Des scientifiques du St. Jude Children’s Research Hospital et du Southwestern Medical Center de l’Université du Texas ont étudié la structure et la fonction d’un transporteur impliqué dans le cancer et l’immunité. Ils ont capturé six structures du transporteur, y compris lorsqu’il était lié à un inhibiteur, offrant un aperçu sans précédent de son fonctionnement. Les conclusions, publiées dans Celluleont des implications pour le développement de médicaments.
Les transporteurs escortent les substances à travers la membrane cellulaire afin qu’elles puissent remplir leurs fonctions. La sphingosine-1-phosphate (S1P) est une molécule de signalisation importante qui régule le système immunitaire, la formation des vaisseaux sanguins, la fonction auditive et l’intégrité des membranes épithéliales et endothéliales. Il facilite la progression et la survie des cellules cancéreuses par la chimiorésistance et les métastases.
La molécule S1P est synthétisée à l’intérieur de la cellule mais doit traverser la membrane cellulaire pour remplir ses fonctions de signalisation. L’homologue Spinster 2 (Spns2) est un transporteur S1P; cette protéine repose sur la membrane et s’ouvre vers l’intérieur de la cellule, se lie à S1P, puis s’ouvre vers l’extérieur de la cellule pour libérer S1P.
La recherche a montré que la modification de l’activité Spns2 peut avoir des effets thérapeutiques contre le cancer, l’inflammation et les maladies immunitaires. Cependant, le mécanisme de transport de Spns2 et la façon de l’inhiber n’étaient pas clairs.
Nous espérons que nos informations structurelles ouvriront la voie au développement de petites molécules améliorées, plus spécifiques et plus puissantes contre Spns2 à l’avenir. Je pense qu’il existe un énorme potentiel pour inhiber le transporteur Spns2 de manière thérapeutique. »
Chia-Hsueh Lee, Ph.D., co-auteur correspondant, St. Jude Department of Structural Biology
Les structures Cryo-EM expliquent le fonctionnement du transporteur
Les chercheurs ont obtenu six structures de cryo-microscopie électronique (cryo-EM) de Spns2, y compris deux conformations intermédiaires fonctionnellement pertinentes (formes) qui relient les états orientés vers l’intérieur (à l’intérieur d’une cellule) et vers l’extérieur (à l’extérieur de la cellule). Les résultats révèlent la base structurelle du cycle de transport S1P.
« Je pense que ces résultats sont assez satisfaisants car il est rare de capturer les principales conformations d’un transporteur particulier », a ajouté Lee. « En comparant ces différentes structures, nous avons une image très détaillée de la façon dont ce transporteur capture la molécule de signalisation S1P. »
« Nous avons utilisé cryo-EM pour capturer la structure de ce transporteur et découvrir comment il déplace S1P vers l’extérieur des cellules », a déclaré le co-premier auteur Shahbaz Ahmed, Ph.D., St. Jude Department of Structural Biology. « Nous avons également étudié un inhibiteur et fourni les données structurelles sur la façon dont il se lie au transporteur et bloque son activité. »
Les chercheurs ont étudié comment Spns2 se lie à l’inhibiteur 16d, une petite molécule spécifique qui a démontré très peu d’effets hors cible. Les chercheurs ont découvert que 16d arrête l’activité de transport en verrouillant Spns2 dans l’état tourné vers l’intérieur. Les travaux contribuent au développement d’inhibiteurs Spns2 avancés.
« Cet inhibiteur bloque en fait la protéine dans une conformation vers l’intérieur. Lorsque la protéine est bloquée, elle ne peut pas passer de l’intérieur à l’extérieur, et elle ne peut pas lancer la molécule de signalisation de l’intérieur vers l’extérieur des cellules », a déclaré Lee. « De plus, l’inhibiteur bloque physiquement la liaison de la molécule de signalisation car ils se lient tous les deux à la même cavité. »
Les molécules de surface cellulaire sont une cible attrayante pour le développement de médicaments. Les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) sont un type de protéine de surface cellulaire qui est la cible d’un tiers de tous les traitements approuvés par la Food and Drug Administration. En tant que molécules de surface cellulaire, les transporteurs peuvent avoir un potentiel similaire pour le développement de médicaments. Par conséquent, la compréhension de leur structure et de leur fonction a le potentiel de faire des progrès significatifs pour améliorer le traitement des maladies.
« Notre travail révèle les détails atomiques du cycle de transport S1P médié par Spns2, ce qui est important pour comprendre comment ce sphingolipide de signalisation circule dans notre système immunitaire », a déclaré l’auteur co-correspondant Xiaochun Li, Ph.D., Départements de génétique moléculaire et Biophysique, University of Texas Southwestern Medical Center. « Les structures aident également au développement de puissants inhibiteurs de Spns2, qui peuvent contribuer au traitement du cancer et des maladies auto-immunes. »
Auteurs et financement
Les autres premiers auteurs de l’étude sont Hongwen Chen, University of Texas Southwestern Medical Center, et Hongtu Zhao, St. Jude. Les autres auteurs sont Nadia Elghobashi-Meinhardt, Université technique de Berlin ; Jae Hun Kim et Jeffrey McDonald, Centre médical du sud-ouest de l’Université du Texas ; et Yaxin Dai, Saint-Jude.
L’étude a été soutenue par des subventions des National Institutes of Health (P01HL160487, 1P30DK127984, R01GM134343 et R01GM143282), de la Welch Foundation (I-1957), de la Damon Runyon Cancer Research Foundation (DRR-53S-19) et de l’ALSAC, la collecte de fonds et organisation de sensibilisation de Saint-Jude.
