QS-13 : développement d’un peptide visant l’angiogenèse tumorale dans le cancer colorectal et étude la communication intercellulaire via les vésicules extracellulaires

QS-13 : development of a peptide targeting tumor Angiogenesis in colorectal cancer and study of intercellular communication via extracellular vesicles.

• Auteur / Autrice : Vivien Paturel
• Direction : Sylvie Brassart-Pasco, Christophe Schneider
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 13/12/2024
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie, Chimie, Santé (Reims ; 2018-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Matrice Extra-cellulaire et Dynamique Cellulaire (MEDYC) (Reims, Marne ; 2...-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe Protéolyse et Cancer-MEDYC
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Baud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Brassart-Pasco, Christophe Schneider, Mathieu Gautier, Gautier Moroy, Jessica Gobbo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mathieu Gautier, Gautier Moroy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matrice extracellulaire

Métalloprotéinases matricielles

Mélanome

Ligands

Simulation de docking moléculaire

Acides aminés

Collagène

Polypes adénomateux

Cancer -- Recherche

Cancer -- Thérapeutique

Cancer

Côlon

Vésicules extracellulaires

Néovascularisation

Intégrines

Cancer colorectal

Mots clés libres

Cancer colorectal

Matrikines

Intégrines

Métalloprotéinase matricielle

Angiogenèse

Vésicules extracellulaires

Colorectal cancer

Matrikines

Integrins

Matrix metalloproteinases

Angiogenesis

Extracellular vesicles

Résumé

Avec 47582 nouveaux cas en 2023, le cancer colorectal (CRC) constitue la deuxième cause de décès par cancer en France avec près de 12 % de l’ensemble des décès, en particulier chez les plus de 65 ans. Le taux de survie à 5 ans est estimé à 63 %. Le cancer du côlon provient, dans plus de 80 % des cas, d’une tumeur bénigne appelée polype adénomateux qui évolue lentement en tumeur maligne. Les thérapies actuelles comportent de nombreux effets secondaires. De plus, tous les patients n’y répondent pas et elles peuvent induire des phénomènes de résistance. La recherche de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à limiter la progression du CRC demeure donc un défi majeur. Le domaine non collagénique NC1 de la chaîne α4 du collagène de type IV, une séquence de 230 acides aminés aussi nommée Tétrastatine, a montré des propriétés inhibitrices sur la progression du mélanome. Le peptide QS-13, identifié comme la séquence minimale active de la Tétrastatine, reproduit ses effets anti-tumoraux et possède une activité anti-angiogénique, médiée par son interaction avec les intégrines αvβ3 et α5β1. Ce peptide comporte 13 acides aminés (QKISRCQVCVKYS) et présente un pont disulfure entre les résidus cystéine qui se forme spontanément en solution. Cependant, le peptide QS-13 présente une solubilité limitée en milieu aqueux, nécessitant une dissolution préalable dans le DMSO, ce qui constitue un frein pour une utilisation thérapeutique. En utilisant des outils bio-informatiques, nous avons démontré que le DMSO pouvait faciliter la formation des ponts disulfures, mais qu'il n'était pas strictement nécessaire. Des substitutions d'acides aminés hydrophobes ont été réalisées pour améliorer la solubilité du peptide QS-13. L’interaction des différents peptides obtenus avec les intégrines αvβ3 et α5β1 a été analysée in silico en utilisant des approches de docking moléculaire. Il a été démontré que tous ces peptides pouvaient se lier aux intégrines à proximité du site de liaison pour RGD, leur permettant potentiellement de concurrencer des ligands tels que la fibronectine, ainsi que FGF1, FGF2, IGF1 et IGF2, et de modifier la signalisation des voies FAK/PI3K/Akt. Parmi les différents peptides étudiés, nous avons sélectionné le peptide QS-13-3, peptide présentant l'indice de stabilité le plus élevé et un indice d'hydropathie élevé avec seulement 2 acides aminés substitués. Les résultats obtenus in vitro sur des cellules de mélanome ont confirmé que les substitutions réalisées n'altéraient pas l'efficacité biologique originelle. Par ailleurs, les domaines NC1 du collagène IV ont été décrits comme présentant des analogies de structure avec le TIMP-2, un inhibiteur tissulaire de métalloprotéinases matricielles (MMPs), enzymes qui jouent des rôles critiques dans la progression tumorale en dégradant les composants de la matrice extracellulaire et en facilitant l'invasion et la formation de métastase des cellules cancéreuses, ainsi que l’angiogenèse. Nous nous sommes donc intéressés aux interactions potentielles des peptides QS-13 et QS-13-3 avec ces MMPs. À l'aide d'outils bio-informatiques (in silico), nous avons montré qu’ils pouvaient se fixer de manière directe aux MMP-2 et MMP-14, puis nous avons mis en évidence une inhibition dose-dépendant de l’activité catalytique de ces deux MMPs. Enfin, les premiers résultats obtenus sur les effets des peptides QS-13 et QS-13-3 sur la communication intercellulaire via les vésicules extracellulaires ainsi que les effets observés dans différents modèles in vitro, ex vivo et in vivo ont permis de confirmer l'efficacité thérapeutique potentielle des peptides QS-13 et QS-13-3 dans la lutte contre la progression du CRC et l’angiogenèse tumorale.

