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Institut des Sciences Moléculaires de Marseille ISM2/BiosCiences UMR CNRS 7313 Aix-Marseille UniversitéCampus Scientifique de Saint Jérôme,avenue Escadrille Normandie-Niemen,13397 Marseille cedex 20
Métallo-Enzymes Artificielles
Marius REGLIER
vendredi 14 décembre 12
Synthetic biology is the design and construction of new biological entities such as enzymes, genetic circuits, and cells or the redesign of existing biological systems.
Synthetic biology builds on the advances in molecular, cell, and systems biology and seeks to transform biology in the same way that synthesis transformed chemistry and integrated circuit design transformed computing.
The element that distinguishes synthetic biology from traditional molecular and cellular biology is the focus on the design and construction of core components (parts of enzymes, genetic circuits, metabolic pathways, etc.) that can be modeled, understood, and tuned to meet specific performance criteria, and the assembly of these smaller parts and devices into larger integrated systems that solve specific problems.
Biologie Synthétique
vendredi 14 décembre 12
Club Métallo: Des enzymes aux modèles et vice versa
M� M�
Métalloproteine
Modèlebiomimetique/bioinspiré
S
S
P
P
vendredi 14 décembre 12
Hémoprotéines
FeIIIOH2
S
NO H
FeIIIOH2
N
NH
NH
O
FeIIIOH2
O
NO H
NH
N
HN
N
HOOC
HOOC
protoporphyrine IX
CP450 CatalaseHb, Mb, PeroxydaseSOD
vendredi 14 décembre 12
Elles ont tout d’une grande
E Rose, B Andrioletti, S Zrig, M Quelquejeu-Ethève Chem Soc Rev 2005, 34, 573-583
Chimio, régio et enantio-selectivités
Nombre d’étapes et difficulté de synthèse
vendredi 14 décembre 12
Des enzymes et des modèles aux Artzymes
M
Protéines
Complexes
M
3 approches(i) création; (ii) adaptation et (iii) modification
d’un environnement protéique autours d’un centre ou complexe métallique
vendredi 14 décembre 12
1) Création : Abzymes, du Tricot Moléculaire
M
vendredi 14 décembre 12
Anticorps anti-porphyrineà activité peroxydase
S de Lauzon, B Desfosses, D Mansuy, JP Mahy FEBS Lett 1999, 443, 229-234.
R = H ou COOH
N
NN
N
R
R
R
R
Fe
Fe(MoCPP)13G10/Fe(MoCPP)14H7/Fe(MoCPP)
N
SNN
S
NO3S
SO3
N
SNN
S
NO3S
SO3
H2O2Catalyseur
vendredi 14 décembre 12
Structure d’un anticorps anti-porphyrine
V Muñoz Robles, JD Maréchal, A Bahloul, MA Sari, JP Mahy, B Golinelli-Pimpaneau PLoS One 2012, sous presse
13G1014H7
13G10/Fe(MoCPP)
vendredi 14 décembre 12
1) Création : Construction de novo
STR Walsh et al. PNAS 1999, 96, 5486
abcdefg abcdefg abcdefgMGS WAEFKQR LAAIKTR LQAL SEAE LAAFEKE IAAFESE LQAYNPE VEALRKE AAAIRDE LQAYRHN
3 helix bundle
vendredi 14 décembre 12
Superoxyde dismutase à Manganèse
O Iranzo
MGS WAEFKQR LAAIKTR HQAL SEAE DAAHEKE IAAFESE LQAYNPE VEALRKE AAAIRDE HQAYRHN
Site actif Mn-SOD
Mn
2 O2- + 2 H+ O2 + H2O2
vendredi 14 décembre 12
Bactérie usine à production de ligands
peptide ADNc
Plasmide
Bactérie
Productionde peptides
vendredi 14 décembre 12
Accessibilité à une très grande variété de sites métalliques
His$
His$
Glu$
