Détergents stabilisants des protéines membranaires par réseau de ponts salins multiples pour leur étude et cristallisation en solution. Application aux pompes ABC d’efflux de multiples médicaments. – CLAMP

Les détergents sont des éléments clés de la biologie structurale et la biochimie des protéines membranaires. Ils sont indispensables pour les maintenir en solution pour la cristallographie, la production d'anticorps, la vaccination, …. Malheureusement, ils tendent à déstructurer ces protéines, étant en équilibre très rapide avec les micelles (Israelachvili 1977), ce qui réduit la compacité de la région membranaire et conduit à une perte partielle-à-sévère de la fonctionnalité. La conception de détergent est donc un domaine très actif, compte tenu du fait que ces protéines représentent 30% du total (Wallin 1998; von Heijne 2006) et 60% des cibles thérapeutiques (Overington 2006). Leur hydrophobicité les rend difficile à cristalliser en solution, ce qui freine la conception de médicaments assistée par la structure. Ceci explique pourquoi les protéines membranaires représentent toujours moins de 1% des structures 3D résolues (White 2009).

La vaste majorité de ces protéines présente un net enrichissement en résidus basiques à l'interface entre la membrane et le cytoplasme, une propriété connue sous le nom de « positive-inside rule » (von Heijne 1986). Nous proposons de concevoir une nouvelle classe de détergents basée sur cette propriété, qui, en plus de leur capacité à interagir avec les protéines membranaires par des interactions hydrophobes, aura aussi la capacité de générer un réseau de ponts salins avec ces résidus basiques. Nous prévoyons que la synergie obtenue par les deux actions compensera plus efficacement l’absence de lipides qu'avec des détergents classiques, et permettra de préserver la compacité de la partie membranaire. Selon ce concept, ces clamps moléculaires présenteront 2 fonctions acide faible (carboxylates) qui permettront de générer le réseau de ponts salins. La longueur des bras portant chacun carboxylate sera optimisée pour favoriser la formation de ponts salins. La tête hydrophile comprendra également un maltoside et la partie hydrophobe sera constituée d'une ou deux chaines aliphatiques. Des essais de synthèses réalisées par le partenaire 2 depuis novembre 2011 ont conduit à la première série de composés, démontrant la faisabilité d'un tel projet.
Comme 1ère preuve de concept, nous testerons ces composés sur les pompes d’efflux de type ABC, étudiés par le partenaire 1 et le partenaire international, le Pr. Geoffrey Chang. Ces pompes sont recrutées pour réduire la concentration intracellulaire de composés endogènes ou exogènes, tels que les cytotoxiques anticancéreux, des médicaments antifongiques ou anti-infectieux, par couplage de l'efflux du médicament avec l’hydrolyse d’ATP. Plusieurs structures ont été résolues (Dawson 2006; Ward 2007; Aller 2009; Liu 2012), mais avec un impact important sur l'activité ATPasique qui est abaissée, voire abolie (Matar 2011), ainsi que sur l'affinité des médicaments, qui est réduite de 100 à 4000 fois après extraction (Liu 2012). En conséquence, aucune structure 3D n’a été encore obtenue avec les médicaments transportés. Nous attendons de ces détergents une préservation de l'activité ATPasique et de l'affinité des médicaments, et ainsi obtenir une structure 3D plus proche de l’état natif, en présence de médicaments.

Ce projet interdisciplinaire rassemble deux équipes françaises et un partenaire international. La chimie sera réalisée par le Pr. Ahcène Boumendjel (UJF Grenoble, partenaire 2). La biochimie et de la cristallographie sera effectuée par l'équipe du Dr. Pierre Falson (BMSSI, Lyon, partenaire 1), en collaboration avec le Pr. Geoffrey Chang (UCSD, Ca USA, partenaire international) qui a résolu la structure du transporteur ABC procaryote MsbA (Ward 2007) et, plus récemment, celle du la P-glycoprotéine (P-gp) de souris (Aller 2009). Les trois équipes travaillent régulièrement ensemble sur les transporteurs ABC: (Arnaud 2011), (Boumendjel 2011) ; Pierre Falson et Geoffrey Chang collaborent depuis 2 ans sur la fonction de la souris P-gp.