Le glutathion (GSH et GSSG) joue un rôle prédominant dans l apoptose (mort cellulaire programmée) un phénomène déficient dans certains cas de cancer. L action du glutathion est étroitement liée à plusieurs protéines qui ont une affinité pour ce tripeptide ( Glu-Cys-Gly sous sa forme réduite) et qui constituent le système du glutathion. Une méthode de marquage par photoaffinité n utilisant pas de radioisotopes a été choisie pour identifier ces nouvelles protéines. Pour cela nous avons synthétisé de nouvelles sondes photoactivables dont le but est de se lier à différentes molécules biologiques notamment, dans notre cas, le glutathion. L irradiation de ce matériel biologique en présence de ces sondes photoactivables va permettre la formation d une liaison covalente entre les protéines ayant une affinité pour le glutathion et le glutathion lui-même. L étape suivante qui consiste en une ligation de Staudinger avec la biotine ou en une réaction de Click Chemistry avec une biotine modifiée, va permettre la visualisation et l identification de ces protéines cibles ainsi que de leur site de liaison. Deux méthodes de détection ont été envisagées¡: - La chimiluminescence : la présence de la biotine permet une détection aisée via une procédure bien connue qui utilise le complexe streptavidin-peroxydase et le luminol - La fluorescence : le couplage d un composé fluorescent à la sonde permet une détection. / Glutathione (GSH and GSSG) takes a predominant part in apoptosis (programmed cell death), a process which is deficient in many cancers. The action of glutathione is closely related to the activity of several proteins having an affinity for the tripeptide ( Glu-Cys-Gly when reduced) and which are constituting the so-called glutathione system. A radioisotope-free photoaffinity labeling method was chosen for the identification of novel glutathione-binding proteins. We prepared news photoaffinity probe which can be connected to different biological molecules including, in our case, glutathione. Irradiation of a biological sample with this probe should lead to the formation of a covalent bond with proteins having an affinity for GSH. In a second step, a Staudinger ligation with biotin or a Click Chemistry reaction with modified biotin should allow the visualization and identification of the target proteins and the binding sites. Two detection methods are envisaged: - Chemiluminescence : the presence of biotin can be easily detected by a well known procedure using streptavidin-peroxydase and luminol - Fluorescence : coupling the probe with a fluorescent com

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.

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.

Les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) constituent l’une des plus grandes familles de cibles pharmacologiques. Afin de pouvoir extraire tout leur potentiel thérapeutique, il faut d’abord comprendre et caractériser le premier événement dans la cascade pharmacologique, c’est-à-dire la liaison d’un ligand à son récepteur. Nous nous sommes intéressés au récepteur CXCR4, car il fait partie de la famille des récepteurs peptidergiques qui demeure peu comprise au niveau de la structure et de leur mode de liaison. Au niveau physiologique, ce récepteur joue un rôle important pour l’homéostasie du système immunitaire ainsi que dans certaines pathologies comme l’infection au VIH-1 et le cancer. Nous avons d’abord caractérisé la pochette de liaison du récepteur CXCR4 à l’aide de photoanalogues du T140, un composé peptidomimétique anti-VIH. Nous avons identifié que le domaine transmembranaire 4 (TM4) est impliqué dans la pochette de liaison orthostérique du récepteur CXCR4. Nous avons aussi généré un modèle par homologie de séquence de la liaison du T140 sur CXCR4. Ce modèle nous a permis de constater que le T140 peut lier profondément au niveau de la pochette de liaison du CXCR4 ainsi qu’au niveau des boucles extracellulaires 2 et 3. À l’aide de la méthode d'accessibilité des résidus cystéines substitués (SCAM), nous avons procédé à la substitution individuelle des résidus du domaine TM4 en cystéine. Nous avons caractérisé ces mutants pour leur affinité et leur expression à l’aide d'études de radioliaison. Nous avons identifié que les résidus Asp171[indice supérieur 4.60] et Pro170[indice supérieur 4.59] se situent face à la pochette de liaison du récepteur à l’état basal. À l’aide du mutant constitutivement actif Asn119[indice supérieur 3.35]Ser, nous avons identifié qu’il y avait un mouvement rotatoire anti-horaire du domaine TM4 permettant au résidu Ile173[indice supérieur 4.62] d'être accessible. Ce mouvement serait couplé à un changement conformationnel de la boucle extracellulaire 2 permettant aux résidus Ser178[indice supérieur 4.67] et Val177[indice supérieur 4.66] d'être accessibles dans un état actif. Ces résultats suggèrent que le domaine TM4 participe à la pochette de liaison du récepteur CXCR4 ainsi qu’aux mouvements conformationnels lors de l’activation.

