Analyse structure-fonction d’une cible majeure de la fibrose : le complexe de maturation C-terminale des collagènes fibrillaires – Pcube_complex

Les collagènes fibrillaires sont les protéines les plus abondantes du corps humain et toute dérégulation de leur biosynthèse ou de l’équilibre entre leur synthèse et leur dégradation peut causer de graves pathologies. Parmi celles-ci, les fibroses sont caractérisées par un dépôt excessif ou aberrant de collagène et représentent une cause majeure de mortalité dans le monde. Elles peuvent être déclenchées par différents facteurs tels que les maladies cardiovasculaires, l’insuffisance rénale, les infections (COVID19, hépatites etc), les maladies immunitaires (sclérodermie, arthrite etc) ou des produits toxiques (alcool, régime alimentaire trop riche etc). Une approche prometteuse pour contrôler le dépôt de collagène au cours de la fibrose est de cibler la biosynthèse des collagènes fibrillaires. Notre projet s’intéresse à l’étape limitante de ce processus, la maturation protéolytique C-terminale des collagènes I-III, dans le but de mieux comprendre au niveau atomique comment les différents partenaires du complexe de maturation s’associent et travaillent ensemble.
Le complexe de maturation étudié est composé a minima d’un précurseur de collagène fibrillaire (procollagène) et d’une procollagen C-proteinase (PCP). Les principales PCPs sont des métalloprotéases extracellulaires appelées Bone Morphogenetic Protein-1 (BMP-1)/Tolloid-like proteinases (BTPs) qui clivent le domaine C-terminal globulaire des procollagènes (C-propeptide) et déclenchent la formation des fibres de collagène. L’activité PCP des BTPs peut être stimulée, avec des efficacités différentes, en présence de deux protéines activatrices (PCPE-1 et -2). Ces dernières sont considérées comme les cibles anti-fibrotiques les plus prometteuses, parmi les partenaires du complexe de maturation, grâce à leur forte spécificité pour la biosynthèse des collagènes. Par conséquent, l’objectif majeur de notre projet est d’obtenir la structure d’au moins un complexe à trois partenaires associant procollagène, PCP et PCPE (appelé ici « P3-complex ») à la plus haute résolution possible. Ceci devrait nous permettre de (i) mieux comprendre les rôles joués par les différents domaines des protéines du complexe, (ii) expliquer les différences d’activité entre PCPE-1 et -2 et mieux définir leur potentiel thérapeutique individuel et (iii) décrire les surfaces d’interaction dans le complexe de maturation et déterminer si elles peuvent être ciblées pour le développement de composés anti-fibrotiques.
Bien que des progrès significatifs aient été accomplis ces dernières années dans la compréhension de la fonction et du mécanisme du P3-complex, les questions mentionnées ci-dessus n’ont pu être abordées jusqu’à présent car les BTPs sont difficiles à étudier en cristallographie. Cependant, les développements récents de la cryo-microscopie électronique (cryo-EM) offrent de nouvelles perspectives pour obtenir des structures de moyenne ou haute résolution avec des quantités relativement modestes de protéine et cette technique sera au centre de notre projet. Nous prévoyons d’utiliser une approche par étape allant de l’analyse des complexes à deux partenaires qui n’ont pas encore été étudiés structuralement (PCP/procollagène et PCP/PCPE) vers l’analyse des complexes à trois partenaires (PCP/procollagène/PCPE). Par ailleurs, nous utiliserons des méthodes biochimiques, biophysiques, de modélisation et de mutagenèse pour optimiser la production des protéines et obtenir des informations complémentaires sur le mécanisme d’action des partenaires du P3-complex.
Pour mettre en oeuvre ce projet ambitieux, nous exploiterons également les nombreux outils et essais développés par le Partenaire 1 (LBTI, France) et l’expertise du Partenaire 2 (STRUBI, UK) en collecte et analyse de données de cryo-EM avec l’objectif d’élucider les mécanismes moléculaires qui contrôlent la maturation C-terminale des collagènes et, à plus long terme, de concevoir de nouvelles stratégies anti-fibrotiques.