Les Métalloprotéases matricielles (MMPs) constituent une famille des métalloprotéases à zinc capables conjointement de dégrader l'ensemble des protéines de la matrice extracellulaire. Aujourd'hui, vingt-trois MMPs humaines ont été identifiées et sont caractérisées par leur séquence en aminoacides et leur structure 3D fortement conservées. Ces enzymes sont exprimées de manière constitutive au cours des processus de remodelage tissulaire. Leur surexpression dans un certain nombre de pathologies étroitement liée au phénomène d'inflammation (arthrite, emphysème, cancer) fait des MMPs des cibles thérapeutiques de choix. Cependant, le remodelage entraînant des modifications des contacts cellulaires, les MMPs apparaissent aujourd'hui comme des protéines des voies de signalisation à part entière. Les récentes découvertes de substrats des MMPs ne faisant pas partie des constituants de la matrice extracellulaire renforcent cette vision. Dans le but d'identifier le rôle particulier et le taux d'expression protéique des MMPs dans un contexte pathologique, nous avons développé une technique de protéomique fonctionnelle dédiée à la détection des formes actives des MMPs dans des échantillons tumoraux. Cette technique repose sur le développement d'une nouvelle sonde de photoaffinité, basée sur la structure d'un puissant inhibiteur des MMPs de type phosphinique, permettant de cibler les MMPs sous forme active et de les isoler par marquage par photoaffinité. Le marquage par photoaffinité nous permet ainsi grâce à un élément radioactif incorporé à la sonde de radiomarquer les protéines ciblées. Cette sonde a montré in vitro sa capacité remarquable à modifier de manière covalente la hMMP-12 avec un rendement de 42 %, affichant une sensibilité extrême de détection (2.5 fmoles de hMMP-12). En présence de protéome complexe, la sensibilité de détection de la sonde pour la hMMP-12 est tout à fait comparable (5 fmoles) ; la hMMP-12 représente une fraction de 0.001 % de la quantité totale des protéines. Cette méthode nous a permis également d'identifier de manière indirecte les formes actives des gélatinases en comparant les extraits tumoraux traités par la sonde et les extraits tumoraux analysés en zymographie. Ces études indiquent que les niveaux d'expression des formes actives de MMPs sont très faibles (fmoles) ne permettant pas une caractérisation de celles-ci par spectrométrie de masse, ce qui constitue un véritable défi pouvant être abordé avec de nouvelles sondes incorporant une biotine. Cet exemple de protéines exprimées sous forme active en très faible abondance, implique une orientation des efforts à consentir vers le développement de nouvelles stratégies de capture.

Dans cette étude, nous décrivons pour la première fois les propriétés anti-tumorales de composés de type thiomorpholine sulfonamide hydroxamate dans le cancer du sein. Nous avons montré que le TMI-1, un inhibiteur à spécificité double MMPs/ADAM-17, est un puissant inhibiteur de la croissance tumoral in vitro et in vivo. Cette activité anti-tumorale est indépendante de l’inhibition d’ADAM-17 et des MMPs. En effet, le TMI-1 inhibe la croissance tumorale in vitro de 89% des lignées tumorales mammaires à des IC50 de l’ordre du micromolaire, par sa double capacité d’induire l’arrêt du cycle cellulaire en G0/G1 et l’apoptose dépendante de la voie extrinsèque. TMI-1 n’a aucun effet sur les cellules normales. In vivo, le TMI-1 inhibe le développement tumoral et l’apparition de nouvelles tumeurs dans les souris transgéniques MMTV-ERBB2/neu. A la différence des drogues cytotoxiques conventionnelles, TMI-1 à une activité sélective sur les cellules tumorales en affectant le pool de cellules souches cancéreuses mammaires. De plus, le TMI-1 agit en synergie en association avec les drogues de chimiothérapie et de thérapies ciblées. TMI-1 a déjà été utilisé en clinique, est une molécule candidate au repositionnement clinique en cancérologie. D’une manière intéressante, une corrélation marquée a pu être mise en évidence entre TMI-1 et le statut mutationnel de P53. Finalement, TMI-1 représente une alternative thérapeutique prometteuse dans le traitement des cancers, d’autant que la sélectivité semble associée à un marqueur « compagnon » P53, muté dans environ 50% des cancers. Le lien existant entre ces composés et P53 passe par l’identification de la ou les cibles. Ce travail est actuellement en cours, utilisant des approches de protéomique inverse. / In this study, we focused on breast cancer and reported for the first time in vitro and in vivo antitumor properties of thiomorpholin sulfonamide hydroxamate compounds. We found that TMI-1, a dual ADAM-17 and MMP inhibitor is a strong anti-cancer agent. TMI-1 exerts its antitumor activity at micromolar range by induction of cell cycle arrest in G0/G1 and extrinsic apoptosis pathway. TMI-1 is not cytotoxic for normal cells. 