Des cher­cheurs gre­no­blois ont décou­vert 79 nou­velles enzymes, “ciseaux à sucres”

Des cher­cheurs gre­no­blois ont décou­vert 79 nou­velles enzymes, “ciseaux à sucres”

FIL INFO – Des scien­ti­fiques gre­no­blois du Centre de recherches sur les macro­mo­lé­cules végé­tales ont réussi à déter­mi­ner les fonc­tions de 79 nou­velles enzymes capables de dégra­der des sucres com­plexes. Ces résul­tats, publiés le 4 mars der­nier dans la revue scien­ti­fique amé­ri­caine PNAS, ouvrent des pers­pec­tives cou­vrant les domaines des bio­éner­gies aux cos­mé­tiques en pas­sant par la nutrition.

Cellulose d'un mouchoir en papier grossie 200 fois en lumière polarisée. DR

Cellulose (glu­cide com­plexe) d’un mou­choir en papier gros­sie 200 fois en lumière pola­ri­sée. DR

La dégra­da­tion des glu­cides ou sucres com­plexes, macro­mo­lé­cules très diver­si­fiées (voir enca­dré), requiert une grande variété d’enzymes. Autrement dit, de “ciseaux à sucres” de taille molé­cu­laire qui cassent les liai­sons entre leurs briques élémentaires.

En quelques semaines seule­ment, des scien­ti­fiques gre­no­blois du Centre de recherche sur les macro­mo­lé­cules végé­tales (Cermav) du Centre natio­nal de la recherche scien­ti­fique (CNRS) ont réussi à déter­mi­ner la fonc­tion de 79 nou­veaux spé­ci­mens de ces enzymes. Et, du même coup, ont décou­vert treize nou­velles familles de “ciseaux à sucres”. Une per­for­mance que cette mois­son en un temps record ! Le contraste est sai­sis­sant avec le siècle der­nier où, en cent ans, les scien­ti­fiques ont décrit moins de 200 familles de “ciseaux à sucres”.

Les résul­tats* de leurs tra­vaux ont été publiés le 4 mars der­nier dans la revue scien­ti­fique amé­ri­caine Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Une accé­lé­ra­tion des décou­vertes grâce aux méthodes de bio-informatique

Pour obte­nir une telle accé­lé­ra­tion des décou­vertes, les cher­cheurs gre­no­blois ont fait appel à des géné­ti­ciens du labo­ra­toire Architecture et fonc­tion des macro­mo­lé­cules bio­lo­giques (AFBM)** d’Aix-Marseille.

Enzymes cristallisés pour déterminer leur structure tridimensionnelle. © Marie-Line Garron/AFMB/CNRS-AMU

Cristal d’en­zyme uti­lisé pour déter­mi­ner sa struc­ture tri­di­men­sion­nelle. © Marie-Line Garron-AFMB-CNRS-Amu

Ces der­niers ont uti­lisé des méthodes de bio-infor­ma­tique pour recher­cher dans des mil­liers de génomes, des gènes sus­cep­tibles de coder ces pro­téines spé­ci­fiques. Ils ont ensuite pro­duit les enzymes cor­res­pon­dant à 560 de ces séquences.

C’est là que les cher­cheurs gre­no­blois ont pris le relais pour les tes­ter. Comment ? En expo­sant ces der­nières à plus de 200 sucres dif­fé­rents. Autant d’ex­pé­riences qui les ont conduits à décou­vrir la fonc­tion de 79 d’entre elles.

Les fonc­tions de 243 « ciseaux à sucre » res­tent encore à découvrir

La pro­chaine étape pour les cher­cheurs gre­no­blois ? Identifier la fonc­tion des 243 autres pro­téines fabri­quées par l’AFBM. Et pour­suivre la décou­verte de nou­veaux “ciseaux” dans l’a­bysse des enzymes des sucres com­plexes. C’est peu dire, sachant que grâce au seul méta­gé­nome du monde micro­bien de notre intes­tin (ou micro­biote intes­ti­nal), les cher­cheurs estiment déjà la diver­sité de ces enzymes : il y en aurait entre 60 et 70 000***.

Structure tridimensionnelle d’un enzyme "ciseau à sucres" (en vert) entouré de molécules d’un glucide complexe. © Marie-Line Garron/AFMB/CNRS-AMU

Structure tri­di­men­sion­nelle d’une enzyme « ciseau à sucres » (en vert) entou­rée de molé­cules d’un glu­cide com­plexe. © Marie-Line Garron-AFMB-CNRS-Amu

Une tra­vail gigan­tesque qui vise certes à une meilleure com­pré­hen­sion du vivant. Mais pas seule­ment. Le jeu en vaut aussi éco­no­mi­que­ment la chan­delle. De fait, ces enzymes pour­raient ser­vir d’outils molé­cu­laires dans dif­fé­rents domaines. Notamment ceux des bio­éner­gies, des cos­mé­tiques ou encore de la nutrition.

VM

* Discovery of novel car­bo­hy­drate-active enzymes through the ratio­nal explo­ra­tion of the pro­tein sequences space, William Helbert, Laurent Poulet, Sophie Drouillard, Sophie Mathieu, Mélanie Loiodice, Marie Couturier, Vincent Lombard, Nicolas Terrapon, Jeremy Turchetto, Renaud Vincentelli et Bernard Henrissat. PNAS, 4 mars 2019. DOI : 10.1073/pnas.1815791116

** CNRS-Aix-Marseille Université

*** À titre de com­pa­rai­son, le génome humain contient l’information pour fabri­quer seule­ment une dou­zaine de “ciseaux à sucre” différents.

En savoir (un peu) plus sur les sucres complexes

Les sucres (ou glu­cides) com­plexes jouent des rôles mul­tiples et essen­tiels dans le monde vivant : élé­ments de struc­ture comme la cel­lu­lose, prin­ci­pal consti­tuant de la paroi des cel­lules végé­tales ; ou sub­stances de réserve éner­gé­tique telles que l’ami­don chez les végé­taux et le gly­co­gène chez les ani­maux ; mais aussi signaux molé­cu­laires comme dans les groupes san­guins.

Grains d’amidon dans une cellule végétale observée au microscope. DR

Grains d’amidon dans des cel­lules végé­tales aux parois dis­tinctes obser­vées au micro­scope. DR

Cette variété de fonc­tions repose sur des struc­tures elles aussi très diverses, liées à la mul­ti­pli­cité des briques élé­men­taires les consti­tuant. Des briques faites de sucres simples, dont on peut citer le glu­cose et le fruc­tose pour les plus connus d’entre eux. Mais ce n’est pas tout, la diver­sité de ces glu­cides s’ex­plique aussi par les dif­fé­rentes façons dont ces élé­ments de base s’agencent au sein des sucres complexes.

Véronique Magnin

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