Conception et synthèse de marqueurs pour l’étude de l’interaction ligand-récepteurs nicotiniques

Design and syntheses of reactive probes to study ligand-nicotinic receptor interactions

• Auteur / Autrice : Sébastien Charon
• Direction : Maurice Goeldner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sondes moléculaires

Complexes récepteur-ligand

Récepteurs nicotiniques

Résumé

Les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChRs) sont au cœur de la transmission synaptique. Ils sont donc la cible de choix d’agents thérapeutiques potentiels pour lutter contre les dysfonctionnements neurologiques intervenant dans diverses pathologies humaines, et la cible d’insecticides de synthèse spécifiques des nAChRs d’insecte. Étant donné l’absence de structure cristallographique complète des nAChRs, notre projet s’est appuyé sur la méthodologie d’ingénierie de marquage irréversible (développée au laboratoire) pour essayer de caractériser le site de liaison des ligands au niveau des nAChRs et d’expliquer la sélectivité pour un ligand donné. Cette méthode consiste à synthétiser des marqueurs d’affinité destinés à réagir covalemment avec des résidus cystéines incorporés par mutagénèse dirigée, dans des positions ciblées à partir de résultats de docking sur des modèles de récepteurs. La formation d’un lien covalent, analysée par électrophysiologie, permet de positionner de manière non-ambiguë la sonde dans son site. Dans ce travail, nous décrivons la synthèse de marqueurs, dérivés de ligands nicotiniques et substitués par un groupement isothiocyanate, chloroacétamide ou chlorométhyle. Les deux familles de ligands, choisies pour leur sélectivité pour un certain sous-type de nAChRs, sont les dérivés de la quinuclidine pour étudier les nAChRs neuronaux humains alpha 7, et les dérivés de l’imidaclopride pour étudier les nAChRs d’insecte. La réactivité des composés obtenus a été évaluée vis-à-vis d’une cystéine modèle et dans le cadre d’une collaboration, l’étude en électrophysiologie est en cours sur les deux types de récepteurs exprimés dans l’ovocyte de xénope.

Nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) play a key role in the synaptic transmission. Thus they are an important target for potential therapeutic agents to treat neurological dysfunctions involved in several human diseases as well as the target of synthetic insecticides specific of insect nAChRs. Given the absence of complete nAChRs crystallographic structure, our project uses an engineered irreversible site-directed labeling method, developed in our laboratory, to try to characterize the nAChR binding site and to explain the selectivity for a given ligand. This methodology consists in synthesizing affinity labels designed to react with cysteine mutants incorporated by site-directed mutagenesis in relevant positions defined through docking results obtained on receptor homology models. The formation of a covalent bond, analyzed by electrophysiology, allow us to position non-ambiguously the probe inside its binding site. In this work, we report the synthesis of several reactive probes, based on nicotinic ligands structure and substituted with isothiocyanate, chloroacetamide or chloromethyl moieties, respectively. The selected derivatives are derived from quinuclidines known for their selectivity towards the human neuronal alpha 7 nAChRs, and from imidacloprid to study insect nAChRs. These derivatives were fully characterized and tested for their reactivity towards cysteine model compounds. In a collaborative project, the electrophysiological experiments are in progress on both alpha7 and insect nAChRs expressed in xenopus oocytes.