groupe présumé 3'-sulfate sur l’unité D-xylopyranosyle. Nous avons alors synthétisés les dérivés méthyl-α-D-xylopyranosides avec un groupement sulfate à chacune des positions hydroxyles, afin de démontrer sans ambiguïté la présence du sulfate en position C-4' par comparaison des données spectroscopiques RMN 1H et 13C. La structure de l’aeruginosine 205B a alors été révisée. Une des étapes-clés de cette synthèse consiste en la formation du glycoside avec le groupe hydroxyle en C-6 orienté en axial sur la sous-unité Choi. Le 2-thiopyridylcarbonate s’est avéré une méthode efficace pour l’activation anomérique. Le traitement par AgOTf et la tétraméthylurée en solution dans un mélange éther-DCM permet d’obtenir l’anomère α désiré, qui peut alors être aisément séparé de l’anomère β par chromatographie / We have demonstrated the usefulness of tert-butylsulfonyl (N-Bus) protecting group in amino acid and peptide chemistry. It is formed in a 2-step procedure involving reaction of an amine with tert-butylsulfinyl chloride, followed by oxidation with m-CPBA to obtain the corresponding tert-butyl- sulfonamides in excellent yields. The N-Bus group can be cleaved to regenerate the corresponding amino salt in 0.1 N TfOH/DCM/anisole at 0 oC for 10 h. A variety of N-Bus protected amino acids and other common amino acids can be used to form dipeptides and tripeptides. With the exception of the N-Fmoc group, the conditions required for the N-Bus group cleavage also cleaved the N-Boc, N-Cbz and O-Bn groups. Selective and orthogonal deprotection of N-Boc, N-Cbz, N-Fmoc and O-Bn groups could be achieved in the presence of the N-Bus protecting group. The new unnatural amino acids (3R, 2R) 3–methyl-D-leucine (β-Me-Leu) and its 2-methyl regioisomer were synthesized by ring opening of an N-Ts aziridine intermediate with excess LiMe2Cu. The 1:1.2 mixture of regioisomers were each converted to the corresponding methyl leucines, then coupled to D-phenyllactic acid, followed by coupling with 2-carboxyperhydroindole 4-amidino-benzamide core in the presence of DEPBT. Further elaboration led to linear peptidic unnatural analogues of known aeruginosins such as chlorodysinosin A. The two analogues were also evaluated in enzymatic assays for their inhibitory activity against thrombin and trypsin. The presumed 3-sulfated aeruginosin 205B and its β–anomer were successfully synthesized from 5 subunits: 3-chloroleucine, D-phenyllactic acid, D-xylose, 2-carboxy-6-hydroxyoctahydroindole, and agmatine. Comparison of 1H and 13C NMR reported data with that of synthetic aeruginosin 205B revealed a disturbing discrepancy with regard to the position of the presumed 3'-sulfate on the D-xylopyranosyl unit. We synthesized methyl α-D-xylopyranosides with sulfates at each of the hydroxyl groups and conclusively demonstrated the the presence of a C-4'-sulfate by comparison of the 1H and 13C NMR spectroscopic data. Thus, the structure of aeruginosin 205B should be revised. One of the key steps in the synthesis is glycoside formation of the axially oriented C-6 hydroxyl group in the Choi subunit. The 2-thiopyridyl carbonate was a suitable method for anomeric activation, followed by treatment with AgOTf and tetramethylurea in ether-DCM solution to give the desired α-anomer, which was easily separable from the β-anomer by column chromatography.

