Découverte de la voie des isoflavonoïdes anticancéreux chez Lespedeza

Lespedeza homoloba est une espèce végétale endémique des montagnes du Japon. Cette plante obscure est une source naturelle méconnue de phénoxodiol, un médicament anticancéreux potentiel. Le phénoxodiol appartient à une classe de composés phénoliques connus sous le nom d’isoflavonoïdes, produits principalement par les légumineuses (Fabaceae). Il est actuellement fabriqué par synthèse chimique complète, ce qui est coûteux, inefficace et nuisible à l’environnement. Jusqu’à présent, il n’y a eu qu’une seule étude sur le profil isoflavonoïde de L. homoloba et il n’y a pas de ressources génétiques associées au genre. Nous proposons un projet visant à résoudre la voie biochimique transformant l’échafaudage isoflavonoïde (daidzéine) en phénoxodiol (7,4′-dihydroxy-isoflav-3-ène) et à identifier les enzymes biosynthétiques responsables. Objectif I. Des études spatio-temporelles de L. homoloba seront réalisées pour cartographier la composition en isoflavonoïdes dans toute la plante à différents stades de développement en utilisant une approche métabolomique non ciblée. Les tissus qui présentent des niveaux élevés de phénoxodiol et d’intermédiaires de la voie seront ciblés pour la transcriptomique en aval. Objectif II. L’ARN extrait des tissus de L. homoloba sera envoyé pour le séquençage, l’assemblage de novo du transcriptome et l’annotation. Les données d’expression génétique seront intégrées à notre profilage métabolique. Ainsi, les gènes coexprimés avec l’accumulation de phénoxodiol seront compilés dans une liste pour un rôle potentiel dans la biosynthèse. En utilisant la recherche d’homologie et de motifs, nous trierons les candidats pour la caractérisation. Objectif III. Les gènes candidats de biosynthèse du phénoxodiol seront clonés dans des vecteurs d’expression et transformés en Escherichia coli. Les protéines recombinantes seront purifiées et utilisées dans une série d’analyses biochimiques, y compris des essais de cinétique et de liaison, afin de caractériser leur fonction. Ce pipeline de découverte de gènes permettra d’élucider la voie de biosynthétique du phénoxodiol chez L. homoloba. Objectif à long terme: les gènes végétaux peuvent être transformés en hôtes microbiens, comme la levure (Saccharomyces cerevisiae), ce qui leur donne la capacité de produire des médicaments complexes, comme le phénoxodiol. Ainsi, nous pouvons produire un médicament anticancéreux à l’aide d’une plateforme de fermentation de levure respectueuse de l’environnement, évolutive et efficace. Ce projet s’inscrit dans le cadre d’un programme plus vaste visant à comprendre la biosynthèse des isoflavonoïdes et les variations lignagères de ces composés parmi les espèces de légumineuses. Les étudiants stagiaires seront exposés à des outils de pointe en biologie moléculaire tout en acquérant une connaissance approfondie de la biochimie des plantes.