89% of breast tumor cells are sensitive to TMI-1 in vitro. TMI-1 is also efficient in vivo, inhibits tumor growth and prevents the formation of additional tumors in MMTV-ERBB2/neu transgenic mice. Unlike conventional cytotoxic drugs, TMI-1 has a selective activity on tumor cells by affecting the pool of cancer stem cells. Interestingly TMI-1 is a potent synergistic drug for breast cancer therapy. TMI-1, already used to treat inflammatory disease, is a candidate for drug repositioning in oncology. Interestingly, a marked correlation was found between TMI-1 and the mutational status of P53. Finally, TMI-1 is of outstanding interest, as efficiency may be related to the surrogate marker P53 mutated in approximately 50% of cancers. The relationship between these compounds and P53 is currently in progress. This is done by a reverse proteomic approaches attempting to identify direct target(s).

La cicatrisation cornéenne représente un processus de réparation complexe qui vise à restaurer l'intégrité, la structure et la transparence de la cornée. Cependant, dans un certain nombre de cas, ce processus peut évoluer de façon anormale et se stabiliser en entraînant la formation d'une opacité cornéenne installée. Les mécanismes impliqués dans la formation de ces cicatrices persistantes ne sont pas encore complètement élucidés, mais il est établi que la composition et l'organisation de la matrice extracellulaire du stroma jouent un rôle majeur dans la restauration de la transparence de la cornée. Ce projet s’est concentré sur la métalloprotéase extracellulaire BMP-1 (Bone Morphogenetic Protein 1), déjà connue pour son rôle dans l'assemblage de la matrice extracellulaire et l'activation du TGF-bêta. Afin d’identifier les processus contrôlés par BMP-1 dans la cornée, nous avons d’abord effectué une comparaison systématique des inhibiteurs de BMP-1 connus ou potentiels, de différentes origines, pour caractériser leurs propriétés à la fois in vitro et dans des cultures cellulaires. Ensuite, nous avons mené une étude approfondie du sécrétome des cellules stromales de la cornée humaine (kératocytes), et des conséquences de la différenciation de ces cellules en myofibroblastes. Enfin, nous avons analysé les événements protéolytiques médiés par BMP-1 dans le sécrétome des kératocytes en utilisant principalement une approche de protéomique quantitative basée sur le marquage iTRAQ des protéines entières (technique TAILS). La comparaison des inhibiteurs disponibles de BMP-1 a permis de mettre en évidence différents profils d’efficacité, de spécificité et de toxicité et a conduit à l’identification d’un inhibiteur hydroxamate et d’un inhibiteur protéique efficaces, peu toxiques et très spécifiques de BMP-1. Le sécrétome des kératocytes s’est avéré être un modèle adéquat pour l’étude des activités de BMP-1 dans le contexte cornéen. Plus de 2022 protéines ont été identifiées, dont la métalloprotéase BMP-1 et 16 de ses 33 substrats connus jusqu’à présent. Enfin, 76 protéines modifiées par l’activité de BMP-1 ont été identifiées dans le sécrétome des kératocytes. Ces résultats confirment les liens forts entre BMP-1, l'assemblage de la matrice extracellulaire et le TGF-bêta, mais suggèrent également de nouveaux rôles pour la protéase dans l'inflammation. Certains des substrats nouvellement identifiés (TGFBI, HSP47 et collagène VI) sont très pertinents dans le contexte de la cicatrisation de la cornée et ont été validés d’un point de vue biochimique. En conclusion, BMP-1 est confirmée comme une cible potentielle intéressante pour traiter ou prévenir la formation des opacités cornéennes et la caractérisation des inhibiteurs disponibles ouvre des perspectives importantes pour des études