Développement de ligands RBD dérivés de la glycoprotéine Env qui distinguent les transporteurs de nutriments hASCT1/SLC1A4 et hASCT2/SLC1A5, et leur utilisation théranostique dans des modèles de cancer.

Designing Env glycoprotein RBD-derived ligands that distinguish the hASCT1/SLC1A4 from the hASCT2/SLC1A5 solute carriers, and their theranostic usage in cancer models

• Auteur / Autrice : Jacinthe Mekary
• Direction : Marc Sitbon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 07/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IGMM - Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Rétrovirus, enveloppes et marqueurs métaboliques
• Jury : Président / Présidente : Oumeya Adjali
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Sitbon, François-Loïc Cosset, Bruno Robert, Christel Larbouret, Françoise Cailler
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Oumeya Adjali, François-Loïc Cosset

Mots clés

Mots clés libres

Cancer

Métabolisme

Théranostique

Ligand

Récepteur

Slc

Cancer

Metabolism

Theranostic

Ligand

Receptor

Slc

Résumé

Les processus tumoraux sont régis par des modifications du métabolisme cellulaire et en particulier par des changements dans l'expression des transporteurs de nutriments de type SLC (Solute Carriers). Notamment, hASCT1/SLC1A4 et hASCT2/SLC1A5, qui sont tous deux des transporteurs d'acides aminés neutres, sont des acteurs clés dans, respectivement, les liposarcomes dépendants de la sérine et les adénomes pancréatiques dépendants de la glutamine. Ces deux types de cancer souffrent d'un retard critique dans la découverte d'un traitement efficace, et le suivi des SLC a été une démarche difficile en raison du manque d'anticorps fiables qui se lient aux SLC à la surface des cellules. Notre groupe a identifié les SLC associés au cancer comme étant des récepteurs de rétrovirus, et a tiré profit de cette propriété pour dériver de nouveaux ligands SLC solubles à partir des domaines de liaison aux récepteurs (RBD, Receptor-Binding Domain) de la glycoprotéine d'enveloppe des rétrovirus (Env). Bien que les nouvelles approches théranostiques bénéficieraient grandement de ligands RBDs à spécificité unique, des RBDs qui pourraient distinguer les transporteurs hASCT1/SLC1A4 et hASCT2/SLC1A5 font toujours défaut. Nous avons développé une modélisation basée sur des expériences avec 6 enveloppes de rétrovirus qui peuvent utiliser ASCT1/SLC1A4 et ASCT2/SLC1A5 comme récepteurs d’entrée virale, pour générer une collection de RBD solubles avec lesquels nous avons : i) démontré qu’un motif SDGGGXXDXXR hautement conservé dans la composante de surface de l’Env de ces virus, précédemment suspecté comme dans la liaison au SLC, ne jouait pas de rôle majeur dans la liaison au récepteur mais plus probalement les étapes suivantes de l’infection ; ii) identifié par modélisation une nouvelle famille structurale de RBD prédite comme étant bi-lobaire, constituée d’un Lobe 1 amino terminal immédiatement en aval de la séquence signal de translocation dans le réticulum et portant un noyau de 3 feuillets beta, suivi d’une courte région charnière portant une proline, et du Lobe 2, qui est de taille plus importante ; iii) démontré que le Lobe 1 était le déterminant premier de liaison aux récepteurs SLC; iv) identifié la capacité du Lobe 2 de l’Env du virus leucémogène de babouin (BaEV) à bloquer la reconnaissance du SLC ASCT1 par le Lobe 1; v) identifié des séquences en aval du Lobe 2 dont la présence pouvait restituer la double reconnaissance de SLC ; et vi) généré pour la première fois de nouveaux RBDs solubles capables de distinguer hASCT1/SLC1A4 de hASCT2/SLC1A5. De plus, en construisant et utilisant des séries de récepteurs SLC chimères hASCT1/hASCT2, nous avons identifié les déterminants de liaison distincts pour les RBDs spécifiques de hASCT1 (sérine) ou hASCT2 (glutamine) sur leurs SLCs correspondants. Par ailleurs, nous avons démontré que nos deux nouveaux RBDs spécifiques administrés en cultures cellulaires sous forme de nanoparticules solubles, pouvaient inhiber le transport de la sérine et de la glutamine. Enfin, nous avons établi un profilage des tumeurs de liposarcomes et de mélanomes par immunohistochimie (IHC), en utilisant notre nouveau RBD spécifique du hASCT1/SLC1A4. De fait, nous avons pu colorer et distinguer clairement les tissus tumoraux des tissus non tumoraux sur des coupes fines de tumeurs. Des études par IHC avec nos RBD pourront ainsi poursuivies sur d'autres types de tumeurs dépendantes ou non de hASCT1/SLC1A4 (sérine) ou hASCT2/SLC1A5 (glutamine). Sur la base des propriétés inhibitrices spécifiques de nos nouveaux RBD sur le transport de la sérine ou de la glutamine en culture cellulaire, il sera possible de concevoir de nouvelles nanoparticules comprenant l’un ou l’autre RBD comme nouveaux agents d'imagerie et de traitement antitumoral.

