Des toxines animales comme ligands innovants des récepteurs aux mélanocortines

Animal toxins as innovative ligands on the melanocortin receptors

• Auteur / Autrice : Steve Reynaud
• Direction : Nicolas Gilles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pharmacologiques
• Date : Soutenance le 19/12/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service d’ingénierie moléculaire des protéines (Gif-Sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Minard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Gilles, Philippe Minard, Jean-Louis Banères, Sonia Cantel, Michel Bouvier, Loïc Quinton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Louis Banères, Sonia Cantel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cachexie

Peptides

Récepteurs couplés aux protéines G

Mots clés libres

Rcpg

Mc4r

Toxines animales

Ht1-0

Obésité

Cachexie

Gpcr

Mc4r

Animal toxins

Ht1-0

Obesity

Cachexia

Résumé

Le sous-type 4 des récepteurs aux mélanocortines (MC4R) est une cible thérapeutique pour le traitement des troubles de l’homéostasie énergétique. Aucun traitement efficace n’est pour l’instant sur le marché. Dans ce contexte, une banque de toxines animales synthétiques a été criblée, aboutissant à 286 hits. Au vue de ce chiffre exceptionnel, cinq des toxines les plus originales au niveau séquence ont été sélectionnées et caractérisées pharmacologiquement. N-TRTX-Preg1a de l’araignée Poecilotheria regalis et N-BUTX-Ptr1a du scorpion Parabuthus transvaalicus sont les premières toxines agonistes du sous-type 1 des récepteurs aux mélanocortines (MC1R). Ce récepteur stimule la pigmentation de la peau et joue un rôle clé dans la prévention du mélanome. Les deux toxines forment chacune un nouveau groupe au sein de leur famille de toxines, respectivement les knottin et les toxines CSαβ. L’étude des conotoxines N-CTX-Can1a et N-CTX-Mil1a, a été abandonnée du fait de la complexité de leur synthèse et de leur faible affinité. N-CTX-Ltg1a, issue du cône Conus lithoglyphus, est une toxine prometteuse. Sa séquence ne ressemble à aucune famille connue de toxine et elle présente une affinité nanomolaire sur MC4R. Avec 4 cystéines, elle peut être oxydée de trois façons différentes, rendant son étude complexe. Nous avons simplifié progressivement cette toxine pour aboutir à un peptide linéaire simple à produire et plus affin d’un facteur 3 que la toxine de départ avec une sélectivité d’un facteur 3 à 13 par rapport aux autres MCRs. La Hunger-Toxin (HT1-0) antagonise l’activation des voies de signalisation Gs, G15 et β-arrestine du MC4R. Des études de relation structure-activité ont permis de délimiter les zones importantes dans l’interaction avec MC4R et serviront à l’optimisation future du peptide. Prochainement, la confirmation in vivo de l’effet anorexigène pourrait ainsi ouvrir la voie vers un nouveau traitement de la cachexie.

Melanocortin 4 receptor (MC4R) is a therapeutic target for the treatment of energy homeostasis disorders. No effective treatment is currently available on the market. In this context, screening of a synthetic toxin bank resulted in 286 hits. In light of this exceptional figure, five of the most original sequences have been selected and pharmacologically characterized. N-TRTX-Preg1a from the spider Poecilotheria regalis and N-BUTX-Ptr1a from the scorpion Parabuthus transvaalicus are the first toxins agonist of the melanocortin 1 receptor (MC1R). This receptor stimulates skin pigmentation and plays a key role in preventing melanoma. Each forms a new group within its family, respectively knottin and CSαβ toxins. The study of N-CTX-Can1a and N-CTX-Mil1a, two conotoxins, was discontinued due to the complexity of their synthesis and their low affinity for MC4R. N-CTX-Ltg1a, from the cone snail Conus lithoglyphus, is a very promising toxin. It is not linked to any known toxin family and exhibits nanomolar affinity on MC4R. With four cysteines, the toxin can be oxidized into three different forms, making its study complex. We gradually simplified it to a linear peptide that is easy to produce and 3-fold more potent on MC4R than the original toxin with a 3-13-fold selectivity compared to other MCRs. Hunger-Toxin (HT1-0) antagonizes the activation of the signaling pathways Gs, G15 and β-arrestin 2 of MC4R. Structure-activity relationship studies have identified important areas in the interaction with MC4R and will be used for future peptide optimization. In the near future, the in vivo confirmation of the anorexigenic effect could thus pave the way for a new treatment of cachexia.