précliniques chez l’animal / When the cornea is injured, a complex multi-step healing process is triggered which aims at restoring corneal integrity, structure and transparency. However, in some cases, corneal healing results in the formation of a stable scar associated with a prolonged loss of corneal transparency and with functional blindness. The mechanisms involved in the formation of these persistent scars are still not fully understood but it is known that the composition and organization of the extracellular matrix significantly contributes to the maintenance of corneal transparency. This work focused on the extracellular metalloproteinase called BMP-1 (Bone Morphogenetic Protein 1), a major player in the control of extracellular matrix assembly and TGF-beta activation, which was previously shown to be up-regulated in corneal healing and scarring. In order to further probe BMP-1 functions in corneal healing, we first performed a systematic comparison of known or potential BMP-1 inhibitors from different origins to characterize their properties both in vitro and in cell cultures. We then carried out an in-depth study of the secretome of human corneal stromal cells (keratocytes) and of the consequences of the differentiation of these cells into myofibroblasts. Finally, we analyzed BMP-1-mediated proteolytic events in keratocyte secretomes, mainly using a quantitative proteomic approach based on iTRAQ labeling of proteins (TAILS technique). The comparison of BMP-1 available inhibitors revealed different profiles of efficacy, specificity and toxicity and led to the identification of one hydroxamate inhibitor and one protein inhibitor, which were very efficient, non-toxic and very specific of BMP-1. The keratocyte secretome was shown to be a suitable model for the study of BMP-1 activities in the corneal context. More than 2022 proteins were identified, including the BMP-1 metalloprotease and 16 of its 33 already known substrates. Finally, 76 proteins modified by BMP-1 activity were identified in the keratocyte secretome. These results confirm the strong links between BMP-1, extracellular matrix assembly and TGF-beta, but also suggest new roles for this protease in cell proliferation and inflammation. Some of the newly identified substrates (TGFBI, HSP47 and collagen VI) are highly relevant in the context of corneal healing and were validated at the biochemical standpoint. In conclusion, BMP-1 is confirmed as a potential target to treat or prevent the formation of corneal opacities and the characterization of available inhibitors opens up important perspectives for preclinical studies in animals

La membrane basale (MB) est une feuille dense de matrice extracellulaire spécialisée qui sépare l'épithélium du tissu sous-adjacent. La pénétration des cellules à travers les barrières des MB, c’est appelée «invasion», est un processus important pour le développement normal des tissus et dans la métastase du cancer. Beaucoup a été compris sur la génétique et la signalisation sur comment les trous sont formés dans le MB pendant de l'invasion ont été compris. Cependant, les forces physiques impliquées sont moins comprises: comment la contractilité de la myosine participe à l'élimination de la MB et comment les différents facteurs de polymérisation de l’actine et les protéines de réticulation contribuent au processus invasif. Pour répondre à ces questions, nous avons étudié un événement d'invasion dans un processus de développement, l’invasion de la cellule anchre (AC) chez Caenorhabditis elegans. La rupture de la MB par l’AC est connue pour dépendre d'une protrusion riche en actine et de l'activité des métalloprotéases (MMP), similaire à l'invasion de cellules cancéreuses. Inactivation génique par RNAi de différents activateurs et nucléateurs de la polymérisation d'actine, et l'expression spécifiquement dans l'AC d'une forme négative dominante d'un activateur du complexe Arp2/3 a montré que l'invasion de l’AC dépendes fortement des filaments ramifiés formés via l'activation WASP / WSP-1 du complexe Arp2/3. La microscopie à haute résolution a indiqué que la protrusion invasive de l’AC était densément assemblée, en accord avec l'idée que la protrusion invasive était fortement ramifiée. Nous avons également montré qu'un autre activateur du