Developpement d'analogues de la kisspeptine pour le contrôle de la reproduction – Kiss

Pour guider la synthèse de nouveaux analogues est important de prédire le mode d’interaction entre le KP10, les analogues et le récepteur de la kisspeptine. Les logiciels de docking actuels ne sont pas tous capables de prédire correctement le mode d'interaction entre un peptide et le récepteur considéré. Pour surmonter cette difficulté, nous avons développé un nouvel outil en utilisant le fragment-based ligand design (FBLD). Le docking par fragments permet d’éviter de prendre en compte la flexibilité de l’ensemble du peptide lors du docking, afin de le simplifier. Les fragments, sont ensuite reliés les uns aux autres par des liaisons peptidiques lors de l'application d'un protocole de docking covalent. Cela est suivi par une optimisation de la conformation du nouveau peptide formé. L’approche par docking covalent a été comparée à deux autres outils classiques de docking SP et SP-Peptide (développée pour l'étude des complexes peptide-protéine) et s’est révélée plus précise dans la plupart des cas.
La structure du récepteur humain de la kisspeptine obtenue par homologie a été validée par méthode bio-informatique et sa stabilité a été testée par simulation de dynamique moléculaire. Les premiers résultats du docking présentent une interaction de la Tyr10 du KP10 sur le Trp276 du récepteur (toggle switch), résidu important pour les RCPGs dans le cadre de leur activation.

Nous avons aussi créé des nouveaux analogues utilisant une approche classique de chimie médicinale. Pour vérifier leur efficacité et puissance le profile pharmacologique des analogues est étudié d’abord in vitro en utilisant un test de mobilisation du calcium intracellulaire sur une lignée cellulaire transfectée avec le récepteur de la kisspeptine. Par la suite les molécules le plus intéressantes sont testées par injection intramusculaire sur des brebis et leur action suivie par dosage de l’hormone lutéinisante et de la progestérone.

Notre premier objectif était de prouver le concept qu’un analogue de la kisspeptine (Kp) pouvait induire des ovulations fertiles en contresaison. Nous avons utilisé tout d’abord utilisé un prétraitement classique (progestagène), mais remplaçant l’administration de l’eCG (equine choriogonadotropin) avec notre analogue (C6). Dans ces conditions nous avons obtenu des ovulations fertiles et un taux de prolificité similaire à celui attendu dans notre élevage donnant naissance en moyenne à 2.0 agneaux par brebis. Ces résultats prouvent le concept que l’injection intramusculaire d’un analogue de la kisspeptine est capable, en présence d’un prétraitement avec un progestagène, d’induire des ovulations fertiles en contresaison. Ce résultat permet d’ores et déjà d’envisager la possibilité d’utiliser des analogues de la kisspeptine pour remplacer l’eCG dans le contrôle de la reproduction.
Par ailleurs nous avons reconstruit par homologie un modèle 3D du récepteur de la kisspeptine et développé un système de docking par fragment de la kisspeptine. Ceci nous a permis de réaliser une première étude du mode d’interaction entre le récepteur et la kisspeptine qui nous permettra par la suite d’optimiser la synthèse des nouveaux analogues.

Des simulations de dynamique moléculaires de longue durée sont actuellement en cours afin de valider les poses de docking du KP10, et déterminer les résidus d'importance dans le mode d'interaction de ce dernier avec son récepteur. Une fois identifiés le mode d’interaction nous envisageons d’utiliser ces informations comme aide à la conception de nouveaux analogues.
En utilisant le modèle 3D du récepteur de la kisspeptine nous allons aussi réaliser un criblage in silico de chimiothèques disponibles pour identifier des nouvelles structures moléculaire d’intérêt.
Par ailleurs, nous envisageons de réaliser une comparaison directe in vivo de notre molécule avec la eCG pour établir les potentiels avantages des analogues par rapport au traitement courant dans le control de la reproduction en élevage.

