• Langue : Français, Anglais
• Discipline : Biotechnologies agroalimentaires, sciences de l'aliment, physiologie
• Identifiant : 2023ULILR082
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 12/12/2023

Résumé en langue originale

L'hémoglobine, la protéine prédominante dans le cruor, responsable de la couleur rouge du sang chez les mammifères, est reconnue pour être une source riche en peptides bioactifs après hydrolyse par la pepsine porcine. Ces peptides sont principalement connus pour leurs propriétés antimicrobiennes. Cependant, ces derniers se démarquent par leur capacité à cibler spécifiquement les cellules cancéreuses tout en préservant les cellules saines à prolifération rapide. Cette thèse vise à élaborer une stratégie de valorisation de l'hémoglobine humaine et bovine, en produisant des peptides bioactifs, puis en explorant leur potentiel dans la lutte contre le cancer, tout en évaluant leurs propriétés anticancéreuses, antibactériennes et antioxydantes.Dans ce travail, le potentiel de l'hémoglobine humaine à contenir des peptides bioactifs a d'abord été étudié in silico en comparaison avec l'hémoglobine bovine à l'aide d'outils bioinformatiques. Les résultats de blast ont montré une identité élevée, 88% et 85% respectivement, indiquant une forte similarité entre les chaînes α et β. Les conditions d'hydrolyse enzymatique (23°C, E/S = 1/11, pH 3,5) ont été validé sur l'hémoglobine humaine et a permis une production efficace du peptide α137-141. En effet, plus de 60% de la production totale de peptides α137-141 est obtenue en seulement 30 minutes d'hydrolyse, atteignant un pic de production à 3 h. De plus, le mécanisme d'hydrolyse enzymatique de ces deux types d'hémoglobine suit un schéma similaire, selon un mécanisme zipper.L'hydrolyse enzymatique a également été réalisée à hautes concentrations en hémoglobine (1, 2, 8 et 10%, p/v), permettant de produire l'α137-141 à grande échelle.Ensuite, les résultats ont montré une forte activité antimicrobienne des hydrolysats peptidiques contre six souches bactériennes, indépendamment du niveau de concentration initiale du substrat. Les hydrolysats ont également montré une forte activité antioxydante, mesurée par quatre tests différents. De plus, les activités antimicrobiennes et antioxydantes des hydrolysats d'hémoglobine humaine et bovine ont montré peu ou pas de différence significative, seul le niveau de concentration étant le facteur déterminant de leur activité.Le potentiel anticancéreux des peptides bioactifs issus de l'hydrolyse enzymatique de l'hémoglobine a été étudié. Les résultats obtenus à travers deux approches distinctes ont mis en lumière leur potentiel prometteur en tant qu'agents anticancéreux. L'investigation de paramètres clés tels que la concentration initiale d'hémoglobine, le degré d'hydrolyse et les caractéristiques structurales des peptides antimicrobiens avait mis en évidence l'influence de ces facteurs sur l'activité antimitotique des peptides. Le peptide α137-141 se distingue par une forte inhibition de la croissance des radicelles, avec des valeurs d'IC50 exceptionnellement basses, soit 10 à 15 fois supérieures à d'autres fractions, attribuées à son fort potentiel antimicrobien. Les analyses in vitro ont renforcé l'hypothèse selon laquelle l'inhibition de la synthèse protéique joue un rôle essentiel dans le mécanisme anticancéreux de ces peptides.Enfin, les résultats de l'étude par spectrométrie de masse ont montré la présence d'un certain nombre de peptides bioactifs, dont la majorité présente des caractéristiques similaires à celles mentionnées dans la littérature. De nouveaux peptides bioactifs ont également été identifiés dans l'hémoglobine humaine, tels que les peptides antibactériens PTTKTYFPHF (α37-46), FPTTKTYFPH (α36-45), TSKYR (α137-141) et STVLTSKYR (α133-141), ainsi que l'antioxydant TSKYR (α137-141) dont trois autres peptides opioïdes, un inhibiteur de l'ECA, un agent anticancéreux. Cette thèse offre une nouvelle approche innovante, combinant des propriétés antimicrobiennes, antioxydantes et anticancéreuses, ouvrant la voie à des traitements plus efficaces et moins nocifs pour les patients.

Résumé traduit

Hemoglobin, the predominant protein in cruor responsible for the red colour of mammalian blood, is known to be a rich source of bioactive peptides after hydrolysis by porcine pepsin. These peptides are mainly known for their antimicrobial properties. However, these peptides stand out for their ability to specifically target cancer cells while preserving rapidly proliferating healthy cells. The aim of this thesis is to develop a strategy for adding value to human and bovine haemoglobin by producing bioactive peptides and then exploring their potential in the fight against cancer, while assessing their anti-cancer, anti-bacterial and antioxidant properties.In this work, the potential of human hemoglobin to contain bioactive peptides was first studied in silico in comparison with bovine hemoglobin using bioinformatics tools. Blast results showed high identity, 88% and 85% respectively, indicating high similarity between α and β chains. The enzymatic hydrolysis conditions (23°C, E/S = 1/11, pH 3.5) were validated on human hemoglobin and enabled efficient production of the α137-141 peptide. Indeed, more than 60% of the total α137-141 peptide production was obtained in just 30 minutes of hydrolysis, reaching a production peak at 3 h. Furthermore, the mechanism of enzymatic hydrolysis of these two types of haemoglobin follows a similar pattern, according to a zipper mechanism. Enzymatic hydrolysis was also performed at high haemoglobin concentrations (1, 2, 8 and 10%, w/v), enabling large-scale production of α137-141.Next, the results showed strong antimicrobial activity of the peptide hydrolysates against six bacterial strains, independent of the initial substrate concentration level. The hydrolysates also showed strong antioxidant activity, measured by four different tests. In addition, the antimicrobial and antioxidant activities of the human and bovine haemoglobin hydrolysates showed little or no significant difference, with only the concentration level being the determining factor in their activity.The anticancer potential of bioactive peptides derived from the enzymatic hydrolysis of haemoglobin was studied. The results obtained using two distinct approaches highlighted their promising potential as anti-cancer agents. The investigation of key parameters such as the initial concentration of haemoglobin, the degree of hydrolysis and the structural characteristics of the antimicrobial peptides highlighted the influence of these factors on the antimitotic activity of the peptides. The α137-141 peptide stood out for its strong inhibition of rootlet growth, with exceptionally low IC50 values, 10 to 15 times higher than other fractions, attributed to its strong antimicrobial potential. In vitro analyses reinforced the hypothesis that inhibition of protein synthesis plays an essential role in the anti-cancer mechanism of these peptides.Finally, the results of the mass spectrometry study showed the presence of a number of bioactive peptides, the majority of which have characteristics similar to those reported in the literature. New bioactive peptides were also identified in human hemoglobin, such as the antibacterial peptides PTTKTYFPHF (α37-46), FPTTKTYFPH (α36-45), TSKYR (α137-141) and STVLTSKYR (α133-141), as well as the antioxidant TSKYR. (α137-141) including three other opioid peptides, an ACE inhibitor, an anticancer agent. This thesis offers a new innovative approach, combining antimicrobial, antioxidant and anticancer properties, paving the way for more effective and less harmful treatments for patients.