complexe Arp2/3, WAVE / WVE-1, pouvait permettre une invasion lorsque WASP / WSP-1 était absent. Les formines semblaient ne pas de jouer un rôle majeur et les protéines de réticulation d'actine étaient également dispensables pour l’invasion de l’AC. Dans les vers de type normaux, nous avons observé que l'activité de la myosine n'était pas nécessaire pour l'invasion. Cependant, il a été rapporté que les cellules cancéreuses augmentent la contractilité de la myosine pour envahir en l'absence de protéases, nous avons donc utilisé un ver sans les cinq principales MMPs du génome du ver pour tester le rôle de la myosine dans ce contexte. L'invasion de l’AC a eu lieu dans en l’absence des MMPs, mais avec un retard. L’inactivation génique par RNAi de différents composants lies à l’activité de la myosine n'a pas amélioré le défaut d'invasion. En plus, la visualisation du cytosquelette d'actine dans les vers sans MMPs a révélé que l'actine était concentrée dans la protrusion de l’AC et à peine détectable dans le cortex, ce qui rendait improbable que la contraction de la myosine du cortex aiderait la compression cellulaire à travers de la MB comme il a été reporté dans les cellules cancéreuses en l'absence de protéases. Tous ces résultats ensemble, ont montré que la cellule invasive a adapté sa polymérisation de filaments d'actine ramifiée pour maintenir l'invasion dans différents contextes biochimiques et environnementaux. Cette plasticité est un point crucial qui doit être mieux compris pour développer de futurs traitements visant l'invasion de cellules cancéreuses. / Basement membrane (BM) is a dense sheet of specialized extracellular matrix that separates epithelia from underlying tissue. The penetration of cells through BM barriers, called “invasion”, is an important process during normal tissue development and in cancer metastasis. Much has been understood concerning the genetics and signaling of how holes are formed in the BM during invasion. However less is clear about the physical forces involved: how myosin contractility participates in BM removal and how different actin polymerization factors and crosslinkers contribute to the invasive process. To address these questions, we studied an invasion event in a developmental process, anchor cell (AC) invasion in Caenorhabditis elegans. AC breaching of the BM is known to depend on an actin-rich protrusion and the activity of matrix metalloproteases (MMPs), similar to cancer cell invasion. RNAi knockdown of different actin polymerization activators and nucleators, and expression of a dominant negative form of an Arp2/3 complex activator specifically in the AC showed that AC invasion depended strongly on branched filaments formed via WASP/WSP-1 activation of the Arp2/3 complex. Super-resolution microscopy indicated that the AC invasive protrusion was densely packed with filaments, in keeping with the idea that the invasive protrusion was highly branched. We further showed that another Arp2/3 complex activator, WAVE/WVE-1, could enable invasion when WASP/WSP-1 was absent. Formins appeared not to play a major role and actin cross-linking proteins were likewise dispensable for AC invasion. In wild type worms, we observed that myosin activity was not needed for invasion. However it has been reported that cancer cells upregulate myosin contractility to invade in the absence of proteases, so we used a worm deleted for the five main MMPs of the worm genome to test the role of myosin in this context. AC invasion took place in MMP- worms, but with a time delay. RNAi knockdown of different components of the myosin machinery gave no enhancement of the invasion defect. In addition visualization of the actin cytoskeleton in MMP- worms revealed that actin was concentrated in the AC protrusion and barely detectable in the cortex, making it unlikely that myosin contraction of the cortex was helping the cell squeeze through the BM as reported in cancer cells in the absence of proteases. All together these results showed that the invasive cell adapted its branched actin filament polymerization to maintain invasion in different biochemical and environmental contexts. This plasticity is a crucial point that needs to be better understood in order to develop future treatments targeting cancer cell invasion.

