Dans une étude publiée dans Rapports scientifiques, les chercheurs conçoivent et analysent par ordinateur trois agonistes chimériques du récepteur du peptide-1 de type glucagon (GLP-1) en fusionnant le GLP-1 natif et mutant avec la protéine répétée d’ankyrine conçue (DARPin). Cette molécule se lie à l’albumine sérique humaine (HSA). Les protéines de fusion se sont révélées stables, fonctionnelles et durables, avec une affinité élevée pour le récepteur GLP-1 et l’albumine sérique humaine, ce qui en fait des candidats potentiels pour le traitement du diabète sucré de type 2 (DT2).
Étude: Conception et analyse informatique d’agonistes chimériques de longue durée des récepteurs GLP-1 pour le diabète de type 2. Crédit d’image : ma peau/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
Bien que diverses modalités de traitement, notamment la modification du régime alimentaire et du mode de vie, les médicaments antidiabétiques et l’insuline, soient disponibles pour traiter le DT2, le contrôle glycémique chez les personnes diabétiques reste médiocre, soulignant ainsi la nécessité de nouvelles options de traitement.
Le GLP-1 et ses analogues ont montré des résultats prometteurs dans le traitement du DT2 ces dernières années ; cependant, leur applicabilité thérapeutique est limitée en raison de leur courte demi-vie physiologique, inférieure à deux minutes. Par conséquent, il est nécessaire de développer des agonistes des récepteurs GLP-1 à action prolongée qui résistent à la dégradation protéolytique et à la clairance rénale.
Les chercheurs de la présente étude ont cherché à répondre à ce besoin en fusionnant le GLP-1 natif et ses mutants résistants à la protéase avec DARPin, une protéine se liant à la HSA avec une demi-vie plus longue. Les protéines de fusion ont été étudiées in silico pour évaluer leur stabilité, leur fonction et leur affinité envers des cibles spécifiques.
À propos de l’étude
Pour empêcher la reconnaissance et la dégradation du GLP-1 par la trypsine ou la dipeptidyl peptidase IV (DPP-IV), deux mutants du GLP-1 résistants à la protéase (mGLP-1) ont été développés en substituant des acides aminés spécifiques dans la séquence du GLP-1.
Les molécules natives GLP-1 (nGLP-1) et mGLP-1 ont chacune été fusionnées génétiquement à l’extrémité N-terminale de DARPin à l’aide d’un lieur hélicoïdal rigide pour créer trois protéines de fusion, dont nGLP-1-DARPin, mGLP-1-DARPin. -1 et mGLP-1-DARPin-2. Le lieur rigide a aidé à maintenir la distance entre les domaines de la protéine, permettant ainsi la préservation de leurs fonctions biologiques individuelles. Les protéines de fusion étaient constituées de 168 acides aminés codés par 504 nucléotides.
Les propriétés physiques et chimiques des protéines de fusion, notamment la formule moléculaire, le poids moléculaire, le nombre de résidus chargés, l’hydropathie moyenne générale, l’indice aliphatique et l’indice d’instabilité, ont été déterminées à l’aide du serveur Expasy ProtParam. Alors que les structures secondaires des protéines de fusion ont été prédites à l’aide des serveurs SOPMA et PORTER, leur structure tridimensionnelle (3D) a été modélisée à l’aide du serveur trRosetta.
Les structures prédites ont été validées à l’aide du tracé Ramachandran, d’ERRAT et du serveur Web ProSA. La solubilité des protéines a été évaluée à l’aide du serveur Web Protein-Sol.
Le comportement dynamique des trois protéines de fusion a été étudié à l’aide de simulations de dynamique moléculaire (MD) pendant 500 nanosecondes (ns) à l’aide de l’outil GROMACS. Pour comprendre l’affinité des protéines avec le domaine extracellulaire de HSA et du GLP-1, des simulations d’amarrage protéine-protéine ont été réalisées à l’aide du serveur ClusPro 2.0. Les affinités de liaison des protéines estimées par HSA ont été utilisées comme indicateurs de leur demi-vie prolongée et de leur clairance rénale plus lente.
Résultats de l’étude
Le poids moléculaire des protéines de fusion a été estimé à environ 17,5 kDa. Les molécules étaient enrichies en acides aminés chargés négativement, comme l’indique leur point isoélectrique.
L’indice d’instabilité et l’indice aliphatique des protéines indiquaient qu’elles étaient stables et thermostables. Les scores de solubilité et d’hydropathie des protéines suggèrent qu’elles étaient solubles lors de l’expression. Aucune des protéines de fusion ne s’est avérée avoir un potentiel toxique, comme le démontrent les résultats du serveur ToxDL.
Les protéines étaient principalement composées d’hélices alpha et de bobines aléatoires, tandis que les tours bêta et les brins étendus étaient absents. L’analyse structurelle basée sur la résonance magnétique nucléaire (RMN) a montré que le lieur rigide utilisé pour la fusion ne modifiait pas la structure ou la fonction biologique des protéines de fusion comme le prédisait l’outil de modélisation 3D. Les résultats du tracé Ramachandran, du serveur ERRAT et du serveur ProSA suggèrent que la qualité des modèles 3D prédits était bonne et comparable à celle des protéines natives.
La stabilité de la protéine nGLP-1-DARPin était relativement inférieure à celle des protéines mutantes. Alors que le fragment GLP-1 des structures était la région la plus flexible, les trois protéines sont restées stables et compactes tout en conservant leur activité biologique tout au long des simulations MD.
Des études d’affinité de liaison utilisant l’amarrage moléculaire ont révélé que les protéines de fusion conservaient la capacité de se lier au récepteur GLP-1 ainsi qu’à la HSA. Cependant, ils ont montré une plus grande affinité pour le HSA que pour le récepteur GLP-1.
L’étude met en valeur l’utilisation de protéines liant l’albumine au lieu de l’albumine comme partenaires de fusion pour améliorer la rentabilité et la sécurité d’une protéine de fusion tout en prolongeant sa demi-vie physiologique. L’étude actuelle démontre également l’utilité des approches informatiques et des outils bioinformatiques facilement disponibles pour réduire le coût et la durée des futures études expérimentales tout en améliorant leur taux de réussite.
Conclusions
Les protéines chimériques durables et résistantes aux protéases conçues dans cette étude pourraient potentiellement être développées en futurs traitements pour les patients atteints de DT2. Des recherches expérimentales et cliniques supplémentaires sont nécessaires pour confirmer ces résultats.
