Ancienne toxine - nouveau récepteur – ToxiCeptor

Les récepteurs de la sérotonine de type 3 (5-HT3R) sont impliqués dans le syndrome du côlon irritable et les vomissements induits par la chimio/radiothérapie. Les agonistes et les antagonistes compétitifs (ou effecteurs orthosteriques) du 5-HT3R ayant une faible affinité/sélectivité et générant des effets secondaires critiques, le développement de modulateurs allostériques sélectifs de sous-types du 5-HT3R intéresse grandement l'industrie pharmaceutique. Les venins de serpent sont de vastes bibliothèques naturelles de peptides/protéines de structures moléculaires variées et portant des activités pharmacologiques encore plus nombreuses. Nombre de ces ‘’toxines’’, qui ne sont pas toujours léthales, sont utilisées comme outils pour étudier leur récepteur en recherche fondamentale et/ou comme matrices moléculaires pour la conception de nouveaux effecteurs pharmacologiques ou médicaments sélectifs.
Une étude de preuve de concept impliquant des approches de liaison sur 5-HT3R solubilisé et des enregistrements d’électrophysiologie sur des 5-HT3R exprimés à la surface d’oocytes nous a conduit à identifier, depuis un venin de serpent, un ligand du 5-HT3R de haute affinité semblant moduler l'activité canal allostériquement. L’analyse du complexe toxine-récepteur par microscopie électronique en coloration négative (basse résolution) a révélé un site de fixation de la toxine distinct du site orthostérique pour les agonistes et les antagonistes compétitifs, cohérent avec les données biochimiques et fonctionnelles. Pour préciser le site de liaison et le mode d'action de ce nouvel effecteur du 5-HT3R, nous souhaitons maintenant: (i) compléter/affiner notre étude fonctionnelle et la complémenter par des données de liaison sur divers sous-types de 5-HT3R insérés à la membrane de cellules de mammifère; (ii) préciser le site de liaison et l’orientation de la toxine sur le récepteur, et caractériser les déterminants moléculaires de l’interaction à l’interface du complexe, en résolvant une structure cryo-EM (haute résolution) du complexe pentamérique; (iii) explorer les possibles changements conformationnels dans le domaine extracellulaire de fixation des ligands et le canal ionique associés à la liaison de la toxine, en comparant les conformations du récepteur en absence et en présence de la toxine liée; (iv) utiliser la même stratégie pour documenter l’identité et le mode d’action d’un second ligand du 5-HT3R présent dans une fraction semi-purifiée du venin d’une autre espèce de serpent.
La disponibilité de données complémentaires de liaison, fonctionnelles et structurales sur ces ligands peptidiques du 5-HT3R avec des sites de liaison atypiques et des modes d'action originaux ouvrira de nouvelles voies grâce à leur utilisation comme outils pharmacologiques pour explorer plus avant de nouvelles voies de modulation de l'activité du 5-HT3R. Ces données pourraient également conduire à la conception, basée sur la structure, de nouvelles molécules peptidiques ou organiques aux activités pharmacologiques adaptées visant à moduler ce récepteur de manière allostérique, ou à associer à des traitements de chimio ou radiothérapie pour atténuer/soulager leurs effets secondaires indésirables.
Ce projet rassemble trois équipes françaises ayant des expertises complémentaires en biologie cellulaire, biochimie, biophysique, pharmacologie, toxinologie et biologie structurale, et des publications et collaborations établies dans le domaine.