Pharmacologie, phylogénie et ingénierie moléculaire des toxines aminergiques du venin de mambas ciblant les RCPG amines biogènes

Pharmacology, molecular phylogeny and engineering aminergic toxins from the venom of mambas targeting GPCRs biogenic amines

• Auteur / Autrice : Guillaume Blanchet
• Direction : Denis Servent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et évolution moléculaire des protéines
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amines biogènes

Phylogénie moléculaire

Récepteurs couplés aux protéines G

Résumé

Au cours de ces travaux de thèse, des toxines à trois doigts isolées des venins de mambas (les toxines muscariniques et adrénergiques), capables d'intéragir avec des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) de la famille amines biogènes, ont été étudiées. Un criblage pharmacologique couplé à la phylogénie moléculaire ont montré que ces toxines, désormais reconnues comme toxines aminergiques, peuvent aussi interagir de manière polyparmacologique sur les récepteurs dopaminergiques, muscariniques et adrénergiques. Une activité inédite sur le récepteur à la dopamine D3 a été décrite pour la toxine ρ-Da1b. La modification artificielle de leurs profils pharmacologiques pour obtenir de nouveaux ligands sélectifs de RCPG aminergiques a ensuite été réalisée. Des projets d'ingénierie moléculaire de la toxine MT7, sélective du récepteur M1, ont été entrepris afin de lui conférer de nouvelles propriétés fonctionnelles sur d'autres récepteurs aminergiques et cela par i) conception rationnele à l'aide de données de structure-fonction et ii) évolution dirigée par phage display et iii) une méthode originale de recombinaison de boucles. Enfin une nouvelle méthodologie d'ingénierie semi-rationnelle basée sur la reconstruction de protéines ancestrales a permis d'explorer, avec très peu de mutants, les résidus fonctionnellement importants pour mduler les profils pharmacologiques des toxines et obtenir le ligand peptidique le plus sélectif du récpeteur adrénergique α1A.

Three-finger fold toxins from the mamba venoms (muscarinic and adrenergic toxins) were studied due to their inetractions with G-protein coupled receptors (GPCR) from the aminergic family. Pharmacological characterisation coupled with molecular phylogenies showed that these toxins, now called aminergic toxins, can also interact with polypharmacological profiles on their important targets, namely dopaminergic, muscarinic and adrenergic receptors. We described for the first time the interaction of ρ-Da1b with the dopamine D3 receptor. On the other hand, we developed artificial evolution of aminergic toxins in order to obtain new selective ligands with original pharmacological profiles. The toxin MT7, highly selective for the muscarinic M1 receptor, was engineered in order to modify its functional properties for bioaminergic receptors, by i) rational design based on structure-activity relationships and ii) directed evolution by phage display and iii) a new method based on loops shuffling. Finally, a new semi-rational protein design methodology based on ancestral protein reconstruction was evaluated. With a few mutants, the key residues that modulate toxin's pharmacological profiles were identified and the most selective peptide for adrenergic α1A receptor was obtained.