CE34 - Contaminants, écosystèmes et santé

Activation synergique de recepteurs nucléaires – SYNERACT

Etude de l’activation synergique de récepteurs nucléaires par des contaminants environnementaux

L’exposition humaine à des mélanges de contaminants nous a amené à étudier l’activation de de récepteurs nucléaires par des mélanges de composés environnementaux

Etude de l’activation synergique des récepteurs des xénobiotiques PXR et CAR et des récepteurs activés par les proliférateurs de peroxysomes PPARa et PPARg par des contaminants environnementaux

Nous avons montré dans un projet précédent que le récepteur des xénobiotiques PXR pouvait être activé de façon synergique par le mélange de l’estrogène contraceptif éthynilestradiol et du pesticide transnonachlore. Dans le cadre du projet SYNERACT, nous avons voulu determiner si d’autres composés environnementaux pouvaient activer de façon synerqique PXR et si d’autres récepteurs nucléaires comme CAR, PPARa et PPARg pouvaient également être activés de façon synerqique. Afin de réaliser ce travail, nous avons développé des outils cellulaires permettant à un criblage à haut débit ainsi que différentes techniques biochimiques, cristallographiques et in vivo.

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.

De nombreuses études expérimentales, cliniques et épidémiologiques montrent que l'exposition aux polluants environnementaux peut perturber le système endocrinien et les fonctions métaboliques de notre organisme. Ceci peut contribuer au développement de pathologies diverses telles que l'obésité et les désordres métaboliques associés, un retard au niveau du développement mental ou sexuel, ainsi que des cancers hormono-dépendants. Plusieurs contaminants identifiés (phytoestrogènes, bisphénols, alkylphénols, phtalates, composés perfluorés, pesticides, cosmétiques, pharmaceutiques) sont ainsi soupçonnés d'interférer avec la régulation du métabolisme et la clairance des hormones et des médicaments chez les humains en interagissant notamment avec les récepteurs nucléaires PPARa, PPAR?, PXR et CAR.
Le projet SYNERACT vise à étudier l’activation de ces quatre récepteurs par de faibles concentrations de molécules d’origine pharmaceutique, naturelle ou anthropique. Dans un premier temps, nous testerons 1920 molécules (banques Prestwick de 1280 composés pharmaceutiques et de 320 produits naturels + banque de 320 xénobiotiques établie par l’équipe 1) pour leur capacité à activer les récepteurs nucléaires PPARa, PPAR?, PXR et CAR. Nous déterminerons ensuite parmi les molécules les plus actives lesquelles sont capables d’activer de façon synergique ces récepteurs. Pour cela, différentes approches complémentaires seront utilisées. La première approche consistera à réaliser un criblage cellulaire à haut débit utilisant des lignées cellulaires bioluminescentes. Ce résultat sera ensuite confirmé pour les composés les plus intéressants et leur combinaison dans les lignées d’hépatocytes humains HepaRG (HPR116) qui expriment indépendamment ces quatre récepteurs. Dans ces cellules, nous mesurerons l’expression de gènes cibles de ces récepteurs. L’interaction de ces molécules (seules et en combinaison) avec les différents récepteurs nucléaires sera ensuite étudiée par des techniques de calorimétrie, anisotropie ou transfert de fluorescence. Le mode d’interaction de ces molécules à l’échelle atomique (seules et en combinaison) sera ensuite déterminé par des études cristallographiques. Enfin, pour un nombre limité de molécules (2 à 4 par récepteur nucléaire) et de leur combinaison, nous testerons leur activité in vivo dans des souris WT et invalidées pour les récepteurs étudiés. L’originalité de ce projet consiste à reproduire à une échelle plus grande (4 récepteurs au lieu d’un, 1920 molécules au lieu de 40) une étude similaire à celle qui a permis aux partenaires 1 et 2 de SYNERACT de montrer que le récepteur PXR pouvait être activé de façon synergique par des combinaisons de molécules environnementales et pharmaceutiques (Delfosse et al, Nat Commun 2015). Dans SYNERACT, nous proposons de surcroit de valider in vivo les résultats obtenus, et ainsi de proposer un panel complet de techniques allant de l’échelle atomique à l’échelle de l’organisme, et permettant l’étude en combinaison de molécules à action de perturbation endocrinienne et métabolique.
En résumé, le projet SYNERACT regroupe 3 équipes expérimentées dont les thématiques de recherche s’intéressent aux récepteurs nucléaires PPARa, PPAR?, PXR et CAR. Ces 3 équipes mettront en commun leurs compétences et outils complémentaires (lignées cellulaires, plateformes de criblage et de cristallographie, souris transgéniques) afin de démontrer l’activation synergique de ces récepteurs par de faibles doses de composés présents dans notre environnement (effet cocktail).

Coordination du projet

Patrick BALAGUER (INSTITUT DE RECHERCHE EN CANCEROLOGIE DE MONTPELLIER)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

INRA TOXALIM TIM Institut National de la Recherche Agronomique
CBS Centre de biochimie structurale
IRCM INSTITUT DE RECHERCHE EN CANCEROLOGIE DE MONTPELLIER

Aide de l'ANR 468 129 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2018 - 48 Mois

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