Projet ANR-12-BS07-0019 – FOLDART : Application de la chimie des Foldamères à la création de protéines composites : Synthèse de motifs à doigts de zinc, étude du repliement et de la liaison aux acides nucléiques
Programme : Blanc - SIMI 7 - Chimie moléculaire, organique, de coordination, catalyse et chimie biologique (Blanc SIMI 7)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Gilles GUICHARD (Chimie et Biologie des Membranes et Nanoobjets)
Partenaires : Chimie et Biologie des Membranes et des Nanoobjets; Chimie et Biologie des Membranes et des Nanoobjets
Montant : 416600.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Application de la chimie des Foldamères à la création de protéines compositesSynthèse de motifs à doigts de zinc, étude du repliement et de la liaison aux acides nucléiques
FoldartLe projet FoldArt vise à explorer la synthèse chimique, le repliement, et la fonction de protéines composites créées en substituant les régions en hélice-alpha de la protéine parente par des segments hélicoidaux non peptidiques appelés foldamères. Les protéines à doigts de zinc Cys2His2, une famille de métalloprotéines interagissant avec les acides nucléiques, et présentant un (ou plusieurs) motif(s) de structuration tertiaire caractéristique ont été choisies comme modèle pour cette étude.
FoldartLes oligomères peptidomimétiques à base d’urées développés par le partenaire #1 seront utilisés en remplacement des segments en hélices alpha peptidiques pour créer les motifs à doigts de zinc artificiels. Il s'agira ensuite, en collaboration avec le partenaire 2, d'analyser les propriétés de liaison aux ions métalliques (zinc par exemple), le mode de repliement et la reconnaissance par les acides nucléiques des doigts de zinc chimères peptide/oligourée ainsi préparés.
Résumé de la soumission : En raison de l’implication fréquente des domaines en hélice-alpha dans les interactions médiées par les protéines, le développement de molécules peptidiques ou non, capables de reproduire ou de mimer ces segments en hélice-alpha pour cibler des biomolécules d’intérêt (acides nucléiques, protéines) fait l’objet d’efforts considérables. En particulier, la création d’oligomères de synthèse capables de former de manière prévisible des repliements bien définis (Foldamères) connait un intérêt croissant dans ce contexte. La chimie des foldamères a connu des avancées remarquables ces dernières années et plusieurs systèmes (particulièrement ceux conservant leur repliement en milieu aqueux) apparaissent aujourd’hui comme des candidats intéressants pour interférer avec des processus biologiques et pour de possibles applications thérapeutiques. Cependant, malgré quelques succès récents, l’élaboration d’architectures repliées plus sophistiquées (structures tertiaires et quartenaires) s’approchant des protéines par leur taille, leur topologie et leur fonction reste un défi dans le domaine des foldamères. Le projet FoldArt vise à explorer la synthèse chimique, le repliement, et la fonction de protéines composites créées en substituant les régions en hélice-alpha de la protéine parente par des segments hélicoidaux non peptidiques. Nous avons sélectionné comme modèle pour cette étude les protéines à doigts de zinc Cys2His2, une famille de métalloprotéines interagissant avec les acides nucléiques, et présentant un (ou plusieurs) motif(s)de structuration tertiaire caractéristique. Une difficulté associée à l’utilisation de foldamères comme mimes de structures secondaires de protéines est la copie fidèle de l’arrangement des chaines latérales présent à la surface de la protéine. En fonction de l’arrangement à la surface de l’hélice biomimétique, le motif en doigt de zinc de type foldamère peut soit perdre son repliement, ou bien alternativement le maintenir ainsi que sa fonction. Comparés à d’autres foldamères formant des hélices biomimétiques décrit dans la littérature, les oligomères aliphatiques à base d’urées N,N’-disubstituées développés dans le groupe Guichard (partenaire #1) possèdent des caractéristiques intéressantes : l’hélice canonique (2.5 résidus/tour) des oligourées et l’hélice-alpha se superposent plutôt bien ; (2) le repliement en hélice est maintenu en milieu aqueux mais avec néanmoins une déstabilisation par rapport au MeOH ou MeCN ; (3) les oligourées sont très résistants à l’action des protéases. Le projet FoldArt bénéficie également de l’accessibilité par la synthèse de nombreux monomères fonctionnalisés avec les chaines latérales des acides aminés naturels. Le monomère portant la chaine latérale de l’histidine dont la synthèse a récemment été développée (Nelli et al. Tetrahedron, 2011, DOI:10.1016/j.tet.2011.11.066) est par ailleurs essentiel pour élaborer les architectures composites à doigt de zinc proposées. Ensemble avec le partenaire #2 (Le groupe Mergny amène sa grande expertise des structures d’acides nucléiques non usuelles, de leur reconnaissance par des ligands, et de leur caractérisation structurale), des efforts importants seront menés pour analyser les propriétés de liaison aux ions métalliques (zinc par exemple), le mode de repliement et la reconnaissance par les acides nucléiques des doigts de zinc chimères peptide/oligourée préparés. Nous pensons que ce projet apportera des informations utiles pour la conception de nouvelles protéines synthétiques chimères, pour le développement de leurs application en vue de moduler / ou reproduire les fonctions de protéines, et pour des exploitations biomédicales.
Résultats : Ce travail devrait permettre de mieux comprendre comment le repliement d'une protéine et éventuellement ses propriétés de coordination à des métaux et sa fonction biologique sont affectés par l'insertion de segments non naturels comme des hélices foldamères. A ce jour, ce domaine de recherche lié à la biologie synthétique est encore peu exploré et il n'existe pas encore de données structurales à haute résolution sur de tels systèmes synthétiques dans la littérature.
Perspectives : En cas de réussite, ce projet devrait pouvoir apporter des informations utiles pour la conception de nouvelles protéines synthétiques composites, pour le développement de leurs application en vue de moduler / ou reproduire les fonctions de protéines, et pour des exploitations biomédicales.
Publications et brevets : La synthèse et l'analyse fine des molécules cibles décrites dans le projet si elles sont menées comme prévu, devraient pouvoir faire l'objet de publications dans des journaux internationaux à fort impact. Ces résultats feront également l'objet de présentations dans des congrès internationaux.