Des chercheurs développent une nouvelle méthode de découverte de médicaments ciblant les protéines membranaires sur les cellules vivantes

Une équipe de recherche dirigée par le Dr Xiaoyu Li de la Division de recherche en chimie, Faculté des sciences, en collaboration avec le professeur Yizhou Li de la Faculté des sciences pharmaceutiques de l’Université de Chongqing et le professeur Yan CAO de la Faculté de pharmacie de la deuxième université médicale militaire de Shanghai a développé une nouvelle méthode de découverte de médicaments ciblant les protéines membranaires sur les cellules vivantes.

Les protéines membranaires jouent un rôle important en biologie, et nombre d’entre elles sont des cibles de grande valeur qui sont intensivement recherchées dans l’industrie pharmaceutique. La méthode développée par l’équipe du Dr Li fournit un moyen efficace de découvrir de nouveaux ligands et inhibiteurs contre les protéines membranaires, qui restent largement insolubles aux approches traditionnelles. Le développement de la méthodologie et ses applications sont maintenant publiés dans Chimie de la nature, une prestigieuse revue de chimie du Nature Publishing Group (NPG).

Contexte

Les protéines membranaires à la surface des cellules remplissent une myriade de fonctions biologiques qui sont vitales pour la survie des cellules et des organismes. Sans surprise, de nombreuses maladies humaines sont associées à des fonctions aberrantes des protéines membranaires. En effet, les protéines membranaires représentent plus de 60% des cibles de tous les médicaments à petites molécules approuvés par la FDA. La superfamille des récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) seule, en tant que plus grande classe de récepteurs de surface cellulaire, est la cible d’environ 34% de tous les médicaments cliniques.

Cependant, malgré son importance, la découverte de médicaments contre les protéines membranaires est notoirement difficile, principalement en raison de la propriété particulière de leur habitat naturel: la membrane cellulaire. De plus, les protéines membranaires sont également difficiles à étudier sous une forme isolée, car elles ont tendance à perdre les caractéristiques cellulaires essentielles et peuvent être désactivées. En fait, les protéines membranaires ont longtemps été considérées comme un type de cibles « indruggables » dans l’industrie pharmaceutique.

Ces dernières années, la chimiothèque codée par ADN (DEL) est apparue et est devenue une puissante technologie de criblage de médicaments. Pour simplifier, nous pouvons utiliser une bibliothèque de livres comme exemple. Dans une bibliothèque, chaque livre est indexé avec un numéro de catalogue et codé spatialement avec un emplacement spécifique sur une étagère. De manière analogue, dans une DEL, chaque composé chimique est attaché avec une étiquette ADN unique, qui sert de « numéro de catalogue » enregistrant les informations structurelles du composé. Avec le codage ADN, tous les composés de la banque peuvent être mélangés et criblés contre la cible simultanément pour découvrir ceux qui peuvent moduler les fonctions biologiques de la cible, par exemple en inhibant les protéines qui sont aberrantes actives dans les cancers malins.

Les DEL peuvent contenir un nombre étonnamment grand de composés à tester (des milliards, voire des billions), et le dépistage DEL peut être effectué en quelques heures seulement dans un laboratoire de chimie ordinaire. Aujourd’hui, la DEL a été largement adoptée par presque toutes les grandes industries pharmaceutiques du monde entier. Cependant, la DEL avait également rencontré des difficultés importantes pour interroger les protéines membranaires sur des cellules vivantes.

2 Principales conclusions: Suivi et renforcement

L’équipe a surmonté deux obstacles pour permettre l’application de DEL sur les cellules vivantes. Premièrement, la surface cellulaire n’est pas une forme convexe lisse comme un ballon; il est extrêmement complexe avec des centaines de biomolécules différentes avec une topologie robuste; ainsi, localiser la cible souhaitée sur la surface des cellules revient à trouver un seul arbre dans une épaisse forêt tropicale.

L’équipe a surmonté ce problème de «spécificité cible» en utilisant une méthode qu’elle avait précédemment développée: le marquage par affinité programmée par ADN (DPAL). Cette méthode utilise un système de sonde à base d’ADN qui peut spécifiquement délivrer une étiquette ADN à la protéine souhaitée sur des cellules vivantes, et l’étiquette ADN sert de balise pour diriger le criblage DEL spécifique à la cible. En d’autres termes, l’équipe a d’abord installé un «tracker» sur la cible pour atteindre la spécificité du dépistage.

Le deuxième défi est l’abondance cible. En règle générale, les protéines membranaires existent dans des concentrations nanomolaires à micromolaires faibles, ce qui est bien en dessous de la concentration micromolaire élevée nécessaire pour capturer la minuscule fraction de liants parmi des milliards de non-liants dans une bibliothèque. Pour résoudre ce problème, l’équipe a utilisé une nouvelle stratégie en utilisant des séquences complémentaires dans l’étiquette d’ADN sur la protéine cible et la bibliothèque réelle, de sorte que la bibliothèque puisse s’hybrider près de la cible, «augmentant» ainsi la concentration efficace de la protéine cible. . En d’autres termes, le « tracker » peut non seulement aider la bibliothèque à localiser la cible, mais aussi créer une force attractive pour concentrer la bibliothèque autour de la cible, sans être distrait par la population non contraignante.

Dans la publication, l’équipe rend compte de son développement méthodologique détaillé et démontre également la généralité et les performances de cette méthode en criblant une bibliothèque de 30,42 millions de composés contre le récepteur du folate (FR), l’anhydrase carbonique 12 (CA-12) et l’épiderme récepteur du facteur de croissance (EGFR) sur les cellules vivantes, tous sont des cibles importantes dans la découverte de médicaments anticancéreux. Cette approche devrait être largement applicable à de nombreuses protéines membranaires. Par exemple, les cibles de médicaments classiques, telles que les GPCR et les canaux ioniques, peuvent être revisitées dans un environnement de cellules vivantes pour identifier de nouvelles opportunités de découverte de médicaments en exploitant la puissance de la DEL.

Nous prévoyons que l’utilité de cette méthode ne se limite pas à la découverte de médicaments, mais aussi à la recherche universitaire pour explorer des systèmes biologiques difficiles, tels que les complexes de protéines membranaires oligomères et les communications cellule-cellule.  »

Dr Xiaoyu Li, Division de recherche en chimie, Faculté des sciences, Université de Hong Kong

L’auteur co-correspondant, le professeur Yizhou Li de l’Université de Chongqing, a déclaré: « Cette méthode a le potentiel de faciliter la découverte de médicaments pour les protéines membranaires avec la puissance d’une grande et complexe diversité chimique à partir de bibliothèques chimiques codées par l’ADN. » L’auteur co-correspondant, le professeur Yan Cao, de la deuxième université de médecine militaire de Shanghai, a ajouté: « Cette technologie est un outil efficace pour caractériser l’interaction ligand-cible; elle jettera un nouvel éclairage sur le développement de méthodes de criblage à haut débit et facilitera ainsi la pêche de ligands ciblant les protéines membranaires. «