Conception de biosenseurs des protéines RhoA, RhoB, RhoC

Engineering biosensors for RhoA, RhoB and RhoC proteins

• Auteur / Autrice : Patrick Chinestra
• Direction : Jean-Charles Faye
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cancérologie
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Récepteurs cellulaires

Biocapteurs

GTPases Rho

Mots clés libres

Rho GTPases

Anticorps recombinants monoclonaux

Phage display

Biosenseurs

Biotine bifonctionnelle

Immunofluorescence

Résumé

Notre équipe s'intéresse à la compréhension des mécanismes de dérégulation des voies de signalisation cellulaire dans la survenue et la maintenance des processus tumoraux, ainsi que leurs conséquences dans la réponse aux thérapies antitumorales. Nous nous intéressons particulièrement aux protéines Rho et à leurs régulateurs. Ils interviennent dans les voies de signalisation des récepteurs cellulaires conduisant à des modifications de l'adhérence, de la prolifération, de la motilité et de la balance survie/mort cellulaire. Les protéines RhoA, RhoB et RhoC sont des petites GTPases passant d'un état actif (liées au GTP) à un état inactif (liées au GDP) et dont l'homologie est proche de 85%. La surexpression des protéines RhoA et RhoC a été décrite dans un grand nombre de tumeurs; à l'inverse, on observe une diminution de l'expression de RhoB dans le mélanome et dans le cancer du poumon. La conception de fragments d'anticorps sélectifs de la conformation active des Rho, appelés biosenseurs, permettant d'évaluer l'activation de ces protéines in situ dans des coupes de tissus sains et cancéreux, pourrait aboutir à un usage pronostique de ces outils voire à la définition de nouveaux marqueurs thérapeutiques et permettrait de répondre à des questions plus fondamentales comme leurs localisations cellulaire, leur rôle dans la migration cellulaire, leur activation spatio-temporelle. A partir du scFvC1 sélectif de la conformation active des trois protéines RhoA, RhoB et RhoC et isolé précédemment dans l'équipe, nous avons créé une banque secondaire par mutagénèse aléatoire et opéré une sélection par phage display avec un objectif double : 1°) augmenter l'affinité du scFvC1 pour améliorer ses capacités d'interaction avec les protéines Rho actives natives en vue d'améliorer ses performances en immunohistologie ainsi que pour une utilisation intracellulaire. 2°) sélectionner des variants spécifiques de chaque Rho malgré leur très forte homologie. Nous montrons que la stratégie mise en œuvre permet d'augmenter l'affinité des scFv et de modifier leur sélectivité puisqu'un variant se lie préférentiellement à RhoA et RhoC. De plus, contrairement au svFvC1, ces scFv sont immunoprécipitants pour les Rho actives produites dans des cellules eucaryotes. En parallèle, nous avons mis au point une méthodologie permettant le marquage d'un scFv anti-RhoB obtenu au laboratoire, par l'action d'un dérivé fluorescent de la biotine sur une intéine exprimée en fusion C-terminale du scFv. Ceci permettra d'améliorer les techniques immunohistologiques avec des biosenseurs fluorescents.

Our team is interested in understanding the mechanisms of deregulation of cell signaling pathways in the development and maintenance of tumor processes and their consequences in response to anti-tumor therapies. We focuse on Rho proteins as well as on their regulators. They are involved in signaling pathways of cell receptors leading to changes in adhesion, proliferation, motility and balance survival / cellular death. RhoA, RhoB and RhoC are small GTPases switching from an active state (GTP-bound) to an inactive state (GDP-bound) and the homology of which is close to 85%. Overexpression of RhoA and RhoC protein has been described in many tumors; in contrast, there was a decreased expression of RhoB in melanoma and lung cancer. Engineering antibody fragment specific of Rho active conformations, namely biosensors, would allow in situ assessment of these proteins activation in healthy or tumour samples. These tools could be further developed towards diagnosis or prognosis usage, or could even define novel therapeutics markers and be used to answer more fundamental question as their cellular localization, their role in cell migration, or their spatio-temporal activation. Starting from the scFvC1 previously isolated in the group and which is selective for RhoA, RhoB and RhoC active conformations, we have created by random mutagenesis a second library and performed a phage display selection with two aims: 1°) increase the C1 scFv affinity to enhance its interaction potential with active native Rho proteins in order to improve its performance in immuno-histology or to use it as an intracellular antibody. 2°) select variants with a selectivity towards strictly only one of the three Rho excluding the others despite their strong homology. We show that our strategy allowed an affinity increase of scFv and also a selectivity modulation as one variant preferentially binds RhoA and C. Moreover, in contrast to scFvC1 these scFvs immuno-precipitate active endogenous Rho Proteins in eukaryotic cells. In parallel, we have established a method allowing the labelling of an anti-RhoB scFv from the lab, by fusing it to an intein that induce covalent binding of a biotin fluorescent analogue. This approach will improve immuno-histological techniques using fluorescent biosensors.