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Outils chimiques pour la modulation et l’observation d’interactions protéine-protéine à la synapse – ChemMoPPI

Outils chimiques pour la modulation et l’observation d’interactions protéine-protéine à la synapse

Les interactions protéine-protéine sont des éléments cruciaux de la communication à l’échelle moléculaire dans virtuellement tous les systèmes et processus biologiques. Cependant, l’entreprise de leur étude dans un environnement cellulaire constitue toujours un défi en partie en raison de leur implication dans des réseaux complexes d’interactions.

Enjeux et Objectifs

Les objectifs principaux de ce projet visent à élaborer des outils chimiques innovants qui nous permettront de dépasser les limites des outils et techniques existants pour étudier des interactions protéine-protéine spécifiques et les appliquer pour mieux comprendre les principes de l'organisation dynamique des synapses excitatrices glutamatergiques. Nous proposons d'utiliser des approches relevant de la chimie pour générer des outils qui nous permettront de perturber et d'observer les interactions protéine-protéine clés impliquées dans la régulation synaptique des récepteurs AMPA. Ces objectifs seront atteints en nous appuyant sur l’expérience que nous avons acquise dans le domaine du développement d'outils chimiques et en utilisant des approches d’évolution dirigée et de biologie structurale. Nous suivrons 3 objectifs complémentaires qui sont caractérisés par une motivation commune d'utiliser des éléments sensibles à la lumière en tant qu'approche puissante pour étudier directement les protéines endogènes.

Les outils seront obtenus en combinant méthodes de chimie de synthèse, notamment synthèse peptidique, et ingénierie de protéine. Ce dernier aspect s’appuiera en particulier sur l'utilisation de méthode de sélection par phage display.
Les outils seront caractérisés par méthode de biophysique et biologie structurale ainsi que par des études en milieu cellulaire par imagerie photonique.
Enfin les outils sélectionnés seront validés par imagerie et électrophysiologie sur culture de neurones.

A ce stade, nous avons identifié deux approches complémentaires pour développer des modulateurs réversibles des interactions impliquant les domaines PDZ. Parallèlement, nous avons identifié des ligands prometteurs contre les domaines PDZ de PSD-95 ainsi que contre le motif d'interaction de GluN2A (sous-unité des récepteurs NMDA).

Nos perspectives sont:
-de finaliser une des approches pour obtenir des modulateurs réversibles des interactions impliquant les domaines PDZ
-de valider et exploiter les ligands identifiés
-d'isoler des ligands contre le motif d'interaction de stargazin, sous-unité auxillaire des AMPARs et de les exploiter pour créer de nouveaux type de modulateurs

Aucune à ce jour

Les interactions protéine-protéine (IPPs) sont des éléments cruciaux de la communication à l’échelle moléculaire dans virtuellement tous les systèmes et processus biologiques. Leur rôle cellulaire central a constitué au cours des dernières décennies une source intarissable d’études visant tout autant à la compréhension de leur mode de régulation et fonction qu’à l’identification de molécules permettant de les moduler en grande partie pour des raisons thérapeutiques. Cependant, l’entreprise de ce type d’étude dans un environnement cellulaire constitue toujours un défi en partie en raison de leur implication dans des réseaux complexes d’interactions.
Un ensemble d’IPP nous intéresse tout particulièrement, celles associées aux domaines PDZ, et plus précisément les interactions de type domaine PDZ impliquées dans le trafic des récepteur AMPA (AMPARs), un récepteur au glutamate qui induit la majorité de la transmission synaptique excitatrice rapide dans le système nerveux centrale des mammifères. En effet, la régulation dynamique du trafic des AMPARs entrant ou sortant des synapses est un mécanisme majeur qui sous-tend la plasticité synaptique, base fondamentale de la mémoire et de l’apprentissage. Des études récentes ont montré que les interactions impliquant des domaines PDZ entre Stargazin, une sous-unité auxiliaire intrinsèque des AMPARs, et PSD-95, une des protéines multi-domaine d’échafaudage majeures de la densité postsynaptique, constitue un facteur dominant contribuant à la rétention synaptique des AMPARs. Actuellement, les mécanismes moléculaires dirigeant ces interactions ne sont pas encore compris dans leur détail, suggérant ainsi le besoin de nouvelles méthodes pour moduler and observer ces IPPs spécifiques.
A travers ce projet, nous voulons développer des approches innovatrices reposant sur l’usage de la chimie pour générer des outils qui visent à apporter des solutions aux limites techniques actuelles et qui nous permettront d’étudier les IPPs endogènes dans la complexité de leur contexte cellulaire. En particulier, nous voulons combiner des capacités de modulation complètes des interactions d’intérêt avec la possibilité de déclencher l’effet de cette modulation par le contrôle de la lumière. Ces nouvelles approches seront développées pour les interactions de type domaine PDZ entre Stargazin et PSD-95. Nous proposons ici de suivre trois objectifs complémentaires. Premièrement, nous allons développer une méthode qui nous apportera un contrôle réversible de la perturbation de l’ancrage synaptique des AMPARs en vue d’obtenir une résolution spatiotemporelle unique de l’effet disruptif. Deuxièmement, nous voulons développer une nouvelle approche qui –au contraire du premier objectif- nous permettra de stabiliser de façon aiguë l’ancrage synaptique des AMPARs. Enfin, nous concevrons de nouveaux outils pour l’imagerie pour observer les domaines PDZ des protéines d’échafaudage ainsi que leurs complexes avec les récepteurs au glutamate. Les outils moléculaires résultants seront au final utilisés dans des neurones pour nous aider à clarifier le rôle des interactions de type domaine PDZ entre Stargazin et PSD-95 ainsi que leur implication dans la dynamique des AMPARs.

Coordinateur du projet

Institut Interdisciplinaire de Neuroscience (Laboratoire public)

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

Institut Interdisciplinaire de Neuroscience
Instititut Europeen de Chimie et Biologie
Bordeaux Imaging Center

Aide de l'ANR 434 747 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2013 - 36 Mois

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