This thesis examines the cytochrom P450 (CYP) drug metabolizing enzyme inhibition and antimicrobial properties of 46 common food plants available in the Canadian Market and the inhibitory properties of 17 traditional Cree antidiabetic medicines on aldose reductase. Inhibitory activity profiles of CYP 3A4, 3A5, 3A7 and 2D6 were created for the 46 samples. The most active plants in the CYP inhibition assay were the spices, belonging to the Apiaceae and Lamiaceae. Similarly, the most active plants in the antimicrobial assay were also the Apiaceae and Lamiaceae. Swine lens homogenate was tested as a novel model for the aldose reductase inhibition assay. Several Cree plants selected for the aldose reductase study showed a high activity, primarily in samples which also contained high levels of phenolics. A positive correlation was observed between total phenolics content and aldose reductase inhibition r2=0.44, p=0.05. Crude extracts of Rhododendron groenlandicum exhibited inhibitory activities of 35.11 ± 0.16 %. The subfractionation and HPLC analysis of R. groenlandicum revealed high levels of phenolics compounds including, catechin, epicatechin, quercetin and quercetin glycosides. This study found that medicinal and food plants contain phytochemicals that may have both beneficial and detrimental biological effects. / Nous avons étudié dans cette thèse les capacités de 46 plantes comestibles, disponibles sur le marché canadien, à inhiber le cytochrome P450 (CYP), enzyme responsable du métabolisme des médicaments, les propriétés antimicrobiennes, et les propriétés inhibitrices de l'aldose réductase à partir de 17 médicaments antidiabétiques traditionnellement utilisés par les Cris. Les profils de l'activité inhibitrice du CYP 3A4, 3A5, 3A7 et 2D6 ont été réalisés pour les 46 plantes à l'étude. Les plantes les plus actives dans le test d'inhibition du CYP furent les épices, plantes appartenant aux familles des Apiaceae et Lamiaceae. De même, les plantes les plus actives dans le bioessai antimicrobien furent aussi les plantes de ces deux mêmes familles. Un homogénat de cristallin de porc a été utilisé comme modèle nouveau pour le test d'inhibition de l'aldose réductase. Plusieurs plantes, utilisées par la nation Cri, qui ont été sélectionnées pour l'étude ont montré une forte activité inhibitrice de l’aldose réductase, principalement dans les échantillons qui contenaient des teneurs élevées en composés phénoliques. Une corrélation positive a été observée entre la teneur totale en composés phénoliques et l'inhibition de l'aldose réductase (r2 = 0.44, p = 0.05). Des extraits bruts de Rhododendron groenlandicum ont montré des activités inhibitrices de 35.11 ± 0.16%. Le sous-fractionnement et l'analyse HPLC de R. groenlandicum ont aussi révélé des teneurs élevées des composés phénoliques, incluant la catéchine, l'épicatéchine, la quercétine et les glycosides de quercétine. Cette étude a montré que les plantes médicinales et alimentaires contiennent des composés phytochimiques qui peuvent avoir à la fois des effets biologiques bénéfique et préjudiciable.

This thesis examines the cytochrom P450 (CYP) drug metabolizing enzyme inhibition and antimicrobial properties of 46 common food plants available in the Canadian Market and the inhibitory properties of 17 traditional Cree antidiabetic medicines on aldose reductase. Inhibitory activity profiles of CYP 3A4, 3A5, 3A7 and 2D6 were created for the 46 samples. The most active plants in the CYP inhibition assay were the spices, belonging to the Apiaceae and Lamiaceae. Similarly, the most active plants in the antimicrobial assay were also the Apiaceae and Lamiaceae. Swine lens homogenate was tested as a novel model for the aldose reductase inhibition assay. Several Cree plants selected for the aldose reductase study showed a high activity, primarily in samples which also contained high levels of phenolics. A positive correlation was observed between total phenolics content and aldose reductase inhibition r2=0.44, p=0.05. Crude extracts of Rhododendron groenlandicum exhibited inhibitory activities of 35.11 ± 0.16 %. The subfractionation and HPLC analysis of R. groenlandicum revealed high levels of phenolics compounds including, catechin, epicatechin, quercetin and quercetin glycosides. This study found that medicinal and food plants contain phytochemicals that may have both beneficial and detrimental biological effects. / Nous avons étudié dans cette thèse les capacités de 46 plantes comestibles, disponibles sur le marché canadien, à inhiber le cytochrome P450 (CYP), enzyme responsable du métabolisme des médicaments, les propriétés antimicrobiennes, et les propriétés