Tumor processes are governed by changes in cell metabolism and in particular by changes in the expression of nutrient transporters of the solute carrier family (SLC). Notably, hASCT1/SLC1A4 and hASCT2/SLC1A5, which are both neutral amino acid transporters, are key players in the serine-dependent liposarcomas and the glutamine-dependent pancreatic adenomas, respectively. Both cancer types critically lag in efficient treatment discovery, and tracking SLCs has been a difficult endeavor due to the lack of reliable antibodies that bind SLCs at the cell surface. Our group has identified cancer-associated SLCs as retrovirus receptors, and took advantage of this property to derive new soluble SLC ligands engineered from the receptor-binding domains (RBDs) of retroviral envelope glycoproteins (Env). Although new theranostic approaches would greatly benefit from single-specificity RBD ligands, RBDs that could distinguish between the hASCT1/SLC1A4 and the hASCT2/SLC1A5 transporters are still missing. We used experiment-based modeling with 6 retrovirus Env that can drive viral infection via the ASCT1/SLC1A4 and ASCT2/SLC1A5 receptors to generate a collection of soluble RBDs with which we i) showed that a highly conserved SDGGGXXDXXR motif, previously suspected to be a major receptor-binding determinant, does not play such a role and more likely be involved in post-binding events ; ii) modeled a new bi-lobal structural family of gammaretroviral RBDs, arranged in an N-terminal Lobe1 that contains a 3 beta-sheet core, and separated by a proline-containing hinge from a slightly larger Lobe2 ; iii) demonstrated that Lobe 1 was the direct SLC binding determinant; iv) unveiled the blocking by Lobe 2 of the Baboon endogenous virus RBD of ASCT1 recognition by RBD Lobe 1 ; v) identified Env sequences downstream of Lobe 2 that could also modulate single to dual SLC recognition; and vi) provided new soluble RBDs, which could bind and for the first time distinguish cell surface hASCT1/SLC1A4 from hASCT2/SLC1A5. Moreover, using hASCT1/hASCT2 receptor chimeras, we identified the distinctive binding determinants on both SLCs for their respective cognate RBDs. Additionally, we demonstrated that when applied as soluble nanoparticles, our two new specific RBDs could inhibit serine or glutamine transport in cell culture. Furthermore, we profiled liposarcoma and melanoma tumors in immunohistochemistry (IHC), using our new specific hASCT1/SLC1A4 RBD, and were able to stain distinctively tumoral tissues from the non-tumoral tissues. Therefore, our new reagents could help in IHC studies to assess other hASCT1/SLC1A4 (serine) or hASCT2/SLC1A5 (glutamine)-dependent types of tumors. Moreover, based on the specific inhibitory properties of our new RBDs on serine or glutamine transport in cell culture, RBD-containing nanoparticles could be conceived as novel imaging and treatment agents.