Multidisciplinary studies of key aspects of polyketides biosynthesis by modular polyketide synthases

Les polykétides sont des composés naturels. Ces composés possèdent des rôles thérapeutiques variés tels que antifongiques, antibiotiques, anticancéreux, immunosuppresseurs ou encore anticholestérolémiques. Par conséquent, la recherche de nouvelles structures possédant des bioactivités diverses se révèlent être intéressante. Une stratégie prometteuse pour créer des nouveaux polykétides est l’ingénierie génétique des enzymes synthétisant ces molécules, les polykétide synthases modulaires (PKS), une approche désignée sous le terme de « biologie synthétique ». Pour ce faire, il faut comprendre de façon détaillée le fonctionnement de ces systèmes multienzymatiques. Plusieurs points restent à éclaircir, dont : i) le contrôle de la stéréochimie du polykétide ; et ii) l’interaction des sous-unités composant la PKS. Lors de ma thèse, j’ai identifié deux kétoréductases (KR) qui, introduites dans un contexte modulaire intrinsèquement non-épimérisant, sont capables d’épimériser le méthyle en Cα de façon efficace. Cependant, la modification de la stéréochimie du polykétide ne dépend pas exclusivement des propriétés intrinsèques de la KR mais aussi du contexte modulaire. J’ai également contribué à la réalisation d’un second projet, pour lequel notre équipe a mis en évidence une nouvelle classe de domaine de docking de PKS de type trans-AT présentant une nouvelle topologie. L’un des DD étudié est une protéine intrinsèquement désordonnée dont le repliement est induit par son partenaire. Nous avons caractérisé l’interface complète entre deux sous-unités de PKS de type trans-AT, révélant une chambre de réaction protégée dans laquelle les chaînes de polykétide peuvent croîtrePolyketides are natural products which exhibit a variety of therapeutic activities, including anti-fungal, antibiotic, anticancer, immunosuppressant and anti-cholesterolemic properties. Given their medical and economic importance, there is significant interest in identifying new structures with new biological activities. A promising strategy to create such analogues is to genetically engineer the enzymes responsible for synthesizing these molecules, the modular polyketide synthases (PKSs), an approach referred to as ‘synthetic biology’. However, in order to increase the efficacy of this approach, we must understand in detail how the PKS multienzymes work. A number of issues remain to be clarified, including: i) polyketide stereocontrol, ii) the interaction of the component subunits PKS. During my thesis, I identified two ketoreductase (KR) domains which when introduced into an intrinsically non-epimerizing modular context, were able to efficiently epimerise at the Cα of a model polyketide. I also showed that the modular context in which the KR functions has an influence on the ultimate stereochemical outcome. I also made essential contributions to a second project, in which the group identified a novel family of docking domains (DD) in the trans-AT type of PKS which present a novel topology. One of the two model DDs studied is an intrinsically disordered protein whose folding is induced by its partner. Finally, we were able to visualize a complete intersubunit interface within a trans-AT PKS, revealing a protected reaction center in which polyketide chains can grow