Miniprotéines et applications thérapeutiques

Innovation inspirée de la nature dans la synthèse chimique des protéines (O. Melnyk, V. Agouridas, V. Diemer)

La synthèse chimique moderne des protéines repose principalement sur la formation sélective de liaisons peptidiques par réaction de segments peptidiques non protégés en milieu aqueux. Notre objectif est de développer des concepts chimiques innovants, bio-inspirés et d'application générale afin d'élargir considérablement le champ d'application de la chimie des amides pour l'assemblage des protéines. Ce faisant, nos résultats présenteront un intérêt et une valeur pratique pour un large public.

Nous avons récemment commencé à appliquer cette vision à la ligature chimique native (NCL). La NCL est de loin la méthode de ligature peptidique la plus largement utilisée à ce jour pour la synthèse semi-synthétique ou totale de protéines. Cette réaction consiste à combiner un thioester peptidique avec un peptide cystéinyle (Cys) afin de produire un peptide plus long comportant une liaison peptidique à la cystéine. Cependant, et après plus de 30 ans d'améliorations, le champ d'application de la NCL pour la synthèse semi-synthétique ou totale de protéines reste limité par :

• la faible fréquence des résidus cystéine dans les protéines, qui limite les types de liaisons pouvant être formées,
• la vitesse modérée de formation des liaisons peptidiques, qui rend l'assemblage des protéines long,
• la solubilité variable des segments peptidiques liés entre eux,
• le manque de méthodes biologiques permettant d'obtenir des réactifs sous forme de thioesters peptidiques, un problème exacerbé par le fait qu'ils se limitent exclusivement aux thioesters C-terminaux
• l'incapacité de la NCL à s'avérer utile pour l'oligomérisation des peptides, et donc pour la synthèse de biomatériaux à base de peptides

Des découvertes très récentes de l'équipe fournissent une base solide pour aborder ces questions (voir la figure ci-dessous, et plus d'informations en cliquant sur l'image). Par exemple, nous avons découvert que l'introduction d'acides aminés chargés (par exemple la phosphosérine, l'arginine) dans les réactifs peptidiques peut forcer leur rencontre et ainsi augmenter considérablement la vitesse des réactions chimiques. En nous appuyant sur ces études pionnières et d'autres, notre objectif est d'inventer de nouvelles méthodes chimiques permettant de surmonter les limites mentionnées ci-dessus.

Les découvertes très récentes de notre équipe constituent une base solide pour aborder ces questions (voir la figure ci-dessous ; pour en savoir plus, cliquez sur l'image). Nous avons par exemple découvert que l'introduction d'acides aminés chargés (tels que la phosphosérine ou l'arginine) dans les réactifs peptidiques peut forcer leur rencontre et ainsi accélérer considérablement la vitesse des réactions chimiques. En nous appuyant sur ces études pionnières et d'autres travaux, notre objectif est de mettre au point de nouvelles méthodes chimiques permettant de surmonter les limites mentionnées ci-dessus.

Les peptides antimicrobiens issus de vers extrêmophiles : de nouveaux antibiotiques (A. Tasiemski, O. Melnyk)

Ce WP se concentre sur la découverte et la potentialisation de peptides antimicrobiens (AMP) riches en cystéine issus de vers des profondeurs marines uniques, en tant qu'antibiotiques prometteurs contre les micro-organismes multirésistants (MDR) tels que Pseudomonas aeruginosa et Acinetobacter baumannii, qui constituent une menace majeure pour la santé publique mondiale. L'émergence de souches MDR, principalement associées à des infections pulmonaires, ainsi que l'inefficacité et le coût élevé des traitements, rendent urgent le développement d'une nouvelle génération d'antimicrobiens capables d'agir par des mécanismes d'action différents, offrant ainsi de nouvelles options thérapeutiques. L'interaction multi-cibles des AMP avec la membrane bactérienne rend l'apparition d'une résistance aux antimicrobiens (AMR) ou d'une multirésistance (MDR) aux AMP plus difficile par rapport aux antibiotiques conventionnels. Des bioactivités supplémentaires, telles que les activités antibiofilm et anti-inflammatoires, confèrent également une valeur ajoutée aux AMP par rapport aux antibiotiques conventionnels. En comparant les séquences disponibles, l'équipe a été stupéfaite de découvrir que des composés inutilisés provenant de vers vivant dans les cheminées hydrothermales des grands fonds marins présentaient des mutations naturelles associées à des propriétés physico-chimiques et biologiques qui ont nécessité des dizaines d'années d'optimisation en laboratoire pour les composés terrestres avant qu'ils puissent être utilisés dans l'industrie.

Les animaux qui peuplent les cheminées hydrothermales des grands fonds marins possèdent une physiologie extraordinaire, dotée de molécules bioactives uniques et encore peu étudiées, qui ont été naturellement conçues et sélectionnées au cours de millions d'années d'évolution pour fonctionner malgré des conditions extrêmes et très variables (salinité, anoxie, pH compris entre 3 et 8, températures allant de 4 à plus de 100 °C) et pour faire face à de fortes concentrations de bactéries Gram-négatives, notamment celles du genre Pseudomonas. Parmi les milliers d'AMP identifiées à ce jour (provenant principalement de bactéries du sol ou d'animaux terrestres tels que les insectes, les mammifères et les amphibiens), seules quelques-unes ont été commercialisées en raison de contraintes de production, de problèmes de cytotoxicité et d'une activité réduite dans des environnements cliniquement pertinents (par exemple, pH, sels, protéases). Cela démontre clairement que la résistance aux conditions physiologiques constitue un obstacle majeur dans le développement des AMP et doit être prise en compte lors de la mise au point d'un nouveau peptide thérapeutique.

La forte probabilité de découvrir de nouvelles AMP bioactives issues d'organismes extrêmophiles et efficaces in vivo est déjà illustrée par l'alvinellacine (voir figure ci-dessous), une AMP brevetée identifiée par A. Tasiemski chez le ver emblématique Alvinella pompejana, pour laquelle des données prometteuses ont été obtenues en collaboration avec l'équipe CBF et Muriel Pichavant (équipe Openfield). Cette AMP, qui peut être produite par synthèse chimique, présente toutes les caractéristiques d'un médicament prometteur pour le traitement des infections à P. aeruginosa. Elle fait actuellement l'objet d'optimisations approfondies et d'études structurales, biophysiques et biologiques.