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Benkoulouche M, Fauré R, Remaud-Siméon M, Moulis C, André I. Harnessing glycoenzyme engineering for synthesis of bioactive oligosaccharides. Interface Focus 2019; 9:20180069. [PMID: 30842872 DOI: 10.1098/rsfs.2018.0069] [Citation(s) in RCA: 30] [Impact Index Per Article: 6.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Accepted: 12/20/2018] [Indexed: 12/13/2022] Open
Abstract
Combined with chemical synthesis, the use of glycoenzyme biocatalysts has shown great synthetic potential over recent decades owing to their remarkable versatility in terms of substrates and regio- and stereoselectivity that allow structurally controlled synthesis of carbohydrates and glycoconjugates. Nonetheless, the lack of appropriate enzymatic tools with requisite properties in the natural diversity has hampered extensive exploration of enzyme-based synthetic routes to access relevant bioactive oligosaccharides, such as cell-surface glycans or prebiotics. With the remarkable progress in enzyme engineering, it has become possible to improve catalytic efficiency and physico-chemical properties of enzymes but also considerably extend the repertoire of accessible catalytic reactions and tailor novel substrate specificities. In this review, we intend to give a brief overview of the advantageous use of engineered glycoenzymes, sometimes in combination with chemical steps, for the synthesis of natural bioactive oligosaccharides or their precursors. The focus will be on examples resulting from the three main classes of glycoenzymes specialized in carbohydrate synthesis: glycosyltransferases, glycoside hydrolases and glycoside phosphorylases.
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Affiliation(s)
- Mounir Benkoulouche
- Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et Procédés, LISBP, Université de Toulouse, CNRS, INRA, INSA, 135, avenue de Rangueil, 31077 Toulouse cedex 04, France
| | - Régis Fauré
- Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et Procédés, LISBP, Université de Toulouse, CNRS, INRA, INSA, 135, avenue de Rangueil, 31077 Toulouse cedex 04, France
| | - Magali Remaud-Siméon
- Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et Procédés, LISBP, Université de Toulouse, CNRS, INRA, INSA, 135, avenue de Rangueil, 31077 Toulouse cedex 04, France
| | - Claire Moulis
- Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et Procédés, LISBP, Université de Toulouse, CNRS, INRA, INSA, 135, avenue de Rangueil, 31077 Toulouse cedex 04, France
| | - Isabelle André
- Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et Procédés, LISBP, Université de Toulouse, CNRS, INRA, INSA, 135, avenue de Rangueil, 31077 Toulouse cedex 04, France
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Prasanna M, Soulard D, Camberlein E, Ruffier N, Lambert A, Trottein F, Csaba N, Grandjean C. Semisynthetic glycoconjugate based on dual role protein/PsaA as a pneumococcal vaccine. Eur J Pharm Sci 2018; 129:31-41. [PMID: 30572107 DOI: 10.1016/j.ejps.2018.12.013] [Citation(s) in RCA: 7] [Impact Index Per Article: 1.2] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/17/2018] [Revised: 12/02/2018] [Accepted: 12/15/2018] [Indexed: 11/15/2022]
Abstract
Pneumococcal infections remain a major public health concern worldwide. The currently available vaccines in the market are based on pneumococcal capsular polysaccharides but they still need to be improved to secure an optimal coverage notably in population at risk. To circumvent this, association of virulence pneumococcal proteins to the polysaccharide valencies has been proposed with the hope to observe an additive - if not synergistic - protective effect. Along this line, the use of the highly conserved and ubiquitous pneumococcal surface adhesin A (PsaA) as a protein carrier for a synthetic pneumococcal oligosaccharide is demonstrated herein for the first time. A tetrasaccharide mimicking functional antigenic determinants from the S. pneumoniae serotype 14 capsular polysaccharide (Pn14TS) was chemically synthesised. The mature PsaA (mPsaA) was expressed in E. coli and purified using affinity chromatography. The Pn14PS was conjugated to mPsaA using maleimide-thiol coupling chemistry to obtain mPsaA-Pn14PS conjugate (protein/sugar molar ratio: 1/5.4). The mPsaA retained the structural conformation after the conjugation and lyophilisation. The prepared glycoconjugate adjuvanted with α-galactosylceramide, a potent activator of invariant Natural Killer T cells, was tested in mice for its immunological response upon subcutaneous injection in comparison with mPsaA alone and a model BSA conjugate (BSA-Pn14PS, used here as a control). Mice immunised with the mPsaA-Pn14TS produced a robust IgG response against mPsaA and against the capsular polysaccharide from pneumococcal serotype 14. These data provide the basis for novel pneumococcal vaccine development.
