Caractérisation de la tréhalase d'Acyrthosiphon pisym en vue de la conception de nouveaux insecticides

Les pucerons sont des ravageurs majeurs dans l'agriculture, causant des dommages directs aux plantes et agissant comme vecteurs de virus. Les insecticides conventionnels sont largement utilisés pour les contrôler, mais leur toxicité et leur efficacité posent problème. Ainsi, de nouvelles solutions sont nécessaires, telles que le contrôle biologique avec des prédateurs ou des parasitoïdes. Cependant, ces méthodes ne sont pas toujours économiquement viables à grande échelle. Une autre approche explorée consiste à développer de nouveaux insecticides ciblant les fonctions biochimiques des pucerons. Cette thèse vise à découvrir de nouveaux inhibiteurs de la tréhalase, une enzyme essentielle pour le métabolisme énergétique des insectes. L'inhibition de cette enzyme pourrait perturber les fonctions vitales des insectes sans affecter les mammifères. Les étapes pour développer un insecticide innovant sont : (1) purifier et caractériser la tréhalase d'Acyrthosiphon pisum (ApTreh), (2) étudier l'effet des inhibiteurs commerciaux sur ApTreh, (3) rechercher des inhibiteurs naturels dans les métabolites de Streptomyces hygroscopicus, (4) découvrir de nouveaux inhibiteurs via un criblage virtuel, et (5) proposer une hypothèse pharmacophore basée sur les résultats précédents.
A défaut d’avoir réussi à purifier la forme membranaire de la tréhalase, la forme soluble a été correctement purifiée à partir d’homogénat frais d’A. pisum uniquement. A partir de là, l’enzyme a été caractérisée biochimiquement, cinétiquement et moléculairement mettant notamment en évidence l’importance des modifications post-traductionnelles (N-glycosylation) pour la stabilité de l’enzyme notamment lors de la production en bactéries. La recherche de nouveaux inhibiteurs de la tréhalase a débuté en explorant les métabolites produits par S. hygroscopicus pour développer un bioinsecticide. Cependant, cette approche a rencontré des difficultés car les techniques de détection de la validamycine A, un composé potentiel, manquaient de sensibilité. Il est donc difficile de déterminer si l'inhibition observée dans les milieux de culture est due à la validamycine A ou à d'autres composés. Par exemple, certains milieux comme l'ISP7 montrent un fort taux d'inhibition similaire à celui du SFM, malgré une concentration en validamycine A bien plus faible, suggérant la présence d'autres molécules inhibitrices à des concentrations inférieures à 0.02 mg/L. La recherche d'inhibiteurs potentiels de la tréhalase a impliqué un criblage virtuel de deux bases de données, ZINC et Chemdiv, en appliquant des filtres tels que les règles de Lipinski. Sur environ 20 000 composés, 66 ont été sélectionnés et testés in vitro, montrant des concentrations d'inhibition de l'enzyme de l'ordre du millimolaire. En se basant sur ces résultats, une hypothèse pharmacophore a été développée, décrivant une structure d'inhibiteur de tréhalase avec deux cycles interagissant avec le site actif de l'enzyme, un groupement donneur/accepteur de liaison hydrogène au centre, et des groupements polaires pour interagir avec des résidus spécifiques de l'enzyme. Des modifications chimiques sont suggérées pour renforcer les interactions avec les acides aminés du site actif, telles que l'ajout d'un groupe hydroxyle en position ortho sur le second cycle du composé le plus prometteur.
En conclusion, sur base d’une étude complète de la tréhalase d’Acyrthosiphon pisum, une hypothèse pharmacophore a pu être établie sur base de résultats expérimentaux sur des molécules obtenues par criblage virtuel. Bien que les hits ne soient pas utilisables en tant qu’insecticides cette hypothèse permet de mieux comprendre les inhibiteurs de tréhalase en général et pourra être utilisée afin d’affiner les analyses, en relançant un criblage virtuel sur base de ce pharmacophore ou bien en continuant dans la voie du bioinsecticide.