Dans une récente prépublication publiée sur Place de la recherche* et à l’étude dans un Nature Portfolio Journal, les chercheurs ont utilisé la cryo-microscopie électronique (EM) pour démontrer que le 1-hydroxy-3-(trifluorométhyl)pyrido[1,2-a]le benzimidazole-4-carbonitrile (1PBC) et le médicament niclosamide, tous deux inhibiteurs de la famille des protéines transmembranaires 16 (TMEM16), ont un potentiel thérapeutique et peuvent être utilisés pour le traitement de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19).
Étude : Identification d’une poche de liaison de médicament conservée dans les protéines TMEM16. Crédit d’image : Irina Anosova/Shutterstock
La famille TMEM16 de protéines membranaires activées par le calcium est présente chez les mammifères sous 10 formes distinctes, allant de TMEM16A-K. Ceux-ci s’assemblent sous forme de dimères, chaque sous-unité ayant dix hélices transmembranaires (TM) contenant un pore de conduction ionique enfermé et entouré de TM3-7. Cependant, on ne sait pas si deux monomères de TMEM16 fonctionnent indépendamment ou en coopération. Des études récentes ont indiqué que les modulateurs de médicaments, 1PBC et le niclosamide se lient à la même poche de liaison aux médicaments dans TMEM16A et TMEM16F. Par la suite, ceux-ci sont devenus des cibles pharmacologiques importantes pour le traitement COVID-19.
Sommaire
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont déterminé plusieurs structures cryo-EM de TMEM16F, représentant différentes conformations de TMEM16F dans des états sans ligand, en présence de Ca2+ ions, et activateur TMEM16A et TMEM16F, phosphatidylinositol 4,5-biphosphate (PIP2).
Ils ont également déterminé les structures de TMEM16F lié au niclosamide et 1PBC. À l’aide d’analyses d’amarrage informatique et de mutagenèse, ils ont validé le site de liaison de ces modulateurs en tant que sillon hydrophobe entre TM1 et TM6.
Notamment, TMEM16F fonctionne comme un Ca2+-canal ionique activé et un Ca2+-la lipide scramblase activée. Grâce à son activité de brouillage des lipides, TMEM16F permet le mouvement de divers lipides entre les feuillets internes et externes de la membrane plasmique.
Résultats de l’étude
Des études antérieures ont imposé la symétrie C2 lors du traitement des données cryo-EM des protéines TMEM16 dans des nanodisques lipidiques. Dans la présente étude, les chercheurs n’ont pas imposé la symétrie C2 pour identifier trois états coexistants distincts avec des différences majeures dans la conformation de TM6 et le nombre de Ca2+ atomes liés dans chaque monomère de TMEM16F.
Ces états ont révélé que le redressement de TM6 était corrélé à la liaison du deuxième Ca2+ ion, tandis que le vrillage de TM6 était associé à un mouvement de corps rigide vers l’extérieur du domaine intracellulaire qui le rapprochait du nanodisque. De plus, la flexion de TM6 était directement corrélée à la distorsion du nanodisque et à l’amincissement significatif de la membrane à la position de vrillage. Dans l’ensemble, ces observations appuient l’idée que le vrillage de TM6 à P628 provoque une distorsion de la membrane.
En outre, les structures cryo-EM ont montré que les modulateurs/antagonistes des médicaments niclosamide et 1PBC se lient à la même poche hydrophobe conservée dans TMEM16A et TMEM16F. Ils ont directement contacté l’extrémité proximale extracellulaire de TM6, montrant que les résidus sur cette hélice sont essentiels à la liaison du médicament. Comme TM6 est le principal élément de déclenchement dans TMEM16A et TMEM16F, il est verrouillé par le niclosamide et 1PBC dans une configuration fermée lorsqu’ils se lient à la partie supérieure de TM6.
Les données ont également montré que la contribution individuelle de différents résidus hydrophobes à l’interaction était distincte dans TMEM16A et TMEM16F. De plus, les résidus non conservés, tels que T606 et K370 dans TMEM16F, étaient également importants pour les effets inhibiteurs de 1PBC et de niclosamide. Par conséquent, des études structurelles ont révélé que si la poche de liaison TMEM16A était constituée presque exclusivement de résidus hydrophobes, le site équivalent dans TMEM16F avait plusieurs chaînes latérales chargées et contenant OH.
En outre, le modèle structurel a révélé que les sites de liaison 1PBC et niclosamide présentaient une distorsion et un amincissement membranaires maximaux dans les structures TMEM16F. De plus, ce site correspondait précisément au point d’entrée et de sortie des lipides lors de leur transition entre les feuillets internes et externes de la membrane plasmique. Ces révélations structurelles ont illustré comment 1PBC et le niclosamide inhibaient directement l’activité de la scramblase TMEM16F en obstruant physiquement le chemin des lipides à travers la membrane, réduisant ainsi considérablement les densités lipidiques le long de ce chemin.
De plus, les reconstructions de l’étude ont montré des glycanes et des liaisons disulfure conservées dans la région extracellulaire, la présence d’un troisième Ca2+ ion coordonné par E395 sur TM2, et S854 et D859 sur TM10 près de l’interface dimère dans la région intracellulaire de TMEM16F.
conclusion
L’étude a établi un cadre structurel du dimère TMEM16F pour fournir des informations sur le mécanisme sous-jacent derrière son canal de chlorure activé par le calcium (CaCC) qui régule plusieurs propriétés physiologiques en réponse aux changements de Ca intracellulaire2+ concentration.
Le niclosamide est une molécule hautement hydrophobe qui présente une solubilité extrêmement faible dans les solutions aqueuses. Les structures cryo-EM ont montré des résidus hydrophiles non conservés dans la poche de liaison au médicament de TMEM16F. Le développement d’analogues de niclosamide avec de meilleures propriétés pharmacologiques qui pourraient cibler exclusivement le TMEM16F aiderait à concevoir des antagonistes puissants et spécifiques du TMEM16 pour le traitement de l’asthme, du cancer et du COVID-19.
*Avis important
Research Square publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
