La pleurotine est une molécule naturelle appartenant à la famille des terpénoïdes et qui possède une structure caractérisée par un cycle quinone associé à un fragment terpénoïde. Elle a été isolée pour la première fois en 1947 à partir de Hohenbuehelia grisea, mais est également produite naturellement comme métabolite secondaire par d’autres espèces de champignons de genre pleurotus ou des Hohenbuehelia.
thumb|Pleurotus ostreatus
La pleurotine a été décrite initialement comme inhibant la croissance de Staphylococcus aureus, agent responsable des infections staphylococciques. Elle présente donc des propriétés antibactériennes mais depuis, des propriétés antifongiques et anti cancéreuses ont été révélées.
Son mécanisme d’action repose principalement sur l’inhibition d’enzymes responsables de la régulation du stress oxydatif cellulaire, notamment de la thioredoxine reductase . Elle peut être extraite à partir de culture de champignons, mais sa synthèse reste une tâche difficile (nécessitant jusqu’à 26 étapes), à cause de sa structure complexe.
Synthèse et biosynthèse de la pleurotine
Biosynthèse La biosynthèse de la pleurotine a été étudié chez le champignon Hohenbuehelia grisea.
Des expériences de marquage isotopique ont montré que la L-phénylalanine est à l’origine du noyau aromatique (cycle quinone) de la molécule.
Le séquençage du génome de la souche H. grisea ATCC 60515, associé à une analyse transcriptomique, a permis d’identifier des gènes surexprimés lors de la production de pleurotine. Parmi eux, le gène HGRIS_000139 code pour une prényltransférase de type UbiA.
Lorsque ce gène est exprimé dans Aspergillus oryzae, il conduit à la formation d’un intermédiaire farnésylé, confirmant son rôle dans l’ajout d’une unité terpénoïde à un noyau aromatique. La biosynthèse de la pleurotine repose donc sur l’assemblage de ce fragment aromatique dérivé de la phénylalanine avec une chaîne terpénoïde, suivi de modifications oxydatives qui produisent la molécule finale.
La pleurotine peut être extraite à partir de milieux de culture de champignons du genre Pleurotus entièrement colonisés par le mycélium.
La production de pleurotine varie selon l’espèce de Pleurotus, la nature du substrat de culture et les suppléments nutritionnels ajoutés au milieu. Celle-ci semble favorisée par des substrats lignocellulosiques enrichis en graines de tournesol ou en son de blé. A l'inverse, elle semble défavorisé par les milieux enrichis en soja.
Synthèse de la pleurotine La pleurotine a été synthétisée pour la première fois en laboratoire en 1988 par le groupe de David J. Hart, dans une synthèse totale qui nécessitait 26 étapes et reposait notamment sur une cyclisation radicalaire diastéréosélective. En 2022, John F. Hoskin et Erik J. Sorensen ont décrit une voie de synthèse plus courte de la pleurotine, basée sur une “épimérisation C–H non traditionnelle”. Cette stratégie permet d’accéder en 8 étapes à un intermédiaire pentacyclique avancé, déjà utilisé dans la synthèse de Hart.
L’approche développée par Hoskin et Sorensen repose sur deux transformations principales : une photoénolisation suivie d’une cycloaddition de Diels–Alder intermoléculaire -qui construit en peu d’étape une grande partie du squelette de la pleurotine- puis une épimérisation photorédox permettant d’inverser la configuration d’un centre stéréogène au niveau de la jonction hydrindane. Cette étape permet de convertir le hydrindane cis-fusé en diastéréoisomère trans-fusé recherché.
Propriété anticancéreuses Chez les cellules tumorales, il y a une surexpression de certaines protéines, permettant l’inhibition de la mort cellulaire (l’apoptose ou la nécrose), parmi ces protéines, il y a la thiorédoxine réductase (TrxR), les protéines HIF, VEGF.
Fixation de la pleurotine sur la thiorédoxine réductase La thiorédoxine réductase est une enzyme permettant de réduire la thiorédoxine en utilisant la FAD comme cofacteur.
La réduction de la thiorédoxine lui permet d'agir dans l’équilibre oxydo-réduction de la cellule et de contribuer au maintien d’un environnement favorable à la cellule. Chez les cellules tumorales, la thiorédoxine réductase est surexprimée, réduisant constamment la thiorédoxine, ce qui augmente la survie cellulaire face au stress oxydatif croissant.
La pleurotine possède un pouvoir inhibiteur de la thiorédoxine réductase ; il s’agit en effet d’un inhibiteur fort (IC₅₀ = 0,17 µM; énergie de liaison = −9,59 kcal·mol⁻¹).
La pleurotine peut se fixer sur trois sites de liaison présents sur la thiorédoxine réductase: les sites D, I et C. Ces sites se situent entre les chaînes C et D de l’enzyme. Les sites D et C se trouvent entre la partie C-terminale d’une chaîne et l’hélice alpha présente en face, tandis que le site I est localisé à l’interface des deux chaînes.