With 47582 new cases in 2023, colorectal cancer (CRC) is the second most common cause of cancer-related death in France, accounting for almost 12% of all deaths, particularly in people over 65. The 5-year survival rate is estimated at 63%. In over 80% of cases, colon cancer stems from a benign tumour called an adenomatous polyp, which slowly evolves into a malignant tumour. Current therapies have numerous side effects. Moreover, not all patients respond to them, and they can induce resistance phenomena. The search for new therapeutic strategies to limit CRC progression therefore remains a major challenge. The non-collagenous NC1 domain of the α4 chain of type IV collagen, a 230 amino acid sequence also known as Tetrastatin, has been shown to inhibit melanoma progression. The QS-13 peptide, identified as the minimal active sequence of Tetrastatin, mimics its anti-tumor effects and possesses anti-angiogenic activity, mediated by its interaction with αvβ3 and α5β1 integrins. This peptide comprises 13 amino acids (QKISRCQVCVKYS) and features a disulfide bridge between cysteine residues that spontaneously forms in solution. However, the QS-13 peptide has limited solubility in aqueous media, requiring prior dissolution in DMSO, which is an impediment to its therapeutic use. Using bioinformatics tools, we demonstrated that DMSO could facilitate disulfide bridge formation but was not strictly necessary. Hydrophobic amino acid substitutions were made to improve the solubility of the QS-13 peptide. The interaction of the new designed peptides with αvβ3 and α5β1 integrins was analyzed in silico using molecular docking approaches. All these peptides were able to fix integrins close to the RGD binding site, potentially enabling them to compete with ligands such as fibronectin, as well as FGF1, FGF2, IGF1 and IGF2, and to modify FAK/PI3K/Akt signaling pathway. Among the peptides studied, we selected QS-13-3, the peptide with the highest stability index, a high hydropathy index and only 2 substituted amino acids. The results confirmed that the substitutions did not alter peptide biological efficacy. It was reported that NC1 domains of collagen IV show structural analogies with TIMP-2, a tissue inhibitor of matrix metalloproteinases (MMPs). We therefore focused on the potential interactions of QS-13 and QS-13-3 peptides with these MMPs. Using bioinformatics tools (in silico), we showed that they could bind directly to MMP-2 and MMP-14, and then demonstrated a dose-dependent inhibition of the catalytic activity of both MMPs. Finally, the results obtained on the effects of QS-13 and QS-13-3 peptides on intercellular communication via extracellular vesicles, as well as the effects observed in various in vitro, ex vivo and in in vivo models, confirmed the potential therapeutic efficacy of QS-13 and QS-13-3 peptides in limiting CRC progression and tumor angiogenesis.