Unbiased discovery of druggable genomic targets by Click-sequencing (Click-seq)

par Emmanouil Zacharioudakis

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Raphaël Rodriguez.

Le président du jury était Géraldine Masson.

Le jury était composé de Raphaël Rodriguez, Géraldine Masson, Sébastien Papot, Laurent Micouin, Jean-François Riou, Frédéric Taran.

Les rapporteurs étaient Sébastien Papot, Laurent Micouin.

  • Titre traduit

    Impartiale découverte de cibles génomiques druggable par click-séquençage (Click-seq)


  • Résumé

    Durant ma thèse, mes études ont été axées sur le développement de nouvelles sondes et des protocoles chimiques pour l'élucidation des mécanismes d'action et de résistance pour les trois médicaments anticancéreux (cisplatine, le vorinostat, topotécan). L'idée de sondes chimiques qui peuvent être étiquetés post-traitement in cellulo avec des fluorophores par exemple Alexa Fluor 488 ou affinité des fragments par exemple biotine, nous a fasciné pour effectuer petite visualisation de molécule par microscopie confocale, ou pour développer des protocoles tirer vers le bas pour les petites cibles moléculaires d'isolement. Beaucoup d'attention a été accordée à catalysée par du cuivre 1, 3 dipolaire cycloaddition Huisgen, connu sous le nom ''click'' la chimie au cours de la dernière décennie, car il est l'une des premières réactions qui peuvent être considérés comme des bio-orthogonale. Toutes les sondes portent soit un alcyne ou groupement azoture stratégiquement positionnés qui leur permet de participer à la réaction de clic avec des fluorophores ou biotine alcyne ou azoture fonctionnalisés que countrparts, et dans le même temps de conserver le profil pharmacologique du médicament parental. Un certain nombre de défis synthétiques ont été overcomed pour la préparation d'une sonde chimique de base de cisplatine. Les efforts visant à synthétiser des analogues alcynes fonctionnalisés de cisplatine ont été infructueuses, la sonde chimique à base de cisplatine était donc fonctionnalisés azoture. La mise au point d'un protocole d'imagerie pour la visualisation de lésions de l'ADN platiné nous a permis de cribler une banque limitée de petites molécules en même temps que la sonde de cisplatine, afin d'identifier des médicaments qui peuvent moduler le cisplatine ciblage ayant des lésions de l'ADN platiné comme une lecture. Il est frappant, nous avons constaté que le vorinostat a eu un effet dramatique sur motif de coloration de la sonde de cisplatine. D'autres études ont démontré que le prétraitement des cellules avec vorinostat augmente charge de platine sur certains loci génomiques. En outre, une évaluation biologique plus approfondie a montré que la combinaison de vorinostat avec des médicaments de platine atténue les dommages à l'ADN synthèse voie de tolérance de translésionnelles (TLS), ainsi, ce qui conduit à la mort cellulaire. Enfin, je l'ai mis au point un protocole tirer vers le bas pour l'isolement de l'ADN qui est lié à la cisplatine en étiquetant la sonde en platine avec un fragment de biotine. Cartographie des interactions ADN-platine en utilisant le séquençage à haut débit profonde est en cours d'exécution. Vorinostat sonde chimique à base a été préparé dans une voie de synthèse en quatre étapes. Bien que le vorinostat est un médicament connu pour inhiber des histone désacétylases (HDAC), petite visualisation de molécule a indiqué d'abord un profil de coloration cytoplasmique. Les futures études dans notre laboratoire se concentrera sur le développement d'un protocole déroulant, afin de caractériser complètement le vorinostat interactome. Quoique, trois sondes chimiques à base de topotécan différents ont été préparés de la personne a été visualisé les succès par microscopie confocale. L'échec a été attribué à l'échec de la réaction "click" pour marquer la sonde avec le fluorophore. Le topotécan est une petite molécule qui agit comme un inhibiteur d'interface, formant ainsi un complexe ternaire avec l'ADN et la topoisomérase 1. L'encombrement stérique généré par le complexe ternaire autour de la sonde, dicte l'inaccessibilité de l'alcyne de la sonde de "click" réactifs.


  • Résumé

    During my PhD, my studies have been focused on the development of novel chemical probes and protocols for the elucidation of the mechanisms of action and resistance for three anticancer drugs (cisplatin, vorinostat, topotecan). The idea of chemical probes that can be tagged post treatment in cellulo with fluorophores e.g. ALEXA FLUOR 488 or affinity moieties e.g. biotin, has fascinated us to perform small molecule visualization via confocal microscopy, or to develop pull down protocols for isolation small molecule targets. Much attention has been given to copper catalyzed 1, 3 dipolar Huisgen cycloaddition, known as ‘’click’’ chemistry over the past decade, since it is one of the first reactions that can be considered as bio-orthogonal. All the probes bear either an alkyne or azide moiety strategically positioned that allows them to participate in the click reaction with alkyne or azide functionalized fluorophores or biotin as countrparts, and at the same time to retain the pharmacological profile of the parental drug.A number of synthetic challenges have been overcomed for the preparation of a cisplatin based chemical probe. Efforts to synthesize alkyne functionalized analogues of cisplatin were unsuccessful, thus cisplatin based chemical probe was azide functionalized. The development of an imaging protocol for the visualization of platinated DNA lesions has enabled us to screen a limited library of small molecules along with the cisplatin probe, in order to identify drugs that can modulate cisplatin targeting having platinated DNA lesions as a readout. Strikingly, we found that vorinostat had a dramatic effect on cisplatin probe staining pattern. Further studies have demonstrated that pre-treatment of cells with vorinostat increases platinum loading on certain genomic loci. Furthermore, a more in depth biological evaluation has demonstrated that the combination of vorinostat with platinum drugs attenuates the DNA damage tolerance pathway translesion synthesis (TLS), thus, leading to cell death. Finally, I have developed a pull down protocol for the isolation of DNA that is bound to cisplatin by tagging the platinum probe with a biotin moiety. Mapping of DNA-platinum interactions using deep high throughput sequencing is currently running.Vorinostat based chemical probe has been prepared in a four step synthetic route. Although, vorinostat is a drug known to inhibit histone deacetylases (HDACs), small molecule visualization has indicated primarily a cytoplasmic staining pattern. Future studies in our laboratory will focus on the development of a pull down protocol, in order to fully characterize vorinostat interactome.Albeit, three different topotecan based chemical probes have been prepared none of the them has been successfully visualized by confocal microscopy. The failure has been attributed to the failure of the “click” reaction to tag the probe with the fluorophore. Topotecan is a small molecule that acts as an interfacial inhibitor, thus forming a ternary complex with DNA and topoisomerase 1. The steric hindrance generated by the ternary complex around the probe, dictates the inaccessibility of the alkyne moiety of the probe to “click” reagents.


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