Application des méthodes de chemogénomique à la recherche d'effecteurs du cytosquelette microtubulaire : sélection par criblage automatisé d'agents régulateurs de la dynamique des microtubules, caractérisation de leurs effets cellulaires et analyse de leurs propriétés de toxicité sur des cellules tumorales

The use of chemogenomic approaches to discover new microtubules effectors

• Auteur / Autrice : Emilie Vassal
• Direction : Laurence Paturle-Lafanechère
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Modèles, méthodes et algorithmes en biologie, santé et environnement
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Criblage pharmacologique

Chémogénomique

Cancer

Microtubules

Résumé

Les microtubules sont des agrégats tubulaires creux constitués d'une protéine unique, la tubuline. Ce sont des structures dynamiques, impliquées dans de nombreux processus cellulaires, notamment au cours de la mitose. L'altération de la fonction des microtubules peut avoir des effets drastiques sur la viabilité des cellules causant un arrêt du cycle cellulaire et pouvant même induire la mort de la cellule. La recherche d'agents ciblant la dynamique microtubulaire reste donc un enjeu important en cancérologie. Habituellement, la recherche systématique de tels agents par criblage automatisé fait appel soit à des tests de cytotoxicité, soit à des tests d'assemblage de la tubuline in vitro. En nous fondant sur les propriétés de substrat des enzymes du cycle de tyrosination de la tubuline, nous avons développé un test phénotypique multiparamétrique adapté à une utilisation robotique, permettant la sélection de molécules ciblant la dynamique des microtubules. Suite au cribalge de plusieurs collections de composés chimiques, nous avons identifié des molécules, appartenant à trois familles structurales distinctes, régulant cette dynamique et présentant des propriétés cytotoxiques vis-à-vis de lignées cancéreuses. Nous avons ainsi montré qu'une molécule était capable de ralentir la dynamique microtubulaire et de générer des phénotypes mitotiques aberrants avec un mécanisme d'action différent de celui d'agents stabilisants comme le taxol®. Nous avons aussi mis en évidence deux familles de composés capables de dépolymériser les microtubules, l'une par action directe sur la tubuline, l'autre en interagissant probablement avec des effecteurs du cytosquelette microtubulaire.

Microtubules are long, hollow, cylindrical protein polymers composed of tubulin subunits. They are highly dynamic polymers involved in a wide variety of cellular processes including the formation of the mitotic spindle. Defects in microtubule function can have severe consequences on cell viability, leading to a disruption of cell division and, consequently, to an induction of cell death. Therefore, the search for new agents that disrupt the tubulin/microtubule system is still an important challenge in anticancer therapy. Usually, such agents were discovered either via inhibition of cancer cell cultures or by direct screening for the inhibition of tubulin assembly in vitro. We designed an automated multi-parametric cell-based assay that allows the selection of agents which modify microtubule dynamic. The rationale of this assay is based on the unique substrate properties of the tubulin modifying enzymes involved in the tubulin tyrosination cycle. Following several screening campaigns, we have discovered a set of compounds from three structurally unrelated classes, acting on these dynamics and showing antiproliferative activity towards various cancer cell lines. Then, we demonstrated that one compound was able to slow down the microtubule dynamics and induce abnormal mitosis with a mechanism of action different from those of other microtubule-stabilizers like taxol®. We have also identified two classes of microtubule polymerization inhibitors. The first class acts by direct interaction within the tubulin whereas the second class probably interacts with microtubule effectors.