Deux complexes de gallium solubles dans l'eau de formule [Ga(III)LCl], où L est la forme déprotonée de dérivés d'acide N-2-hydroxybenzyl-aspartique ont été synthétisés et caractérisés par RMN 1H et 13C, FT-IR, spectrométrie de masse et analyse élémentaire. Les données analytiques obtenues sont cohérentes avec une structure mononucléaire dans laquelle le cation gallium (III) est ligandé par l'un des deux groupes acide carboxylique, l'oxygène phénolique et l’atome d'azote du groupe 2-hydroxybenzylamino. Dans une telle structure, le ligand tridendate assure la liaison de l'ion métallique tandis que l'appendice carboxylique fournit la solubilité dans l'eau. La cytotoxicité du complexe gallium de l'acide (R)-2-(5-chloro-2-hydroxybenzylamino)succinique (GS2) a été évaluée contre les lignées cellulaires de cancer du sein humain MDA-MB231 et de fibrosarcome HT-1080. Nous avons établi que GS2 est plus cytotoxique que le dérivé dépourvu de chlore aromatique et que le chlorure de gallium. GS2 est capable d'induire l'apoptose par la régulation négative de la phosphorylation de l'AKT et l’arrêt du cycle cellulaire en G2M via l’activation de la voie des caspases 3/7. Bien que de nombreux effets moléculaires et cellulaires du Ga aient été décrits, y compris l'inhibition du protéasome et les activités ostéoclastiques, le complexe GS2 apparaît comme le premier complexe de gallium capable de réduire la phosphorylation d'AKT dans les cellules cancéreuses. L'activité de GS2 sur l'invasion cellulaire et sur l'expression et l'activité des métalloprotéinases matricielles (MMP) a été étudiée en utilisant une chambre de Boyden revêtue de collagène de type I. Nous avons analysé l'activité sur les MMPs par zymographie et dosage enzymatique en utilisant des substrats fluorogènes à haute affinité. Une inhibition sélective de MMP-14 a été observée pour bloquer la migration et l'invasion de cellules tumorales. L'expression de l'ARNm des MMP a été analysée par qRT-PCR. GS2 induit une diminution de l'invasion cellulaire. Un effet d'inhibition dose-dépendante a été observé sur les activités de MMP-2, MMP-9 et MMP-14. Une diminution de l'expression de l'ARNm de MMP-14 a été observée dans les deux lignées cellulaires, tandis que l'expression des ARNm de MMP-2 et de MMP-9 ne décroit que dans les cellules tumorales MDA-MB231. Les données obtenues sur l'expression de l'ARNm de MMP-14 ont été confirmées par analyse Western Blot. GS2 semble être une molécule capable de réduire l'activité de MMP-14 dans des maladies métastatiques cancéreuses présentant un niveau élevé d'expression et d'activité de MMP-14. En conclusion, ces données montrent que le complexe GS2, en combinaison avec une chimiothérapie cytotoxique, est un composé prometteur pour la thérapie anti-invasive et anticancéreuse. / Two water soluble gallium complexes with formula [Ga(III)LCl], where L is the deprotonated form of N-2-hydroxybenzyl aspartic acid derivatives were synthesized and characterized by 1H NMR, 13C NMR, FT-IR, mass spectrometry and elemental analysis. The analytical data are consistent with a mononuclear structure in which the gallium (III) cation is liganded by one of the two carboxylic acid groups, the phenol oxygen and the nitrogen atom of the 2-hydroxybenzylamino group. In such a structure, the tridendate ligand secures the binding of the metal ion whereas the carboxylic appendage provides the water solubility. The cytotoxicity of the gallium complex of (R)-2-(5-chloro-2-hydroxybenzylamino) succinic acid (GS2) was evaluated against human breast carcinoma MDA-MB231 and fibrosarcoma HT-1080 cell lines. The 5-chloro derivative GS2 was found to be more cytotoxic than the unsubstituted derivative and GaCl3. GS2 induces apoptosis through down-regulation of AKT phosphorylation, G2M arrest in cell cycle via activation of the caspase3/7 pathway. Although, many molecular and cell effects of Ga have been described, including proteasome inhibition and osteoclastic activities, GS2 appears as the first Ga compounds able to decrease AKT phosphorylation in cancer cells. The activity of GS2 on cell invasion and on the expression and activity of Matrix Metalloproteinases (MMPs) have been investigated using modified Boyden chamber coated with type I collagen. We analyzed the activity on MMPs by zymography and enzymatic assay using high affinity fluorogenic substrates. A selective inhibition of MMP-14 has been reported to blocks tumor cell migration and invasion. The expression of MMPs mRNA was analyzed by qRT-PCR. GS2 induces a decrease in cell invasion. A dose dependent inhibition effect was observed on MMP-2, MMP-9 and MMP-14 activities. A decrease in MMP-14 mRNA expression was observed in both cell lines, whereas MMP-2 and MMP-9 mRNA expression was decreased only in MDA-MB231 cells. Thus, we propose that GS2 compound may be a potential candidate to decrease the MMP-14 activity in cancer metastatic diseases presenting high level of MMP-14 expression and activity. Taken together, these data show that GS2, in combination with cytotoxic chemotherapy a is a promising compound for anti-invasive and anticancer therapy.

