Caractérisation des voies de signalisation et des mécanismes d’action de la Vitamine D pour développer de nouvelles molécules thérapeutiques – LoCaVitD

La forme active de la vitamine D, le calcitriol [1a,25-dihydroxyvitamine D3; VitD] est une hormone clé pour la régulation de l’homéostasie du calcium. Le calcitriol stimule non seulement le calcium intestinal, la résorption du calcium osseux et la réabsorption du calcium rénal, mais contrôle également d’autres fonctions biologiques, dont la prolifération et la différenciation de nombreuses cellules, et présente des activités anti-inflammatoires et immunomodulatrices. Il régule l’expression de nombreux gènes cibles, en se fixant sur le récepteur nucléaire de la vitamine D (VDR). Le VDR est ainsi une importante cible thérapeutique pour diverses pathologies (ostéoporose, maladies neuro-dégénératives, auto-immunes et cancers). Malheureusement, les effets secondaires hypercalcémiques résultant des doses supraphysiologiques de VitD nécessaires pour avoir un rôle thérapeutique, peuvent induire la défaillance d’organes tels que les reins, le coeur, les vaisseaux sanguins et les tissus cutanés, suite à leur minéralisation, et conduire à la mort des patients, ce qui limite l’utilisation de la VitD en tant que tel comme traitement.
VDR agit sous forme d’héterodimère avec les récepteurs nucléaires des rexinoides (RXRs), pour contrôler la transcription de gènes cibles. Une maladie génétique rare, le rachitisme vitamino-résistant de type II (HVDRR), causée par des mutations de VDR, a confirmé l'importance de VDR dans le système squelettique. La localisation de VDR dans de nombreux cellules/tissus souligne le rôle central des voies de signalisation de la VitD dans de nombreux processus biologiques. En plus des actions génomiques, le calcitriol a des effets rapides non-génomiques, et VDR présente aussi des fonctions ligand-indépendantes.
De nombreux laboratoires académiques et entreprises pharmaceutiques ont synthétisé des analogues de la VitD par l’incorporation de modifications chimiques du calcitriol. Pour la plupart, ils ont été conçus avant l’élucidation de la structure cristallographique de complexes ligands/VDR et testés in vivo pour des activités spécifiques, leur activité calcémique ne pouvant être prédite. Cependant, tous les composés identifiés avec des activités calcémiques réduites ont une fenêtre d’application thérapeutique réduite, limitant ainsi leur utilisation en clinique. Ainsi pour faciliter le développement d'analogues de la VitD avec des fenêtres thérapeutiques plus larges, il est nécessaire de comprendre les mécanismes moléculaires qui sont à la base de la sélectivité tissulaire ou des gènes régulés.
Nous proposons de caractériser ces mécanismes en combinant des études structurales et des modèles murins, basés sur des contributions récentes faites par les équipes partenaires de ce projet. Ainsi, le projet de biologie intégrative LoCaVitD comporte deux études complémentaires : (i) une caractérisation in vivo des voies de signalisation de la VitD en utilisant des souris VDR-nulles et des souris génétiquement modifiées, récemment établies dans le cadre d’une collaboration entre les 2 partenaires, qui expriment un VDR portant une mutation ponctuelle (VDRgem) répondant sélectivement à des analogues de la VitD appelés Gemini, et (ii) une analyse structure-fonction du VDR.
LoCaVitD aura pour objectif :
- de démontrer que les effets calcémiques induits par la VitD sont dépendants de VDR.
- d’identifier des gènes cibles de VDR dans différents tissus de souris,
- de déterminer les modifications structurales des analogues de la VitD qui induisent des activités tissus- et gènes-spécifiques via VDR,
- d’identifier les modifications structurales clés de VDR responsable de telles spécificités.
La compréhension des mécanismes moléculaires et tissu-spécifiques induits par la VitD permettra de développer in silico de nouveaux agonistes de VDR et de nouveaux essais cellulaires, afin d’identifier des analogues de la VitD dépourvus d’effets secondaires, qui pourront être à la base de nouveaux traitements de nombreuses maladies.