Thèse Année : 2024

SweetBiοΡharm : Sweet engineering οf the green micrοalgae Chlamydοmοnas reinhardtii fοr biοpharmaceuticals prοductiοn

SweetBiοΡharm : Sweet engineering οf the green micrοalgae Chlamydοmοnas reinhardtii fοr biοpharmaceuticals prοductiοn

Résumé

The market for biomedicines will reach $389 billion by 2024. Recombinant glycoproteins currently account for around 70% of the biomedicines on the market. The production of these molecules using current mammalian models such as CHO (Chinese Hamster Ovary) cells is proving expensive. The significant risk of contamination of mammalian cell cultures by pathogens and their demanding growth conditions justify the research and development of alternative production models. However, it is well known that post-translational modifications, such as N-glycosylation, have an impact on the pharmacokinetic parameters and half-life of therapeutic proteins. It is therefore necessary to ensure that the post-translational modifications generated by the host system are compatible with the therapeutic use of heterologously produced proteins in humans. Among the microalgae studied to date as alternative expression systems for biopharmaceuticals, the green microalga Chlamydomonas reinhardtii is a model that justifies the many resources deployed to develop molecular tools for engineering its metabolic pathways. Although the majority of recombinant proteins produced in microalgae have been produced in this model, their glycosylation has not been studied. Furthermore, analysis of the glycans carried by endogenous glycoproteins has shown that the N-glycosylation pathway differs from that of mammals. In this context, an attempt was made to glycoengineer the green microalga C. reinhardtii in order to optimise the production of therapeutic recombinant glycoproteins. Firstly, human erythropoietin, a biomedicine used in this work as a glycoprotein reporter, was expressed in different N-glycosylation mutants and then characterised. This study demonstrated that C. reinhardtii is capable of glycosylating this type of molecule in accordance with the strain's N-glycan profile. Genomic editing was then used to eliminate the genes encoding the glycosyltransferases responsible for adding the immunogenic residues xyloses and fucoses. Finally, a study of the addressing of glycoenzymes involved in maturation steps in the Golgi apparatus via CTS domains was initiated with the aim of complementing the N-glycosylation pathway by introducing and expressing heterologous glycoenzymes. The results obtained in the last two sections constitute preliminary work paving the way for projects currently under development.
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.
Fichier principal
Vignette du fichier
leprovost_savignien.pdf (7.33 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04903810 , version 1 (21-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04903810 , version 1

Citer

Savignien Leprovost. SweetBiοΡharm : Sweet engineering οf the green micrοalgae Chlamydοmοnas reinhardtii fοr biοpharmaceuticals prοductiοn. Biochemistry, Molecular Biology. Normandie Université, 2024. English. ⟨NNT : 2024NORMR079⟩. ⟨tel-04903810⟩
0 Consultations
0 Téléchargements

Partager

More