Synthèse et utilisation d'architectures multimériques peptidiques comme outils d'étude des mécanismes d'activation du récepteur à domaine de mort DR5

Synthesis and use of multimeric peptide architectures to gain insight into the mechanism of activation of the death receptor DR5

• Auteur / Autrice : Marie-Charlotte Lechner
• Direction : Gilles Guichard, Jean-Paul Briand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie biologique et thérapeutique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sondes fluorescentes

Caspases

Peptides

Ligands (biochimie)

Thérapie moléculaire ciblée

Anticancéreux

Cancer -- Thérapeutique

Cancer

TNF (cytokines)

Mort cellulaire

Apoptose

Mots clés libres

Récepteur à domaine de mort

Récepteur de mort DR5

Trail

Multivalence

Résumé

En cancérologie, une des voies de recherche privilégiée consiste à cibler spécifiquement les cellules tumorales et entraîner leur apoptose. Dans ce cadre, les récepteurs à domaine de mort de la superfamille du TNF-R apparaissent comme cibles potentiels, en particulier DR5, un récepteur pro-apoptotique de TRAIL, ligand capable d’induire la mort sélective des cellules cancéreuses. L’analyse des structures cristallographiques du complexe TRAIL/DR5 révèle que le ligand TRAIL trimérique s’associe avec trois récepteurs DR5, ceci suggérant que la trimérisation de ces récepteurs soit le minimum requis pour induire un signal de mort. Deux séquences peptidiques, capables de fixer DR5 de manière spécifique, ont récemment été décrites dans la littérature. Nous avons étudié l’influence de la multimérisation (dimérisation, trimérisation, point de multimérisation) de ces peptides sur la liaison à DR5 et sur son activation. De manière intéressante, ces composés présentent une gamme d’affinités pour DR5 étendue et une capacité différentielle à déclencher « in vitro » et « in vivo » l’apoptose induite par le récepteur de mort DR5. Nous avons également évalué l’effet sur l’interaction avec DR5 de modifications du mode de cyclisation. Parallèlement à ce travail, nous avons exploré des stratégies alternatives se basant soit sur les structures atomiques de DR5 publiées (approche basée sur la structure), soit sur le criblage sur billes (approche combinatoire), dans l’idée d’identifier de nouveaux motifs de liaison à DR5. Enfin, nous avons développé une collection de sondes peptidiques de TRAIL dédiées à l’étude de la dynamique d’organisation du récepteur DR5 lors de son activation.

In cancerology, a major challenge is to induce tumor-selective apoptosis. In this context, death receptors of the TNF-R superfamily represent potential targets, in particular DR5, a pro-apoptotic TRAIL receptor, since TRAIL ligang itself selectively kills cancer cells. Structural analyses of TRAIL/DR5 complexes revealed that TRAIL trimer binds to three receptors, suggesting that a trimeric receptor complex is the functional unit for signaling. Recently, small cyclic peptides capable of binding DR5 have been identified. In the present work, we synthesized and used these sequences to systematically study the effect of peptide multimerization (dimerization, trimerization, anchoring point) on DR5 binding and selective DR5-mediated death induction. Our results revealed that these compounds bound selectively to DR5 and competed with the binding of TRAIL. Furthemore, we showed that our divalent or trivalent ligands triggered a substantial DR5-dependent apoptic response « in vitro » and « in vivo ». To gain further insight into the requirements for peptide binding to DR5 and eventually improve their potency, modifications of the initial structure of the loop of one of these peptides were also investigated. In an additional part of this work, we also attempted the design of DR5-binding peptides based on X-ray crystallographic analysis of complexes between anti-hDR5 antibody fragments and DR5. Moreover, we validated an efficient on-bead assay which should allow for rapid discovery through combinatorial library screening of high-affinity DR5 peptides. Finally, we developped a collection of TRAIL probes as useful tools for elucidating DR5 activation at the molecular level.