MIACYC — Elucider la machinerie enzymatique catalysant une cyclisation atypique d’alcaloïdes indoliques monoterpéniques à des fins d’ingénierie métabolique

La diversité moléculaire des alcaloïdes repose sur une machinerie enzymatique complexe amenant la formation de structures uniques, responsables de propriétés pharmacologiques spécifiques. Depuis quelques années et en particulier durant cette période, l’utilisation médicamenteuse de ces alcaloïdes est sérieusement affectée par des limites d’approvisionnement causées par leur faible synthèse in planta et par la surexploitation des ressources naturelles dont ils sont issus. Elucider les voies de biosynthèse correspondantes pourrait apporter des solutions en permettant le transfert de ces voies dans des organismes hétérologues pour un approvisionnement alternatif d’alcaloïdes d’intérêts par ingénierie métabolique. A l’heure où les principales voies de biosynthèse ont été identifiées, il apparaît indispensable de se concentrer maintenant sur les réactions plus originales assurant la formation d’alcaloïdes moins emblématiques mais dont le potentiel reste important. MIACYC propose ainsi de développer une procédure efficace d’élucidation de voies via l’identification des enzymes impliquées dans une cyclisation atypique de trois alcaloïdes majeurs (pléiocarpamine, vincamine et strychnine) puis d’assurer leur synthèse en levure et à terme celle de leur dérivés. Cette procédure d’élucidation originale repose sur la combinaison d’approches d’étude à l’échelle « single cell » de l’accumulation des alcaloïdes et des transcrits spécifiquement exprimés dans chaque type cellulaire pour tirer profit des compartimentations spatiales spécifiques existantes chez les plantes accumulatrices d’alcaloïdes et en particulier Alstonia sp. Le transfert en levures des gènes ainsi identifiés par CRISPR/Cas9 au niveau de hot-spots du génome permettra la création de « cellules usines » facilement cultivables pour la production d’alcaloïdes en bioréacteurs. Enfin, enrichir et combiner le panel d’enzymes de synthèse permettra de synthétiser de nouveaux composés aux propriétés variées.