inhibitrices de l'aldose réductase à partir de 17 médicaments antidiabétiques traditionnellement utilisés par les Cris. Les profils de l'activité inhibitrice du CYP 3A4, 3A5, 3A7 et 2D6 ont été réalisés pour les 46 plantes à l'étude. Les plantes les plus actives dans le test d'inhibition du CYP furent les épices, plantes appartenant aux familles des Apiaceae et Lamiaceae. De même, les plantes les plus actives dans le bioessai antimicrobien furent aussi les plantes de ces deux mêmes familles. Un homogénat de cristallin de porc a été utilisé comme modèle nouveau pour le test d'inhibition de l'aldose réductase. Plusieurs plantes, utilisées par la nation Cri, qui ont été sélectionnées pour l'étude ont montré une forte activité inhibitrice de l’aldose réductase, principalement dans les échantillons qui contenaient des teneurs élevées en composés phénoliques. Une corrélation positive a été observée entre la teneur totale en composés phénoliques et l'inhibition de l'aldose réductase (r2 = 0.44, p = 0.05). Des extraits bruts de Rhododendron groenlandicum ont montré des activités inhibitrices de 35.11 ± 0.16%. Le sous-fractionnement et l'analyse HPLC de R. groenlandicum ont aussi révélé des teneurs élevées des composés phénoliques, incluant la catéchine, l'épicatéchine, la quercétine et les glycosides de quercétine. Cette étude a montré que les plantes médicinales et alimentaires contiennent des composés phytochimiques qui peuvent avoir à la fois des effets biologiques bénéfique et préjudiciable.

Les glycosides cardiotoniques sont des inhibiteurs des pompes sodium / potassium utilisés pour le traitements des insuffisances cardiaques, qui détiennent également des activités anticancéreuses et épigénétiques récemment caractérisées. Toutefois, dans l’objectif de repositionner ces médicaments comme traitement anticancéreux, les mécanismes sousjacents aux activités anticancéreuses et épigénétiques des glycosides cardiotoniques restent à être déterminés. Dans nos travaux, nous révélons que la proscillaridine A est le glycoside cardiotonique qui détient des activités anticancéreuses et épigénétiques les plus puissantes dans des lignées de cancer du côlon, de leucémies et de sarcomes pédiatrique. De plus, nous avons identifié que l’activité anticancéreuse de la proscillaridine A corrèle positivement avec le niveau d’expression protéique du proto-oncogène MYC dans un panel de 14 lignées cellulaires cancéreuses. Dans les lignées cellulaires exprimants un haut niveau de MYC telles que les lignées leucémiques, la proscillaridine A agit comme un inhibiteur de MYC et module sa stabilité protéique ainsi que la régulation transcriptionnelle et translationnelle de ces cibles. Cette inhibition est induite par la baisse significative de l’expression des enzymes épigénétiques les lysines acétyltransférases (KATs), qui contrôlent l’ajout des résidus d’acétylcoenzyme A sur les histones et sur d'autres protéines dont MYC. La baisse d’expression des KATs résultent à une baisse de l’acétylation des résidus de l’histone 3 et à une reprogrammation de l’acétylome des cellules cancéreuses surexprimant MYC. Ces changements au niveau de la chromatine induisent une reprogrammation transcriptionnelle et phénotypique des cellules surexprimant MYC, qui se traduit par une perte de la transcription des programmes oncogéniques et l’induction des programmes associés à la différenciation cellulaire. Pour finir, nous avons évalué le potentiel synergique anticancéreux et épigénétique de la proscillaridine A avec le médicament épigénétique la décitabine dans des lignées cancéreuses exprimants des niveaux différentiels de MYC. Dans une lignée résistante à la proscillaridine A et exprimant de faible niveau de MYC (lignée de cancer de côlon), la décitabine et la proscillaridine A démontrent des activités épigénétiques synergiques tandis que dans une lignée sensible à la proscillaridine A et surexprimant MYC (lignée de sarcome pédiatrique), la décitabine et la proscillaridine A démontrent des activités antiprolifératives synergiques. Dans ces travaux, nous avons donc démontré le potentiel de repositionner la proscillaridine A dans les cancers surexprimant MYC. Également, nous démontrons le potentiel synergique anticancéreux et épigénétique de la proscillaridine A avec la décitabine et nous suggérons d’étudier cette combinaison de médicaments dans les cancers plus résistants à la proscillaridine A. / Cardiac glycosides are sodium/potassium pomps’ inhibitors used for the treatment of heart failure, and whose anticancer and epigenetic activities have been recently characterized. However, in order to repurpose cardiac glycosides as anticancer drugs, mechanistic