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Affiliation(s)
- Maruthi Prasanna
- Center for Research in Molecular Medicine and Chronic Diseases (CIMUS), Health Research Institute of Santiago de Compostela (IDIS), Dept. of Pharmacology, Pharmacy and Pharmaceutical Technology, School of Pharmacy, Univ. of Santiago de Compostela, 15872 Santiago de Compostela, Spain; Unité Fonctionnalité et Ingénierie des Protéines (UFIP), UMR CNRS 6286, Université de Nantes, 2 rue de la Houssinière, BP92208, 44322 Nantes Cedex, France
| | - Daphnée Soulard
- Centre d'Infection et d'Immunité de Lille, Inserm U1019, CNRS UMR 8204, Université de Lille, CHU Lille, Institut Pasteur de Lille, 59000 Lille, France
| | - Emilie Camberlein
- Unité Fonctionnalité et Ingénierie des Protéines (UFIP), UMR CNRS 6286, Université de Nantes, 2 rue de la Houssinière, BP92208, 44322 Nantes Cedex, France
| | - Nicolas Ruffier
- Unité Fonctionnalité et Ingénierie des Protéines (UFIP), UMR CNRS 6286, Université de Nantes, 2 rue de la Houssinière, BP92208, 44322 Nantes Cedex, France
| | - Annie Lambert
- Unité Fonctionnalité et Ingénierie des Protéines (UFIP), UMR CNRS 6286, Université de Nantes, 2 rue de la Houssinière, BP92208, 44322 Nantes Cedex, France
| | - François Trottein
- Centre d'Infection et d'Immunité de Lille, Inserm U1019, CNRS UMR 8204, Université de Lille, CHU Lille, Institut Pasteur de Lille, 59000 Lille, France
| | - Noemi Csaba
- Center for Research in Molecular Medicine and Chronic Diseases (CIMUS), Health Research Institute of Santiago de Compostela (IDIS), Dept. of Pharmacology, Pharmacy and Pharmaceutical Technology, School of Pharmacy, Univ. of Santiago de Compostela, 15872 Santiago de Compostela, Spain
| | - Cyrille Grandjean
- Unité Fonctionnalité et Ingénierie des Protéines (UFIP), UMR CNRS 6286, Université de Nantes, 2 rue de la Houssinière, BP92208, 44322 Nantes Cedex, France.
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Champion E, André I, Moulis C, Boutet J, Descroix K, Morel S, Monsan P, Mulard LA, Remaud-Siméon M. Design of α-Transglucosidases of Controlled Specificity for Programmed Chemoenzymatic Synthesis of Antigenic Oligosaccharides. J Am Chem Soc 2009; 131:7379-89. [DOI: 10.1021/ja900183h] [Citation(s) in RCA: 59] [Impact Index Per Article: 3.9] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/28/2022]
Affiliation(s)
- Elise Champion
- Université de Toulouse; INSA, UPS, INP, LISBP, 135 avenue de Rangueil, F-31077 Toulouse, France, CNRS UMR 5504, F-31400 Toulouse, France, INRA UMR 792, Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, F-31400 Toulouse, France, Institut Universitaire de France, 103 boulevard Saint-Michel, F-75005 Paris, France, Institut Pasteur, Unité de Chimie des Biomolécules, CNRS URA 2128, 28 rue du Dr. Roux, F-75015 Paris, France, and Université Paris Descartes, 4 avenue de l’Observatoire, F-75006 Paris, France
| | - Isabelle André
- Université de Toulouse; INSA, UPS, INP, LISBP, 135 avenue de Rangueil, F-31077 Toulouse, France, CNRS UMR 5504, F-31400 Toulouse, France, INRA UMR 792, Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, F-31400 Toulouse, France, Institut Universitaire de France, 103 boulevard Saint-Michel, F-75005 Paris, France, Institut Pasteur, Unité de Chimie des Biomolécules, CNRS URA 2128, 28 rue du Dr. Roux, F-75015 Paris, France, and Université Paris Descartes, 4 avenue de l’Observatoire, F-75006 Paris, France
| | - Claire Moulis
- Université de Toulouse; INSA, UPS, INP, LISBP, 135 avenue de Rangueil, F-31077 Toulouse, France, CNRS UMR 5504, F-31400 Toulouse, France, INRA UMR 792, Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, F-31400 Toulouse, France, Institut Universitaire de France, 103 boulevard Saint-Michel, F-75005 Paris, France, Institut Pasteur, Unité de Chimie des Biomolécules, CNRS URA 2128, 28 rue du Dr. Roux, F-75015 Paris, France, and Université Paris Descartes, 4 avenue de l’Observatoire, F-75006 Paris, France
| | - Julien Boutet
- Université de Toulouse; INSA, UPS, INP, LISBP, 135 avenue de Rangueil, F-31077 Toulouse, France, CNRS UMR 5504, F-31400 Toulouse, France, INRA UMR 792, Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, F-31400 Toulouse, France, Institut Universitaire de France, 103 boulevard Saint-Michel, F-75005 Paris, France, Institut Pasteur, Unité de Chimie des Biomolécules, CNRS URA 2128, 28 rue du Dr. Roux, F-75015 Paris, France, and Université Paris Descartes, 4 avenue de l’Observatoire, F-75006 Paris, France
| | - Karine Descroix
