L’assemblage supramoleculaire de peptides détermine leur fonction biologique – Biosupramol

Les peptides amphipathiques riches en histidine, aussi appelés dérivés LAH4, développés et étudiés dans nos laboratoires, présentent une grande variété de fonctions biologiques, qui peuvent être modulées par des modifications subtiles de la séquence, du pH, de la salinité et d’autres paramètres environnementaux. Certains peptides LAH4 sont capables de former des pores membranaires et présentent ainsi une forte activité anti-microbienne, qui est plus prononcée à pH acide lorsque les résidus histidines se retrouvent protonées. De plus, l’auto-assemblage des peptides LAH4 permet la formation de structures globulaires capables de se complexer avec des acides nucléiques ou des protéines, ce qui en fait de très performants agents de transfection, permettant ainsi l’entrée dans la cellule cible de différents types de cargos. Enfin, certains peptides LAH4 sont capables de promouvoir l’entrée de virus ou vecteurs viraux dans la cellule cible (e.g. Vectofusin-1®), ce qui en fait des additifs de choix pour les approches de thérapie génique mettant en jeu des vecteurs adéno-associés (AAV) ou des vecteurs lentiviraux.
Dans ce projet, nous allons chercher à comprendre pourquoi de subtiles modifications de séquence dans les peptides LAH4 sont capables d’induire des changements importants dans leurs propriétés biologiques. Sur la base de nos résultats préliminaires, nous avons posé l’hypothèse qu’une simple modification de séquence pouvait modifier en profondeur l’architecture supramoléculaire et donc conduire à des fortes différences en fonctionnalités. Bien qu’ils soient très ressemblants et souvent des isomères, les peptides LAH4 peuvent se trouver sous forme monomérique ou oligomérique (anti-microbien), sous forme de complexes globulaires plus larges, de quelques nano, voire micromètres (transfection) ou sous forme d’agrégats fibrillaires de plusieurs micromètres pouvant conduire à la formation d’un hydrogel (transduction virale). Par conséquent, nous proposons d’examiner de façon systématique comment l’état d’agrégation d’un peptide en solution ou dans les membranes corrèle avec les activités testées dans divers essais anti-microbiens, de transfection ou de transduction virale. De plus, les complexes supramoléculaires de peptides LAH4 seront étudiés par des approches biophysiques très complémentaires comme la microscopie à force atomique, la diffraction aux rayons X et la résonance magnétique nucléaire à l’état solide, incluant la polarisation nucléaire dynamique dans les conditions de rotation à l’angle magique à très haute vitesse (ultra MAS-PND). Les modèles structuraux de haute résolution ainsi obtenus permettront de mieux définir quelles sont les interactions peptides/peptides, peptides/acides nucléiques et peptides/membranes. De cette manière, nous pourrons mieux définir quels résidus d’acides aminés jouent un rôle essentiel dans l’auto-assemblage des peptides en structure supramoléculaire, ouvrant ainsi la voie à la synthèse de nouveau dérivés peptidiques plus performants pour une activité biologique donnée. Comme l’assemblage supramoléculaire dans un environnement aqueux est réversible et aussi dépendant de la concentration en peptide et de l’environnement chimique, une importance toute particulière sera apportée dans la mise en place des études biophysiques afin qu’elles miment au mieux les conditions utilisées en essais biologiques. Grâce à un partenariat industrie/Académie, la RMN solide incluant la ultra MAS-PND sera disponible et plus amplement développée dans le cadre de ce projet. Ce gain en sensibilité offert à la RMN solide permettra l’observation directe d’un noyau 1H, une caractéristique importante pour l’étude des sites de contact intermoléculaires. Pour mettre en place ce projet ambitieux, trois laboratoires académiques et deux industriels formeront un réseau d’experts spécialistes en biophysique, RMN solide, biologie cellulaire et applications biomédicales.