Une fois fixée sur l’un de ces sites, la pleurotine inhibe l’activité enzymatique de la thiorédoxine réductase et empêche ainsi la réduction de la thiorédoxine. Cela entraîne la désactivation des thiorédoxines et diminue la défense oxydative de la cellule tumorale, favorisant ainsi l’induction de l’apoptose ou de la nécrose.
De plus les facteurs comme HIF-1 et VEGF jouent un rôle essentiel dans la croissance tumorale et l’angiogenèse. Leur activité est liée au système des thiorédoxines.
La pleurotine en inhibant la thiorédoxine réductase, diminue l’activité de la thiorédoxine. Cette inhibition entraîne une baisse de l’activité et de la concentration de HIF-1, puis une diminution de l’expression de VEGF.
Ainsi, la pleurotine perturbe à la fois les défenses antioxydantes et les mécanismes de croissance cellulaire, ce qui limite la survie, le développement et la dissémination des cellules tumorales.
(fait sur pymol avec le code pdb: 2J3N, les molécules en bleu représente les FAD, et en rose les NAD, les sites C et D se trouvent dans l’espace entre la partie C-terminale d’une chaîne peptidique, et de la N-terminale de l’autre chaîne)
Propriétés antibactériennes et antifongiques
Synergie pleurotine / Phage K Face à l'émergence et à la propagation de souches bactériennes résistantes aux antibiotiques, des études en phagothérapie se sont penchées sur la synergie phage-antibiotique (PAS, pour Phage-Antibiotic Synergy). Cette approche repose sur l'utilisation de bactériophages pour fragiliser ces dernières. En affaiblissant la bactérie, le phage permettrait de réduire les doses d'antibiotiques nécessaires, sans pour autant diminuer l'efficacité du traitement. De plus, cette combinaison réduirait les risques de voir émerger une résistance à l'un ou l'autre des agents.
Cette méthode a été testée en associant la pleurotine et le phage K, actif contre Staphylococcus aureus. Bien que le mécanisme d'action exact de la pleurotine reste à ce jour inconnu, sa cytotoxicité s'avère être similaire à celle de la vancomycine, ce qui en fait une candidate prometteuse. Les résultats de l'étude ont révélé un effet synergique bactéricide entre la pleurotine et le phage K contre deux souches de Staphylococcus aureus.
Inhibition de la croissance de champignons et de leur pathogénicité La pleurotine, qui est un métabolite secondaire fongique, possède également des propriétés antifongiques. Elle est capable d'inhiber la croissance de plusieurs espèces de champignons dont Trichophyton mentagrophytes qui est un champignon responsable de dermatophytose. La pleurotine peut agir grâce à son action sur la thiorédoxine réductase et le champignon se retrouve alors incapable de résister au stress oxydatif, induisant ainsi la mort cellulaire.
Sur les peaux infectées, on observe une diminution, voire une disparition totale, de l'infection.
Ses propriétés antifongiques pourraient également être utiles dans le domaine de l'agriculture. Elle réduirait les effets pathogènes d'Alternaria alternata, un champignon à l'origine de taches foliaires (ou plus généralement d’alternariose), en renforçant les systèmes de défense des plantes infectées. Plus précisément, la pleurotine stimulerait la production de peroxydase et de chitinase, deux enzymes impliquées dans la réponse immunitaire des végétaux. Par ailleurs, les plantes saines mises en présence de pleurotine présenteraient une meilleure croissance et un poids sec plus élevé.
La pleurotine pourrait aussi être un agent inhibiteur de la croissance des champignons Rhizomucor miehei, Eremothecium coryli, Paecilomyces variotii, Penicillium notatum, Cladosporium.
Analogue antiviral de la pleurotine La pleurotine est une molécule difficile à synthétiser pour laquelle plusieurs analogues ont été découverts. La 4-hydroxypleurogriséine, de formule moléculaire C₂₁H₂₈O₅, est l’un de ses analogues isolés à partir du Basidiomycota Hohenbuehelia grisea, déjà connue pour produire la pleurotine.
La 4-hydroxypleurogriséine a été isolée à partir d’extraits de cultures liquides après fermentation puis purifiée par chromatographie.
La 4-hydroxypleurogriséine est l’un des seul analogue à posséder une cytotoxicité similaire à celle de la pleurotine, avec des valeurs de concentration inhibitrice médiane sur la lignée cellulaire de fibroblaste murine L929 et sur la lignée cellulaire humaine KB3, proche de cette dernière.
De plus, elle a montré une activité importante contre le virus de l’hépatite C in vitro. Elle permet de diminuer l’infection virale dans les cellules hépatiques des mammifères
Efficacité contre les bactéries Gram positives La pleurotine a montré une activité antibactérienne efficace contre les bactéries Gram positives. Une inhibition a été observée au niveau de la croissance des souches Staphylococcus aureus et Bacillus subtilis avec des concentrations inhibitrices faible.
Au contraire, la pleurotine a montré une très faible activité contre les bactéries Gram négatif Escherichia coli et Klebsiella pneumoniae.
Ainsi la paroi des bactéries Gram négatives pourrait empêcher la pénétration de la pleurotine et la rendrait quasi inefficace contre les bactéries Gram négatives.
Références