Decourt et al. A synthetic kisspeptin analog that triggers ovulation and advances puberty. Scientific Reports 2016

Le projet KISS associe l’augmentation de la productivité et de la durabilité des systèmes d’élevage avec une réduction des risques sanitaires. Notre ambition est de développer un nouveau traitement pour contrôler la reproduction qui augmente la performance reproductive et réduit l’utilisation d’hormones. Le traitement sera basé sur des analogues d’un neuropeptide endogène la kisspeptine (Kp).
Un objectif clé de l’intensification durable en élevage est un meilleur contrôle de la reproduction. Notre mission est de développer un nouveau traitement capable d’accroître le succès reproductif et d’obtenir un contrôle des mise-bas supérieur en même temps qu’une réduction de l’utilisation d’hormone et à moindre coût.
Les traitements courants posent 4 problèmes: 1) utilisation d’hormones qui peuvent se retrouver dans la nourriture et dans l’environnement (par exemple dérivés de la progestérone). Dans le cadre des nouvelles lois interdisant l’utilisation d’hormones les éleveurs seraient obligés d’utiliser des méthodes peu efficaces et devraient faire face à une réduction de leurs revenus. Cette situation pourrait obliger les petits éleveurs à fermer leur activité et produire une désintégration du tissu social local; 2) risque sanitaire lié à la transmission de maladies (par exemple Choriogonadotropine equine (eCG ou PMSG) extraite du sang); 3) reponse immunitaire contre l’eCG reduisant l’efficacité des traitements successifs, et 4) efficacité non optimale.
Pour répondre à ces besoins nous avons conçu une 1ère génération d’analogues de la Kp. Ces analogues sont actifs chez la brebis à des doses très faibles (dizaines de µg). Par conséquent, les possibles contaminants dérivés des analogues seront présents en petites quantités. En outre, les analogues seront conçus pour être dégradés rapidement et les produits de dégradation (de simples acides aminés) seront recyclés ou sécrétés rapidement. Des données préliminaires montrent que nos analogues de 1ère génération sont supérieurs à l’eCG dans la synchronisation de l’ovulation chez la brebis et suggèrent une meilleure efficacité. Ces résultats impliquent qu’il est possible de remplacer l’eCG par un analogue de la Kp. Ceci représenterait un progrès important qui éliminerait le risque sanitaire et le frein de l’immunogenicité. Pour compléter la preuve de concept d’autres expériences pour induire l’ovulation en contresaison sont programmées. Bien que les résultats soient très encourageants nous anticipons la nécessité d’améliorer le profil pharmacologique de ces analogues pour obtenir une réponse optimale. Ainsi, le 1er objectif du projet est de développer une 2ème génération d’analogues avec un profil pharmacologique parfaitement adapté pour maitriser la reproduction.
Par ailleurs certains aspects du système Kp, qui pourraient impacter l’efficacité des analogues, ont été encore peu étudiés (désensibilisation du récepteur, existence d’agonistes biaisés, distribution précise du récepteur de la Kp, etc.). Le manque d’une variété suffisante de ligands (agonistes partiels, antagonistes, et agonistes biaisés) explique la carence d’informations sur le sujet. Notre effort de synthèse a produit des analogues sélectifs avec des structures chimiques et des profils pharmacologique variés. Nous avons l’opportunité unique d’utiliser, et éventuellement modifier (par exemple pour créer des antagonistes), les analogues pour mieux comprendre les caractéristiques du système Kp. Ces informations seront une avancée importante pour la recherche fondamentale et permettront aussi d’optimiser la conception des analogues.
Enfin une valeur ajoutée des analogues qui nous créerons est la possibilité de les utiliser comme base pour le développement de médicaments pour le traitement des pathologies humaines.
Pour conclure, les objectifs du projet sont 1) de développer des analogues de la Kp de 2ème génération pour 2) améliorer la maitrise de la reproduction en élevage et 3) mieux comprendre le fonctionnement du système Kp.