Synergistic activation of nuclear receptors – SYNERACT

Nous avons développé et utilisé des lignées cellulaires bioluminescentes répondant aux ligands de récepteurs nucléaires afin de determiner parmi un grand nombre de composés lesquels pouvaient activer de façon synergique les récepteurs PXR, CAR, PPARa et PPARg. Nous avons également développé et utilisé differentes techniques biochimiques, cristallographiques et in vivo qui nous permettent de confirmer et de mieux comprendre l’activation synerqique des récepteurs par ces composés environnementaux.

Dans un premier temps, nous avons pu déterminer parmi 1920 composés étudiés lesquels étaient actifs. Nous avons ainsi pu découvrir que des composés pharmaceutiques (dabrafenib, enzalutamide) étaient des activateurs du récepteur PXR humain (Creusot et al, 2020).
Nous avons également établi et caractérisé des nouvelles lignées cellulaires utilisées pour le criblage (Toporova et al, Frontiers in Pharmacology 2020 ; Garoche et al, en préparation) et nous avons identifié de nouveaux composés environnementaux comme ligands du récepteur CAR (Toporova et al, en préparation).
Après avoir testé les composés seuls, nous les avons étudiés en combinaison. Nous n’avons pas encore pu identifier de combinaisons actives de façon synergique pour les récepteurs PPARa et PPARg et CAR. Par contre pour le récepteur PXR, de nouvelles combinaisons de composés synergiques ont été identifiées et caractérisées (Delfosse et al, soumis ; Gardia Parège et al, en préparation). Enfin, nous avons également montré que le récepteur RXR qui forme des hétérodimères avec les récepteurs PXR CAR, PPARa et PPARg peut également être activé par des composés environnementaux et que des mélanges ternaires de molécules environnementales (1 ligand activateur de RXR et 2 ligands activateurs de PXR peuvent activer de façon synerqique l‘hérodimère RXR-PXR.
Le travail qui nous reste à faire dans le projet consister à terminer l’étude de la synergie d’activation des récepteurs RXR, PXR, CAR, PPARa et PPARg à l’aide de nos méthodes cellulaires, de mieux comprendre comment cette synergie se produit par des méthodes biochimiques et cristallographiques et enfin de confirmer que cette synergie se produit également in vivo sur des modèles de souris.

Dans le cadre du projet SYNERACT, nous avons proposé un mécanisme possible de l’effet ‘’cocktail’’ de mélanges de composés environnementaux agissant au niveau des récepteurs nucléaires. Nous avons aussi développé une stratégie de mesure de cet effet à l’aide de différentes techniques cellulaires, biochimiques, cristallographiques et in vivo. Cette approche pourrait être développé pour le criblage de nouvelles molécules et pourrait également être généralisée à d’autres récepteurs nucléaires.

Nous avons ou allons publier différents travaux décrivant :
- l’établissement et la caractérisation de lignées cellulaires bioluminescentes permettant de mesurer les activités récepteurs nucléaires de composés environnementaux :
1) Toporova et al. Assessing the selectivity of FXR, LXRs, CAR and RORg pharmaceutical ligands with reporter cell lines Frontiers in Pharmacol 2020.
2) Garoche et al. Interspecies differences in activation of Peroxysome proliferator-activated receptor ? by pharmaceutical and environmental chemicals. En préparation.
- l’activité récepteur nucléaire de composés environnementaux :
3) Creusot et al. The anti-cancer drug dabrafenib is a potent activator of the human pregnane X receptor. Cells 2020.
4) Toporova et al. Agonistic effects of bisphenols on the constitutive androstane receptor. En préparation.
- La mise en évidence de l’activité synergique de combinaisons de composés envionnementaux.
5) Delfosse et al. Mechanistic insights into the synergistic activation of the RXR–PXR heterodimer by endocrine disruptor mixtures. En révision à PNAS.
6) Gardia-Parège et al. Synergistic Activation Of Human Pregnane X Receptor By Ligands Structurally Related To Transnonachlor And Ethynylestradiol. En préparation.

Numerous experimental, clinical and epidemiological studies show that exposure to environmental contaminants can disrupt the endocrine and metabolic functions of our body. This can contribute to the development of various pathologies such as obesity and associated metabolic disorders, a delay in mental and sexual development as well as hormone-dependent cancers. Several contaminants in our environment (phytoestrogens, bisphenols, alkylphenols, phthalates, perfluorinated compounds, pesticides, cosmetics, pharmaceuticals) are suspected of interfering with the regulation of metabolism and the clearance of hormones and drugs in humans by interacting with nuclear receptors PPAR?, PPAR?, PXR and CAR.
The aim of the SYNERACT project is to study the activation of these four receptors by low concentrations of molecules of pharmaceutical, natural or anthropogenic origin. In a first step, we will test 1920 molecules (1280 pharmaceutical and 320 natural compounds of the Prestwick libraries, 320 xenobiotics of a library established by team 1) for their ability to activate the PPAR?, PPAR?, PXR and CAR nuclear receptors. We will then determine which of the most active molecules are capable of synergistically activating these receptors. For this, different complementary approaches will be used. The first approach will be to perform a high throughput cell screening using bioluminescent cell lines. This result will then be confirmed for the most interesting compounds and their combination in the HepaRG human hepatocyte cell line (HPR116) which express these four receptors. In these cells, we will measure the expression of target genes of these receptors. The interaction of these molecules (alone and in combination) with the different nuclear receptors will then be studied by calorimetry, thermophoresis, anisotropy or fluorescence transfer techniques. The mode of interaction at the atomic scale of these molecules (alone and in combination) will then be determined by crystallographic studies. Finally for a limited number of molecules (2 to 4 per nuclear receptor) and their combination, we will test their activity in vivo in WT mice and invalidated for these receptors. The originality of this project is to reproduce on a larger scale (4 receptors instead of one, 1920 compounds instead of 40) a study similar to that which allowed SYNERACT partners 1 and 2 to show that PXR is activated synergistically by combinations of environmental and pharmaceutical molecules (Delfosse et al, Nat Commun 2015). In SYNERACT, we propose in addition to validate in vivo the results obtained and thus to propose a complete panel of techniques which go from the atomic scale to the scale of the organism and which allow the study in combination of molecules with endocrine and metabolic disturbance.
In summary, the SYNERACT project brings together 3 experienced teams whose research topics focus on the PPAR?, PPAR?, PXR and CAR nuclear receptors. These 3 teams will pool their skills and complementary tools, (cell lines, screening and crystallography platform, transgenic mouse animal house) to demonstrate the synergistic activation of these nuclear receptors by low doses of compounds present in our environment (cocktail effect).