Compte tenu de la grande distribution des gènes des récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) dans le génome humain et du vaste potentiel thérapeutique de ces récepteurs, beaucoup d'efforts ont été déployés au cours des trois dernières décennies afin de comprendre les bases structurales de leurs mécanismes d'actions. Les travaux de recherches présentés dans le cadre de cette thèse rapportent le développement et l'utilisation d'approches biochimiques afin de caractériser la structure moléculaire d'un modèle de GPCR peptidergique, soit le récepteur de l'angiotensine II de type 1 (AT[indice inférieur 1]). Dans une première étude (J.Med.Chem.2006,49(7):2200-9), nous décrivons la synthèse stéréospécifique d'une sonde photoréactive, le p-[3-(trifluorométhyl)-3H-diazirin-3-yl]-L-phénylalanine (Tdf), ainsi que sa caractérisation en marquage par photoaffinité (MPA). Nous démontrons par l'utilisation du récepteur de l'angiotensine II de type 2 (AT[indice inférieur 2]) comme modèle de GPCR que le Tdf est plus réactif que le p-benzoyl-L-phénylalanine (Bpa, la sonde photoréactive la plus couramment utilisée), en plus de ne présenter aucune chimiosélectivité envers les méthionines. Ces propriétés font que le Tdf est non seulement complémentaire au Bpa, mais représente également un outil moléculaire permettant de déterminer avec précision les sites de contacts ligand/récepteur par MPA. Dans une deuxième étude (J.Med.Chem.2010; 53(5):2063-75), nous cherchons à identifier l'ensemble des domaines du site de liaison du récepteur AT[indice inférieur 1] qui contacte chacune des huit positions de l'angiotensine II (AngII) par MPA. À l'aide de deux séries de huit radio-analogues photoréactifs incorporant le Bpa ou le Tdf, nous démontrons qu'un mutant constitutivement actif (MCA) du récepteur AT[indice inférieur 1], AT[indice inférieur 1]-[N111G] (AT[indice inférieur 1],-MCA), possède une relation structure-activité (SAR) plus tolérante que le récepteur de type sauvage (TS). Nos résultats suggèrent que la portion N-terminale (NT) de l'AngII réside dans un environnement hydrophile et interagit avec différentes régions du récepteur MCA-AT[indice inférieur 1], dont plusieurs domaines extracellulaires (DEC). Dans une troisième étude (Manuscrit soumit [i.e. soumis]), nous utilisons l'essai de proximité aux méthionines (EPM) afin d'identifier précisement les résidus des DEC du récepteur AT[indice inférieur 1] qui forment le site de liaison pour l'AngII. Les données recueillies sont utilisées afin de générer in silico une structure tridimensionnelle du récepteur AT[indice inférieur 1] lié à l'AngII. Cette structure met en évidence le rôle central de plusieurs DEC, mais aussi des deux ponts disulfures, dans l'organisation de la topologie extracellulaire du site de liaison du récepteur AT[indice inférieur 1]. L'AngII y interagit alors simultanément avec l'ensemble des DEC, mais aussi profondément au sein des domaines transmembranaires (DTM). Nous émettons l'hypothèse que ce mode de liaison puisse être commun à d'autres GPCR peptidergiques.

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.

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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. / A new activity-based probe able to covalently modify the active site of proteases belonging to the matrix metalloprotease family (MMPs) has been developed in this thesis project. The probe was shown to behave as potent inhibitor of several MMPs, with nanomolar Ki values. This probe was also able to modify specifically only the free active site of MMPs, with particular high yields of cross-linking varying from 50 % to 11 %, depending of the MMPs tested. Using radioactivity as means of detection, this probe was able to detect active form of MMPs with a threshold of 1 femtomole. Applied to the study of bronchoalvelolar fluids (BAL) from mice exposed to nanoparticles by a lung aspiration protocol, this probe revealed the presence of the catalytic domain of MMP-12 under its active form, but not in control animals. When used to detect active form of MMPs from extracts obtained from human arteries of patient suffering from atherosclerosis, the probe was not able to detect such MMP active forms. Despite this negative result, the detection of active form of MMP in pathological fluid like BAL has never been reported before this work. Having validated this novel MMP activity-based probe, it will be possible to use it now for detecting MMPs from other pathological fluids or tissues extracts in which MMPs can be good markers of the pathology.

La leucémie myéloïde aiguë (AML) est une forme agressive du cancer du sang qui est caractérisée par un haut taux de mortalité, tant chez les patients plus jeunes que plus âgés. Le développement de nouveaux traitements est ardu par l’hétérogénéité de cette maladie. Dans cette perspective, les études CCC phénotypiques menées à l’IRIC visent à déceler de nouveaux composés ayant une synergie contre des souches AML primaires de patients en vue de personnaliser les thérapies selon leur profil cytogénétique. Il a été découvert que le MG624, un antagoniste des récepteurs nicotiniques α7-nAChR inhibant la prolifération des cellules cancéreuses dans les SCLC, démontrait une activité spécifique contre la souche AML5. Dans cette recherche, les voies de synthèse des analogues du MG624 sont explorées afin de concevoir une série de sondes permettant d’identifier les cibles potentielles via une approche chimioprotéomique par affinité dans le lysat cellulaire. Cette méthode a permis d’identifier trois cibles potentielles à l’aide d’un essai par compétition et de contrôles négatifs, soit XIAP, NQO2 et U119B, toutes impliquées dans différentes formes de cancer. Ces expériences ont mené à une meilleure compréhension des motifs procurant l’activité du composé chez les cellules leucémiques. La synthèse d’une sonde par photoaffinité a ensuite été élaborée pour éventuellement lier les protéines identifiées de manière covalente dans l’environnement cellulaire natif afin de valider ces cibles. / Acute myeloid leukemia (AML) is an aggressive form of blood cancer characterized by a high mortality rate in both younger and older patients. The development of new treatments is hampered by the heterogeneity of this disease, which has led to the phenotypic CCC studies carried out at IRIC to identify new compounds that exhibit synergies against primary AML patient strains to personalize therapies according to their cytogenetic profile. MG624, an α7-nAChR nicotinic receptor antagonist that inhibits cancer cell proliferation in SCLC, was found to have specific activity against AML5. In this research, the synthetic pathways of MG624 analogues are explored to design a series of probes to identify potential targets via an affinity-based chemoproteomic approach in cell lysate. This method identified three potential targets using a competitive assay and negative controls, namely XIAP, NQO2 and U119B, all implicated in different forms of cancer. These experiments led to a better understanding of the motifs that provide the compound's activity in leukemic cells. A photo-affinity probe synthesis was then developed to covalently bind the identified proteins in the native cellular environment to eventually validate these targets.