Laboratoire de Glycobiologie et Matrice Extracellulaire Végétale

GlycoMEV UR 4358 – Université de Rouen Normandie

Pour l'obtention du diplôme de doctorat

Spécialité ASPECTS MOLECULAIRES ET CELLULAIRES DE LA BIOLOGIE

Thèse préparée au sein de l'Université de Rouen Normandie

SweetBiοΡharm : Sweet engineering of the green microalgae Chlamydomonas reinhardtii
for biopharmaceuticals production.

Présentée et soutenue par Savignien LEPROVOST le 16/12/2024 à 9h - CURIB Salle 066 de l'Université de Rouen Normandie

Directrice de thèse : Mme Muriel BARDOR

Directeur de thèse : M. Michael HIPPLER

Co-encadrante de thèse : Mme Elodie RIVET

JURY :

M. Richard STRASSER, Maître de conférences HDR, Institut für Pflanzenbiotechnologie und Zellbiologie (IPBT) :  Rapporteur
  Pflanzenglykobiologie, BOKU University (Autriche)

Mme Antje VON SCHAEWEN, Professeure, Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen (IBBP) :  Rapportrice
  Molekulare Physiologie der pflanzen, Universität Münster (Allemagne)

M. Stéphane LEMAIRE, Directeur de recherche CNRS, Biologie Computationnelle et Quantitative UMR 7238 :  Examinateur
  Synthetic and Systems Biology of Microalgae, Sorbonne Université (France)

M. Christophe BIOT, Professeur, Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle UMR8576 :  Examinateur
  Chemical GlycoBiology, Université de Lille (France)

Mme Elodie RIVET, Maître de conférences HDR, Laboratoire GlycoMEV UR4358 :  Co-encadrante
  Université de Rouen Normandie (France)

Mme Muriel BARDOR,, Professeure des Universités, Laboratoire GlycoMEV UR4358 :  Directrice de thèse
  Université de Rouen Normandie (France)

M. Michael HIPPLER, Professeur, Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen (IBBP) :  Directeur de thèse
  Plant Biochemistry and Biotechnologie, Universität Münster (Allemagne)

Résumé :

Le marché des biomédicaments atteindra 389 milliards de dollars en 2024. Sur ce marché, les glycoprotéines recombinantes représentent à ce jour environ 70% des biomédicaments commercialisés.
La production de ces molécules avec les modèles mammifères actuels tels que les cellules CHO (Chinese Hamster Ovary) s’avère onéreuse. En effet, le risque important de contamination des cultures de cellules mammifères par des agents pathogènes et leurs conditions de croissance exigeantes justifient la recherche et le développement de modèles de production alternatifs.
Cependant, il est bien connu que les modifications post-traductionnelles, comme la N-glycosylation, ont un impact sur les paramètres pharmacocinétiques et la demi-vie des protéines thérapeutiques. Ainsi, il est nécessaire de s'assurer que les modifications post-traductionnelles engendrées par le système hôte soient compatibles avec une utilisation thérapeutique humaine des protéines produites de manière hétérologue.
Parmi les microalgues étudiées jusqu'à présent comme systèmes d'expression alternatifs des produits biopharmaceutiques, la microalgue verte Chlamydomonas reinhardtii est un modèle qui justifie les nombreux moyens déployés pour le développement d’outils moléculaires pour l'ingénierie de ses voies métaboliques. Bien qu’à ce jour la majorité des protéines recombinantes produites en microalgue l’a été dans ce modèle, leur glycosylation n’a pas été étudiée. De plus, l’analyse des glycanes portés par les glycoprotéines endogènes a montré que la voie de N-glycosylation se distingue de celle des mammifères.

Dans ce contexte, une tentative de glycoingénierie de la microalgue verte C. reinhardtii a été réalisée afin d’optimiser la production de glycoprotéines recombinantes thérapeutiques.
Dans un premier temps, l'érythropoïétine humaine, un biomédicament utilisé dans le cadre de ce travail comme glycoprotéine rapportrice, a été exprimée dans différents mutants de N-glycosylation puis caractérisée. Cette étude a permis de mettre en évidence que C. reinhardtii est capable de glycosyler ce type de molécules en accord avec le profil N-glycannique de la souche.
Par la suite, une élimination par édition génomique des gènes codant des glycosyltransférases responsables de l’ajout des résidus immunogènes que sont les xyloses et fucoses a été entreprise.
Enfin, une étude de l'adressage des glycoenzymes impliquées dans les étapes de maturation dans l'appareil de Golgi via les domaines CTS a été amorcée dans le but de complémenter la voie de N-glycosylation en introduisant et exprimant des glycoenzymes hétérologues.
Les résultats obtenus dans les deux dernières parties constituent des travaux préliminaires ouvrant la voie vers des projets en cours de développement.