Comprendre et moduler les propriétés cellulaires des ligands de G-quadruplexes – TOP2-G4

Les G-quadruplexes (G4s) sont des structures secondaires de l’ADN qui peuvent être ciblées spécifiquement par des petites molécules, ou ligands. Malgré des capacités similaires à interagir avec les G4s in vitro, ces ligands peuvent avoir des effets biologiques très différents, dont une activité cytotoxique pour certaines. Sur la base de ces effets biologiques, de nombreuses applications ont été proposées pour les ligands de G4, notamment contre le cancer, les maladies neurodégénératives, les infections virales et les parasites. Toutefois, afin de pouvoir utiliser cette classe de molécules en thérapie en contrôlant leurs effets secondaires, il est nécessaire de comprendre comment elles assurent leurs effets spécifiques afin de pouvoir par la suite pleinement maîtriser ces propriétés.
Grâce à une approche non biaisée, nous avons récemment découvert que l’activité cytotoxique de deux des ligands de G4, dont un des ligands les plus utilisés, la pyridostatin (PDS), résulte de leur capacité à empoisonner l’ADN topoisomérase 2 alpha (TOP2A) au niveau des G4s. Nous avons également démontré que d’autres ligands, dont un analogue structural très proche du PDS, n’assurent pas leurs effets cytotoxiques via la TOP2A, ce qui implique que des modifications structurales subtiles permettent de définir cette propriété. Le projet TOP2-G4 a pour objectif de comprendre au niveau structural et moléculaire ces différences, d’identifier l’origine des effets cytotoxiques des différents ligands et de montrer que les propriétés des ligands de G4 peuvent être contrôlées.
Ce projet ambitieux repose sur la complémentarité des 3 équipes impliquées : Britton (IPBS, Toulouse) pour la biologie cellulaire et des approches de génomique pour l’identification des mécanismes d’action de petites molécules, Lamour (IGBMC, Strasbourg) pour les analyses biochimiques et structurales par des techniques de pointes dont de la cryoEM et Monchaud (ICMUB, Dijon) pour la synthèse et l’étude biophysique de nouveaux ligands, dont des analogues fonctionnalisés. Ensemble, nous allons 1/ analyser en parallèle les ligands les plus utilisés pour les classer en fonction de leur activités cellulaires, 2/ déterminer comment les ligands cytotoxiques qui n’empoisonnent pas la TOP2A assurent leur cytotoxicité, et 3/ déterminer les bases moléculaires de l’activité poison des ligands sur la TOP2A à travers des études biochimiques, structurales et mutationnelles. A partir de cette connaissance approfondie, de nouveaux ligands seront synthétisés pour faire la preuve de concept qu’il est possible de contrôler leurs propriétés. Des paires de ligands fonctionnalisés seront aussi développés pour comparer la localisation subcellulaire et les partenaires protéiques de paires de ligands poisons vs. non-poisons, ce qui permettra de déterminer les mécanismes qui sont responsables des activités cellulaires de chacune des classes de ligands.
Ainsi, le projet TOP2-G4 permettra enfin de comprendre et de contrôler les effets biologiques des ligands de G4 et ainsi de déverrouiller et d’étendre leurs applications thérapeutiques aux pathologies humaines auxquelles les G4s sont associés.