studies are required to identify the anticancer and epigenetic mechanism of actions. In our experiments, proscillaridin A exhibited the most powerful anticancer and epigenetic activities in colon cancer, leukemia, and sarcoma cell lines. Moreover, we demonstrated that in a panel of 14 cancer cell lines, proscillaridin A anticancer activities positively correlated with MYC protooncogene expression level. In high MYC expressing cell lines such as leukemia, proscillaridin A inhibited MYC expression through protein destabilization and through transcriptomic and translational regulation of MYC targets. Theses inhibitions are induced by the loss of lysine acetylatransferase (KAT) expressions, which are epigenetic enzymes controlling the addition of acetyl-coenzyme A on histones and other proteins such as MYC. KAT inhibitions are responsible for the global loss of histone 3 acetylation and acetylome reprogrammation in high MYC expressing cancer cells. These chromatin changes induced transcriptomic and phenotypic reprogrammation, defined by a loss of the transcription of oncogenic programs and the induction of cell differentiation. To finish, we evaluated the anticancer and epigenetic synergic potential of proscillaridin A in combination with the epigenetic drug the decitabine in cancer cell lines expressing different MYC levels. In a cancer cell line resistant to proscillaridin A treatments and expressing low MYC level (colon cancer cell line), the combination of decitabine and proscillaridin A demonstrated synergistic epigenetic activity although, in a cell line sensitive to proscillaridin A treatments and expressing high MYC level (sarcoma cell line), the combination of decitabine and proscillaridin A exhibited synergistic anti-proliferative activity. To conclude, we highlighted the potential of repurposing proscillaridin A as an anticancer treatment in high MYC expressing cells. Furthermore, we demonstrated the anticancer and epigenetic synergistic potential of proscillaridin A in combination with decitabine and we propose to study the drug combination in cancers that are resistant to proscillaridin A treatment.

Glycosphingolipids (GSLs), composed of a polar saccharide head and a lipophilic ceramide tail, are ubiquitous components of the plasma membrane of eukaryotic cells. They serve in many regulatory capacities and have antigenic properties towards natural killer T (NKT) cells of the innate immune system. Critical to the recognition of glycosylceramides by NKT cells are antigen presenting cells (APC), such as dendritic cells, which are responsible for binding, processing, and delivery of ligands to these lymphocytes. This event is mediated by CD1d, a major histocompatibility complex-like protein expressed on the surface of APCs, which binds GSL antigens by the ceramide moiety and presents the polar group to the T cell receptors of CD1d-restricted cells. The subsequent immune response involves NKT cell proliferation and emission of numerous cytokines, such as interferon-gamma (IFN-gamma) and interleukin-4 (IL-4), resulting in the stimulation of the innate and adaptive immune systems through maturation of APCs, activation of T cells, and secretion of antibodies by B cells. To understand the structure-activity relationship between GSLs and NKT cell activity and the requirements for intracellular processing of antigens, analogs of the model compound alphaGalCer (KRN-7000) have been synthesized. These include fluorophore-appended 6”-amino-α-galactosylceramides and N-alkenoyl GSLs, such as PBS-57, a potent alphaGalCer surrogate useful in NKT cell stimulation studies. A nonantigenic beta-C-galactosylceramide has also been prepared as an inhibitor of these innate lymphocytes. To probe the potential for using NKT cells to bias the immune system between the proinflammatory TH1 response or the immunomodulatory TH2 mode, versions of alphaGalCer with shortened ceramides have been created. One of these truncated analogs, PBS-25, has successfully been cocrystallized with CD1d and the binary complex structure solved by X-ray crystallography. Synthetic glycosphingolipids derived from Novosphingobium capsulatum and Sphingomonas paucimobilis have also been made. In assays with classical Valpha14i/Valpha24i NKT cell lines, these Gram-negative bacterial antigens were recognized directly and specifically by host immune systems through CD1d-restriction, unlike GSL-deficient microbes (e.g., Salmonella typhimurium). A search for other GSL-bearing alpha-proteobacteria led to the discovery of another natural glycosphingolipid, an N-alkenoylphytosphingoid-alpha-galactoside, isolated from the outer membrane of Ehrlichia muris.