Les travaux réalisés portent sur la conception de ligands protéiques capables de cibler le site catalytique des métalloprotéases matricielles (MMPs) grâce à une méthode d'ingénierie développée au laboratoire qui repose sur le greffage de motifs fonctionnels. Le motif fonctionnel choisi correspond aux 4 résidus N-terminaux du TIMP-2, un inhibiteur naturel des MMPs. Des plates-formes protéiques possédant des motifs d'acides aminés dans une topologie similaire à celle du motif de référence dans le complexe TIMP-2/MMP-14 ont été identifiées par criblage systématique de la PDB à l'aide du logiciel STAMPS (Search for Three-dimensional Atom Motif in Protein Structure). Dix candidats ligands satisfaisant les contraintes topologiques, stériques et de similarité électrostatique avec le ligand naturel TIMP-2 ont été sélectionnés. Ces ligands ont été produits par synthèse chimique ou par voie recombinante puis leur capacité à inhiber une série de 6 MMPs a été évaluée. Les résultats indiquent que tous les ligands protéiques conçus in silico sont capables de lier les sites catalytiques des MMPs avec des constantes d'association allant de 450 nM à 590 mM, sans optimisation supplémentaire. La caractérisation structurale par diffraction X de 2 variants d'un de ces ligands protéiques a permis de montrer que les interactions établies par le motif 1-4 dans ces ligands étaient similaires à celles observées dans le complexe TIMP-2/MMP-14, avec cependant des différences dans la géométrie de certaines d'entre elles. Des études de simulation par dynamique moléculaire ont également permis de mettre en évidence de possibles différences dans la géométrie et la stabilité de certaines des interactions reproduites dans les 10 plates-formes, pouvant contribuer aux affinités modestes observées pour ces ligands. Cependant, les résultats obtenus montrent que la méthode de conception in silico utilisée est capable de fournir une série de ligands protéiques de 1ère génération ciblant de manière spécifique un site catalytique d'intérêt avec un bon rendement. Cette méthode pourrait constituer la 1ère étape d'une approche hybride de conception in silico de ligands combinée à des techniques de sélection expérimentales.

Le développement d'une nouvelle sonde dite " activity-based probe " pour réaliser la détection de formes actives de protéases appartenant à la famille des protéases à zinc de la matrice (MMP) a été réalisé dans ce travail, en partant d'un inhibiteur phosphinique puissant des MMP dans lequel a été introduit un groupement photoactivable de type diazérine. Ce composé se révèle un inhibiteur puissant de plusieurs MMP avec des affinités nanomolaires. Ce composé incubé avec différentes MMP est par ailleurs capables de modifier de façon covalente un grand nombre de MMP au niveau de leur site actif, avec des rendements de modification variant de plus de 50% à 11%, selon la nature des MMP. En ayant choisi comme moyen de détection la radioactivité, nous démontrons qu'avec cette nouvelle sonde qu'il est possible de détecter des formes actives de MMP avec des sensibilités de l'ordre de la femtomole dans des systèmes modèles de protéomes complexes. Appliquée à l'analyse de lavages broncho alvéolaires de souris traitées par voie pulmonaire avec des nanoparticules pour induire une réponse inflammatoire, cette nouvelle sonde permet de mettre en évidence la présence de formes actives du domaine catalytique de la MMP-12, une métalloprotéase à zinc exprimée par les macrophages, mais pas dans les animaux contrôles. En revanche l'analyse de carotides humaines de patients souffrant d'athérosclérose ne nous pas conduit avec cette sonde à la détection de formes actives de MMP. Malgré ce résultat, il est à noter que la détection de forme active de MMP dans un fluide pathologique est une première dans ce domaine. Cette sonde étant validée pour sa capacité à détecter des formes actives de MMP, elle permettra dans l'avenir de tester d'autres fluides pathologiques d'origine humaine ou bien des extraits de tissu comme des tumeurs pour lesquels les MMP pourraient être des marqueurs de ces pathologies.

