Plasticité structurale du récepteur aux hydrocarbures aromatiques (AhR) en réponses à divers xénobiotiques: Implication pour la prédiction de la toxicité des polluants chez l’Homme et dans les écosystèmes – PlasticAhR

La contamination des écosystèmes et des organismes par des polluants de l’environnement fait partie des enjeux majeurs du 21ème siècle. Au cours des dernières années, la toxicité de plusieurs xénobiotiques a été caractérisée. Néanmoins, malgré de nombreuses recherches, il reste extrêmement difficile d’estimer la toxicité des polluants organiques persistants (POP) ou d’autres composés chimiques provenant notamment de dérivés alimentaires, de produits de combustions, etc…
Les récepteurs cellulaires aux xénobiotiques sont des éléments essentiels aux voies cellulaires d’adaptation à l’environnement. Cette demande de financement à l’ANR se focalise sur des études sur le récepteur des hydrocarbures aromatiques (AhR). Il est l’un des trois récepteurs majeurs aux xénobiotiques et appartient à la famille de protéines bHLH-PAS (basic Helix Loop Helix – Per Arnt Sim). Après liaison avec un ligand, le récepteur cytoplasmique se transloque vers le noyau où il s’associe avec la protéine nucléaire ARNT (AhR Nuclear Translocator), afin de former un hétéro-dimère. La première moitié N-terminale de ces protéines est responsable à la fois de l’interaction avec le ligand mais aussi avec des séquences spécifiques d’ADN, appelées éléments de réponse aux xénobiotiques (XRE). Ces parties N-terminales sont constituées linéairement d’un domaine d’interaction avec l’ADN (bHLH ou DBD : DNA Binding Domain), d’un domaine PAS-A et enfin d’un domaine de fixation du ligand (PAS-B ou LBD : Ligand Binding Domain), seul capable d’interagir avec un nombre très variés de xébobiotiques. De façon remarquable, en fonction du ligand fixé sur le AhR, celui-ci est capable de déclencher une réponse cellulaire soit adaptative, destructrice ou protectrice (avec des effets cytotoxiques, apoptotiques ou cardioprotecteurs). Nous faisons l’hypothèse très vraisemblable qu’en fonction du ligand, le AhR adopte différentes conformations tridimentionnelles conduisant à la liaison sélective de trois familles de XRE (initialement identifiés dans les promoteurs de CYP1A1, PON1 et BAX). Cependant, malgré de nombreuses études, les mécanismes moléculaires responsables de ces réarrangements structuraux restent mystérieux. Jusqu’à ce jour, il n’y a toujours aucune structure connue du AhR, ni des différents domaines qui le constituent et plusieurs questions restent encore sans réponses. Par exemple, quels sont les fonctions chimiques nécessaires à la reconnaissance de xénobiotiques par le AhR? Quels sont les résidus du AhR responsables des réponses transcriptionnelles variées observées en fonction des espèces considérées? Comment est transmis le signal du domaine PAS-B au domaine bHLH après interaction avec un polluant? Peut-on anticiper les effets des xenobiotiques sur un organisme entier par la simple connaissance de leurs structures chimiques?
Nous présentons ici un projet à la fois ambitieux et réaliste dans lequel nous essayerons de répondre à l’ensemble de ces questions par trois objectifs principaux. En premier lieux, les structures cristallographiques complexées à des ligands et/ou de l’ADN seront résolues. Il s’agira notamment des domaines LBD, DBD et LBD-DBD de ARNT et du récepteur Ah. Nous chercherons à résoudre ces structures complexées à l’aide de protéines provenant de différents organismes. Nous utiliserons ensuite la modélisation moléculaire et des tests cellulaires afin d’identifier les différences subtiles existant entre espèces. En combinant l’ensemble de ces données, nous déterminerons précisément et en fonction des espèces, les déterminants chimiques essentiels dans l’interaction AhR/xénobiotiques. Ceci permettra de prédire in silico, quelles sont les molécules chimiques capables de se lier au AhR et d’activer une ou plusieurs voies transcritionnelles. Ces informations pourraient se révéler essentielles aux industriels et aux organisations gouvernementales désireuses d’estimer la toxicité de molécules en développement ou de composés existants (régulation REACH).