N-glycosylation is the most common eukaryotic post-translational modification, impacting on protein stability, folding, and protein-protein interactions. More broadly, N-glycans play biological roles in reaction kinetics modulation, intracellular protein trafficking, and cell-cell communications. The machinery responsible for the initial stages of N-glycan assembly and processing is found on the membrane of the endoplasmic reticulum. Following N-glycan transfer to a nascent glycoprotein, the enzyme Processing α-Glucosidase I (GluI) catalyzes the selective removal of the terminal glucose residue. GluI is a highly substrate-specific enzyme, requiring a minimum glucotriose for catalysis; this glycan is uniquely found in biology in this pathway. The structural basis of the high substrate selectivity and the details of the mechanism of hydrolysis of this reaction have not been characterized. Understanding the structural foundation of this unique relationship forms the major aim of this work. To approach this goal, the S. cerevisiae homolog soluble protein, Cwht1p, was investigated. Cwht1p was expressed and purified in the methyltrophic yeast P. pastoris, improving protein yield to be sufficient for crystallization screens. From Cwht1p crystals, the structure was solved using mercury SAD phasing at a resolution of 2 Å, and two catalytic residues were proposed based upon structural similarity with characterized enzymes. Subsequently, computational methods using a glucotriose ligand were applied to predict the mode of substrate binding. From these results, a proposed model of substrate binding has been formulated, which may be conserved in eukaryotic GluI homologs.

N-glycosylation is the most common eukaryotic post-translational modification, impacting on protein stability, folding, and protein-protein interactions. More broadly, N-glycans play biological roles in reaction kinetics modulation, intracellular protein trafficking, and cell-cell communications. The machinery responsible for the initial stages of N-glycan assembly and processing is found on the membrane of the endoplasmic reticulum. Following N-glycan transfer to a nascent glycoprotein, the enzyme Processing α-Glucosidase I (GluI) catalyzes the selective removal of the terminal glucose residue. GluI is a highly substrate-specific enzyme, requiring a minimum glucotriose for catalysis; this glycan is uniquely found in biology in this pathway. The structural basis of the high substrate selectivity and the details of the mechanism of hydrolysis of this reaction have not been characterized. Understanding the structural foundation of this unique relationship forms the major aim of this work. To approach this goal, the S. cerevisiae homolog soluble protein, Cwht1p, was investigated. Cwht1p was expressed and purified in the methyltrophic yeast P. pastoris, improving protein yield to be sufficient for crystallization screens. From Cwht1p crystals, the structure was solved using mercury SAD phasing at a resolution of 2 Å, and two catalytic residues were proposed based upon structural similarity with characterized enzymes. Subsequently, computational methods using a glucotriose ligand were applied to predict the mode of substrate binding. From these results, a proposed model of substrate binding has been formulated, which may be conserved in eukaryotic GluI homologs.