La maladie d'Alzheimer (MA) est la maladie neurodégénérative la plus répandue à travers le monde et reste actuellement incurable. Le peptide beta amyloïde (Abeta), composant principal des plaques séniles retrouvées dans le cerveau des patients, joue un rôle majeur dans le développement de la MA, d'où l'importance de contrôler sa production et/ou son élimination. Dans cette optique, nous travaillons sur des molécules nommées métalloprotéases matricielles (MMPs). Bien qu'ayant été impliquées à la fois dans de nombreux processus physiologiques et pathologiques dans système nerveux, leur rôle dans la MA reste encore relativement inexplorée. Nous avons utilisé comme modèle d'étude des souris qui développent les symptômes de la MA (déclin cognitif, mort des neurones). Nous montrons que deux MMPs, MMP-2 et MT1-MMP, augmentent leurs niveaux d'expression avec le vieillissement de l'animal et donc avec l'aggravation de la pathologie. Ceci a lieu dans l'hippocampe, une région du cerveau qui est particulièrement sensible car elle est impliquée dans l'apprentissage et la mémoire. Par la suite nous avons utilisé des cellules HEKswe qui produisent beaucoup d'Abeta et miment d'une certaine manière ce qui se passe dans le cerveau de la souris, afin de mieux appréhender la signification des augmentations de ces MMPs. Nous montrons que la surexpression de MT1-MMP dans ces cellules favorise la formation d'Abeta, alors que MMP-2 l'empêche. Ces résultats montrent pour la première fois une dualité fonctionnelle au sein de la famille des MMPs, et plus important, révèlent une nouvelle molécule amyloïdogénique (MT1-MMP) qui pourrait devenir à terme une cible thérapeutique. / We investigate the role of matrix metalloproteinases in the metabolism of beta amyloid peptide (Abeta) and its amyloid precursor protein (APP) in Alzheimer's disease (AD). Our results in the 5xFAD mouse model of AD indicate a cell-type and age-dependent upregulation of MMP-2 -and MT1-MMP active forms. This is concomitant with the increase of toxic forms of Abeta, but also of cytotoxic C99, a membrane fragment of APP generated by beta-secretase and that gives rise to Abeta after gamma-secretase cleavage. We show in HEK cells overproducing Abeta that while MT1-MMP interacts with APP and boosts C99 and Abeta production, MMP-2 does not interact with APP and degrades Abeta. These results uncover a MMP-specific regulatory crosstalk with amyloid and also MT1-MMP as a new pro-amyloidogenic proteinase. We want now to gain further insight into the mechanisms that support MT1-MMP effects, namely the possible modulation by MT1-MMP of beta- and gamma-secretase activities and/or APP trafficking.

Les métalloproteases matricielles (MMPs) appartiennent à une famille d'endopéptidases dépendantes du zinc, présentent sous forme secrétée ou membranaire (MT-MMP) et qui jouent un rôle fondamental dans la signalisation cellulaire. L'activité des MMPs est régulée par leur inhibiteurs endogènes, les inhibiteurs tissulaires des MMPs (TIMPs). Le système MMP/TIMP régule les interactions cellule-cellule et cellule-matrice extra cellulaire et module la motilité cellulaire par clivage protéolytique des composants de la matrice extra cellulaire aussi bien lors de processus physiologiques que dans des situations pathologiques.Dans un premier temps, nous avons mis en évidence le rôle de TIMP-1 dans la modulation de la croissance neuritique et la morphologie neuronale, via l'inhibition de MMP-2 et non de MMP-9. souches de la muqueuse olfactive (OE-MSCs). Nous montrons dans cette étude que les gélatinases MMP-2 et MMP-9 ainsi que la MMP membranaire MT1-MMP, sont impliquées dans la migration des OE-MSCs. Nous montrons également que les gélatinases sont probablement impliquées dans les propriétés neurotrophiques des OE-MSCs et des cellules engainantes olfactives.L'ensemble de ces résultats apporte de nouveaux éléments fondamentaux, dans la compréhension du rôle du système MMP/TIMP dans les processus post-lésionnels qui ont lieu au sein du système nerveux central. / The matrix metalloproteinases (MMPs) belong to a growing family of Zn2+-dependent endopeptidases, secreted or membrane-bound (MT-MMP), which play a fundamental role in the cell signalling. The activity of the MMPs is regulated by their endogenous inhibitors, the tissue inhibitors of MMPs (TIMPs). The MMP / TIMP system regulates the cell-cell and cell-extracellular matrix interactions and modulates the cellular motility through the cleavage of protein components of the extracellular matrix, as well during physiological and pathological conditions.Our results suggest that TIMP-1 is implicated in the modulation of the neurite outgrowth and morphology of cortical neurons through the inhibition at least in part, of MMP-2 and not MMP-9. Afterward, we study of the system MMP / TIMP in the migration of the stem cells of olfactory ectomesenchymal stem cells (OE-MSCs). We show that gelatinases MMP-2 and MMP-9 as well as MT1-MMP, are involved in OE-MSCs migration. We also show that gelatinases are probably involved in neurotrophic properties of the OE-MSCs and olfactory ensheathing cells.Altogether, these results provide new evidences on the role of MMP/TIMP system in central nervous system post-lesional processes.

