Toxines courtes de scorpion actives sur les canaux K+ et Ca2+ : synthèse chimique, caractérisation pharmacologique et étude des relations structure-activité à l'aide d'analogues structuraux

par Ziad Fajloun

Thèse de doctorat en Neurosciences. Neurobiologie

Sous la direction de Jean-Marc Sabatier.

Soutenue en 2001

à Aix-Marseille 2 .


  • Résumé

    Les toxines de scorpion représentent des outils moléculaires de choix pour l'étude structurale et fonctionnelle des canaux ioniques. Parmi elles, les toxines «courtes» (< 40 résidus d'AA; 3 à 4 ponts disulfure) agissent généralement en bloquant, par une interaction de forte affinité, les canaux potassium membranaires. Ainsi, leur obtention par synthèse chimique et leur caractérisation ont largement contribué à améliorer les connaissances concernant ces canaux qui jouent un rôle déterminant dans de nombreux processus biologiques. Mes travaux de recherche ont été ciblés principalement sur deux toxines «courtes» de scorpion à quatre ponts disulfure actives sur les canaux K+: la maurotoxine (MTX) et Pi1. Ces toxines homologues (68% d'homologie de structure primaire) possèdent le motif architectural α/β commun aux diverses toxines de scorpion, bien qu'elles présentent une organisation des ponts disulfure différente. En effet, l'organisation des ponts de la MTX est «non-conventionnelle», de type C1-C5, C2-C6, C3-C4 et C7-C8 (vs C1-C5, C2-C6, C3-C7 et C4-C8 pour les autres toxines dont Pi1). Puisque la MTX possède un appariement atypique des demi-cystines que nous pensions être potentiellement associé à la présence d'une séquence consensus modifiée (i. E. [. . . ]C[. . . ]CxxxC[. . . ]C[. . . ]AxC[. . . ]CxC[. . . ]C), nous avons synthétisé un analogue de la MTX possédant 3 ponts disulfure, par substitution des résidus Cys 19 et 34 (en gras) par les dérivés isostères α-aminobutyrate (Abu). Celui-ci, défini en vue de restaurer la séquence consensus des toxines de scorpion (i. E. [. . . ]C[. . . ]CxxxC[. . . ](G/A/S)xC[. . . ]CxC[. . . ]), possède l'appariement classique des toxines de scorpion réticulées par 3 ponts disulfure (i. E. C1-C4, C2-C5 et C3-C6) et conserve le motif architectural α/β. Néanmoins, ce motif présente des différences structurales notables, à l'origine d'une modification de l'activité pharmacologique de l'analogue. Parallèlement, nous avons synthétisé par voie chimique la Pi1 et vérifié, sur le produit synthétique, l'existence de ponts «conventionnels» décrits pour la Pi1 naturelle. L'obtention de la toxine synthétique en quantité importante nous a permis de réaliser une caractérisation fine de son activité pharmacologique sur les canaux K+ activés par le Ca2+ et dépendant du potentiel membranaire. A l'aide de molécules synthétiques, nous avons également étudié les relations structure-activité de la MTX. Nous avons obtenu deux analogues mono-substitués ([Q15]-MTX et [A33]-MTX) possédant des ponts disulfure «conventionnels», de type Pi1. Pour ces analogues, le réarrangement des ponts disulfure du type MTX vers le type Pi1 s'accompagne d'un changement de la structure 3-D et d'une augmentation apparente de la sélectivité pharmacologique des molécules pour les canaux Kv1. 2 de rat et Shaker B. De même, l'analogue structural [A12,A20]-MTX, destiné à étudier l'influence des contraintes structurales induites par la présence des prolines 12 et 20, montre un réarrangement des ponts disulfure du type MTX vers le type Pi1. Celui-ci reste actif sur les canaux Kv1. 2 et Shaker B mais perd la reconnaissance des canaux Kv1. 3. Au cours de ma thèse, j'ai également synthétisé et caractérisé une «nouvelle» toxine de scorpion, la maurocalcine (MCa: 33 résidus d'AA, trois ponts disulfure). La structure 3-D de sMCa en solution a été résolue par RMN bidimensionnelle ; celle-ci est différente des structures de toxines de scorpion caractérisées à ce jour et montre une organisation de type « inhibitor cystine-knot » retrouvée dans certaines toxines d'araignée et de cônes marins actives sur les canaux Ca2+ En accord avec ces données, les expériences in vitro basées sur l'enregistrement de flux ioniques à partir de canaux unitaires incorporés dans des bicouches lipidiques montrent un effet puissant (concentration nM) et réversible de sMCa sur les canaux Ca2+ sensibles à la ryanodine de type 1 (RyR1).


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Informations

  • Détails : 1 vol. (229 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 207-229

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  • Cote : 2001/AIX2/0672Ubis
  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire de santé (Paris). Pôle pharmacie, biologie et cosmétologie.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : MFTH 2114
  • Bibliothèque : Muséum national d'histoire naturelle. Bibliothèque centrale.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : 135 352
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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH2015-010015
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