Régulation de l’activité des protéases Tolloïdes au cours du remodelage tissulaire: étude structurale des mécanismes impliqués, conception d’inhibiteurs innovants et de sondes de type "activity-based probes" – TOLLREG

Les métalloprotéases Tolloïdes jouent un rôle majeur au cours du développement embryonnaire et de la réparation tissulaire en synchronisant la synthèse de la matrice extracellulaire avec l’activation de certains facteurs de croissance. Le dépôt excessif de matrice extracellulaire, constitué majoritairement de collagènes, étant la caractéristique la plus invalidante des pathologies de type fibroses, il paraît important de comprendre comment l’activité des Tolloïdes est régulée, au niveau mécanistique et structural, pour proposer de nouvelles voies thérapeutiques. En effet, à l’heure actuelle, il n’existe pas de traitement des fibroses, à l’exception du traitement des causes ou de l’inflammation persistante.
Les protéases Tolloïdes sont régulées, de façon originale, par de nombreuses protéines activatrices (la plupart étant spécifiques d’un substrat particulier) et par au moins un inhibiteur endogène, décrit chez le Xénope. Ce projet est centré sur les molécules régulatrices pouvant affecter le dépôt des collagènes fibrillaires, c’est-à-dire les Procollagen C-Proteinase Enhancers (PCPEs) et les protéines de la famille des Secreted Frizzled-Related Proteins (SFRPs, Sizzled). Il propose, par des études structurales et mécanistiques, de caractériser en détail les complexes multi-moléculaires impliquant les protéines régulatrices, la protéase Tolloïde nommée BMP-1 et/ou la partie C-terminale du procollagène III (CPTIII). Par ailleurs, il propose de concevoir et de développer de nouveaux inhibiteurs des protéases Tolloïdes, de type peptides phosphiniques, pour les étudier en complexe avec le domaine catalytique de BMP-1 et pour faciliter les études in vivo et compléter la description des rôles des Tolloïdes au cours de la réparation tissulaire. Il résulte de la mise en commun des compétences, parfaitement complémentaires, de trois partenaires académiques : le groupe de C. Moali qui possède une très bonne connaissance des Tolloïdes et des PCPEs, le groupe de N. Aghajari spécialisé dans la caractérisation structurale de protéines, isolées et en complexes, et le groupe de V. Dive qui possède une grande expérience de la conception de pseudo-peptides phosphiniques dirigés contre les métalloprotéases à zinc. De part ses objectifs et ses applications potentielles, ce projet est fortement multi-disciplinaire et se situe à l’interface entre la chimie et la biologie.
Plus précisément, les objectifs du projet seront d’abord de résoudre la structure tri-dimensionnelle du domaine CPTIII qui n’a pas d’équivalent dans la Protein Data Bank, seul et en complexe avec PCPE-1, pour mieux comprendre le mécanisme de l’activation et poser les bases permettant d’envisager la conception rationnelle d’agents bloquants. En parallèle, nous étudierons en détail le mécanisme d’inhibition des Tolloïdes par Sizzled, non seulement en réalisant la structure du complexe entre Sizzled et le domaine catalytique de BMP-1 mais aussi en caractérisant biochimiquement des mutants de sizzled et de BMP-1. Ceci pourrait ouvrir la voie à de nouvelles stratégies d’inhibition des Tolloïdes susceptibles d’être utilisées in vivo. Une autre partie importante du projet consistera à développer des inhibiteurs synthétiques des protéases Tolloïdes, plus stables chimiquement que les inhibiteurs classiques de type hydroxamates et plus spécifiques grâce à une interaction moins forte avec le zinc. De petites librairies de peptides phosphiniques seront ainsi synthétisées, avec différents groupements en position P1’, avant d’être testées sur les Tolloïdes ou utilisées dans les études structurales pour former des complexes avec le domaine catalytique de BMP-1. Les résultats de l’optimisation de ces peptides phosphiniques seront exploités plus avant pour préparer des sondes de type « activity-based probes », capables de discriminer entre les formes actives et inactives des Tolloïdes, en formant des complexes covalents permettant leur détection dans des échantillons biologiques complexes.