Mécanismes d'activation du récepteur tyrosine kinase MET par son ligand l'HGF/SF : rôles des domaines N et K1

MET receptor activation mechanisms by HGF/SF : new insights about N and K1 domains contribution

• Auteur / Autrice : Claire Simonneau
• Direction : David Tulasne, Jérôme Vicogne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 25/09/2015
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mécanismes de la tumorigenèse et thérapies ciblées (M3T)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dissertations universitaires

antagonistes et inhibiteurs

Protéines proto-oncogènes c-met

Synthèse protéique

Agonistes

Facteur de croissance des hépatocytes

Mots clés libres

MET

HGF/SF

Agonistes

Inhibiteurs

Synthèse totale de protéines

Ligations chimiques natives

Receptor tyrosine kinase

Hepatocyte growth factor/Scatter factor

Agonists

Inhibitors

Résumé

L’HGF/SF (Hepatocyte Growth Factor/Scatter Factor) est le ligand du Récepteur Tyrosine Kinase (RTK) MET. Ce couple ligand-récepteur joue un rôle essentiel dans de nombreux processus biologiques tels que l’embryogenèse, la régénération tissulaire et l’angiogenèse. Comme pour de nombreux RTK, la dérégulation de l’activité de MET est associée à la progression et l’invasion tumorales. Bien que le récepteur MET ait été intensivement étudié au cours de ces dernières décennies, les processus moléculaires conduisant à son activation par l’HGF/SF restent encore mal connus et controversés.NK1, un variant naturel de l’HGF/SF, comprenant la partie N-terminale (N) et le premier domaine kringle (K1) de l’HGF/SF, possède une activité agoniste. En effet, NK1 dimérise spontanément en position « tête-bêche » et est considéré aujourd’hui comme la structure minimale permettant la dimérisation de MET et son activation. Afin de déterminer leur contribution respective, les domaines N et K1 isolés ont été produits par voie recombinante et ne montrent aucune ou qu’une très faible activité agoniste respectivement. Une présentation monovalente de ces domaines au récepteur MET ne semble donc pas pertinente pour déterminer leur fonction.Par conséquent, nous avons souhaité générer des complexes multivalents mimant le positionnement des domaines N et K1 au sein du dimère naturel. En tirant partie de la « One-Pot SEA ligation » développée au laboratoire, ces domaines ont été synthétisés par voie chimique et fonctionnalisés avec une extrémité C-terminale biotinylée (NB et K1B). En utilisant la streptavidine (S) comme plateforme de multimérisation, nous avons généré des complexes semi-synthétiques NB/S et K1B/S et déterminé les propriétés biologiques de ces nouvelles constructions multivalentes.L’ensemble des analyses de signalisations cellulaires et phénotypiques démontre sans équivoque que le complexe K1B/S est capable de mimer les réponses biologiques induites par l’HGF/SF et son variant NK1. De plus, le complexe K1B/S, injecté dans la circulation systémique, déclenche la signalisation de MET dans le foie. L’utilisation de ce complexe K1B/S nous a permis de démontrer que deux domaines K1, correctement assemblés et orientés, constituent l'interface minimale et suffisante requise pour déclencher une pleine activation de MET. A l’inverse, les premières données fonctionnelles ont démontré que le complexe NB/S ne lie pas directement MET mais utilise les héparanes sulfates comme pont moléculaire.Ces études utilisant de nouvelles configurations structurales pourraient donc servir de modèle de base au développement de nouveaux agonistes de MET dans le cadre de thérapies régénératives ou préservatrices, mais aussi d’antagonistes dans le cadre de thérapies anticancéreuses ciblées.

Hepatocyte Growth Factor/Scatter Factor (HGF/SF) and its receptor tyrosine kinase (RTK) MET play an essential role in embryogenesis, tissue regeneration and angiogenesis. As observed for many others RTK, MET is also strongly involved in tumor progression and invasion mechanisms. Although numerous biological and structural approaches have been focused on the molecular processes leading to MET activation by HGF/SF, the HGF/SF-MET interaction framework remains only partially understood due to the complexity of the multivalent ligand-receptor binding events.NK1, a naturally occurring splice variant of HGF/SF, comprising the N-terminal part and the first kringle domain (K1) of HGF/SF, exhibits a partial agonistic activity toward MET. Indeed, in presence of heparan sulfates, NK1 self-associates into a “head-to-tail” dimer and is considered as the minimal structural module able to trigger MET dimerization and activation. Nevertheless, the individual role of N and K1 domains in the dimerization/activation of MET remain elusive.Stimulated by the conviction that monomeric N and K1 domains are not suitable for studying the functioning of HGF/SF-MET, we produced, by total chemical synthesis, biotinylated analogs of the N and K1 domains (NB and K1B). By combining with streptavidin (S), we engineered the semisynthetic constructs NB/S and K1B/S in order to determine the biological properties of these new multivalent architectures of N and K1 domains.In vitro, as observed with HGF/SF or NK1, we show that the K1B/S complex is able to fully activate MET signaling cascades to promote scattering, morphogenesis and survival phenotypes in various cell types. Even more, the K1B/S complex stimulates angiogenesis in vivo and, when injected systemically, triggers MET signaling in the liver. The use of this K1B/S complex allows us to demonstrate that two K1 domains, correctly assembled and oriented, constitute the minimal unit for sufficient MET activation. In contrast, first in vitro data have demonstrated that NB/S complex does not bind directly MET as previously thought, but rather, uses heparan sulfates as a molecular bridge.We envision these new structural configurations serving as a template for both the rational design of potent MET agonists (e.g. using K1B/S for regenerative therapies) and antagonists (e.g. using NB/S for targeted cancer therapies).