H2O$
His$
Cys$Cys$
H2O$
Les classiques
H2N C CCH2
OHO
NN
H
H2N C CCH2
OHO
Ru
H
H2N C CCH2
OHO
PR2
H
H2N C CCH2
OHOH
Ru
Les moins classiques
Pd, Pt, Ru …Fe, Cu, Co, Zn
Mo …
vendredi 14 décembre 12
J Xie, W liu, PG Schultz Angew Chem Int Ed Engl 2007, 46, 9239-9242
A Genetically Encoded Bidentate,Metal-Binding Amino Acid
vendredi 14 décembre 12
2) Adaptation : Ajustage Moléculaire
Protéine Métal Fonction Auteur
Myoglobine Cr- et Mn-salen Oxydation Y Watanabe
Avidine Rh et Ru Oxydation, réduction T Ward, M Salmain
Albumine Mn-salen Oxydation S Ménage
Papaïne Arene-Ru Réduction M Salmain
Ferritine Pd, Ag, CdS, Fe3O4 … Catalyseur et matériaux Y Watanabe
Xylanase GH10 Porphyrine de Fe et Mn Oxydation JP Mahy
NikA Complexe de Fe Oxydation S Ménage
M� M� M� M�
vendredi 14 décembre 12
Xylanase GH10/Mn(TpCPP)
M Allard, C Dupont, V Muñoz Roble, N Doucet, A Lledós, JD Marchal, A Urvoas, JP Mahy, R Ricoux ChemBioChem 2012, 13, 240-251
CH3O CH3O
OKHSO516%
80% ee
vendredi 14 décembre 12
NikA/Fe(EDDA)
C Cavazza, C Bochot, P Rousselot-Pailley, P Carpentier, MV Cherrier, JL Martin, C Marchi-Delapierre, JC Fontecilla-Camps, S Ménage Nat Chem 2010, 2, 1069-1076
vendredi 14 décembre 12
3) Modification : Les cupines, une famille formidable
CupineDouble Stranded β-Helix β-Barrel (DSBH)Jimonji
Métalloenzymes (Mn, Fe, Cu …)Grande variété de fonction (hydrolase,
oxygénase, oxydase …)
Germine (3 His + 1 Glu) 2-OG oxygénase (2 His + 1 Asp)
FeMn, Cu, Fevendredi 14 décembre 12
NH2His
His
OFe
O
O
O
O O
ACCO-Fe(II)
O2 + réducteur+
COO
NH3
H H
H HCO2 + H—CN
ACC oxydase (ACCO)
Asc.
ACCO-PH IKGLRAHTDAGGIILLFQDDK VITNGKYKSVMHTVIA
J Simaanvendredi 14 décembre 12
Anthocyanidine Synthase (ANS)
O
His
His
OFe
O
O
O
O O
COOH
O2
- CO2 - H2O
+ +
ACCO-PH IKGLRAHTDAGGIILLFQDDK VITNGKYKSVMHTVIA ANS-AT ALGVEAHTDVSALTFILHNM- ILSNGKYKSILHRGLV
vendredi 14 décembre 12
Quercétinase (QUER)
ACCO-PH IKGLRAHTDAGGIILLFQDDK VITNGKYKSVMHTVIA ANS-AT ALGVEAHTDVSALTFILHNM- ILSNGKYKSILHRGLVQUER-BSa GDAFPLHVHKDTHEGILVLDG GDYANIPAGTPHSYRM
O
OH
OH
OOH
HO
OH+ O2
O
OH
OH
OOH
HO
OOH
+ CO
QUER
Cu(II) ou Mn(II)
Substrat de l’ANS
vendredi 14 décembre 12
ANS/Quercétinase
ANS-AT ALGVEAHTDVSALTFILHNM- ILSNGKYKSILHRGLV
ANSD243H ALGVEAHTHVSALTFILHNM- ILSNGKYKSILHRGLVANST239E ALGVEAHTDVSALEFILHNM- ILSNGKYKSILHRGLVANSD/T ALGVEAHTHVSALEFILHNM- ILSNGKYKSILHRGLV
QUER-BSa GDAFPLHVHKDTHEGILVLDG GDYANIPAGTPHSYRM
U/min 0
318
106
130
O
OH
OH
OOH
HO
OH+ O2
O
OH
OH
OOH
HO
OOH
+ CO
QUER
Cu(II) ou Mn(II)
J Simaan
vendredi 14 décembre 12
Vers la fin du vapocracker ?
OHis
His
OFe
O
O
O
O O
COOH
III
His
His
OFe
O
O
O
O
COOH
VHis
His
OFe
O
O
O COOH
II- CO2 R-H
+ R-OH
SMe
COOHH2N H2N COOHO
HO
OH
O
HACCS ACCO 2-OG
+
vendredi 14 décembre 12
Remerciements
Thierry Tron (CR1 CNRS)Renaud Hardré (MCF)Jalila Simaan (CR1 CNRS)Bruno Faure (MCF)Olga Iranzo (CR1 CNRS)
ArtZymes 2013 in Marseille 21 au 24 juillet 2013
JP Mahy (ICMMO, Orsay)
S Ménage (LCBM, Grenoble)
M Salmain (ENSCP, Paris)
J Fontecilla-Camps (IBS, Grenoble)
Club Métalloprotéines et modèles (GIS CNRS)
vendredi 14 décembre 12