Contrôle de la coupure de liaisons carbone-carbone par les enzymes à radical SAM – CARBONARA

Les produits naturels, ainsi que leurs voies de biosynthèse, représentent d’importantes sources d’inspiration pour les chimistes à la recherche de nouveaux procédés en chimie fine, à la fois efficaces et soucieux de l’environnement. La formation et la rupture de liaisons carbone-carbone sont parmi les réactions les plus difficiles. Habituellement, elles nécessitent des étapes préliminaires d’activation, notamment par insertion de groupes fonctionnels, souvent transitoires. Cependant, ces insertions conduisent à une augmentation du nombre d’étapes de synthèse et par conséquent, à une diminution de rendement. La chimie radicalaire est une bonne alternative puisqu’elle est capable d’activer des positions non réactives tels que des carbones aliphatiques. Le revers de la médaille est la difficulté intrinsèque à contrôler ce type de réaction. Dans la Nature, il existe des enzymes appelées protéines à « radical S-adénosyl-L-méthionine » (rSAM) capables de réaliser plus de soixante-dix réactions chimiques différentes.
Dans le projet CARBONARA, nous souhaitons identifier les facteurs qui contrôlent et dirigent la réaction radicalaire de coupure d’une liaison C-C par les protéines à rSAM. Nous voulons plus particulièrement répondre aux questions clés de sélectivité et d’activation de substrat. Nous souhaitons aussi comprendre comment ces protéines sont capables de contrôler précisément la chimie radicalaire, afin de sélectionner la rupture d’une liaison C-C particulière plutôt qu’une autre. Nous voulons enfin comprendre les mécanismes précis de contrôle de la réaction de terminaison et donc des produits finaux formés. Pour cela, nous avons sélectionné cinq protéines aux propriétés structurales similaires, disponibles dans notre consortium et qui catalysent des réactions radicalaires de coupure de liaison C-C.
Notre consortium est constitué de trois partenaires de renommée internationale ayant des expertises complémentaires dans le domaine de la biochimie, la biologie structurale et la spectroscopie afin de couvrir tous les aspects fondamentaux de cette chimie exceptionnelle. Ainsi, en utilisant la cristallographie aux rayons-X, des approches d’analyse fonctionnelle en solution, ainsi que la spectroscopie de résonance paramagnétique électronique et la chimie théorique, nous projetons de caractériser les paramètres fonctionnels, structuraux et électroniques qui régissent la réaction de coupure de la liaison C-C. De cette manière, nous souhaitons comprendre et identifier les facteurs intrinsèques à la réaction de chimie radicalaire de ceux extrinsèques contingentés par l’environnement protéique. Notre approche originale et multidisciplinaire devrait, non seulement permettre une utilisation plus rationnelle de la chimie radicalaire en synthèse organique, mais aussi servir de base pour l’utilisation des protéines à rSAM comme outil pour la biologie de synthèse, en particulier par la conception rationnelle de chimères.