Production of anti-cancer peptides from agri-food protein hydrolysates
Production des peptides anticancéreux à partir des hydrolysats de protéines agroalimentaires
Résumé
Haemoglobin, 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, antibacterial and antioxidant properties.
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 a et b. Les conditions d’hydrolyse enzymatique
(23°C, E/S=1/11,pH3,5) ont été validé sur l’hémoglobine humaine et a permis une production efficace du peptide a137-141. En effet, plus de 60% de la production totale de peptides a137-141 est obtenue en seulement 30 minutes d’hydrolyse, atteignant un pic de production à 3h. 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 (1,2,8et10%,p/v), permettant de produire l’a137-141 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 a137-141 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(a37-46), FPTTKTYFPH (a36-45), TSKYR(a137-141) et STVLTSKYR(a133-141), ainsi que l’anti-oxydant TSKYR. (a137-141) 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 lavoie à des traitements
plus efficaces et moins nocifs pour les patients.