Les travaux réalisés portent sur la conception de ligands protéiques capables de cibler le site catalytique des métalloprotéases matricielles (MMPs) grâce à une méthode d’ingénierie développée au laboratoire qui repose sur le greffage de motifs fonctionnels. Le motif fonctionnel choisi correspond aux 4 résidus N-terminaux du TIMP-2, un inhibiteur naturel des MMPs. Des plates-formes protéiques possédant des motifs d’acides aminés dans une topologie similaire à celle du motif de référence dans le complexe TIMP-2/MMP-14 ont été identifiées par criblage systématique de la PDB à l’aide du logiciel STAMPS (Search for Three-dimensional Atom Motif in Protein Structure). Dix candidats ligands satisfaisant les contraintes topologiques, stériques et de similarité électrostatique avec le ligand naturel TIMP-2 ont été sélectionnés. Ces ligands ont été produits par synthèse chimique ou par voie recombinante puis leur capacité à inhiber une série de 6 MMPs a été évaluée. Les résultats indiquent que tous les ligands protéiques conçus in silico sont capables de lier les sites catalytiques des MMPs avec des constantes d’association allant de 450 nM à 590 mM, sans optimisation supplémentaire. La caractérisation structurale par diffraction X de 2 variants d’un de ces ligands protéiques a permis de montrer que les interactions établies par le motif 1-4 dans ces ligands étaient similaires à celles observées dans le complexe TIMP-2/MMP-14, avec cependant des différences dans la géométrie de certaines d’entre elles. Des études de simulation par dynamique moléculaire ont également permis de mettre en évidence de possibles différences dans la géométrie et la stabilité de certaines des interactions reproduites dans les 10 plates-formes, pouvant contribuer aux affinités modestes observées pour ces ligands. Cependant, les résultats obtenus montrent que la méthode de conception in silico utilisée est capable de fournir une série de ligands protéiques de 1ère génération ciblant de manière spécifique un site catalytique d’intérêt avec un bon rendement. Cette méthode pourrait constituer la 1ère étape d’une approche hybride de conception in silico de ligands combinée à des techniques de sélection expérimentales. / Artificial mini-proteins able to target catalytic sites of matrix metalloproteinases (MMPs) were designed using a functional motif grafting approach. The motif corresponded to the 4 N-terminal residues of TIMP-2, a broad-spectrum natural protein inhibitor of MMPs. Scaffolds able to reproduce the functional topology of this motif as described in the TIMP-2/MMP-14 complex were obtained by exhaustive screening of the Protein Data Bank (PDB) using the STAMPS software (Search for Three-dimensional Atom Motif in Protein Structure). Ten artificial protein binders satisfying all topologic, steric and electrostatic criteria applied for selection were produced for experimental evaluation. These binders targeted catalytic sites of MMPs with affinities ranging from 450 nM and 590 μM prior to optimization. The crystal structures of two artificial binders in complex with the catalytic domain of MMP-12 showed that the intermolecular interactions established by the functional motif in these artificial binders corresponded to those found in the TIMP-2/MMP-14 complex, albeit with some differences in their geometry. Molecular dynamics simulations of the 10 binders in complex with MMP-14 suggested that these scaffolds could allow reproducing in part the native intermolecular interactions, but some differences in geometry and stability could contribute to the lower affinity of the artificial protein binders as compared to the natural one. Nevertheless, these results show that the in silico design method used can provide sets of starting protein binders targeting a specific binding site with a good rate of success. This approach could constitute the first step of an efficient hybrid computational-experimental protein binder design approach.