Projet ANR-10-BLAN-1507 – interferenceTM : Complexes de protéines membranaires dans la signalisation : rôle d'interactions entre domaines transmembranaires
Programme : Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes :  Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (Blanc SVSE 5)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur James STURGIS (CNRS - DELEGATION REGIONALE PROVENCE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Institut national de la santé et de la recherche médicale
Montant : 470000.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Interférer avec les interactions entre domaines transmembranaires pour de nouveaux médicaments ?Ce projet vise à démontrer l’existence d’interactions entre les domaines transmembranaires de récepteurs importants en pathologie, et à interférer avec elles pour inhiber ces récepteurs. Les domaines transmembranaires permettent l’exposition des récepteurs à la surface cellulaire, et jouent un rôle dans leur activation.
Mettre en évidence de nouvelles interactions entre domaines transmembranaires pour développer de nouveaux antagonistes.De plus en plus de données démontrent l'importance d'interactions entre récepteurs sur la surface cellulaire pour leur activation, qui est souvent dérégulée dans les cancers. Les domaines transmembraires qui permettent l'expression à la surface de ces récepteurs peuvent participer à ces interactions. Dans ce projet nous avons voulu étudier de façon coordonnée certaines de ces interactions, depuis une approche in silico en modélisation informatique et leur criblage dans un système génétique bactérien, jusqu'à la démonstration que des molécules synthétiques (peptides) sont inhibitrices de l'activation de certains récepteurs, dans des modèles cellulaires et animaux. Les récepteurs d'intérêt appartiennent à la famille des récepteurs de facteurs de croissance et des récepteurs de sémaphorine.L'idée directrice du projet est de chercher à concevoir et valider des molécules capables d'interférer spécifiquement avec les domaines transmembranaires de récepteurs impliqués dans différents cancers, et ainsi de définir ce qui pourrait devenir une toute nouvelle classe de médicaments.
Approches in silico et in vivoNous avons utilisé différentes techniques pour démontrer et évaluer ll'importance des interactions entre domaines transmembranaires pour deux familles de récepteurs. Une méthode génétique a été mise au point pour démontrer ces interactions. La modélisation moléculaire a permis de les valider et quantifier. Différentes méthodes ont été utilisées pour démontrer le rôle inhibiteur de peptides synthétiques en culture de cellules et chez l!animal.
Résumé de la soumission : Ce projet associe trois groupes représentant la biologie cellulaire, la biophysique moléculaire et la modélisation molécualire autour d'un projet visant à étudier les plate-formes de signalisation membranaire organisées autour des neuropilines. Les neuropilines sont des récepteurs membranaires impliqués dans le développement et le maintien du système nerveux et l’angiogénèse. Nous voulons caractériser quantitativement, et modéliser, des interactions entre domaines transmembranaires des protéines participant à cette signalisation, et ainsi proposer et tester in vitro et in vivo de nouvelles molécules peptidiques ou peptido-mimétiques susceptibles de devenir de nouveaux agents thérapeutiques, en particulier en cancérologie.	Deux de ces groupes,	à Strasbourg (D. Bagnard) et Marseille (J. Sturgis, P. Hubert), ont récemment montré qu’un peptide correspondant à la séquence native du domaine transmembranaire (TM) de la neuropiline 1 inhibe la signalisation de cette protéine in vitro et in vivo (Roth et al. Mol. Biol. Cell 2008; Nasarre et al. Oncogene 2010). Ce peptide est un antagoniste très efficace dans tous les tests cellulaires ou chez l’animal pratiqués à ce jour. L’exploration des mécanismes moléculaires de cet antagonisme est très prometteuse pour la compréhension des mécanismes moléculaires d’assemblage de plate-formes de signalisation avec la neuropiline, et pour la découverte de nouvelles”biothérapies”. Le projet implique la combinaison de méthodes biochimiques, biophysiques et de modélisation in silico pour découvrir et optimiser des séquences peptidiques ou des peptidomimétiques antagonistes de cette signalisation. Les propriètés pharmacologiques en seront étudiées dans des systèmes cellulaires et chez l’animal.
Résultats : Les principaux résultats de cette étude coordonnée des interactions entre domaines transmembranaires peuvent être résumés ainsi :
• La démonstration d'interactions entre les domaines des récepteurs Neuropiline 1 et Plexine A1 a été faite in silico par modélisation moléculaire et à l'aide d!'un système génétique bactérien.
• Des molécules (peptides) synthétiques sont inhibitrices de l'activation de ces récepteurs, dans des modèles cellulaires et animaux, dans un contexte de cancers du cerveau et du sein.
• Un autre peptide synthétique est lui aussi inhibiteur d'un récepteur de facteur de croissance, dans un modèle de cancer du sein.
• L'approche de modélisation permet de définir le motif d'interaction, ce qui ouvre la voie à la conception de molécules plus petites et éventuellement plus efficaces.
• Le développement d'une technique de criblage de ces interactions dans des bactéries doit permettre une identification systématique d'interactions pouvant ensuite être ciblées.
Perspectives : Ce travail ouvre la voie au développement de molécules entièrement innovantes, ciblant les interactions fonctionnelles entre les domaines transmembranaires de récepteurs impliqués dans différentes maladies. Nous avons validé cette approche pour deux représentants de ces familles de récepteurs. L'association de méthodes aussi diverses que la modélisation moléculaire, un système rapporteur génétique et des méthodes de biologie cellulaire et d'imagerie sophistiquées
mérite d'être plus amplement développée. Il existe très certainement de multiples interactions de protéines membranaires, insoupçonnées jusqu'ici, qui pourraient faire l'objet d'études utilisant notre type d'approche.
Publications et brevets : Le projet a donné lieu à une publication parue, et 4 manuscrits en cours d’examen dans des revues internationales à comité de lecture.
1. Duneau JP, Sturgis JN. Lateral organization of biological membranes: role of long-range interactions. Eur Biophys J. (2013) 42: 843-50. Ce travail théorique montre l’importance des interactions entre protéines
membranaires pour l’organisation moléculaire dans le plan de la membrane cellulaire.
2. Alexia Arpel, Paul Sawma, coll. and Dominique Bagnard. Transmembrane domain targeting peptide antagonizing ErbB2/Neu
inhibits breast tumor growth and metastasis. Un peptide synthétique correspondant au domaine transmembranaire d’un récepteur de facteur de croissance est efficace dans un modèle de cancer du sein.
3. Samia Aci-Sèche, coll., Monique Genest and Norbert Garnier. Transmembrane recognition of the semaphorin co-receptors neuropilin 1 and plexin A1. Coarse-grained simulations. Des simulations numériques établissent l’existence et la hiérarchie d’interactions entre les domaines transmembranaires de récepteurs de sémaphorines.
4. Paul Sawma, coll., James Sturgis and Pierre Hubert. Homotypic and heterotypic interactions between transmembrane helices of proteins involved in receptor tyrosine kinase and neuropilin signaling. Une méthode de criblage génétique d’interactions trasmembranaires est mise au point dans des bactéries. Elle révèle de façon fiable et spécifique de nouvelles interactions.
5. Laurent Jacob, coll., and Dominique Bagnard. Inhibition of
Plexin-A1-mediated brain tumor growth and tumor-associated angiogenesis using transmembrane domain targeting peptide. Un peptide synthétique correspondant au domaine transmembranaire d’un récepteur (Plexine A1) est efficace dans un modèle de cancer du cerveau.