Mécanisme d’action et relation structure-fonction des temporines SH, une famille de peptides antimicrobiens de la peau d’Amphibien

Mechanism of action and structure-activity relationship of temporins SH, a family of antimicrobial peptides from Amphibian skin

• Auteur / Autrice : Sónia Maria Costa André
• Direction : Ali Ladram
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 29/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie Paris-Seine
• Jury : Président / Présidente : Germain Trugnan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Sereno, Frédéric Ducancel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marc Berjeaud, Jérôme Leprince

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie moléculaire

Amphibiens

Antibiotiques peptidiques

Mots clés libres

Amphibiens

Peptides antimicrobiens

Temporines SH

Relation structure-fonction

Mécanisme d’action antibactérien

Mécanisme d’action antiparasitaire

Amphibian

Antimicrobial peptides

Temporins SH

Structure-activity relationship

Résumé

Les peptides antimicrobiens (PAM) sont des effecteurs clés de l’immunité innée constituant une première ligne de défense contre les pathogènes. Ces peptides ont généralement un large spectre d’action antimicrobien et agissent efficacement et rapidement via un mécanisme membranolytique qui limite le développement de résistances. Face à l’émergence de microorganismes résistants, qui constitue un problème majeur de santé publique, les PAM représentent donc de bons candidats pour le développement thérapeutique d’agents anti-infectieux efficaces. Au cours de ma thèse je me suis intéressée aux PAM de la peau d’Amphibiens. Dans un premier temps, à l’aide d’approches biochimiques et de biologie moléculaire, nous avons identifié 5 précurseurs potentiels de PAM à partir de la grenouille Trachycephalus resinifictrix, dont deux précurseurs de cathélicidines, deux précurseurs similaires à ceux des “PAM/opioïde“ (T. venulosus) et un précurseur similaire à celui des hylareleasines (Hyla simplex). Dans un deuxième temps, je me suis intéressée à différentes temporines SH, de petits PAM précédemment identifiés par notre équipe à partir de la grenouille Pelophylax saharicus. Une étude a été menée pour établir les relations structure-fonction de la temporine-SHf, un PAM linéaire d’Amphibien considéré aujourd’hui comme le plus petit (8 résidus). Les résultats obtenus ont permis d’identifier plusieurs analogues dont l’index thérapeutique est fortement amélioré. D’autre part, le mécanisme d’action antimicrobien de la temporine-SHa et de ses analogues a été approfondi. Nous avons démontré que les temporines agissent rapidement via un mécanisme membranolytique entrainant la rupture de la membrane bactérienne (effet détergent). Contre les formes promastigotes du parasite Leishmania, le mécanisme primaire des temporines est également membranolytique mais cependant, une apoptose des parasites est observée à des concentrations de peptides plus élevées. Enfin, la temporine-SHe, qui restait non caractérisée, a été étudiée structuralement et fonctionnellement grâce à des techniques biophysiques couplées à des techniques biologiques. Comme la temporine-SHa, ce PAM possède un spectre d’action large incluant également le parasite Leishmania. L’ensemble des résultats indique que les temporines pourraient servir de composés chefs de file pour la conception d’une nouvelle classe thérapeutique d’anti-infectieux.

Antimicrobial peptides (AMPs) are key effectors of innate immunity that provide a first line of defense against pathogens. These peptides typically have broad-spectrum antimicrobial activity and act rapidly and efficiently through a membranolytic mechanism that limits the development of resistance. With the emergence of resistant microorganisms, a major public health concern, AMPs therefore represent good candidates for the therapeutic development of new and valuable compounds. During my thesis, I focused on AMP from amphibian skin. Firstly, five potential AMP precursors were identified from the frog Trachycephalus resinifictrix using a combined biochemical /molecular biology approach. Among these, two correspond to cathelicidin precursors, two were similar to the “AMP/opioid“ precursors (T. venulosus), and one was similar to hylareleasin precursors (Hyla simplex). Secondly, I was interested in temporins SH, small AMPs previously isolated from the frog Pelophylax saharicus by our team. We performed structure-activity relationship studies on temporin-SHf, the smallest linear amphibian AMP known to date (8 residues). This allowed us to identify several potent analogs with a higher therapeutic index. Furthermore, we also thoroughly studied the mechanism of action of temporin-SHa and its analogs. We showed that temporins act rapidly through a membranolytic mechanism, leading to bacterial membrane disruption (detergent-like effect). For Leishmania promastigotes, the same membranolytic mechanism was observed with also a temporin-induced apoptosis that takes place at higher peptide concentrations. Finally, biophysical and biological techniques enabled us to structurally and functionally characterize temporin-SHe. Like temporin-SHa, this peptide displayed a broad-spectrum activity including Leishmania. Our results indicate that temporins could serve as lead compounds to develop a new class of therapeutic anti-infective peptides.