Independent phosphoglycerate mutase and pyruvate phosphate dikinase : Potential targets for drug discovery in filariasis

par Sylvine Raverdy

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Jean-Marc Jeltsch et de Clotilde Carlow.

Soutenue en 2008

à l'Université Louis Pasteur (Strasbourg) .

  • Titre traduit

    Phosphoglycérate mutase indépendante et la pyruvate phosphate dikinase : Potentielles cibles pour la découverte de traitements pour les filarioses


  • Résumé

    La majorité des maladies négligées chez l'Homme sont causées par des parasites. Les nématodes parasites ou filaires sont responsables d'un grand nombre de ces maladies, dont certaines sont transmissibles par des arthropodes piqueurs-suceurs comme les moustiques ou les mouches noires. Il est estimé que 150 millions de personnes dans le monde sont infectées par une filaire et plus d'un milliard de personnes sont à risque. Le contrôle des filarioses s'appuie actuellement sur un petit nombre de médicaments qui sont insuffisants en raison de leur faible efficacité et du développement de résistance. Il y a donc un besoin urgent de médicaments nouveaux et améliorés. Depuis quelques années, les symbiotes intracellulaires α-protéobacterien du genre Wolbachia, qui sont présents dans la plupart des filaires, ont été étudiés comme une nouvelle approche de chimiothérapie. En effet, ces bactéries sont essentielles pour le développement du ver, sa fécondité et sa survie. La découverte de médicaments basée sur des cibles précises représente une approche pour la découverte de nouveaux produits thérapeutiques. Nous avons identifié l'enzyme phosphoglycérate mutase co-facteur indépendante (PGMi) comme une cible thérapeutique potentielle chez les filaires et Wolbachia. PGMi a précédemment été reconnue comme une cible thérapeutique dans plusieurs parasites protozoaires dont Trypanosoma brucei, l'agent causal de la trypanosomiasis Africaine. PGM catalyse l'interconversion du 2 et 3-phosphoglycérate (2- et 3-PG) dans les voies glycolytique et néoglucogénique. Bien que ces voies soient très conservées entre les différents organismes, deux PGMs ont été identifiées, la PGMi et la phosphoglycérate mutase cofacteur dépendante, PGMd. Les mammifères possèdent exclusivement PGMd. Nous avons également identifié l’enzyme glycolytique /néoglucogénique pyruvate phosphate dikinase (PPDK), comme une cible potentielle contre Wolbachia. PPDK catalyse la conversion réversible de l'AMP, du phosphoénolpyruvate et du PPi en ATP, Pi et pyruvate. Dans la plupart des organismes, y compris les mammifères, cette activité est assurée par la pyruvate kinase et aucune PPDK n'est présente. Mon travail de doctorat s’est concentré sur la caractérisation moléculaire et biochimique des PGMis d'un certain nombre d'organismes et de la PPDK de Wolbachia, en vue de développer davantage ces enzymes en tant que cibles pharmaceutiques. Des procédures ont été élaborées afin d'optimiser l'expression et la purification de protéines recombinantes. Les PGMis de nématode ont montré des caractéristiques biochimiques similaires, ce qui indique qu’un seul inhibiteur de l'enzyme pourrait être efficace contre toutes les enzymes de nématodes. Les PGMis de Wolbachia, T. Brucei et E. Coli (et PGMd) ont également été étudiées. Le but ultime de nos études sur la PGMi et la PPDK, est la découverte d'inhibiteurs spécifiques qui pourraient représenter des composés meneurs (lead) pour la poursuite du développement de composés anti-parasitaires. Plusieurs bibliothèques de phages ont été criblées et des peptides qui se lient à la PGMi ont été identifiés. Malheureusement, aucune d’eux n’a montré d’activité inhibitrice.


  • Résumé

    The majority of neglected diseases in humans are caused by parasites. Parasitic nematodes are responsible for a substantial number of these diseases, some of which are transmitted by blood feeding arthropods like mosquitoes or black flies. It is estimated that 150 million people in the world are infected with a filarial nematodes and more than a billion people are at risk. Control of filariasis currently relies on a small number of drugs which are inadequate because of their limited efficacy and development of drug resistance. Therefore there is an urgent need for new and improved drugs. In recent years, obligate α-proteobacterial endosymbionts of the genus Wolbachia that are present in most filarial nematodes have been investigated as a new approach to chemotherapy since these bacteria are essential for worm development, fertility and survival. Target-based drug discovery represents one approach to discovering new therapeutics. We have identified the enzyme co-factor independent phosphoglycerate mutase (iPGM) as a potential drug target in nematode parasites and Wolbachia. IPGM has previously been recognized as a drug target in several parasitic protozoa including Trypanosoma brucei, the causative agent of African trypanosomiasis. PGMs catalyze the interconversion of 2- and 3-phosphoglycerate (2-PG and 3-PG) in the glycolytic and gluconeogenic pathways. Although these pathways are highly conserved among different organisms, two distinct PGM enzymes are known to exist, iPGM and the cofactor dependent phosphoglycerate mutase, dPGM. Mammals possess exclusively dPGM. We also identified the glycolytic/gluconeogenic enzyme pyruvate phosphate dikinase (PPDK) as a potential Wolbachia drug target. PPDK catalyses the reversible conversion of AMP, PPi and phosphoenolpyruvate into ATP, Pi and pyruvate. In most organisms, including mammals, this activity is performed by pyruvate kinase and no PPDK is present. My Ph. D studies focused on the molecular and biochemical characterization of iPGM from a number of organisms and PPDK from Wolbachia, with a view to developing these enzymes further as drug targets. Procedures were developed to optimize expression and purification of recombinant proteins. The nematode iPGM enzymes were found to possess similar biochemical characteristics, indicating that a single enzyme inhibitor would likely be effective against all nematode enzymes. IPGM enzymes from Wolbachia, T. Brucei and E. Coli (and dPGM) were also studied. The ultimate goal of our studies on iPGM and PPDK is the discovery of specific inhibitors that may represent lead compounds for further development as anti-parasitic compounds. Several phage display libraries were screened and peptides which bind to iPGM were identified. Unfortunately, none displayed enzyme inhibitory activity.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (203 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2008;5684
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