Search

Faced with the growing need for new bioactive compounds of natural origin, by-products from the agro-food industry and the processing of agro-resources constitute a strategic resource to be exploited. In fact, the enzymatic hydrolysis of plant or animal proteins makes it possible to generate a wide variety of peptide sequences with potential biological properties: antihypertensive, antithrombotic, anticancer, opioid, antimicrobial. Despite the bioactive potential of certain peptides, their uncertain presence and their low concentration in a protein hydrolysate (a complex mixture sometimes made up of more than a hundred peptides) limit their purification and use. Also, bioactive peptides could be screened before their purification in order to initiate the separation step only if activity is proven. Antioxidant power is a generic term which groups together various chemical mechanisms such as anti-free radical activity, inhibition of lipid peroxidation, or even metal chelation. By chelating the transition metals naturally present in vivo (iron, copper), the chelating peptides could be used as indirect antioxidants and thus act against oxidative stress. The main objective of this PhD thesis is to develop original methods for high throughput screening of iron-chelating peptides present in protein hydrolysates. Ultimately, these methods could be applied to all types of complex peptide mixtures. The first approach is based on immobilized metal affinity chromatography (IMAC). IMAC is a reference technique for purifying metal-chelating peptides in hydrolysates. Thanks to the specificity of interaction between a given metal – immobilized on the stationary phase IMAC – and determined complexing groups, it is possible to selectively identify the chelators present in complex mixtures. Our objective being to achieve a rapid detection of these molecules of interest, we carried out an on-line coupling with mass spectrometry (MS). The second strategy consists of evaluating the formation of iron-peptide complexes in solution. In this case, all the electron acceptor sites of the metal are accessible (unlike the IMAC technique which presents a potential bias from this point of view) and, on the other hand, the solubilization conditions can simulate the target medium (i.e. the intracellular medium). In addition, the observation of the peptidic form complexed with iron (FeII or FeIII) provides direct and irrefutable proof of the chelating capacity of a peptide. Thus, the identification of a chelating peptide can be carried out by the concomitant detection of its free form (peptide) and of its complexed form (iron-peptide). In this approach, mass spectrometry – thanks to its sensitivity and its specificity - is a technique of choice for carrying out the desired screening. After having been tested on synthetic peptides (pure solutions and mixture), the two protocols were applied to a real protein hydrolysate. The preliminary results are promising and make it possible to envisage, in the short term, the automated screening of various real hydrolysates for the search for iron(II)- and iron(III)-chelating peptides., Face au besoin croissant de nouvelles molécules bioactives d’origine naturelle, les coproduits de l’industrie alimentaire et de transformation d’agroressources constituent une ressource stratégique à exploiter. En effet, l’hydrolyse enzymatique de protéines végétales ou animales permet de générer une grande variété de séquences peptidiques avec des propriétés biologiques potentielles : antihypertensive, antithrombotique, anticancéreuse, opioïde, antimicrobienne. Malgré le potentiel bioactif de certains peptides, leur présence incertaine et leur faible concentration au sein d’un hydrolysat protéique (mélange complexe constitué d’une dizaine à parfois plus d’une centaine de peptides) limitent leur purification et leur exploitation. Aussi, les peptides bioactifs pourraient être criblés préalablement à toute phase séparative afin de n’engager l’étape de séparation qu’en cas d’activité avérée. Le pouvoir antioxydant est un terme générique qui regroupe divers mécanismes chimiques tels que l’activité anti-radicalaire, l’inhibition de la peroxydation des lipides, ou encore la chélation de métaux. En chélatant les métaux de transition naturellement présents in vivo (fer, cuivre), les peptides chélateurs pourraient être utilisés comme antioxydants indirects et agir ainsi contre le stress oxydant. L’objectif principal de cette thèse est de développer des méthodes originales de criblage à haut débit des peptides chélateurs de fer présents dans des hydrolysats peptidiques. A terme, ces méthodes pourraient être appliquées à tous types de mélanges peptidiques complexes. La première approche développée met en œuvre la chromatographie d'affinité pour ions métalliques immobilisés (IMAC). Cette technique est incontournable pour purifier des peptides chélateurs de métaux au sein des hydrolysats. Grâce à la spécificité d’interaction entre un métal donné – immobilisé sur la phase stationnaire IMAC – et des motifs complexants déterminés, il est possible d’identifier sélectivement les composés chélateurs présents dans des mélanges complexes. Notre objectif étant de parvenir à une détection rapide de ces molécules d’intérêt, nous avons réalisé un couplage en ligne avec la spectrométrie de masse (MS). La deuxième stratégie consiste à évaluer la formation des complexes fer-peptide en solution. Dans ce cas, tous les sites accepteurs d’électrons du métal sont accessibles (au contraire de la technique IMAC qui présente un biais potentiel de ce point de vue) et, d’autre part, les conditions de solubilisation peuvent simuler le milieu visé (i.e. le milieu intracellulaire). Par ailleurs, l’observation de la forme complexée avec le fer (FeII ou FeIII) fournit une preuve directe et irréfutable de la capacité de chélation d’un peptide. Ainsi, la mise en évidence d’un peptide chélateur peut être réalisée par détection concomitante de sa forme libre (peptide seul) et de sa forme complexée (fer-peptide). Dans cette approche, la spectrométrie de masse – de par sa sensibilité et sa spécificité – est une technique de choix pour réaliser le criblage souhaité. Après avoir été testés sur des peptides des synthèse (sous forme pure et en mélange), les deux protocoles ont été appliqués à un hydrolysat protéique réel. Les résultats préliminaires obtenus sont prometteurs et permettent d'envisager, à court terme, le criblage automatisé de divers hydrolysats réels, pour la recherche de peptides chélateurs du fer(II) et du fer(III).

International audience

Pili are polymeric proteins located at the cell surface of bacteria. These filamentous proteins play a pivotal role in bacterial adhesion with the surrounding environment. They are found both in Gram-negative and Gram-positive bacteria but differ in their structural organization. Purifying these high molecular weight proteins is challenging and has certainly slowed down their characterization. Here, we propose a chromatography-based protocol, mainly relying on multimodal chromatography (core bead technology using Capto Core 700 resin), to purify sortase-dependent SpaCBA pili from the probiotic strain Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LGG). Contrary to previously published methods, this purification protocol does not require specific antibodies nor complex laboratory equipment, including for the multimodal chromatography step, and provides high degree of protein purity. No other proteins were detectable by SDS-PAGE and the 260/280 nm ratio (∼0.6) of the UV spectrum confirmed the absence of any other co-purified macromolecules. One can obtain ∼50 μg of purified pili, starting from 1 L culture at OD600nm ≈ 1, in 2–3 working days. This simple protocol could be useful to numerous laboratories to purify pili from LGG easily. Therefore, the present work should boost specific studies dedicated to LGG SpaCBA pili and the characterization of the interactions occurring with their protein partners at the molecular level. Moreover, this straightforward purification process might be extended to the purification of sortase-dependant pili from other Gram-positive bacteria.