- Université de Toulouse; INSA, UPS, INP, LISBP, 135 avenue de Rangueil, F-31077 Toulouse, France, CNRS UMR 5504, F-31400 Toulouse, France, INRA UMR 792, Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, F-31400 Toulouse, France, Institut Universitaire de France, 103 boulevard Saint-Michel, F-75005 Paris, France, Institut Pasteur, Unité de Chimie des Biomolécules, CNRS URA 2128, 28 rue du Dr. Roux, F-75015 Paris, France, and Université Paris Descartes, 4 avenue de l’Observatoire, F-75006 Paris, France
| | - Sandrine Morel
- Université de Toulouse; INSA, UPS, INP, LISBP, 135 avenue de Rangueil, F-31077 Toulouse, France, CNRS UMR 5504, F-31400 Toulouse, France, INRA UMR 792, Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, F-31400 Toulouse, France, Institut Universitaire de France, 103 boulevard Saint-Michel, F-75005 Paris, France, Institut Pasteur, Unité de Chimie des Biomolécules, CNRS URA 2128, 28 rue du Dr. Roux, F-75015 Paris, France, and Université Paris Descartes, 4 avenue de l’Observatoire, F-75006 Paris, France
| | - Pierre Monsan
- Université de Toulouse; INSA, UPS, INP, LISBP, 135 avenue de Rangueil, F-31077 Toulouse, France, CNRS UMR 5504, F-31400 Toulouse, France, INRA UMR 792, Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, F-31400 Toulouse, France, Institut Universitaire de France, 103 boulevard Saint-Michel, F-75005 Paris, France, Institut Pasteur, Unité de Chimie des Biomolécules, CNRS URA 2128, 28 rue du Dr. Roux, F-75015 Paris, France, and Université Paris Descartes, 4 avenue de l’Observatoire, F-75006 Paris, France
| | - Laurence A. Mulard
- Université de Toulouse; INSA, UPS, INP, LISBP, 135 avenue de Rangueil, F-31077 Toulouse, France, CNRS UMR 5504, F-31400 Toulouse, France, INRA UMR 792, Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, F-31400 Toulouse, France, Institut Universitaire de France, 103 boulevard Saint-Michel, F-75005 Paris, France, Institut Pasteur, Unité de Chimie des Biomolécules, CNRS URA 2128, 28 rue du Dr. Roux, F-75015 Paris, France, and Université Paris Descartes, 4 avenue de l’Observatoire, F-75006 Paris, France
| | - Magali Remaud-Siméon
- Université de Toulouse; INSA, UPS, INP, LISBP, 135 avenue de Rangueil, F-31077 Toulouse, France, CNRS UMR 5504, F-31400 Toulouse, France, INRA UMR 792, Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, F-31400 Toulouse, France, Institut Universitaire de France, 103 boulevard Saint-Michel, F-75005 Paris, France, Institut Pasteur, Unité de Chimie des Biomolécules, CNRS URA 2128, 28 rue du Dr. Roux, F-75015 Paris, France, and Université Paris Descartes, 4 avenue de l’Observatoire, F-75006 Paris, France
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Champion E, André I, Mulard LA, Monsan P, Remaud-Siméon M, Morel S. Synthesis of L-Rhamnose andN-Acetyl-D-Glucosamine Derivatives Entering in the Composition of Bacterial Polysaccharides by Use of Glucansucrases. J Carbohydr Chem 2009. [DOI: 10.1080/07328300902755796] [Citation(s) in RCA: 10] [Impact Index Per Article: 0.7] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 10/20/2022]
Affiliation(s)
- Elise Champion
- a Université de Toulouse , INSA, UPS, INP, LISBP, 135 Avenue de Rangueil, F-31077, Toulouse, France
- b CNRS , UMR5504, F-31400, Toulouse, France
- c INRA, UMR792 Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés , F-31400, Toulouse, France
| | - Isabelle André
- a Université de Toulouse , INSA, UPS, INP, LISBP, 135 Avenue de Rangueil, F-31077, Toulouse, France
- b CNRS , UMR5504, F-31400, Toulouse, France
- c INRA, UMR792 Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés , F-31400, Toulouse, France
| | - Laurence A. Mulard
- d Institut Pasteur, Unité de Chimie des Biomolécules , CNRS URA 2128, 28 rue du Dr. Roux, F-75015, Paris, France
| | - Pierre Monsan
- a Université de Toulouse , INSA, UPS, INP, LISBP, 135 Avenue de Rangueil, F-31077, Toulouse, France
- b CNRS , UMR5504, F-31400, Toulouse, France
- c INRA, UMR792 Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés , F-31400, Toulouse, France
- e Institut Universitaire de France , 103 Boulevard Saint-Michel, F-75005, Paris, France
| | - Magali Remaud-Siméon
- a Université de Toulouse , INSA, UPS, INP, LISBP, 135 Avenue de Rangueil, F-31077, Toulouse, France
- b CNRS , UMR5504, F-31400, Toulouse, France
- c INRA, UMR792 Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés , F-31400, Toulouse, France
| | - Sandrine Morel
- a Université de Toulouse , INSA, UPS, INP, LISBP, 135 Avenue de Rangueil, F-31077, Toulouse, France
- b CNRS , UMR5504, F-31400, Toulouse, France
- c INRA, UMR792 Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés , F-31400, Toulouse, France
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